靖安縣項家地熱水資源特征及成因分析

吳輝明，武 楊，陳 凱

（江西省煤田地質勘察研究院，江西 南昌 330001）

項家地熱水資源研究區位于江西省宜春市靖安縣縣城以西約500 m，其行政區劃屬靖安縣雙溪鎮管轄。研究區進行了綜合野外地質勘查及采樣測試工作，在此基礎上分析該區地熱水資源特征和成因機理，為其開發利用提供一定的指導意義。

1 研究區地質及水文地質條件

1.1 地質條件

研究區內地層單一，除第四系全新統外，均為晉寧期花崗巖?；◢弾r體出露于區內中西部，巖性為中粗粒黑云母花崗閃長巖；第四系主要分布于北潦南河兩岸、區內南部和東部。

研究區位于九嶺逆沖隆起中部晉寧期侵入復式背斜花崗巖體中，靖安～九江大斷裂呈隱伏型穿越區內。區內主要受區域大斷裂F1和次一級斷裂F2控制，具體描述如下：

靖安～九江大斷裂（F1）：發育于研究區中部，走向北東43°～45°，傾向南東，傾角為70°～75°，總長約180 km。該斷裂穿越花崗巖體，沿線硅化破碎帶極其發育。

次一級斷裂（F2）：發育于區域大斷裂F1南側，屬區域大斷裂F1構造帶上的次一級斷裂構造帶。走向近南北，傾向南東，總長約350 m，沿線形成寬約5～11 m硅化破碎帶。

1.2 水文地質條件

根據研究區含水巖組的巖性組合、地下水賦存條件，可將本區地下水劃分為松散巖類孔隙水、風化帶網狀裂隙水、構造裂隙脈狀承壓水三種類型，其中構造裂隙脈狀承壓水為研究區主要含水層。區內地下水處于北潦南河一級分水嶺地帶，西部為中低山花崗巖分布區，東南部水系發育。地下水主要接受大氣降雨和部分外圍裂隙水的側向補給，沿風化裂隙向東南方向徑流，在溝谷和低洼處以泉或滲流的形式排泄。

2 地熱水資源特征

2.1 地溫特征

沿F1斷裂構造帶布置ZK01～ZK05水文地質鉆孔，工作量為2448.15 m/5孔，每個鉆孔施工過程中都進行了系統測溫。其中ZK01～ZK03測溫數據顯示地熱水水溫隨深度增加而升高，鉆孔控制深度段420～500 m間地溫達38.34℃～40.1℃，屬溫水～溫熱水；ZK04在終孔深度503.89 m處地熱水溫度為24.7℃，ZK05在終孔深度523.17 m處地熱水溫度為24.9℃，地溫異常不明顯。根據《地熱資源地質勘查規范》（GB11615-2010）附錄A，本文利用二氧化硅地熱溫標和鉀鎂地熱溫標兩種方法分別估算研究區熱儲溫度，其計算方法分別為公式（1）和（2）。將已控制熱儲地段系統測溫資料、地溫梯度的變化規律及地球化學溫標計算的熱儲溫度等成果通過公式（3）計算求取相應熱儲的埋藏深度。研究區深部熱儲溫度及熱儲的埋藏深度計算結果見（見表1）。表1計算結果表明，研究區推測熱儲溫度達118.6℃，熱儲埋深為1200 m左右。區內地溫分布南部地溫較高，北部地溫相對較低；而熱儲的埋藏深度南段較淺，北段較深。

式（1）、（2）中：t為熱儲溫度℃；C1為熱水中SiO2的濃度mg/L；C2為熱水中鉀的濃度mg/L；C3為熱水中鎂的濃度mg/L。

式中：H儲為熱儲埋藏深度，m；t儲為溫標計算的熱儲溫度，℃；t深為測溫井底的地熱溫度，℃；Δt/Δh地為地溫梯度，℃/m，Δt/Δh正為正常的地溫增溫率，℃/m；h深為測溫井深度，m。

表1 項家地熱水資源深部熱儲溫度及熱儲埋深計算結果

2.2 地熱流體化學特征

（1）水化學成分分析

本次勘查對存在地溫異常鉆孔地熱流體均采集了樣品并進行分析測試。采集的地熱水無色無味、清澈透明，ZK01、ZK02、ZK03孔水質分析結果見表2。由水化學分析數據可知，項家地熱水呈弱堿性，PH為7.4～9.2。主要陽離子為Na+、Ca2+、K+，其含量分別為9.08～18.00 mg/L，3.57～23.13 mg/L，0.88～2.41 mg/L；主要陰離子為HCO3-、SO42-、Cl-、F-，其含量分別為87.64 ～143.73 mg/L，4.00 ～12.00 mg/L，4.43～7.98 mg/L，0.14～7.20 mg/L。運用庫爾洛夫式對其地熱水化學類型計算分類，ZK01孔地熱水樣的水質類型為HCO3-CaNa型，ZK02孔和ZK03孔地熱水樣的水質類型為HCO3-NaCa型。對ZK01、ZK02、ZK03鉆孔地熱水化學成分進行Piper圖投點（見圖1），結果表明ZK01和ZK02地熱水水化學特征比較接近，與ZK03熱水差異較大。

表2 項家地熱水水質分析結果

（2）地熱流體用途評價

地熱水可用于供暖、生活用水、溫泉洗浴、理療等。不同質地地熱流體利用方向、方式與排放要求不同，可根據地熱流體物理性質、化學成分、微生物含量等指標對其不同用途進行評價。

圖1 項家地熱水化學Piper

研究區地熱水未發現懸浮物、大腸桿菌等對人體有害的菌落和元素。根據《地熱資源地質勘查規范（GB/T11615-2010）》附錄E中理療熱礦水水質標準，項家地熱水溫度38.4℃～40.1℃，屬溫水～溫熱水，其中ZK01孔、ZK02孔、ZK03孔H2SiO3含量分別為30.51 mg/L、41.71 mg/L、31.54 mg/L，達到《理療熱礦水水質標準》中具有醫療價值濃度標準；ZK01、ZK03孔F-含量分別為3.92 mg/L、7.20 mg/L，達到《理療熱礦水水質標準》中命名礦水濃度標準，可命名為氟水；ZK03孔H2S含量為1.53 mg/L，達到《理療熱礦水水質標準》中具有醫療價值濃度標準。按照《飲用天然礦泉水（GB8537-2008）》和《生活飲用泉水衛生標準（GB5749-2006）》進行判定，總體來看，由于F-含量超標項家研究區溫熱水的水質不宜直接作為生活飲用水，可作洗滌等生活用水。根據《農田灌溉水質標準（GB5084-92）》規范，項家地熱水水溫超標準3.4℃～5.1℃，不能直接提取作為農田灌溉用水，經洗浴的熱廢水各項指標略有降低，混入地表溪水后水質符合農田灌溉用水水質標準。綜上，項家地熱水可用于理療、洗浴、采暖、溫室等方向的開發利用。

（3）地熱流體結垢評價

地熱流體因所含二氧化硅、鈣、鐵等組分溫度變化而產生結垢，根據 《地熱資源地質勘查規范（GB/T11615-2010）》，參照工業上用鍋垢總量H0（mg/L）來衡量本區地熱水的結垢性。對氯離子含量較低（＜25% mmol/L）時的地熱流體，采用雷茲諾指數判別法判斷碳酸鈣的結垢趨勢。雷茲諾指數RI計算公式如下：

式中：RI為雷茲諾指數，PHs為計算出的PH值，PHa為地熱流體實測的PH值，[Ca2+]為地熱流體中鈣離子的摩爾濃度，[ALK]為總堿度，即HCO3-離子的摩爾濃度，Ke為常數。

當雷茲諾指數RI＜4.0，結垢非常嚴重；RI=4.0～5.0，結垢嚴重；RI=5.0～6.0，結垢中等；RI=6.0～7.0，結垢輕微；RI＞7.0，不結垢。

經計算，靖安縣項家地熱流體雷茲諾指數為RI=15.2，對照雷茲諾指數判別法，水的結垢性分類可知，該地熱流體的結垢性評價結果為不結垢水。

3 成因分析

項家地熱水資源主要受F1斷裂構造控制。該斷裂由先期的逆壓扭狀態漸轉為以張性為主，后延伸規模不斷加深擴張，導致深部熱流上升，并多次引發上地幔塑性組分的入侵或噴發，形成了斷裂帶中深部地熱異常，并進一步發展成為構造儲熱體（帶）。晚第三紀至第四紀以來，該斷裂活動斷續，在近代沿斷裂帶附近發生了九江～瑞昌間地震、靖安地震，最終形成斷裂帶地溫異常。

研究區為構造剝蝕地貌，大氣降水順著松散堆積層、風化花崗巖及淺變質巖的原次生裂隙及后期構造裂隙快速下滲到深部，并匯集到寬大而又深的控導熱斷裂F1內。經斷裂深部循環加溫，并儲集在NE向構造角礫巖及F2斷裂上盤裂隙密集帶F2中。隨著熱儲各部位的高程、地下水位等地理、地質因素形成的壓力差，促使熱儲內的地下熱水沿著F1斷裂帶從西和北東方向深循環逕流，沿底部完整巖體與構造破碎帶處及淺部風化裂隙與孔隙混合擴散徑流，分散排泄。

地下熱水的化學特征，受形成地下熱水的斷裂帶和深部地質環境控制，且與其在循環過程中所流經的地層巖性有關。研究區花崗巖巖性為中粗粒黑云母花崗閃長巖，巖石化學成分SiO2含量高達74.70%～75.84%，K2O+Na2O 為7.39%～8.07%，CaO為0.16%～0.43%，MgO 為0.24%～0.49%。巖石中還富含Sn、Mn、Cu、Pb、Zn等多種金屬元素及F、OH、Cl等揮發分。巖石中的這些化學組分對該區地熱流體化學特征起到了主導性的影響。

4 結語

1）靖安縣項家地熱水資源主要熱儲集層仍在區內控制工程深度以下，鉆孔控制深度段地熱水溫度38.4℃～40.1℃，屬溫水～溫熱水，地熱水水溫隨深度增加而升高。其熱源主要來自于F1斷裂構造，F2斷裂為主要的導熱、導水通道，大氣降水為主要補給來源。

2）項家地熱水深部推測熱儲溫度達118.6℃，熱儲埋深為1200 m左右。區內地溫分布南部地溫較高，北部地溫相對較低；而熱儲的埋藏深度南段較淺，北段較深。

3） 項家地熱水呈弱堿性，水質類型以HCO3-NaCa型為主,不結垢.不宜直接作為生活飲用水和直接提取作為農田灌溉用水，但可用于理療、洗浴、采暖、溫室等方向的開發利用。