地?zé)峥辈?/a>區(qū)位于海南瓊中縣上安鄉(xiāng)南流村,距瓊中縣營根鎮(zhèn)約25km,交通便利。本次工作調(diào)查方法包括:地?zé)徙@探、鉆孔測溫、巖土樣采集、物探測井、下管成井、降壓試驗、水樣采集與測試等方法。以查明地?zé)崽?/a>溫度及地?zé)峋?/a>的生產(chǎn)能力,支撐服務(wù)瓊中縣合理開發(fā)利用地?zé)豳Y源。

1區(qū)域地?zé)崽?/a>地質(zhì)條件

1.1地質(zhì)構(gòu)造

勘查區(qū)處于地質(zhì)構(gòu)造北東與北西向兩組構(gòu)造交匯部位附近,伴隨著加里東、海西-印支、燕山、喜馬拉雅等構(gòu)造運動,構(gòu)成了昌江-瓊海、尖峰-吊羅東西向構(gòu)造帶、南北向構(gòu)造帶、北東向構(gòu)造、北西向構(gòu)造帶等主要構(gòu)造體系,斷裂構(gòu)造較為發(fā)育,除了發(fā)育有東西向、南北向和北東向三組主要斷裂帶,還發(fā)育眾多的小型斷裂、斷層。如圖1所示。

地?zé)峥辈?/a>區(qū)及附近主要出露第四系全新統(tǒng)沖洪積層,以礫砂、粗砂、含粘土粗砂等砂類土為主;巖石多為燕山期侏羅紀(jì)中世二長花崗巖及閃長巖;對熱礦水形成起主要控制作用的斷裂有4條, 勘查區(qū)熱礦水的分布、儲存、運移和排泄均受斷裂構(gòu)造帶控制。

1.2水文地質(zhì)條件

據(jù)含水層介質(zhì)特征、地下水貯存條件、水力特征劃分,瓊中縣地下水類型主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水,以基巖裂隙水為主,松散巖類孔隙水僅沿河溪兩岸小面積分布;據(jù)含水層成因、地質(zhì)條件,基巖裂隙水又可分為層狀巖類裂隙水、塊狀巖類裂隙水及紅層孔隙裂隙水三個亞類。

勘查區(qū)地熱田熱儲隱伏于燕山期侏羅紀(jì)二長花崗巖中,熱儲蓋層主要為第四系全新統(tǒng)河流沖洪積層、花崗巖風(fēng)化殘積層,熱儲蓋層厚8.35m~23.95m,平均厚16.93m。熱礦水埋藏較淺、熱儲厚度大,富水性較好,單孔涌水量264.21m3/d~3690.23m 3/d,水量較豐富。地?zé)崃黧w補給來源主要大氣降水補給。大氣降水通過裂隙密集花崗巖和斷裂破碎帶入滲形成地下水經(jīng)深部地下循環(huán),吸收圍巖熱量形成熱礦水,熱礦水經(jīng)由斷裂運移至南流地?zé)?/a>田,部分在地勢低洼處溢出地表形成溫泉,或耗于人工開采。

通過取樣測試,初步查明勘查區(qū)地?zé)崃黧w水化學(xué)類型主要為HCO3-Na型;pH值8.6~9.34,為弱堿性水;礦化度為259mg/L~273mg/L,F含量5.80mg/L~8.17mg/L,H2SiO 3含量66.70mg/L~ 107.00mg/L,為氟水-硅水。同時含有Sr、Li等多種有益于人體健康的微量元素和組分。

1.3區(qū)域構(gòu)造控制作用

勘查區(qū)區(qū)域大地構(gòu)造上隸屬華南褶皺系五指山褶皺帶,尖峰-吊羅東西向構(gòu)造帶與昌江-瓊海東西向構(gòu)造帶之間,大斷裂帶控制了勘查區(qū)及周邊區(qū)域共23處地?zé)?/a>田的分布。區(qū)域內(nèi)熱礦水的形成與巖漿巖、地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌有密切的關(guān)系。

(1)熱礦水與巖漿巖:區(qū)域23處地?zé)崽?/a>,有近20處出露于海西-印支期和燕山期花崗巖、閃長巖中,巖漿巖對于熱礦水的分布起到主要控制作用。

(2)熱礦水與地質(zhì)構(gòu)造:根據(jù)資料分析,昌江-瓊海斷裂帶、尖峰-吊羅斷裂帶周邊裂隙型熱礦水的形成主要為大氣降水在斷裂帶中部山區(qū)滲入地下,經(jīng)斷裂帶向深部運移,熱礦水的垂向運移深度一般超過3km,同時順著地形的趨勢向四周運移,并在地形低于地下水總水頭且存在通道的地方出露成泉。 地?zé)崽?/a>多出露在北西向或北東向的張扭性斷裂帶與東西向的兩條大斷裂交匯的部位。綜合分析,斷裂構(gòu)造對區(qū)域地?zé)?/a>田的形成、儲存和運移均起著不同程度的控制作用,也為地?zé)崴?/a>的運移、出露等提供通道。

(3)熱礦水與地形地貌:區(qū)域所有的地?zé)?/a>田基本全出露于地勢相對較低的地形低洼處,說明熱泉的出露受到地形的控制。熱礦水在中部山區(qū)地勢較高處形成并經(jīng)由斷裂構(gòu)造等通道順著地形趨勢向四周運移,在地勢相對較低的位置出露地表,表明熱泉的出露受到地形的控制。

2熱儲特征及埋藏成因

2.1地?zé)崽镞吔鐥l件

南流地?zé)崽锸鞘芸赜跀嗔褬?gòu)造呈帶狀分布的地?zé)崽?其熱儲分布主要受控?zé)?、?dǎo)水?dāng)嗔袴2'控制。通過收集資料、調(diào)查測溫、鉆井測溫及斷裂帶走向等綜合劃定地?zé)崽锓植挤秶c邊界。

根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T11615-2010)的規(guī)定,當(dāng)水溫大于或等于25℃時,屬地?zé)?a href="http://www.acdelphi.com/t/資源.html" >資源,由于海南島地處熱帶氣候區(qū),年平均氣溫23.8℃,潛水水溫與氣溫相差2℃~5℃,勘查區(qū)地下水水溫一般27.0℃~29.5℃,綜合前人對瓊中地?zé)岬慕?jīng)驗,以地下水水溫32℃作為南流地?zé)崽锏臏囟冉缦?統(tǒng)一以孔口水溫32℃等值線為基準(zhǔn),根據(jù)地表熱異常點分布范圍、地面調(diào)查地質(zhì)特征、物探解譯斷裂帶產(chǎn)出狀態(tài)、鉆孔揭露熱礦水的橫向地溫梯度(外推至熱礦水32℃溫度等值線)綜合圈定地?zé)崽锓秶斑吔?。南流地?zé)崽镞吔缫?2℃水溫度為等值線,以控?zé)釘嗔袴2'、F 3'、F 4'為長軸的不規(guī)則長橢圓形,地?zé)崽锩娣e約0.206km2。如圖2所示。

南流地?zé)崽锸鞘芸赜跀嗔褬?gòu)造的帶狀分布地?zé)崽?其熱儲分布主要受控?zé)帷?dǎo)水?dāng)嗔袴2'、F 3'、 F4'控制;以熱礦水溫度32℃等值線和40℃溫度等值線圈定的地?zé)崽锓秶且钥責(zé)釘嗔袴 2'、F 3'、F 4' 為長軸的不規(guī)則長橢圓形。按地?zé)崽锏臏囟?、熱儲形態(tài)、規(guī)模和斷裂構(gòu)造發(fā)育的復(fù)雜程度,將其劃分為中低溫帶狀地?zé)崽?Ⅱ-2),地?zé)崽镆?guī)模分級為小型。

2.2熱儲特征及埋藏條件

熱儲是指埋藏于地下、具有有效孔隙和滲透性的地層、巖體或構(gòu)造帶,其中儲存的地熱流體可供開發(fā)利用。南流地熱田熱儲層主要為F2'、F3'、F4'構(gòu)造斷裂帶中破碎帶巖層組成,地熱流體主要賦存于斷裂破碎帶和巖石裂隙中,地?zé)崃黧w沿構(gòu)造裂隙運移,在合適的通道處上移至地表,南流地?zé)崽锸且詫α鱾鳠釣橹?、平面上呈帶狀延伸的熱儲?a href="http://www.acdelphi.com/t/地?zé)峥辈?html" >地?zé)峥辈?/a>區(qū)出露黑云母二長花崗巖、黑云角閃閃長巖,結(jié)合勘探井巖芯采樣分析,熱儲巖性主要為黑云母二長花崗巖,揭露熱儲層最大厚度約378.91m。

根據(jù)收集歷史資料分析,DR1井附近20m~30m有溫泉出露,常年自流,自流泉水口相對較為固定;鉆孔地溫顯示南流地?zé)岙惓^(qū)以地?zé)峋?/a>(DR1)為中心,與F1'、F 2'、F 3'、F 4'斷裂走向有一定的關(guān)聯(lián),即北西向及北東地溫相對異常。其中,F1'斷層位于地?zé)崽镂鞑?呈向北彎曲的弧形,走向北東東,F3'、F 4'斷層位于南流地?zé)崽镏胁?呈北北東向分布,傾向北西,為熱礦水的導(dǎo)水構(gòu)造;F 1'、F 3'、 F4'與F 13應(yīng)為同一組構(gòu)造,該斷裂為地?zé)崴?/a>的入滲、運移、深循環(huán)等提供通道;F 2'斷層位于地?zé)崽镏胁?地表被第四系覆蓋未出露地表,走向北西西,傾向北東,傾角約70°~80°,為主要的控?zé)針?gòu)造,是熱礦水的儲水與導(dǎo)水構(gòu)造。

南流地熱田熱儲埋藏于F1'、F 2'、F 3'及F 4'斷裂破碎帶中,斷裂帶多為脆性巖石壓扭性斷裂,斷層傾角較大;沿斷裂構(gòu)造部位,鉆孔巖心破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育,熱蝕變、熱溶蝕現(xiàn)象明顯,節(jié)理中見有方解石填充,這些空隙通道為地下熱水的形成提供了良好的儲存和運移條件。據(jù)鉆探揭露,南流地?zé)崽?a href="http://www.acdelphi.com/t/熱儲蓋層.html" >熱儲蓋層主要為第四系全新統(tǒng)河流沖洪積層和巖漿巖風(fēng)化殘積層,蓋層以含砂粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘性土為主,熱儲蓋層厚度8.35m~23.95m,平均厚度16.93m。由于熱儲的主要部分被覆蓋,同時主要的熱礦水流通通道DR1位于河床中,地表河水常年徑流不斷,整體對熱儲有一定的散熱和降溫作用。

2.3地?zé)崽锍梢蚍治?/p>

南流地?zé)崽飳儆跀嗔褬?gòu)造帶狀型地?zé)崽?地?zé)崴?/a>起源于大氣降水,大氣降水在地殼淺部經(jīng)過循環(huán)過程中吸收圍巖中熱量,沿斷裂帶及其附近裂隙向上運移,以溫泉的形式出露于地表。通過收集分析地?zé)崽?a href="http://www.acdelphi.com/t/地?zé)崴?html" >地?zé)崴?/a>氫氧同位素測試及1 4C同位素測齡結(jié)果,結(jié)合本次地質(zhì)勘查成果及勘查的地質(zhì)環(huán)境,從補給來源、補給高程及水化學(xué)年齡等進(jìn)行分析研究,南流地?zé)崽锏男纬稍蛑饕幸韵聨讉€方面。

(1) 南流地?zé)崽锏男纬墒軘嗔褬?gòu)造控制。南流地?zé)崽镌趨^(qū)域上處于四條構(gòu)造斷裂帶(F1'、F 2'、 F3'、F 4')交匯處,主要的控?zé)釘嗔褞?F 2')對地?zé)崽锏男纬珊桶l(fā)展起到一定的控制作用,從揭露的鉆孔及出露的溫泉位置關(guān)系,充分說明了斷裂帶對地?zé)崽锏目刂啤?/p>

(2) 地下水經(jīng)深部地下循環(huán)加熱。南流地?zé)崽飪蓚?cè)均為山區(qū),地?zé)崴a給高程約800m~830m,大氣降水在重力作用下沿巖石裂隙、節(jié)理及斷裂帶入滲和賦存,在深部地下循環(huán)過程中,接受地溫加熱, 其熱源主要來自自然梯度增溫和漿活動帶來的熱能,地下水在深部循環(huán)徑流的過程中將這些熱能吸收富集于水中形成熱礦水,遠(yuǎn)源補給南流地?zé)崽?其循環(huán)徑流深度約2242m~2921m。其熱傳遞形式有熱對流和熱傳導(dǎo)兩種,其中熱對流主要為傳熱介質(zhì)地下水在儲熱、導(dǎo)熱斷裂破碎帶內(nèi)傳遞熱能,如DR1井因位于主控斷裂帶上,井深200m范圍內(nèi)其溫度波動沒受多大影響,井口水溫較高,為地?zé)崴膶α? 熱傳導(dǎo)主要通過巖石的導(dǎo)熱性能來傳遞熱能,受儲熱巖石及傳熱構(gòu)造裂隙通道的影響,如ZK2井因遠(yuǎn)離了主控?zé)釘嗔?其溫度雖然整體地溫梯度異常,但沒有熱礦水的直接補給,僅為巖石熱傳遞,井口水溫較低。

(3) 徑流區(qū)具有良好的隔熱保護(hù)層。地下水沿斷裂帶深部徑流、運移并接受地溫加熱過程中,其徑流區(qū)具有厚度較大的花崗巖及其風(fēng)化殘積土隔熱保護(hù)層,地下水在徑流過程中經(jīng)深部加熱而不散熱; 高溫的地下水在徑流到地質(zhì)環(huán)境條件適宜的深度后,在長期侵蝕和熱蝕水化學(xué)作用下,地?zé)崴呐判雇ǖ赖靡酝卣购拓炌?從而形成一定規(guī)模的熱水儲存空間。

(4) 地?zé)崽飬^(qū)具備賦存地?zé)崴挠欣麠l件。南流地?zé)崽锏貏菹鄬χ苓叺屯?屬于山間河谷地形,地熱田熱儲埋藏于F1'、F 2'、F 3'及F 4'斷裂破碎帶中,沿斷裂構(gòu)造部位,巖石破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育,這些空隙通道為地下熱水形成提供了良好的儲存和運移條件。南流河水不斷侵蝕切割基底巖石,為溫泉的產(chǎn)生和地?zé)岙惓Ｌ峁┯欣牡匦螚l件,當(dāng)切割至斷裂導(dǎo)水帶時,地?zé)崴苍谒^壓力作用下流出地表。

綜上,南流地?zé)崽锏靥幥鹆甑貐^(qū),大氣降水入滲補給深大斷裂構(gòu)造并向深部運移,在運移的過程中接受地溫加熱,形成熱水,并在2242m~2921m時,水溫達(dá)103.01℃~126.78℃,后經(jīng)由F13、F3'及F 4' 斷裂運移至F2'主控斷裂中,并通過F 2'與F 3'斷裂交會破碎帶處向上運移形成溫泉溢出地表。 3地?zé)?a href="http://www.acdelphi.com/t/資源.html" >資源計算評價及開發(fā)利用與保護(hù)本次在南流地?zé)崽?a href="http://www.acdelphi.com/t/施工.html" >施工地?zé)峥辈?/a>孔(井)4個,成井3個,3個熱水井統(tǒng)一編號R1、R2、R4。本次試驗前后及抽試驗過程中,往次施工的2口熱水井一直關(guān)閉,沒有抽水,故可以本次降壓試驗資料為基礎(chǔ),根據(jù)涌水量方程式(經(jīng)驗公式)推算本地?zé)崽锏目?a href="http://www.acdelphi.com/t/開采.html" >開采量。

為了確定各開采井設(shè)計(最大)降深和統(tǒng)一管徑的可開采儲量,本次根據(jù)降壓試驗資料及各試驗曲線類型,采用相應(yīng)的公式計算。其中,R2、R4號熱水井只做一個落程的降壓試驗,只能采用直線型公式推算設(shè)計(最大)降深的涌水量;R1號熱水井進(jìn)行了2個落程的降壓試驗,根據(jù)抽水試驗資料繪制Q=f(x)曲線及曲線類型判別式判別,其曲線類型為指數(shù)型,根據(jù)管井涌水量經(jīng)驗公式的指數(shù)型方程式推算設(shè)計(最大)降深的涌水量。計算公式:

(1) 曲線類型判別式:m=(lgS2-lgS 1)/(lgQ 2 -lgQ1); (2)鉆孔(井)涌水量計算經(jīng)驗公式:直線型方程:Q=q·S;指數(shù)型方程:Q=n·S1 /m;經(jīng)驗系數(shù)關(guān)系式:lgn=lgQ1-1/mlgS 1;管徑水量換算式:η=(1+r/r 1)/2 式中:Q、Q1、Q 2分別為管井設(shè)計(最大)降深涌水量、降壓試驗第一、第二落程的涌水量(m3/d); S、S1、S 2分別為管井設(shè)計降深、降壓試驗第一、第二落程降深(m);n為經(jīng)驗系數(shù);sm為降深—水量關(guān)系數(shù);η為管徑—水量換算系數(shù);r、r1分別為設(shè)計開采井內(nèi)徑和實際抽水井內(nèi)徑(直徑)(mm)。

根據(jù)上述計算公式及相關(guān)參數(shù),利用涌水量方程式(經(jīng)驗公式)推算南流地?zé)崽?a href="http://www.acdelphi.com/t/地?zé)崃黧w.html" >地?zé)崃黧w可開采量為6462.76m3/d,如表1所示。

南流地?zé)崽飳儆谏畲髷嗔岩鸬膸畹責(zé)崽?地?zé)峋?/a>孔口水溫34.0℃~52.0℃,最高56.0℃;地?zé)峋?/a>成井深度200m~400m,成井深度小于1000m,為最經(jīng)濟的地?zé)峋某删疃?地?zé)峋?a href="http://www.acdelphi.com/t/熱流.html" >熱流體單位產(chǎn)量大于50m3/d.m,為地?zé)豳Y源的適宜開采區(qū);地熱流體中偏硅酸和氟含量均較高,達(dá)到了理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),可用于理療洗浴等。熱礦水的成因決定了其具有一定礦化度和多組分的特點,地?zé)崃黧w的長期排放,可能會誘發(fā)一些環(huán)境問題。南流地?zé)崽餆岬V水中pH值8.6~9.56,水溫43.3℃~56.0℃, 氟化物含量5.5mg/L~8.17mg/L,地?zé)崽镌?a href="http://www.acdelphi.com/t/開發(fā).html" >開發(fā)利用中可能產(chǎn)生高氟、土壤板結(jié)等環(huán)境問題。

4結(jié)語

瓊中縣地?zé)豳Y源隱伏于燕山期侏羅紀(jì)中世二長花崗巖中;熱儲蓋層主要為第四系全新統(tǒng)河流沖洪積層、花崗巖風(fēng)化殘積層及表層強風(fēng)化花崗巖,熱儲蓋層巖性以粗礫砂、含砂粉質(zhì)粘土及強風(fēng)化花崗巖等為主,熱儲蓋層厚度8.35m~23.95m;地?zé)崽锞哂新癫剌^淺、熱儲厚度大,富水性較好,水量較豐富的特點。地?zé)崃黧w水化學(xué)類型主要為HCO3-Na型;pH值8.6~9.34,為弱堿性水;礦化度259mg/L~273mg/L,F含量5.80mg/L~8.17mg/L,H2SiO 3含量高達(dá)66.70mg/L~107.00mg/L,為氟水-硅水。同時含有Sr、Li等多種有益于人體健康的微量元素和組分。其中,控制的地?zé)崃黧w可開采量為4356.29m3/d(159.00萬m 3/a)。

建議在地?zé)崽镩_發(fā)利用的過程中,應(yīng)科學(xué)確定地?zé)峋拈_采布局和開采方式,嚴(yán)格控制開采量,防止水質(zhì)惡化與資源枯竭;同時,建立完善地?zé)崃黧w排放管網(wǎng)和處理措施,做好地?zé)崃黧w排放的處理工作,確保廢地?zé)崃黧w達(dá)標(biāo)排放,防止污染環(huán)境。