新疆乌苏南山地热资源成因及热储评价与开发

邵争平等

[摘要]通过对乌苏市南山温泉沟地热资源的勘察，对地热资源的形成机理及开发前景进行了研究，提出温泉水是地下水在深循环过程中由正常地热梯度加热而形成。研究区发育的断裂构造是温泉水出露的关键因素，将温泉热储平均流量466.5m3/d（水温45.5℃）作为南山地热区开发利用允许开采量，资源保证程度较高。

[关键词]地热 成因 开采量 新疆

[中图分类号] P314 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-9-26-3

1前言

新疆地热资源丰富，主要为褶皱山区断裂构造类型和中新生代自流盆地型，属于中低温热水为主的地热系统，南山地热温泉属于山区断裂构造型热储类型，位于乌苏市南40余公里的温泉沟内，行政区划隶属于乌苏市管辖，交通十分便利。已开发有独山子疗养院和乌苏市工会疗养院，随着乌苏市旅游产业的发展，原有地热井水资源量不足，本文主要研究论证乌苏南山地热资源的成因及开发利用前景，为乌苏市南温泉地热资源开发利用提供科学依据。

2自然地理与地质背景

2.1自然地理

南山温泉位于天山北麓，准噶尔盆地南缘。属干旱半干旱气候，年平均气温6.5℃，年平均降水量248.9mm，年平均蒸发量为1836.5mm。地表水系不发育，主要由3条较大的南北向冲沟组成，温泉沟有少量的泉流且为常年径流，其余2条冲沟属季节性洪水沟，受汇水面积及降水量的限制，水量不大。总体地势南高北低，海拔高程1600～1850m。南部为中山区，山体陡峻；中部为低中山区，分布面积广，冲沟发育；北部为山前砾质倾斜平原区，由新老洪积扇叠置而成，地表植被稀疏，呈现戈壁荒漠景观。

2.2地层岩性

南山温泉区出露地层简单，主要由石炭系、第四系和岩浆侵入岩组成。

（1）石炭系：分布于南山温泉的西南部，为上石炭统巴音沟组，岩性为灰色-深灰色、灰绿色中厚层凝灰质粉砂岩，长石、石英砂岩、砂砾岩夹灰岩；（2）第四系：①第四系中更新统冰碛层（Q3fgl）：在温泉区北侧的山脊覆盖有较大厚度的含漂石砂砾石层及局部的黄土层。厚度≥0.5m。②第四系全新统坡积层（Q4pl）：分布于温泉沟及东侧的沟谷内。（3）岩浆侵入岩：在南部大面积出露，为华力西晚期的花岗闪长岩（γ43c），中-细粒结构，呈肉红色，厚度较大，从温泉沟现有的热水井资料判断，侵入深度>100m。

2.3地质构造

通过地面地质测绘和地球物理勘探，确定了断裂构造F2、F3、F4、F6的准确位置和性质（图1），经综合分析，推测了F5、F7存在的可能性。

由此得出地热区地质构造条件较复杂，北侧第四系与花岗闪长岩的接触带为近东西向展布的山前大断裂（F1），该断裂长38km，断裂面倾向南，倾角70°，为区域压扭性逆冲断裂，与之配套的压扭性断裂F2、F3、F5、F7，另外还有2条张扭性断裂（F4、F6）（表1）。这些低序次的断裂与温泉出露密切相关。

2.4水文地质条件

南山地热区为以花岗岩为主的侵入岩体组成的南北向山地，在经历多期次构造运动后，岩层和岩体受到破坏和错动，为地下水的循环和储存创造了有利条件，也成为山前平原地下水的补给区，地下水类型为基岩裂隙水。

次一级的断裂与主干断裂复合部位，岩石破碎，裂隙发育，成为较好的富水场所，常成为泉水集中出露的地段，泉水流量一般小于0.4L/S，水化学类型为SO4-Na型水，矿化度0.38-0.52g/L。新疆石油局独山子矿区在该区打一眼深103.14m的热水井，在井下64m处可见一层厚6m的断层破碎带，此带是地下热水的富集地段。井水涌水量3.9L/s左右，水化学类型为SO4-Na型水，矿化度0.45g/L，泉水溢出地表后，顺较低洼地段或沟谷渗入北部的平原区。

3南山地热温泉成因分析

根据对与地下热水形成有关的地质、构造、水文地质及地球物理、地球化学特征的分析，并对比新疆区域地热的特征，乌苏南山温泉属褶皱山区断裂构造型热储。该地区构造极为复杂，经过多期次构造变动，挽近以来，构造活动极为剧烈，不同体系构造的活动为热水的形成、运移创造了良好的条件，不同构造体系的交接复合部位成了热水富集、出露有利地段。沿该带出露有乌鲁木齐水磨沟、呼图壁、沙湾、乌苏等8处温泉，分布密度达20%以上。控制热水形成和分布的构造主要为一组近东西向展布的博罗科努-阿齐克库都克断裂为代表的区域性大断裂，这些断裂形成时间较长，规模巨大，活动性极强。南山地热温泉区分布的侵入岩属于华里西晚期，从区域上判断，侵入岩体的规模大、深度大，具有一定的热源条件。加之局部地质构造活动造成的地热异常，也会使地下水在地壳内部深循环过程中获得热量。地下水通过深循环并通过断裂破碎带富水地段顺通道涌上地表，形成地热资源。

3.1地热温泉形成的热源条件

南山地热区侵入岩属于华里西晚期，从区域上判断，侵入岩体的规模大、深度大，具有一定的热源条件，但勘察区浅部无近代火山或岩浆热源。地质构造活动造成的地热异常，使地下水在地壳内部深循环过程中获得热量。因此，该区热源主要是地下水在地壳内部深循环过程中地热增温形成的。

3.2构造条件

南山地热区温泉的分布与勘探研究区断裂构造密切相关（图2）。通过地形测量、地质测绘、地球物理勘探、遥感解释、探采结合井的施工以及资料综合分析研究可知，近东西向F1断裂控制了该区地温梯度的变化，其次一级断裂控制了勘察区地下水的富集，初步明确了近南北向断裂（F3）、温泉沟断裂（F4）、北东向断裂（F5）、北西向断裂（F6）对勘察区温泉出露、地热的形成意义较大。温泉出露是压扭性控热断裂与张扭性控水断层综合作用的结果。

4南山地热区热储评价与开发前景

F3断裂与F4断裂复合部位富水特征明显，存在的含水构造顶板埋深在120～130m，长度30m，宽度20m，含水层厚度20m左右，热储层厚度20m，体积12000m3，热储盖层达120～130m，由此确定F3断裂与F4断裂复合部位区段为地热资源集中分布地段，具有实际的开发利用意义。

通过勘察区断裂构造地下三维模拟系统，将F3断裂面与F4断裂面复合部位即两断裂面交线投影到地面，更加精确的得出120～150m深度热储层在地面的投影范围，据此确定孔位后进行了勘探孔及探采结合孔的施工，在孔深70～140m范围连续揭露裂隙含水段61.2m（热储层），热储涌量460 m3/d，水温45.5℃，由此证实了对南山地热区热储特征及成因分析的结论较为可靠、正确。

4.1热储产量评价

通过抽水试验和涌水试验资料实测分析以及近一个水文年的动态观测（表2），探采结合井的稳定热储自流涌量为460 m3/d，水温45.5℃。

4.2热储水质评价

本次施工的探采结合孔水质， 除氟化物和pH值超标外，其余均符合生活饮用水卫生标准。氟化物含量指标相对于国家生活饮用水卫生标准超标9.2倍，pH值（9.8）也超出允许的范围（6.5-8.5）较多，因此不适宜作为生活饮用水。

乌苏南山地热水含有丰富的硫化氢气体和偏硅酸等具有医疗保健作用的成分，宜开发为地热医疗矿泉水，热水中特有的化学成分硫化氢具有兴奋作用，洗浴时对慢性皮肤病有良好的抗菌止痒作用；丰富的偏硅酸有治疗胃病、强健骨骼、降低心血管疾病等功效。

4.3开发前景

为避免疏干性开采造成地热资源的破坏，应采取以现有自流量为保证的合理开发利用方式，一是加强对自流量变化的（包括水温）的监测，通过多个水文年的动态监测，进一步评价地热产量丰枯水年的变化、开发潜力和保证程度。二是目前以自流量进行调配，可在用水高峰时采用临时调蓄措施，建议井口取水装置结合调蓄水池采用地埋式，既可以增强保温效果，又减少了运行维护及占用土地的费用，三是在建设正式的保温调蓄水池仍不能满足高峰期用水需求时，可以考虑下入扬程40m、流量30m3/h的地热专用变频水泵进行一个落程的稳定流抽水试验，经评价为稳定、可靠的出水量前题下，可作为临时增水措施，以保证地热井长期稳定地运行。

5结论

乌苏南山温泉的热储类型为褶皱山区断裂构造类型。

（1）浅部无近代火山或岩浆热源。其热源是地下水在地壳内部深循环过程中在正常地热梯度下加热形成的。温泉水的温度取决于地下水深循环的深度及径流、排泄条件。

（2）南山地热区压扭性控热断裂与张扭性控水断层是温泉分布与出露的关键因素。

（3）温泉热储平均流量466.5m3/d（水温45.5℃）可作为南山地热区开发利用允许开采量，且保证程度较高。