銀川黃河?xùn)|岸對(duì)流型地?zé)豳Y源水質(zhì)特征及質(zhì)量評(píng)價(jià)

程國(guó)強(qiáng)

寧夏回族自治區(qū)水文環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，寧夏銀川 750021

地?zé)豳Y源是貯存在地球深部的清潔可再生的新興能源，具有儲(chǔ)量大、分布廣和開(kāi)發(fā)利用安全、穩(wěn)定、清潔、高效的特點(diǎn)。隨著社會(huì)對(duì)能源危機(jī)、環(huán)境保護(hù)的深入關(guān)注，以及我國(guó)實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)消費(fèi)革命的迫切需要，加快推動(dòng)地?zé)豳Y源的科學(xué)開(kāi)發(fā)利用，緩解資源能源緊缺形勢(shì)，已成為保障國(guó)家能源安全和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇[1]。近20年來(lái)，寧夏地質(zhì)工作者持續(xù)開(kāi)展了地?zé)豳Y源勘查工作，并取得了一系列地?zé)豳Y源找礦突破。2018年，寧夏地質(zhì)局地質(zhì)工程院依托“天山海世界地?zé)豳Y源勘查”項(xiàng)目，在銀川黃河?xùn)|岸開(kāi)展了物探結(jié)合鉆探的綜合勘查工作，首次在寧夏發(fā)現(xiàn)受構(gòu)造控制的對(duì)流型地?zé)豳Y源。該區(qū)域地?zé)豳Y源水溫高，單井出水量大，熱儲(chǔ)層埋深淺，充分顯示了銀川黃河?xùn)|岸存在巨大的地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用潛力。在分析銀川黃河?xùn)|岸地?zé)岬刭|(zhì)條件的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析已實(shí)施地?zé)峋瘜W(xué)，評(píng)價(jià)地?zé)崃黧w的腐蝕性、結(jié)垢性和理療作用進(jìn)行分析，為該區(qū)域未來(lái)開(kāi)發(fā)利用地?zé)豳Y源提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 研究區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件

1.1 研究區(qū)構(gòu)造特征

研究區(qū)大地構(gòu)造位于黃河斷裂以東，屬于Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元鄂爾多斯地塊之Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元鄂爾多斯西緣沖斷帶，其包括3個(gè)Ⅴ級(jí)構(gòu)造單元：賀蘭山褶斷帶、銀川斷陷盆地、陶樂(lè)—彭陽(yáng)褶斷帶。工作區(qū)位于陶樂(lè)—彭陽(yáng)沖斷帶上。

黃河斷裂：呈北北東向展布。北段（臨河—紅崖子）大體沿黃河?xùn)|側(cè)展布，南段（白土崗—臨河）沿銀川平原與寧東臺(tái)地分界線展布。黃河斷裂既是大的地質(zhì)構(gòu)造與地貌單元分界線，又是切割較深的活動(dòng)性斷裂，向下切割了殼幔邊界，切割深度超過(guò)了40 km[2]。

陶樂(lè)—彭陽(yáng)（寧東地區(qū)稱桌子山—橫城堡）逆沖斷帶：展布于車(chē)道—阿色浪斷裂以西、黃河斷裂與牛首山—羅山斷裂以東地區(qū)，東接天環(huán)復(fù)向斜帶，西以近南北向的銀川斷陷盆地東緣黃河斷裂為界；東以近南北向的桌子山東麓斷裂為界，兩大斷裂之間還有一系列同方向的逆沖、反沖斷裂及夾于其間的不完整斷塊和褶皺，發(fā)育一些切割了主構(gòu)造的近東西向橫斷裂[3]。其中，黃河斷裂主體向西陡傾，屬正斷層性質(zhì)，其他近南北向主構(gòu)造均屬擠壓—逆沖性質(zhì)?？傮w構(gòu)成了較為復(fù)雜的疊瓦狀構(gòu)造帶。構(gòu)造帶北部逆沖、反沖斷層，傾角一般為50°～60°，斷距200～500 m，褶皺多不對(duì)稱，軸面多東傾，背斜東翼寬緩，西翼陡立。斷塊及褶皺主要由奧紀(jì)碳酸鹽巖、上石炭統(tǒng)—二疊系煤系地層較老地層等組成；構(gòu)造帶南部主要為由中生界（侏羅系、白堊系）組成的發(fā)育完整的褶皺，軸面東傾，軸向由北部的北北東向，向南轉(zhuǎn)為北西向，在轉(zhuǎn)折部位，向、背斜軸均翹起。新生界沉積后構(gòu)造變形不明顯，僅在第四系、古近系地層中有小型褶曲及斷裂。

1.2 研究區(qū)地層

研究區(qū)無(wú)基巖出露，區(qū)內(nèi)全部被第四系（Q）和古近系（E）所覆蓋。依據(jù)研究區(qū)內(nèi)3號(hào)鉆井資料解譯成果，經(jīng)鉆孔揭露地層由老至新依次有：石炭系上統(tǒng)土坡組（Ct）；石炭二疊系太原組（CPt）；二疊系下統(tǒng)山西組（Ps）、石盒子組（Psh）、上統(tǒng)孫家溝組（Psj）；古近系漸新統(tǒng)清水營(yíng)組（Eq）和第四系（Q）。地層巖性和厚度見(jiàn)表1。

表1 3號(hào)地?zé)峥碧骄貙泳C合簡(jiǎn)表

1.3 研究區(qū)地?zé)崽卣?/h3>

1.3.1 熱源研究區(qū)所在的陶樂(lè)—彭陽(yáng)斷沖帶軟流層、莫霍面均呈明顯上隆形態(tài)，導(dǎo)致深部熱流上涌，使地殼深部具有較高的溫度。在斷層破碎帶的溝通作用下，以對(duì)流和熱傳遞的方式對(duì)上覆地層進(jìn)行加熱。

1.3.2 熱儲(chǔ)層根據(jù)天山海世界3號(hào)地?zé)峥碧骄衣叮芯繀^(qū)熱儲(chǔ)層為奧陶系熱儲(chǔ)層，巖性主要為泥質(zhì)灰?guī)r， 揭露頂板埋深790 m，揭露厚度為920 m。3號(hào)井取水段為1 463～1 710 m，根據(jù)3號(hào)井測(cè)井解釋成果，裂隙發(fā)育段占總揭露厚度的23%，裂隙率為7%～167%，滲透率為1～109 μm2，泥質(zhì)含量6%～32%，富水性較好。

1.3.3 地?zé)嵘w層由新近系、古近系和石炭—二疊系地層組合構(gòu)成，其中古近系地層厚度200～800 m，石炭—二疊系地層平均厚度100 m，地層的巖石熱導(dǎo)率較低，能夠形成良好的保溫層，是較好的蓋層。

1.3.4 地?zé)嵬ǖ傈S河斷裂為研究區(qū)西側(cè)的控制邊界，向下延伸到下地殼內(nèi)并切斷莫霍面進(jìn)入巖石圈地幔，深大活動(dòng)斷裂除了作為地質(zhì)體控制地溫外，還提供了深部熱流上移的通道。黃河斷裂為一張性正斷裂，能夠形成良好的導(dǎo)熱通道，將地球深部熱源向淺部運(yùn)移[4]。熱儲(chǔ)模型見(jiàn)圖1。

圖1 研究區(qū)對(duì)流型地?zé)釤醿?chǔ)模型

2 地?zé)崃黧w化學(xué)特征

3號(hào)地?zé)峋疄樽粤骶?，自流? 200 m3/d，井口溫度60.5℃，井口壓力0.46 MPa。2018年4月，寧夏地質(zhì)工程院取地?zé)崴畼?.5 L，委托銀川礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心做地?zé)崴|(zhì)檢驗(yàn)。地?zé)崴饕x子分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 3號(hào)地?zé)崃黧w水質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目實(shí)際值與理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表

3 地?zé)崃黧w質(zhì)量評(píng)價(jià)

研究區(qū)地?zé)豳Y源主要用于溫泉洗浴和供暖。針對(duì)地?zé)豳Y源用途，依據(jù)規(guī)范，對(duì)地?zé)崃黧w進(jìn)行腐蝕性分析、結(jié)垢性分析和理療熱礦泉水評(píng)價(jià)。

3.1 地?zé)崃黧w腐蝕性分析

地?zé)崃黧w的化學(xué)組分因素對(duì)金屬的腐蝕有重大影響。根據(jù)3號(hào)井水質(zhì)分析報(bào)告，勘探井水樣中的氯離子摩爾濃度百分比大于25%摩爾當(dāng)量，可采用拉申指數(shù)（LI）判斷腐蝕性程度，計(jì)算公式：

式（1）中：LI為拉申指數(shù)；Cl為地?zé)崃黧w中氯化物或鹵化物濃度；SQ4為熱流體中硫酸鹽濃度；ALK為總堿度。此三項(xiàng)均以等當(dāng)量的CaCO3（mg/L）表示。判斷標(biāo)準(zhǔn)為0.5＜拉申指數(shù)＜3.0時(shí)，具有輕度腐蝕性；3.0＜拉申指數(shù)＜7.0時(shí)，具有中度腐蝕性；拉伸指數(shù)＞7.0時(shí)，具有強(qiáng)腐蝕性。經(jīng)計(jì)算，3號(hào)地?zé)峋責(zé)崃黧w拉申指數(shù)為19.4，所以該井地?zé)崃黧w有強(qiáng)腐蝕性。

3.2 地?zé)崃黧w結(jié)垢性分析

3.2.1 碳酸鈣垢依據(jù)規(guī)范，該井熱流體中氯離子毫克當(dāng)量百分比＞25%，地?zé)嵯到y(tǒng)碳酸鈣垢生成或有生成傾向，用拉申指數(shù)進(jìn)行判斷。計(jì)算公式：

判斷標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)拉伸指數(shù)＞0.5時(shí)，不結(jié)垢；拉伸指數(shù)＜0.5時(shí)，可能結(jié)垢。3號(hào)地?zé)峋責(zé)崃黧w拉伸指數(shù)為19.4＞0.5，所以該井流體無(wú)生成碳酸鈣垢的趨勢(shì)。

3.2.2 硫酸鈣垢石膏相對(duì)飽和度可用來(lái)判斷地?zé)崃黧w中硫酸鈣垢的生成趨勢(shì)，計(jì)算公式為：

石膏相對(duì)飽和度＝lgCa2++lgSO42--lgK

判定標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)石膏相對(duì)飽和度＜0時(shí)，不結(jié)垢；當(dāng)石膏相對(duì)飽和度＞0時(shí)，可能結(jié)垢。經(jīng)計(jì)算3號(hào)地?zé)峋責(zé)崃黧w石膏相對(duì)飽和度為-0.16，＜0，所以該井地?zé)崃黧w無(wú)生成硫酸鈣垢趨勢(shì)。

3.2.3 硅酸鹽垢可溶性SiO2的相對(duì)飽和度可用來(lái)判斷地?zé)崃黧w中硅酸鹽垢的生成趨勢(shì)，計(jì)算公式為：

可溶性SiO2的相對(duì)飽和度＝SiO2/（2.466×104×e-15.53/T）

判斷標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)可溶性SiO2的相對(duì)飽和度＜1時(shí)，不結(jié)垢；當(dāng)可溶性SiO2的相對(duì)飽和度＞1時(shí)，可能結(jié)垢。經(jīng)計(jì)算3號(hào)地?zé)峋責(zé)崃黧w可溶性SiO2的相對(duì)飽和度為0.001，＜1，所以該井地?zé)崃黧w無(wú)生成硅酸鹽垢趨勢(shì)。

綜上所述，該勘探井地?zé)崃黧w具有強(qiáng)腐蝕性，沒(méi)有生成碳酸鈣垢、硫酸鈣垢和硅酸鹽垢的趨勢(shì)。

3.3 理療熱礦泉水評(píng)價(jià)

參照國(guó)家理療熱礦泉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，3號(hào)地?zé)峋責(zé)崴腇含量達(dá)到了“有醫(yī)療價(jià)值濃度”和“命名礦水濃度”標(biāo)準(zhǔn)，偏硅酸、溫度達(dá)到了“有醫(yī)療價(jià)值濃度”標(biāo)準(zhǔn)，所以可以命名為“含偏硅酸的氟水溫泉”，適用于溫泉洗浴、理療。由于地?zé)崃黧w中對(duì)洗浴用水影響最大的離子為T(mén)Fe（Fe2++Fe3+），當(dāng)TFe＞0.3 mg/L時(shí)，洗浴時(shí)體感不適。本地?zé)崃黧w中TFe=5.07，＞0.3 mg/L，應(yīng)經(jīng)除鐵罐去除后再使用。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)研究區(qū)地?zé)崃黧w的水化學(xué)成分進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：

（1）銀川黃河?xùn)|岸對(duì)流型地?zé)崃黧w化學(xué)類(lèi)型為Cl·SO4-Na型，pH值為6.81，礦化度為6 510.40 mg/L，總堿熱水礦化度較高在今后開(kāi)發(fā)利用時(shí)應(yīng)積極落實(shí)同層回灌，維持熱儲(chǔ)層壓力，減少供熱尾水排放，做到以熱養(yǎng)熱，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，科學(xué)合理地利用地?zé)豳Y源。

（2）研究區(qū)地?zé)崴畬?duì)鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)腐蝕性，在今后開(kāi)發(fā)利用過(guò)程需對(duì)成井井管的做防腐蝕處理。研究區(qū)地?zé)崴疀](méi)有生成碳酸鈣垢、硫酸鈣垢和硅酸鹽垢的趨勢(shì)。

（3）銀川黃河?xùn)|岸對(duì)流型地?zé)崃黧w的氟含量達(dá)到了“有醫(yī)療價(jià)值濃度”和“命名礦水濃度”標(biāo)準(zhǔn)，偏 硅酸、溫度達(dá)到了“有醫(yī)療價(jià)值濃度”標(biāo)準(zhǔn)，命名為“含偏硅酸的氟水溫泉”，適用于溫泉洗浴、理療。