伊舒斷陷盆地(伊通段)地熱流體評價及其成因分析

朱時佳，孫艷玲，王雅男，朱彤

吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林 長春 130102

0 引言

地熱資源作為一種清潔能源，正在人類的生活和生產(chǎn)中被逐步研究、開發(fā)和應用。伊舒斷陷盆地內(nèi)擁有豐富的地熱資源，近年來成為我省新能源研發(fā)的重點對象。目前的研究已經(jīng)能夠基本確定伊舒斷陷盆地的地質(zhì)構(gòu)成[1]，但還存在著地熱流體化學性質(zhì)成因不確定，以及未建立明確地熱成因模型等問題[2]。研究地熱流體化學特征、確定地熱流體質(zhì)量以及研究其成因?qū)^(qū)內(nèi)地熱資源的開發(fā)利用有著重大的意義。

1 研究區(qū)概況

伊通滿族自治縣位于吉林省中部，幅員面積2 523 km2。地處長白山脈向松遼平原過渡的丘陵地帶，東南部屬于吉林哈達嶺余脈，西北部屬于大黑山脈，中部、西部為伊通河與東遼河的平原沖積和侵蝕臺地。氣候?qū)贉貛Ъ撅L氣候，半濕潤氣候區(qū)。發(fā)育的水系主要為伊通河、飲馬河。

伊舒斷陷盆地(伊通段)被第四系大面積覆蓋，邊緣可見零星分布的新近系、白堊系和侏羅系露頭。盆地的基底巖系為大面積分布的燕山期花崗巖和局部變質(zhì)巖，蓋層主要為沉積巨厚的古近系，主要發(fā)育有古近系雙陽組、奢嶺組、永吉組、萬昌組、齊家組和新近系岔路河組，其中，地熱流體主要分布于永吉組、奢嶺組和雙陽組[3]。伊舒斷陷盆地是新生代構(gòu)造以繼承性差異升降、伴有斷裂和沿幾條深大斷裂發(fā)生強烈玄武巖噴發(fā)活動而形成的以北東向為主的斷陷盆地。

2 地熱流體特征

2.1 地熱流體化學特征

本次用于地熱流體分析的樣品采集于伊舒斷陷盆地(伊通段)內(nèi)7口探采結(jié)合井，分別為位于伊通鎮(zhèn)腰小橋子的ZK1、位于伊通縣馬鞍鎮(zhèn)河北屯的ZK2、位于伊通縣伊丹鎮(zhèn)的ZK3、位于樂山鎮(zhèn)的ZK4、位于馬鞍鎮(zhèn)的ZK5和位于大孤山的ZDR1、ZDR2。采樣點的位置及地質(zhì)情況如圖1。盆地地熱流體主量元素離子質(zhì)量濃度見表1。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of working area1.沖積層：上部黑色亞黏土、淤泥。下部砂礫層；2.新黃土：上部黑色亞黏土、淤泥；3.老黃土：黃褐色黏土、亞黏土、亞砂土；4.大孤山組：橄欖玄武巖；5.采樣點及編號

表1 伊舒斷陷盆地(伊通段)地熱流體主量元素離子質(zhì)量濃度表

圖2 伊舒斷陷盆地(伊通段)地熱水的Schoeller圖Fig.2 Schoeller diagram of geothermal water in Yishu Fault Depression Basin (Yitong section)

2.2 地熱水質(zhì)量評價

地熱流體的質(zhì)量主要指的是地熱流體化學成分及其能量的品位，明確地熱流體質(zhì)量，對科學地開發(fā)利用地熱流體有著良好的科學指導作用。表2為樣品主要微量元素檢測結(jié)果表，根據(jù)檢測結(jié)果，參考《天然礦泉水地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB/T13727-1992)、《飲用天然礦泉水標準》(GB8537-1995)、《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)、《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB5084-2005)、《漁業(yè)水質(zhì)標準》(GB11607-1989)、《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊》、《地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T 11615-2010)等評價標準，得到如下評價結(jié)果。

表2 伊舒斷陷盆地(伊通段)地熱水主要微量元素離子質(zhì)量濃度表

(1)參照理療熱礦水的水質(zhì)標準，綜合各鉆孔的水質(zhì)檢測結(jié)果，可知評價區(qū)域內(nèi)地熱水的偏硅酸質(zhì)量濃度范圍為29.64～43.50 mg/L，符合標準中有醫(yī)療價值的礦水濃度。且根據(jù)以往調(diào)查結(jié)果，該區(qū)域地熱流體溫度為50～65 ℃，符合理療熱礦水中溫水的礦水命名標準，因此，將本區(qū)域的地熱流體評估為具有偏硅酸理療價值的溫水。

(2)根據(jù)評價區(qū)域水樣檢測結(jié)果，ZK4、ZK5超過感官評價指標；ZK1—ZK5以及ZDR2所得水樣F-質(zhì)量濃度范圍為3.68～11.48 mg/L，均超過評價的限量指標2.0 mg/L，說明評價區(qū)域內(nèi)地熱水氟質(zhì)量濃度偏高，不能滿足飲用天然礦泉水評價要求，不適宜作為飲用天然礦泉水開發(fā)利用。

(3)根據(jù)評價區(qū)域內(nèi)鉆孔采取的水樣檢測結(jié)果，各水樣中Fe、氟化物、TDS、Mn的質(zhì)量濃度均超過評價標準上限，評價區(qū)域內(nèi)地熱水多項不符合生活飲用水常規(guī)指標及限制評價要求，不能作為生活飲用水源供人們使用。

(4)根據(jù)各鉆孔水樣采集檢測結(jié)果，農(nóng)灌用水指標控制標準中的COD、陰離子表面活性劑、pH、Hg、Cd、As、Cr6+、Pb質(zhì)量濃度均符合控制要求；地熱流體的現(xiàn)場采集溫度范圍為50～65 ℃，高于標準值；ZK1的氯化物質(zhì)量濃度為678.74 mg/L，高于標準值350 mg/L；而水樣中的BOD5、SS、全鹽量、大腸桿菌、蛔蟲卵數(shù)等指標未進行檢驗。根據(jù)此評價標準，ZK1的地熱水不能用于農(nóng)灌，評價區(qū)域內(nèi)其他地熱流體如想進行農(nóng)灌利用，需進行進一步的檢測，且地熱流體經(jīng)開發(fā)利用后，需將水溫處理至35 ℃以下，方可進行農(nóng)業(yè)灌溉。

(5)根據(jù)檢測結(jié)果，評價區(qū)域氟化物質(zhì)量濃度為3.68～11.48 mg/L，超過漁業(yè)用水評價標準上限，因此，評價區(qū)域內(nèi)的地熱水不能進行漁業(yè)使用。

(6)評價區(qū)域內(nèi)地熱水的I、Br、Cs、Li元素濃度均低于工業(yè)可提取地熱礦水最低濃度指標，無法滿足工業(yè)提取礦物要求，樣品未對Rb和Ge進行檢測，如需評價是否滿足兩者的提取要求，需在今后的生產(chǎn)活動中進行采樣檢測驗證。

(7)ZK1、ZK2、ZK3、ZK5、ZDR1、ZDR2為不結(jié)垢水質(zhì)；ZK4屬于輕微結(jié)垢水質(zhì)。

3 地熱水成因分析

盆地內(nèi)地熱水的類型可根據(jù)表3所示的white離子比分類標準進行劃分，結(jié)合標準，可了解盆地內(nèi)地熱水成分的特征，并推測地熱水的來源。本文所采集7組樣品的white離子比值計算結(jié)果如表4所示，因ZK1中多種元素未進行檢測，因此本次主要以ZK2、ZK3、ZK4、ZK5、ZDR1、ZDR2的計算結(jié)果進行分析。

表3 white離子比分類標準

由表4可見，樣品的white離子比計算結(jié)果多顯示盆地內(nèi)地熱水呈現(xiàn)油田鹵水特征，說明地熱水的源在流經(jīng)過程中通過了含油層，因此地熱水中含有油田水成分。此外，樣品中含有一定量的氣體，本次分析未對氣體成分進行檢測，如地熱水呈現(xiàn)油田水特征，可推斷地熱水中攜帶的氣體含石油氣體成分，而石油氣體存在于地熱水中時，如在開采過程中方法不當，則容易引發(fā)爆炸，需在今后進一步探采過程中，進行氣液分離處理，以保證生產(chǎn)安全。

表4 盆地采集樣品white離子比計算結(jié)果

Li+/Na+的計算結(jié)果顯示地熱水具有火山溫泉水特征，伊舒斷陷盆地(伊通段)沿斷裂帶新生代中酸性、基性巖漿噴溢活動強烈。集中于伊通縣一帶，稱為伊通火山群。該火山群受盆地內(nèi)斷裂間斷性活動影響，在區(qū)內(nèi)始新統(tǒng)上部地層中,中酸性火山巖體發(fā)育，北東向的斷裂斷至基底，控制斷層兩盤的中新統(tǒng)地層厚度，熔巖噴發(fā)產(chǎn)物通過斷裂向含水層水體輸送物質(zhì)和能量，使得流體具有火山溫泉水的特征。

4 結(jié)論

本文以伊舒斷陷盆地(伊通段)內(nèi)7組地熱水樣品為研究對象，通過對地熱水的化學成分分析和評價，得出以下結(jié)論：

(1)根據(jù)對評價區(qū)域各鉆孔水樣的檢測與計算，伊舒斷陷盆地區(qū)域內(nèi)地熱水化學類型主要為HCO3-Na型水，弱堿性，礦化度較高，且氟化物整體質(zhì)量濃度偏高。水中含有多種對人體有益的微量元素，其中偏硅酸適宜用進行理療方向的開發(fā)和應用。

(2)評價區(qū)域地熱流體中含有氣體，具體成分需進行進一步檢測，開采過程中需采取水氣分離措施，以降低開采過程中的爆炸風險。

(3)評價區(qū)域的地熱水不能作為天然礦泉水、集中飲用水水源及后備水源、漁業(yè)用水進行開發(fā)利用。除ZK1水體不能進行農(nóng)灌外，其他鉆孔水樣能否進行農(nóng)灌需進行進一步檢測。

(4)目前水樣檢測得到的碘、溴等元素達不到工業(yè)提取最低濃度要求，其他元素是否具有工業(yè)提取開發(fā)價值，有待進一步檢測。

(5)評價區(qū)域內(nèi)地熱流體不具有腐蝕性，除ZK4水樣具有輕微結(jié)垢性外，其余流體為不結(jié)垢水質(zhì)。

(6)評價區(qū)域地熱水兼具有油田鹵水和火山溫泉水特征，說明地熱流體來源經(jīng)過含油氣層并搬運了該層元素，而地熱流體的Li離子顯示地熱流體流經(jīng)花崗巖層。