甘肃省天水市中滩地热赋存特征及成因

王有权，魏林森

(1.甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050;2.甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050)

甘肃省天水市中滩地热赋存特征及成因

王有权1，魏林森2

(1.甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050;2.甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050)

中滩地热田是受断裂构造控制的裂隙型地热田，属低温地热资源，储量丰富，水质良好。本文通过对大量勘查资料的分析总结，阐述了地热赋存特征，分析了地热成因，目的是为后期合理、有序地开发利用地热资源提供依据。

地热;赋存特征;成因分析

天水市位于甘肃省东南部，是一座历史悠久的文化古城，旅游业是该市主导产业之一。天水市区西北18 km处的麦积区中滩乡张家沟 －汪李坪一带依山傍水，气侯宜人，毗邻国道，交通便利，地热异常明显，极具开发潜力。异常区面积58 km2。异常区南为渭河，多年平均径流量12.7亿 m3。

1 地质环境概况

研究区位于渭河三阳川盆地西北部，地处渭河与葫芦河的交汇地带，总体地势西高东低，北高南低，海拔介于1 140～1 580 m之间。主要地貌类型为河谷阶地和丘陵。

区内大部分被黄土、黄土状土覆盖，仅在河谷谷坡两侧和冲沟沟底见有零星的新近系砂质泥岩、上元古界葫芦河群变质砂岩板岩和下元古界牛头河群碎裂状硅化白云质大理岩出露(图1)，另在区内西部、南部见有华力西期黑云母花岗侵入岩体。

区域地处祁连—北秦岭造山带的复合部位，自北而南由多条次级构造带及边界断裂带组成。构造带宽约2～2.5 km，中滩地热异常区恰恰位于该构造的主应力集中带上。通过物化探勘测，认为对地热形成具有控制意义的断裂系构造主要有:北东向延伸的压扭性F1断裂系、近东西走向的张性F2断裂系和北东向走向的张性 F3断裂系(见图1)。

图1 天津市中滩地热田区域地质图

2 地热赋存特征

2.1 地表热异常分布特征

中滩地热异常区位于三阳川盆地渭河高阶地，是受断裂控制的裂隙型地热田，兼有层状热储和带状热储特征。异常区主要由三个被黄土覆盖的温泉露头点组成，泉点大致沿NE55°方向呈线状分布与 F1断裂走向一致。区内地下水的正常水温12℃ ～14℃，而温泉点的水温值 22℃ ～26℃，高于正常值10℃ ～14℃，热异常十分明显。

根据短时间连续干式成孔5m移动测温法取得的系列资料成果(图2)，地热异常区严格受断裂控制，其南北分别以F2、F3断裂为界，西至霍家坪，东到 F1断裂，形成长约1 300 m，平均宽1 200～1 250 m，面积约 1.6 km2的地热田，异常区等温线总体呈封闭状，长轴北东南西向，与F1断裂走向一致，地热田东部地温线围绕温泉点呈断续带状分布，线条较密，说明温泉点周围增温很快，温度较高;西部地温线间距明显变宽，温度也由东部的26℃、22℃逐渐降至15℃左右;主干断裂线外围等温线收缩很快。

图2 中滩地热热田范围及地温等值线

区内热流体的分布严格受断裂控制。F2断裂系以北渭河高阶地温泉点高于以南河谷 II级阶地地下水水位37～40 m，并且水温、水质差别明显，说明F2断裂系为地热田南部阻水边界;F3断裂发育方向北西－南东，在地热田内大致与F2断裂系平行发育，通过地温场测量和出露泉点水质、水温有较大差异分析，亦认为是一阻水屏障;F1断裂系主断裂带上有多处地热温泉点出露，高出低阶地地下水位45～55 m，亦为一阻水断裂，现状热水排泄除以泉形式有少部分自溢外，绝大部分可能沿F1断裂破碎带向两侧径流排泄。由此说明，热流体主要分布于F2、F1、F3断裂所围成的半包围区域内，其补径排也严格受上述断裂的控制。

2.2 热流体分布与埋藏特征

中滩地热田热流体主要赋存于下元古界牛头河群碎裂状硅化大理岩中，热储呈单斜状发育，为低温地热资源。地热田由上、下两层热储组成(图3)，第一层热储埋深在张家沟F1断裂附近为35～150 m，热储温度 28℃ ～35℃，其它地段随地形增高，埋深相应增加，厚度200～400 m，盖层为新近系泥岩和第四系。第二层热储与上覆第一层热储以所夹200～250 m巨厚层绢云母片岩和断层糜棱岩为分隔层，张家沟F1断裂一带埋深600～620 m;汪李坪一带埋深50～150 m，且随地形起伏而变化。虽然钻探对第二层热储层揭露仅80 m，但结合实测地剖面和测温推断，热储体厚度450～600 m。

图3 中滩地热田热储埋藏分布地质剖面图

经实测，K1钻孔650 m深处热储温度为46℃。利用KMg、SiO2、K－Na水化学温标和地热增温梯度推算相应第二层热储体温度分别是 73.65℃、94.16℃、202.81℃ 和 65.8℃。K－Na算得200℃左右，这代表地下热水在深循环过程中曾经达到过的温度。据上结果初步确定第二层热储温度应介于65℃ ～70℃之间较为符合实际。

2.3 富水性及动态特征

地热田内热储富水性良好，通过对第一层热储体抽水试验证明，热流体具承压状，水头高出地面8～10 m，成井后可自流，当水头降低8 m、20 m和50 m时，相应单井涌水量分别是450 m3/d、1 400 m3/d和2 600 m3/d。计算的渗透系数是7.71 m/d，给水度0.12。经对第二层热储650 m处使用井中流速仪测量和对该段钻探过程中泥浆漏失量的统计表明，单井涌水量大于2 000 m3/d。

通过连续三年对区内泉点流量、温度及水化学组分监测:汪李坪泉点平均水温24℃，流量1.15L/s;张家沟泉水温度22℃，流量0.063L/S。流量随季节和降水变化不明显，水化学组分较稳定;水温年变幅2℃ ～3℃，夏秋两季较高，冬季最低，分析水温变化是由气候和人为因素造成。

2.4 地下热水的水化学特征

地热田地下热水自然出露和人工揭露点集中分布在F1断裂一线。水化学类型单一，为－Cl－－Na+－Ca2+－Mg2+型，PH 值 7.5～7.93，溶解性总固体 1 200－1 500 mg/L。水中除常规化学组分外，还含有偏硅酸、锶、锌、溴、碘、硒、锂、氡等十几种与人体健康有益的微量元素。其中偏硅酸达到医疗矿泉水浓度，F达到有医疗价值浓度。锶(1.87 mg/L)、偏硅酸(29 mg/L)硒(0.02 mg/L)、溶解性总固体(1 372.4 mg/L)等四项指标达到了饮用天然矿泉水界限指标。

3 地热成因分析

3.1 地下热水的热源分析

形成地下热水的热源种类繁多，但归纳起来主要有放射性蜕变热、深循环热和局部热源等。

3.1.1 放射性蜕变热能

是地球内部热能的重要来源，其热能的大小主要取决于岩石尤其是花岗岩体中易于富集的铀、钍、钾(K40)等放射性元素的含量。测区内虽未见花岗岩体，但其西、西北外围有大面积的华力西期花岗岩体出露，钻探揭露也有橄榄岩脉存在，水中SiO2含量高，F、氡等逸出性气体也有一定含量。说明形成地下热水的热源与岩体放射性蜕变生热关系极为密切，是主要的热源体。据此并根据区域调查资料推断:地热田处在热水系统的排泄区，外围花岗岩体很可能就是地下热水的主要热源体，二者以断裂通道相连。

3.1.2 深循环地热能

是指通过地球内部正常增温所获得的热量。前已推算出区内第二层热储温度为65℃ ～70℃，要达到此温度以陆地最大正常地温梯度3℃/百米推算，其热储也至少在2 100 m深度以下，而区内断裂非区域性深大断裂，难以达到此影响深度。因此认为该地下热水纯粹由“正常增温”形成的可能性较小。尽管如此，由于热水的循环深度相对较大，部分热能也可能是通过“正常增温”而获得的。

3.1.3 构造余热

是由近期或挽近期的活动断裂产生。研究区位于天水—兰州地震带，挽近期构造活动明显，历史上曾多次发生地震，7级以上地震就有3次。有关资料表明，一次5级地震(2×1 019尔格)所释放出来的能量相当于爆炸一个两万吨 TNT的原子弹(8×1 019尔格)。由此可以推测，历次地震活动中所产生的构造余热在地下热水形成的漫长历史过程中，可能也对其产生过一定的影响。

3.2 地下热水的补给来源分析

利用氢氧同位素测试结果所建立的本区雨水线方程为δD=7.15δ18O+4.18，而区内各类地下水的 δ 值都落在雨水线附近，说明本区地下热水主要接受大气降水和由降水形成的地表水入渗转化而成。前述地下热水赋存于 F2、F3间的构造破碎带内，所有的泉点都位于F1断裂西侧，从而排除了东部方向来水的可能性，据此初步认为补给区应在地热田西北部。通过补给高程的计算，确认距中滩地热田西北25～30 km、海拔1 300～1 700 m左右的渭河河谷上游基岩裸露区是地下热水的主要补给区。根据所采集的氚样分析结果显示，区内地下热水的氚浓度值介于3～14.48TU之间，说明热水中含有少量热核试验生成的氚，地下水可能形成于1954－1961年间，据此推算地下水循环年龄大于40年。从现掌握的资料分析，中滩一带应为该地热系统排泄区域，除少部分自然流出的温热水外，推测大部分可能沿F1断裂向东北、西南方向径流排泄。

3.3 热水水化学组分来源分析

地下热水中除含有常规化学组分外，还含有十几种与人体健康有益的微量元素，其中可溶性 SiO2、氟和氡等是热水中标志性元素，含量较高。这些化学组分和微量元素除少部分来自大气降水或地表水外，其余大部分是地下水在深循环过程中，在一定的温度和压力下，溶滤花岗岩体中标志性元素或因花岗岩体中放射性元素衰变而成。地下热水在循环径流的过程中，经历着不同的水化学环境，从而形成了不同于一般地下水的一些水化学特征及标志性化学元素。

4 结语

综上，距中滩地热田西、西北25～30 km处，海拔1 300～1 700 m的渭河上游基岩裸露区的大气降水、地表水渗入地下后，沿北西西向延伸的F2、F3断裂间的破碎带向南东东径流，地下水在漫长的深循环径流的过程中，在一定的温度和压力下，不但接受了花岗岩体中放射性元素蜕变热和地震时构造余热的加热，而且通过溶滤、混合、离子交换等作用把围岩中的标志性等元素溶于地下水中，在F1断裂处受挡后，在静水压力传导下上涌形成温泉。

［1］刘光亚.基岩地下水［M］.地质出版社，1979.12.

［2］胡玉禄，胡红文，等.5m地温测量在地热勘探中的应用.水文地质工程地质.2002.

［3］黄尚瑶，等.地球热学.地质出版社，1998.

［4］地热资源评价方法.DZ40－85.

［5］地热资源地质勘查规范.GB 11615－89.

Occurrence of Geothermal Beach Characteristics and Causes of Tianshui City in Gansu Province

WANG You－quan，WEI Lin－sen
(The 3rd mineral investigation academy，Gansu provincial mine bureau，Lanzhou 730050，Gansu)

Zhongtan geothermal field is cranny type and is a microtherm geothermal resource，which has amount of heat quantity and good quality water.In order to provide geothermal resources for development and utilization orderly and properly in the future，a lot of exploration review have been analyzed and summarized，geothermal contribution factor and storage feature is elaborated and analyzed in the paper.

geothermal;properties of deposit;genesis exploitation

P641.139

B

1004－1184(2012)01－0014－03

2011－10－10

甘肃省天水市中滩地热资源开发项目(GDK04－258)

王有权(1966—)，男，甘肃会宁人，高级工程师，主要从事水文地质、工程地质及环境地质勘查研究工作。