白嶺地熱資源勘查與地熱流體質量評價分析

劉江科，劉 魁

（1.江西省勘察設計研究院，江西 南昌 330095；2.信息產業部電子綜合勘察研究院，陜西 西安 710000）

地熱資源作為21世紀最具開發潛力的綠色能源，在地熱發電、供暖、務農、醫學方面有廣泛應用[1-4]。肖濤[5]發現江西地區地熱資源呈現出地域性和分帶性。余圣品等[6]發現江西省修水縣地熱資源主要源于放射性鈾釷，鉀貢獻率低于10%。地熱資源的詳細勘查是地熱水資源合理開發利用和評價的可靠依據，地熱水質量決定了開發利用的方向。近年來，江西省國土資源廳密切關注本省的地熱勘查進程。在江西省國土資源廳基金中心的支持下，江西省勘查設計研究院開啟了江西省修水縣白嶺鎮地熱資源勘查研究工作，經過多年的探索，在資源勘探、開發利用潛力等方面形成了一定的認識。本研究在充分收集白嶺鎮地熱調查評價等工作資料的基礎上，利用地熱地質調查、物探、鉆探、抽水試驗及動態監測等工作成果，分析了該區地熱地質條件，包括地熱水的成因、賦存和運移條件，并依據水文地質單元將城區地熱資源分為南北區進行評價，彰顯了白嶺鎮較大的可開發潛力，且應用范圍廣。

1 研究區概況

修水縣白嶺鎮位于縣城西北方向，處于東經113°58′45″～114°00′15″、北緯29°04′45″～29°06′15″，面積約3.66 km2。勘查區位于贛、鄂、湘三省交界處，距離修水縣、湖北通城縣和湖南平江縣分別為50、30和70 km。S304省道斜貫勘查區北部，區內鄉村道路縱橫交錯，交通便利。

勘查區屬低山丘陵區，三面環山，海拔高程為400.0～500.0 m，一般相對高差為70.0～300.0 m。山坡植被覆蓋率較高。該區屬亞熱帶濕潤季風氣候區，年均氣溫為6.7 ℃，最高溫在7月，溫度為27～28 ℃；最低溫在1月，溫度為3～4 ℃。年均降水量為1 671.3 mm，集中在4～6月。年均蒸發量為1 334.4 mm。區內發育桃樹河，自西南向北東流，屬山間溪溝，河寬5.0～10.0 m，水深0.5～1.0 m。區內有被稱為江南“香格里拉”的黃龍山，風景優美。白嶺鎮還是紅色革命老區，紅色景點眾多，民風淳樸，未開發旅游景點有60多處，是觀光、旅游投資開發的勝地。

2 材料與方法

本次結合地熱地質調查、地球化學調查、地球物理勘查、地熱鉆探、孔底測溫、取樣測試等手段及方法進行地熱資源的勘查和地熱流體的監測。本研究分別對2013年12月至2015年12月南區ZK1、ZK2熱水孔和北區ZK3、ZK4熱水孔地熱流體于枯水期、平水期、豐水期的13組樣品進行測試，其中11組由自然資源部南昌礦產資源監督監測中心承擔，另外2組由自然資源部武漢礦產資源監督監測中心做對比檢測。2014年7月至2015年8月的枯水期、平水期、豐水期的9組地熱水樣品由江西省核工業地質局測試研究中心進行放射元素測定。

3 結果與討論

3.1 地下熱水成因

勘查區地層相對簡單，主要為分布桃樹河及其支流兩岸、溝谷平原地帶的第四系聯圩組，以河流沖積物為特征，少量山前沖洪積混合物堆積。沉積物主要為淺灰、灰色、黃褐色沙礫層、粉土、粉質黏土層，尤以花崗巖之風化產物“白沙類”砂質黏土為特色，厚度在3.0～10.0 m不等。勘查區全域為花崗巖，巖性為中粒含斑—少斑黑云母二長花崗巖和中粗粒斑狀黑云母二長花崗巖。本區發育兩組斷裂：一組為北北東—北東向構造，由一組規模不等的斷裂組成；另一組為北西向斷裂，此斷裂規模小，斷裂走向303°～330°，傾角近于直立，主要顯示平移斷層的特征。北北東向斷裂為主要的控熱構造，區內低次序派生斷裂或斷裂交匯形成的裂隙帶為地下熱水提供導水條件。地下熱水主要接受中低山區的大氣降水深入補給，通過北東向深大斷裂向地殼深處運移，在地球內熱的作用下形成熱水，在壓力差的驅動下，熱水沿著裂隙帶在適宜的地貌條件下溢出地表形成熱泉。

白嶺地下熱水天然露頭以上升泉的形式出現。溫泉露頭點呈北東30°線狀間隔，出露于河谷及其東側花崗巖長石裂隙中，分布方向與河谷走向基本一致。

3.2 水化學組分特征

根據測試結果，可以初步確定白嶺地下熱水屬于復合性熱礦水，水化學類型均為低礦化度偏硅酸弱堿性重碳酸鈉鈣型淡水，庫爾洛夫表達式如表1所示。

表1 地熱水水化學類型

3.3 地熱流體質量評價

3.3.1 理療熱礦水評價

理療熱礦水評價見表2。根據GB/T 11615—2010[7]附錄E之《理療熱礦泉水水質標準》的規定，白嶺地下熱水偏硅酸（H2SiO3）、氡（Rn）、氟（F-）質量濃度分別大于1.2、37.0和1.0 mg/L時有醫療價值，達到和超過了“命名礦水質量濃度”要求，可同時命名為硅水、氡水、氟水，可作為醫療、洗浴用水，水質良好。

表2 理療熱礦水水質標準對照表

3.3.2 飲用水水質評價

根據《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）的規定，本區熱水一般微生物指標、毒理指標、感觀性狀、一般化學指標、放射性指標均滿足標準規定要求，但氟質量濃度（7.60～16.05 mg/L）、pH（8.68～10.06）超標，不可作為生活飲用水。

3.3.3 農業灌溉用水水質評價

根據《農田灌溉水質標準》（GB 5084—2005）的規定，經對比分析，水溫較高（48～83 ℃）且pH（8.68～10.06）超標，不能作為灌溉用水。

3.3.4 漁業用水水質評價

根據《漁業水質標準》（GB 11607—1989）的規定，經對比分析，地熱流體氟質量濃度（7.60～16.05 mg/L）、pH（8.68～10.06）超標，不可作為漁業用水。

3.3.5 有用礦物組分評價

白嶺地下熱水中所含礦物質成分的濃度較低，均未達到工業利用可提取有用元素的最低標準。

3.3.6 腐蝕性評價

參照相關行業規范，按地熱流體的腐蝕系數進行腐蝕性評價，對于堿性水選用下列公式進行計算，計算結果見表3。

式中：Kk為腐蝕系數；r為離子含量的每升毫克當量數。

由表3可知，白嶺地熱流體腐蝕系數Kk為-1.188～-0.995，Kk+0.050 3，Ca2+為-0.937～-0.777，兩者均小于0。依據地熱資源地質勘查規范（GB/T 11615—2010）地熱流體性議論方法，參照工藝上用腐蝕系數來衡量地熱流體的腐蝕性。當腐蝕系數Kk＜0，且Kk+0.050 3 Ca2+＜0，屬于非腐蝕性水。

表3 地熱流體腐蝕系數

3.3.7 結垢性評價

流體結垢性主要指流體中一些溶解度較小的組分隨著周圍環境變化（高溫、高壓）達到過飽和而析出，附著于利用系統內表面，形成垢層。參照工業行業規范，若鍋垢總量H0＜125.00 mg/L，則為鍋垢很少的地熱流體。按地熱流體的鍋垢總量進行結垢評價，選用以下公式進行計算，結果見表4。

式中：H0為鍋垢總量，mg/L；r為離子含量的每升毫克當量數；ρ地為地熱流體中的懸浮物質量濃度，mg/L；ρ膠為膠體質量濃度，是SiO2、Fe2O3、Al2O3質量濃度之和，mg/L[7]。

由表4可知，白嶺地熱流體鍋垢總量H0＝86.74～105.48 mg/L，均小于125.00 mg/L，屬于鍋垢很少的地熱流體。

表4 地熱流體鍋垢總量計算

根據白嶺鎮地下熱水的各項指標的測定，該地下熱水屬低溫低礦化淡水，毒害元素濃度低于GB 8978—1996《污水綜合排放標準》污染物最高允許排放濃度。該地下熱水可作為度假休閑、洗浴、醫療用水，熱水和廢水排放總量有限，一般不會對水土環境、大氣環境造成不利影響。地熱水是一種可以得到補償的資源，合理的開發利用不僅可以用較小的取水工程得到較大的水量，還能長期正常使用。

4 結論

（1）該地熱田為一帶狀小型低溫地熱田，熱儲呈帶狀分布，賦存于二長花崗巖裂隙中；補給區在西側及南側的中低山花崗巖分布區，大氣降水順著風化花崗巖的原次生裂隙及后期構造裂隙快速下滲到深部，匯集到寬大而深的控熱的北東向斷裂帶裂隙內，經斷裂深部循環加溫，并儲集在兩組斷裂交匯形成的構造破碎帶中。

（2）該地熱水為低礦化度偏硅酸弱堿性重碳酸鈉鈣型淡水，地熱流體偏硅酸（H2SiO3）82.36～120.84 mg/L、氡（Rn）98.46～700.10 Bq/L、氟（F-）7.60～16.05 mg/L，已達到和超過了“命名礦水質量濃度”要求，可同時命名為硅水、氡水、氟水，適合采暖、理療、洗浴、旅游、休閑。

（3）地熱水為非腐蝕性水，屬于鍋垢很少的地熱流體。