南阳市碳酸盐岩地热流体同位素特征分析

2019-06-26龚晓凌

陕西水利 2019年5期

龚晓凌，葛雁

（河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南郑州 450003）

同位素具有化学稳定性高、不易被岩土吸附、不易生成沉淀化合物、检测灵敏度高的特性。尤其氢氧同位素，它们本身就是水分子的组成部分，其组份的变化真正反映水的演化环境，是理想的示踪剂。因此，同位素在近年来越来越多用于地下水的来源研究。

南阳市在控热构造的作用下有丰富的地热资源储备，为系统研究南阳市地热流体的径流特征、热储温度等特征，采用稳定同位素（D、18O）的组成变化判别地热流体的来源及补给源，采用化学温标计算循环深度，判断热储温度，藉此对南阳市地热重点开采层位流体资源进行综合研究。

1 地质背景概述

1.1 区域地质背景

南阳市位于河南省深大断裂构造集中发育地区，断裂主要展布方位为西北、西向，见图1。根据南阳市地热开发现状，主要开采层位为古元古界秦岭岩群（Pt1Q）雁岭沟岩组碳酸盐岩类热储，其呈西北—东南向夹持于朱夏断裂与商丹断裂之间，东界大致为南阳- 方城断裂，平面形态上呈现北部开放东南收缩的簸箕状，埋深受控热断裂及其次生支脉的控制，埋深从山前的数十米向南部缓倾，在断裂影响带附近陡倾，到南阳市区南部达到1400 m左右[1]。

图1 南阳市地热地质图

1.2 古元古界碳酸盐岩热储岩性特征

雁岭沟组大理岩出露于南阳盆地以西及桐柏县北部，以碳酸盐夹钙泥质碎屑岩沉积为主，岩性主要为各种大理岩夹少量斜长角闪岩及长英质片麻岩等。含钙质岩石（大理岩、变粒岩等）的原岩为白云岩、泥灰岩和钙质砂岩。根据西峡县米坪子沟—千脚沟、内乡县蚌峪沟—西阳山沟实测剖面数据③雁岭沟岩组大理岩占比在为86.47%～89.98%。下伏地层为秦岭岩群郭庄岩组，两者之间整合接触。雁岭沟岩组大理岩多发育两到三组张裂隙，部分地段可见溶蚀现象。张裂隙贯通良好，充填物多为泥质，偶见硅质，裂隙宽度1 cm～25 cm 不等，具备较好的地下水储存、运移条件，地下水回灌条件较好，具有作为良好供暖载体的条件[2]。

1.3 古元古界碳酸盐岩热储分布特征

南阳市已有钻孔没有揭穿该层，最大揭露厚度345 m（体育中心地热井），见表1。

表1 南阳市地热井基本情况表

其厚度由西部山区向东部盆地渐薄，热储结构见图2。

图2 热储结构图

2 地热流体同位素特征

2.1 取样分析情况

2016 年4 月在工作区进行了水样采集，其同位素分析由中国科学院地理科学与资源研究所承担。该研究所是中国最早的国家重点实验室之一，致力于地球信息系统科学的基础理论和方法研究。

2.2 同位素测试结果

南阳市及周边不同热储层地热流体的氢氧同位素测试数据见表2。

表2 南阳及周边地区地热水同位素测试数据一览表

2.3 地热流体来源分析

根据表2 数据绘制稳定同位素散点图，见图3。

图3 南阳及周边地区地热流体稳定同位素散点图

由图3 知：①所有的温泉、地热井均位于大气降水线下，说明补给来源均为大气降水；②鲁山五大温泉表现出从上游到下游，逐渐偏离降水线，显示其补给来源距离逐渐增大；③大理岩地热水偏离降水线，分析认为是因为含氧岩石与热水发生同位素交换反应，使地下水中的δ18O 增高所产生的氧漂移；④氘过量参数d 值越小说明地下水滞留时间越长，地下水封存条件好，还原作用、生物化学作用慢，地下水温度高；同一地区，d 值小意味着地下水的补给量大；源于大气降水的同一含水层中，从补给区到排泄区，d 值逐渐降低。即南阳市碳酸盐岩地热流体源自大气降水，形成于封闭的高温高压环境[3]。