海南省三亚市海坡地区热矿水同位素地球化学特征研究

， ，，永鹏，，

(海南省地质调查院，海南 海口 570206)

三亚海坡是海南岛南部沿海地区旅游业较为发达的地区之一，地热资源较为丰富[1-3]。海坡位于EW向九所-陵水深大断裂带的南端，九所-陵水断裂带是海南岛大地构造南北分野的界线，其切割深度达到地幔，形成了深部热源储存和运移的通道。在第三纪上新世晚期，海南岛南部地壳下降，海侵扩大，三亚崖城-海坡-藤桥沿线地区接受沉积，形成了今天的盆地——三亚台缘拗陷带[4-5]。在经历了较强烈的构造岩浆作用，加之与地热异常带相连，使得该区具有蕴藏地热资源的有利地质条件，形成了沉积盆地型地热资源。通过近几十年的水文地质勘查工作，已查明在海坡沉积型盆地内存在一个长约8km，宽约0.5 km，面积约为3.65 km2的NE向展布的地热田。在现有的水文地质资料基础上，进一步较为系统地做了地热田的同位素化学分析以及热能潜力评估，为今后海坡地区温泉旅游开发利用提供新的理论依据。

1 地热田地质背景及水化学特征

海坡地热田主要分布在EW向九所-陵水深大断裂带的南端，从图1所示可以看出，区域上穿越交汇着次一级的NE向高峰断层、NW向抱道断层和落马咋断层、NS向豪刁断层，且显示多期活动迹象，形成一定规模的断裂破碎带，它们为热矿水的形成提供了有利的导水通道和储水空间。工作区内分布F2和F11两条构造破碎带，钻孔资料揭露显示，分布于F2、F11破碎带附近的钻孔出水水温温度分别高达44.5℃和42℃，可以推测为工作区内的主要控热构造破碎带。据该地热田钻孔揭露资料，上覆地层主要为第四系烟墩组和新近系望楼港组，基底为三叠纪花岗岩，主要钻孔揭露出水水温为38℃～44.5℃，热矿水主要赋存于花岗岩裂隙破碎带中，属中低温Ⅱ-3型地热田。

该地热田中热矿水的主要化学成分及温度、pH值、矿化度等列于表1，地下水体系的水化学特征通常与其所处的特定地球化学环境有关。地下水在补给、径流及循环过程中，往往不同程度地带入和溶解周围岩石中的矿物质，海坡地热田的导水储热地层岩石为三叠纪富含Na+、Cl-的花岗岩，根据舒卡列夫分类法，分别对海坡主要钻孔进行热矿水化学类型命名，热矿水化学类型主要为49-A型水，即矿化度不大于1.5 g/L的Cl--Na+型水。综上所述，该地热田的主要水化学特征属于Cl--Na+型热矿水。

表1 海坡主要钻孔热矿水的主要化学成分特征

资料来源：本文及海南省地质调查院(2017)、三亚水文地质工程地质勘查院(2003)

A1：高峰断裂 A2：抱道断裂 A3：落马咋断裂 A4：豪吊断裂F2、F11：工作区内推测控热构造破碎带

图1区域地质构造及工作区热矿水循环模式简图

2 热水体系潜在温度和循环深度

根据地热流体在热储温度下，与矿物达到了化学平衡，且在运移、径流过程中温度降低时，这个平衡仍然保持的原理。可选择如下两种地热温标计算方法估算热储温度[6-9]：

(1)

(2)

同时，热储深度计算公式为：

(3)

式中：h为热储深度；t1为用地热温标计算的热储温度；t0为补给来源水温度；△t为地热田地温梯度。

根据补给来源水样测试结果，水温取多次测试平均值为25℃。根据地热田内不同深度热矿水的测温资料统计结果1，得出地温梯度(△t)平均值约为5℃/100m。

结合表1的结果并依据(1)、(2)和(3)式计算得出海坡地区地热田各个钻孔的热储温度和热储深度综合列于表2。由此可得，利用Mg/K和SiO2两种不同地热温标所计算结果基本一致，表明该地热田的水化学体系处于近似平衡状态，其热储温度范围在73.6℃～104.28℃，热储深度大致在972～1 585.6 m。据此推测该地热田的潜在热能最高温度在100℃左右，热水循环最大深度在1 580 m左右。

3 同位素示踪判别水源及其成因

对海坡地热田不同钻孔进行抽水试验，选取其中2个钻孔进行水样采集，并送往相关测试单位进行检测分析，钻孔水样的同位素分析结果列于表3，与海南岛大气降雨线关系图见图2。

表2 海坡地热田的热储温度和热储深度估算

表3 海坡热矿水的2H、18O同位素组成

测试单位：国土资源部岩溶地质资源环境监督检测中心

通过表3和图2可知，海坡地热田内热矿水的2H、18O稳定同位素沿着海南岛大气降雨线及其附近分布，且偏离量较小，这说明了海坡沉积盆地型热矿水与大气降雨有密切的亲缘性，起源于大气降雨。利用2H、18O稳定同位素计算热矿水补给高程，确定其主要补给区域，计算公式如下：

H=H0+(D-D1)/g

(4)

式中：H为地下水补给高程，单位为m；H0为参考高程，单位为m；D为补给水的δD，单位为‰(SMOW)；D1为参考水样的δD，单位为‰(SMOW)；g为δD随高程递减的梯度，单位为‰(SMOW)/100m，我国西南地区g为-2.5‰/100m。计算结果见表4。

由计算结果可知，勘查区地热田(区)地热流体补给高程为498.3～557.2 m。根据周边地形地势、水文地质条件等综合判断，地热田地热流体主要补给区域位于海坡地区北部约38 km外的抱龙采伐场-红坡岭一带，九所-陵水深大断裂带横穿该区域。补给区山高坡陡，大气降水形成地表径流进入河流或通过断层破碎带、裂隙发育带入渗形成地下水，在向深部径流循环过程中经围岩加热形成热水，然后沿裂隙或破碎带径流排泄进入海坡沉积盆地，赋存于新近系地层及破碎带岩石中。

图2 热矿水δD、δ18O稳定同位素与海南岛大气降雨线关系图

表4 地热流体补给高程计算表

4 结语

通过上述分析，对三亚海坡地热田热矿水得出以下结论：

(1)工作区区域上主要受EW向九所-陵水深大断裂带、NE向高峰断层、NW向抱道断层和落马咋断层、NS向豪刁断层等断裂的控制，工作区内主要受F2、F11控热构造破碎带的控制，它们为海坡热矿水的形成提供了有利的储热导水通道和储水空间，热矿水主要赋存于花岗岩裂隙破碎带中，属中低温Ⅱ-3型地热田，地热田的主要水化学特征属于Cl--Na+型热矿水。

(2)利用Mg/K和SiO2两种不同地热温标计算，海坡地热田的热储温度范围在73.6～104.28℃，热储深度大致在972～1 585.6 m。据此推测该地热田的潜在热能最高温度在100℃左右，热水循环最大深度在1 580 m左右。

(3)海坡地热田内热矿水的2H、18O稳定同位素沿着海南岛大气降雨线及其附近分布，且偏离量较小，说明了海坡沉积盆地型热矿水与大气降雨有密切的亲缘性，起源于大气降雨。通过2H、18O同位素计算公式得出地热田地热流体补给高程为498.3～557.2 m，地热田地热流体主要补给区域位于海坡地区北部约38 km外的抱龙采伐场-红坡岭一带，九所-陵水深大断裂带横穿该区域，与海坡地热田热矿水的区域循环模式起源一致。