云南蒙自坝区地热地质条件及热储特征

2018-03-27罗成，贺强

中国煤炭地质 2018年2期

关键词：坝区蒙自含水层

罗成，贺强

(1.中国煤炭地质总局第四水文地质队，河北邯郸 056001； 2.中国煤炭地质总局，北京丰台 100040)

0 引言

云南省是我国地热资源丰富的省份之一，大地热流值总体趋势西高东低。蒙自坝区位于滇东断陷盆地，是红河哈尼族彝族自治州首府，也是滇南中心城市核心区。本文对蒙自地热的研究和开发将会对蒙自市旅游经济发展起到助力作用，同时弥补该区深部地热空白。

据调查，研究区内未见温泉出露。在研究区外的倘甸、开远地区沿构造带附近有热泉出露，出露层位为三叠系中统个旧组一段(T2g1)，泉水温度24～50℃，流量100～300m3/d，大部为F型热矿水，但这些温泉没有系统地、有规划地开发利用。

1 区域地质背景

1.1 构造

蒙自坝区位于蒙自-屏边断裂及通海-个旧断裂的交汇带(图1)，属于华南褶皱系(Ⅱ)滇南褶皱带文山-富宁褶皱束的薄竹山浅褶构造体系。其中通海-个旧断裂带分布坝区西部，为一系列向南突出的弧形断裂，即云南“山”字型构造的前弧地带，也是研究区主要区域性断裂。蒙自-屏边断裂北西向穿越研究区，具双重性深大断裂；据前人资料，该断裂受喜马拉雅山造山运动影响，主要表现为剪性走滑断裂特征，薄竹山褶皱三叠纪时期为一隆起，为拱褶构造单元。各体系构造运动强烈，均具有继承和多期复合的特点。

1.2 地层

本区地层由老至新依次有：元古界(Pt)，古生界寒武系(∈)、奥陶系(O)、泥盆系(D)、石炭系(C)、二叠系(P)，中生界三叠系(T)，新生界新近系(N)和第四系(Q)。其中，坝区内沉积厚度较大的新近系含煤地层未进行开采。坝区周边大面积出露三叠系中统个旧组(T2g)，岩性为厚层状灰、灰白色石灰岩；局部出露下统永宁镇组厚层状灰黑色石灰岩、白云质灰岩。

图1 区域地质Figure 1 Regional geological map

1.3 水文地质

1.3.1 含水层

区内含水层划分为松散岩类孔隙裂隙含水层、碳酸盐岩岩溶裂隙含水层两大类。

1)松散岩类孔隙裂隙含水层。主要由洪积-湖积钙华层、砂卵石、砂砾石等组成，结构松散，孔隙较发育，赋存孔隙潜水，单位涌水量0.132～0.938L/(s·m)，富水性中等。

2)碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层，包括三叠系中统个旧组岩溶裂隙承压含水层、下统永宁镇组岩溶裂隙承压含水层。个旧组岩溶裂隙承压含水层由中厚层状细晶石灰岩组成，地表大面积出露，且沉积厚度大，岩溶强烈发育，局部地区形成暗河，单位涌水量0.149～0.162 L/(s·m)，富水性中等，排泄区地段富水性较强，水化学类型HCO3-Ca型。下统永宁镇组岩溶裂隙承压含水层由灰黑色、厚层状微晶石灰岩、白云质灰岩组成，地表局部出露，岩溶发育，表现形式为岩溶洼地、岩溶漏斗等岩溶景观，富水性中等，水化学类型HCO3-Ca型。

1.3.2 隔水层

区内主要隔水层为新近系(N)，岩性由泥岩、钙质泥岩夹煤层及砂砾石层组成，岩层整体结构致密、透水性差，沉积稳定，厚度350～100m，具有隔水保温性强的特点。

2 地热地质条件分析

2.1 地热异常的基本情况

据云南热流分布概况分析，研究区属于滇东南右江块隆低热流区，热流值大多<50mW/m2，相对稳定。但研究区西部通海-个旧断裂带附近有温泉出露，热水来自深层地下热水，经测算，地温梯度值>3℃/100m，属非正常地热增温率。

2.2 热储层

2017年1月～7月，中国煤炭地质总局第四水文地质队在研究区施工了探采井，将研究区划分为两个热储层。第一热储层段：个旧组一段(T2g1)灰白色石灰岩，岩溶裂隙发育，钻进中出现全井漏失，最大漏失量10m3/h左右，埋藏深度2 085～2 237m，厚度152m，热水温度48.5～51.7℃。第二热储层段：永宁镇组(T1y)，灰黑色石灰岩，埋藏深度2 245～2 893m，厚度648m，热水温度51.9～62.8℃，为主要热储含水层。

主要热储层由一套灰-灰黑色厚层状石灰岩组成，岩溶裂隙发育。据抽水试验资料，井口出水温度47.5℃，单位涌水量0.162～0.1789L/(s·m)。计算热导率平均3.023W/(m·k)，地热增温率2.1℃/100m。

2017年8月，水样在云南地质工程勘察设计研究院测试研究所检测：水化学类型为HCO3—Ca型，pH值7.5～7.8，矿化度520～560mg/L，总硬度为240.53～262.37mg/L，氟含量1.50～1.68 mg/L，达到医疗价值浓度标准，锶离子含量9.28～10.89mg/L，为良好的理疗锶型热矿水。

2.3 盖层

根据勘探资料，区内沉积有厚度大的新近系(N)泥岩、钙质泥岩夹煤层，厚度约706.20m，施工过程中冲洗液消耗量不明显，仅0.1～0.2m3/h，透水性差，具有相对隔水和保温作用，为良好热储盖层。

2.4 导热通道

蒙自坝区周边断裂构造十分发育，研究区主要控热构造主要有蒙自-屏边断裂、通海-个旧断裂。坝区东部蒙自-屏边断裂规模较大，长约70km，影响带5～10m，倾向SW，倾角40°～60°，且具有双重性，对沟通深部热源起到了至关重要的作用；西部发育通海-个旧构造断裂带，长约100km，断裂活动性较强，导致次生断裂十分发育，由于受后期多次构造运动的影响，反复继承和复活，具有多期活动特征，既沟通了深部热源，也为地下水深循环并在沿途吸收深部传导上来的热量，然后在水压差、密度差作用下向上运移提供了必要的通道，起到了导热导水的作用。

3 地热系统成因模式

3.1 热源

从大地构造角度分析，研究区属于华南褶皱系(Ⅱ)滇南褶皱带文山-富宁褶皱束的薄竹山浅褶构造体系。钻井资料显示，坝区内地层主要为碎屑岩、碳酸盐岩，盖层段井深320～1 500m，地热增温率1.1℃/100m；1 500～2 000m，地热增温率(1.0～1.5)℃/100m；热储层段井深2 000～3 000m，地热增温率(1.2～2.1)℃/100m。研究区地热增温率随地层的埋深增大而增大，随热储层段富水性的增强而减小。

分析认为，本区地热源通过构造控制来自地球转运热，作为地球内部主导热源。研究区两侧大气降水分别沿蒙自-屏边断裂、通海-个旧断裂以及断裂影响带入渗补给，顺构造影响形成溶隙裂隙通道由上而下，向深部缓慢径流并不断吸取周围岩体热量加热，依靠正常的地热增温对岩溶水加热，从而形成热水，且上覆巨厚的新近系盖层起到保温隔热作用。

3.2 成因模式

蒙自坝区地热系统的成因模式可概括为：大气降水在坝区东、西部山区碳酸盐岩岩溶含水层补给区向下入渗，以垂直渗流或水平径流侧向补给以及部分越流形式向坝区方向运移进入热田，在东、西部蒙自-屏边断裂及通海-个旧断裂破碎带深部热源作用，地下水深部热交换，随循环深度增大而不断从岩石中获取热量逐步加热，形成中低温对流型热水。热水在封闭的三叠系个旧组一段(T2g1)、永宁镇组(T1y)含水层溶隙中进行水平、垂向运动。研究区内热储含水层地下水总体由南向北径流(图2)。

4 地热能的开发利用及保护

4.1 热水开发对地质环境影响

经调查，研究区内未发生过地质灾害。结合该区地质地貌条件和地下水开发利用情况，认为当开采热水深度达2 000m时，地质环境受地热井开采的影响较小。

4.2 热废水排放对环境影响

探采井出水温度47.5℃，通过输水管道及利用系统后，如洗浴，弃水温度一般不高于35℃，弃水排放至地下管道和其它污水混流，从而达到了降低温度的效果，因此余热对环境不会造成明显影响。

经水质检测，探采井水质各项指标检测值均小于允许排放标准，弃水排放不会对环境产生不良影响。

4.3 地下热水保护

地热资源为新型清洁环保能源，具有投资少，见效快的特点，但也属于消耗型能源，因此，在开发利用过程中应有计划、有限制地开采，合理布局，同时做好水位、水温监测工作，要遵循“开源与节流并举”和“开发与保护并举”的方针，避免开采量过大造成水位下降过快，以致缩短水井使用寿命，建议其尾水在进行适当处理后可用于养殖、种植等方面。