陜西麟游縣城區段地熱資源勘探研究

1縣城區域基本概況

1.1地理位置

麟游縣城區東距西安163 km,西距寶雞110 km,主要交通干道有S306省道及麟眉公路穿過縣城。麟游縣總體地勢南高北低、西高東低,千山余脈將麟游縣分為南北兩部分。最高海拔 1650 m為東南部的永安山,最低海拔1010 m為北部杜水河谷。區域內分布有河谷階地、黃土梁峁、中低山與低中山四種地貌形態。

1.2區域水文地質條件

麟游縣城區域地下水分布不均,依據含水層的巖石性質及地下水在其空間的分布狀態,主要有潛水與承壓水兩類。

第四系全新統黃土狀粉土或亞砂土分布于各河流兩側, 下部為含砂的卵石層潛水受地表水和降水補給,面積小,儲量不大而且潛水多被深溝切割疏干;第四系黃土殘塬風積黃土層潛水分布于縣城東部水位埋深50~100 m,泉水流量0.005~ 0.037 m3/s。

三疊系砂巖、頁巖、礫巖裂隙水分布縣城境內東南部。含水層為厚層狀砂巖,裂隙較為發育,出水量為0.079 m3/s。

承壓水主要分布于奧陶系、二疊系、三疊系砂巖地層的構造裂隙發育地段,三疊系砂巖有細、中、粗結構,鈣質膠結,結構疏松,水位埋深12~50 m,出水量3.894 m3/s。

野外地質調查發現,二疊系千峰組、石盒子組砂巖巖性較粗,具有一定的儲水性能,區內廣泛分布NEE向與NNW向互為共軛的扭裂隙,具有棋盤格式構造的特征,增加了構造裂隙儲水的能力。

1.3地熱地質條件

麟游縣城區域內以碳酸巖為主的奧陶統三道溝組地層在杜水河一帶埋深于3000 m以下,深度大,論證地熱資源以二疊系碎屑巖作為主要熱儲層。

區域地層出露:下古生界寒武紀-奧陶紀地層出露于麟游縣南分水嶺地帶,厚188~879 m;上古生界二疊系地層出露于下永安-上永安一帶,厚98~395 m;中生界三疊系地層分布于杜水河兩岸,厚333~1000 m;新生界第四系地層杜水河及永安河谷,厚度小于10 m,下栗川-黑山頭梁一帶,厚 20~80 m。

熱儲蓋層:第四系全新統粉質粘土、砂礫石層埋深0~10 m, 厚10 m;三疊系中統紙坊組細砂巖夾粉砂質泥巖,埋深10~900 m, 厚890 m;三疊系下統劉家溝組細砂巖夾泥巖、礫巖,埋深900~ 1300 m,厚400 m。

熱儲層:麟游縣城區域主要熱儲層考慮二疊系上統及下統碎屑巖、奧陶系上統局部碎屑巖夾碳酸巖巖層段。二疊系上統石千峰群孫家溝組、下統石盒子組粗粒砂巖與砂質泥巖及頁巖互層在杜水河一帶埋深1300~2000 m,厚700 m。

2地熱資源勘查

2.1地面調查

通過對論證區50 km2范圍內30km線路、10個地質點、 21個水文地質點的野外地面調查,結合搜集到的12套區域相關資料對論證區水文地質進行了填圖,采集巖石標本進行專門的含水性研究,對出露的地表水、泉水、井水選擇有代表性的進行采集化驗研究,測量水溫、礦化度、總硬度及微量元素等。

地表水特征:地表水主要有杜水河、清水河及出露的泉水,化學類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型,礦化度0.601~0.73 1g/L, 總硬度3745.8~4036.8 mg/L,pH值7.33~7.38。

地下水特征:松散層地下水化學類型為HCO3·SO4-Ca·Mg 型或HCO3-Ca·Mg型,礦化度0.324~0.772 g/L,總硬度112.2~ 257.8 mg/L,水溫12~15℃。三疊系中統紙坊組地下水(砂巖裂隙水)化學類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型或HCO3-Ca·Mg型,礦化度0.483~0.790 g/L,總硬度2337.5~5100.5 mg/L,水溫14~18℃。三疊系下統劉家溝組地下水(砂泥巖裂隙水)化學類型為 HCO3·SO4-Ca·Mg型,礦化度0.484~0.793 g/L,總硬度3090.5~ 5196.5 mg/L,水溫13~18℃。

依據野外調查分析,麟游縣城區域地下水溫度較為恒定, 水質礦化度小于1 g/L、pH值位于6.5~8.5之間為淡水,水質總硬度大于450 mg/L,水質較硬,為特硬水。

2.2地球物理勘探

(1)放射性α卡法測量

通過在吳家溝、栗川溝、楊七家溝、康家溝布置5條α卡法剖面,對5.4 km長、185個測點的監測、分析及研究,靜電α卡法剖面揭示氡含量的αmax=17個脈沖/min,氡含量的αmin=6個脈沖/min,均值(X)在10.829~11.61個脈沖/min,依據均差與方值分析,剖面范圍氡含量幅值變化小,未有較明顯的幅度變化異常,未發現斷裂異常。

(2)大地電磁測深法

通過在吳家溝、楊七家溝、康家溝布置5條大地電磁測深法剖面,對7.7 km長、74個測深點的監測、分析及研究,區域地質剖面水平方向上電性界面總體向北傾斜,傾斜角度變化很小,總體未見明顯的電性變化梯度異常。0~2000 m視電阻率值<1000(Ω·M)地層有局部低阻體和不均勻體存在,局部地層不整合;2000 m以下視電阻率值>1000(Ω·M)地層較完整, 界面連續性較好。康家溝有兩個區段橫向電性結構不連續,電性梯度異常,通過加密點監測后,發現兩條北傾正斷層,F1斷裂構造發育在杜水河南岸,最大斷距250 m,F2斷裂構造發育在康家溝內,F2斷裂貫通性較F1斷裂好,F2斷裂最大斷距 400 m。

(3)人工地震法

通過在吳家溝、康家溝布置2條人工地震剖面,對4 km 長、87個鉆探炮眼的監測、分析及研究,探測區域內第四系覆蓋層較薄,不能形成連續性較好的反射波,依據探測地震波速分析,0~310 m地層波速變化范圍在3600~3800 m/s之間,對應鄰近地質剖面為三疊系中統紙坊組中細粒砂巖、粉砂巖及泥巖;300~790 m地層波速變化范圍在3800~4200 m/s 之間,對應鄰近地質剖面為三疊系下統劉家溝組粉砂巖及泥巖組合;630~1230 m地層波速變化范圍在4100~4400 m/s之間,對應鄰近地質剖面為二疊系上統粉細砂巖夾頁巖組合; 930~2230 m地層波速變化范圍在4300~4600 m/s之間,對應鄰近地質剖面為奧陶系上統龍門洞組頁巖夾灰巖、凝灰巖、 砂巖組合;2230 m以深地層波速變化范圍>4600 m/s,對應鄰近地質剖面為奧陶系中統三道溝組碳酸鹽巖。地震時間剖面分析,康家溝溝道內覆蓋層300 m以下存在兩條隱伏斷裂構造。

2.3擬建地熱井參數預測

出水量預測。計算公式：

式中:Q為設計出水量;H為取水段厚度(700 m);b為基巖砂厚比(15.8%);s為設計降深(60m);q為每米砂巖單位降深出水量 (0.002 m3/h.m2)。

即:Q=700×15.8/100×0.002×60=13.3 m3/h 擬建地熱井出水量預測10~15 m3/h。 (2)井口水溫預測。計算公式：

式中:T為井口溫度(℃);t為平均地溫梯度(℃/100 m)(參考麟北煤田勘探孔最低值2.0℃/100 m);h為開采段中點深度(m), 為1650 m;h0為常溫帶深度,為20 m;t0為常溫帶溫度,為15℃; m為水溫損耗值,選用《西安地熱普查報告》,為0.377℃/100 m 并按照1.5系數進行修正。

T=2/100×(1650-20)+15-0.377/100×1.5×1650=38.27℃ 擬建地熱井井口水溫預測35~40℃。

(3)水質預測:地熱探采井擬布置在康家溝溝道內,主要開采層段為二疊系厚層砂巖中的裂隙水。

預測其水化學類型:HCO3·SO4-Ca·Mg型,礦化度為5~10 g/L, 屬微硬水和弱堿性水,個別元素可能達到醫療熱礦水命名濃度。該地熱水不能作為飲用水與漁業養殖,農灌水需處理,對鋼結構無明顯腐蝕,對混凝土有弱腐蝕作用。

2.4鉆孔位的布置

依據地面調查、地球物理勘探成果分析意見,在康家溝溝道內距離溝口150 m處,位于F2斷層處布置1眼地熱探采結合井,并定位開鉆。

3結論

(1)通過對麟游縣城區域深井地熱資源勘探,探明地熱出水量120 m3/d,水溫33℃。通過勘探填補了麟游縣城區無地熱溫泉資源的空白。

(2)麟游縣城區域地熱水為氯鈉鈣型水,感官指標、PH值、 鐵離子、氯化物、溶解性固體、總硬度不符合《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)要求,不能作為飲用水。

(3)麟游縣城區域地熱水鐵離子、偏硼酸、偏硅酸3項指標達到《理療熱礦水水質標準》(GB/T11615-2010)理療礦泉水標準,對人體有消炎、消毒作用,可緩解心腦血管硬化,防治關節炎、消化系統疾病、調節神經系統紊亂等功效,可作為理療礦泉水開發利用。