白岭地热资源勘查与地热流体质量评价分析

刘江科，刘 魁

（1.江西省勘察设计研究院，江西 南昌 330095；2.信息产业部电子综合勘察研究院，陕西 西安 710000）

地热资源作为21世纪最具开发潜力的绿色能源，在地热发电、供暖、务农、医学方面有广泛应用[1-4]。肖涛[5]发现江西地区地热资源呈现出地域性和分带性。余圣品等[6]发现江西省修水县地热资源主要源于放射性铀钍，钾贡献率低于10%。地热资源的详细勘查是地热水资源合理开发利用和评价的可靠依据，地热水质量决定了开发利用的方向。近年来，江西省国土资源厅密切关注本省的地热勘查进程。在江西省国土资源厅基金中心的支持下，江西省勘查设计研究院开启了江西省修水县白岭镇地热资源勘查研究工作，经过多年的探索，在资源勘探、开发利用潜力等方面形成了一定的认识。本研究在充分收集白岭镇地热调查评价等工作资料的基础上，利用地热地质调查、物探、钻探、抽水试验及动态监测等工作成果，分析了该区地热地质条件，包括地热水的成因、赋存和运移条件，并依据水文地质单元将城区地热资源分为南北区进行评价，彰显了白岭镇较大的可开发潜力，且应用范围广。

1 研究区概况

修水县白岭镇位于县城西北方向，处于东经113°58′45″～114°00′15″、北纬29°04′45″～29°06′15″，面积约3.66 km2。勘查区位于赣、鄂、湘三省交界处，距离修水县、湖北通城县和湖南平江县分别为50、30和70 km。S304省道斜贯勘查区北部，区内乡村道路纵横交错，交通便利。

勘查区属低山丘陵区，三面环山，海拔高程为400.0～500.0 m，一般相对高差为70.0～300.0 m。山坡植被覆盖率较高。该区属亚热带湿润季风气候区，年均气温为6.7 ℃，最高温在7月，温度为27～28 ℃；最低温在1月，温度为3～4 ℃。年均降水量为1 671.3 mm，集中在4～6月。年均蒸发量为1 334.4 mm。区内发育桃树河，自西南向北东流，属山间溪沟，河宽5.0～10.0 m，水深0.5～1.0 m。区内有被称为江南“香格里拉”的黄龙山，风景优美。白岭镇还是红色革命老区，红色景点众多，民风淳朴，未开发旅游景点有60多处，是观光、旅游投资开发的胜地。

2 材料与方法

本次结合地热地质调查、地球化学调查、地球物理勘查、地热钻探、孔底测温、取样测试等手段及方法进行地热资源的勘查和地热流体的监测。本研究分别对2013年12月至2015年12月南区ZK1、ZK2热水孔和北区ZK3、ZK4热水孔地热流体于枯水期、平水期、丰水期的13组样品进行测试，其中11组由自然资源部南昌矿产资源监督监测中心承担，另外2组由自然资源部武汉矿产资源监督监测中心做对比检测。2014年7月至2015年8月的枯水期、平水期、丰水期的9组地热水样品由江西省核工业地质局测试研究中心进行放射元素测定。

3 结果与讨论

3.1 地下热水成因

勘查区地层相对简单，主要为分布桃树河及其支流两岸、沟谷平原地带的第四系联圩组，以河流冲积物为特征，少量山前冲洪积混合物堆积。沉积物主要为浅灰、灰色、黄褐色沙砾层、粉土、粉质黏土层，尤以花岗岩之风化产物“白沙类”砂质黏土为特色，厚度在3.0～10.0 m不等。勘查区全域为花岗岩，岩性为中粒含斑—少斑黑云母二长花岗岩和中粗粒斑状黑云母二长花岗岩。本区发育两组断裂：一组为北北东—北东向构造，由一组规模不等的断裂组成；另一组为北西向断裂，此断裂规模小，断裂走向303°～330°，倾角近于直立，主要显示平移断层的特征。北北东向断裂为主要的控热构造，区内低次序派生断裂或断裂交汇形成的裂隙带为地下热水提供导水条件。地下热水主要接受中低山区的大气降水深入补给，通过北东向深大断裂向地壳深处运移，在地球内热的作用下形成热水，在压力差的驱动下，热水沿着裂隙带在适宜的地貌条件下溢出地表形成热泉。

白岭地下热水天然露头以上升泉的形式出现。温泉露头点呈北东30°线状间隔，出露于河谷及其东侧花岗岩长石裂隙中，分布方向与河谷走向基本一致。

3.2 水化学组分特征

根据测试结果，可以初步确定白岭地下热水属于复合性热矿水，水化学类型均为低矿化度偏硅酸弱碱性重碳酸钠钙型淡水，库尔洛夫表达式如表1所示。

表1 地热水水化学类型

3.3 地热流体质量评价

3.3.1 理疗热矿水评价

理疗热矿水评价见表2。根据GB/T 11615—2010[7]附录E之《理疗热矿泉水水质标准》的规定，白岭地下热水偏硅酸（H2SiO3）、氡（Rn）、氟（F-）质量浓度分别大于1.2、37.0和1.0 mg/L时有医疗价值，达到和超过了“命名矿水质量浓度”要求，可同时命名为硅水、氡水、氟水，可作为医疗、洗浴用水，水质良好。

表2 理疗热矿水水质标准对照表

3.3.2 饮用水水质评价

根据《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）的规定，本区热水一般微生物指标、毒理指标、感观性状、一般化学指标、放射性指标均满足标准规定要求，但氟质量浓度（7.60～16.05 mg/L）、pH（8.68～10.06）超标，不可作为生活饮用水。

3.3.3 农业灌溉用水水质评价

根据《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2005）的规定，经对比分析，水温较高（48～83 ℃）且pH（8.68～10.06）超标，不能作为灌溉用水。

3.3.4 渔业用水水质评价

根据《渔业水质标准》（GB 11607—1989）的规定，经对比分析，地热流体氟质量浓度（7.60～16.05 mg/L）、pH（8.68～10.06）超标，不可作为渔业用水。

3.3.5 有用矿物组分评价

白岭地下热水中所含矿物质成分的浓度较低，均未达到工业利用可提取有用元素的最低标准。

3.3.6 腐蚀性评价

参照相关行业规范，按地热流体的腐蚀系数进行腐蚀性评价，对于碱性水选用下列公式进行计算，计算结果见表3。

式中：Kk为腐蚀系数；r为离子含量的每升毫克当量数。

由表3可知，白岭地热流体腐蚀系数Kk为-1.188～-0.995，Kk+0.050 3，Ca2+为-0.937～-0.777，两者均小于0。依据地热资源地质勘查规范（GB/T 11615—2010）地热流体性议论方法，参照工艺上用腐蚀系数来衡量地热流体的腐蚀性。当腐蚀系数Kk＜0，且Kk+0.050 3 Ca2+＜0，属于非腐蚀性水。

表3 地热流体腐蚀系数

3.3.7 结垢性评价

流体结垢性主要指流体中一些溶解度较小的组分随着周围环境变化（高温、高压）达到过饱和而析出，附着于利用系统内表面，形成垢层。参照工业行业规范，若锅垢总量H0＜125.00 mg/L，则为锅垢很少的地热流体。按地热流体的锅垢总量进行结垢评价，选用以下公式进行计算，结果见表4。

式中：H0为锅垢总量，mg/L；r为离子含量的每升毫克当量数；ρ地为地热流体中的悬浮物质量浓度，mg/L；ρ胶为胶体质量浓度，是SiO2、Fe2O3、Al2O3质量浓度之和，mg/L[7]。

由表4可知，白岭地热流体锅垢总量H0＝86.74～105.48 mg/L，均小于125.00 mg/L，属于锅垢很少的地热流体。

表4 地热流体锅垢总量计算

根据白岭镇地下热水的各项指标的测定，该地下热水属低温低矿化淡水，毒害元素浓度低于GB 8978—1996《污水综合排放标准》污染物最高允许排放浓度。该地下热水可作为度假休闲、洗浴、医疗用水，热水和废水排放总量有限，一般不会对水土环境、大气环境造成不利影响。地热水是一种可以得到补偿的资源，合理的开发利用不仅可以用较小的取水工程得到较大的水量，还能长期正常使用。

4 结论

（1）该地热田为一带状小型低温地热田，热储呈带状分布，赋存于二长花岗岩裂隙中；补给区在西侧及南侧的中低山花岗岩分布区，大气降水顺着风化花岗岩的原次生裂隙及后期构造裂隙快速下渗到深部，汇集到宽大而深的控热的北东向断裂带裂隙内，经断裂深部循环加温，并储集在两组断裂交汇形成的构造破碎带中。

（2）该地热水为低矿化度偏硅酸弱碱性重碳酸钠钙型淡水，地热流体偏硅酸（H2SiO3）82.36～120.84 mg/L、氡（Rn）98.46～700.10 Bq/L、氟（F-）7.60～16.05 mg/L，已达到和超过了“命名矿水质量浓度”要求，可同时命名为硅水、氡水、氟水，适合采暖、理疗、洗浴、旅游、休闲。

（3）地热水为非腐蚀性水，属于锅垢很少的地热流体。