陕西麟游县城区段地热资源勘探研究

1县城区域基本概况

1.1地理位置

麟游县城区东距西安163 km,西距宝鸡110 km,主要交通干道有S306省道及麟眉公路穿过县城。麟游县总体地势南高北低、西高东低,千山余脉将麟游县分为南北两部分。最高海拔 1650 m为东南部的永安山,最低海拔1010 m为北部杜水河谷。区域内分布有河谷阶地、黄土梁峁、中低山与低中山四种地貌形态。

1.2区域水文地质条件

麟游县城区域地下水分布不均,依据含水层的岩石性质及地下水在其空间的分布状态,主要有潜水与承压水两类。

第四系全新统黄土状粉土或亚砂土分布于各河流两侧, 下部为含砂的卵石层潜水受地表水和降水补给,面积小,储量不大而且潜水多被深沟切割疏干;第四系黄土残塬风积黄土层潜水分布于县城东部水位埋深50~100 m,泉水流量0.005~ 0.037 m3/s。

三叠系砂岩、页岩、砾岩裂隙水分布县城境内东南部。含水层为厚层状砂岩,裂隙较为发育,出水量为0.079 m3/s。

承压水主要分布于奥陶系、二叠系、三叠系砂岩地层的构造裂隙发育地段,三叠系砂岩有细、中、粗结构,钙质胶结,结构疏松,水位埋深12~50 m,出水量3.894 m3/s。

野外地质调查发现,二叠系千峰组、石盒子组砂岩岩性较粗,具有一定的储水性能,区内广泛分布NEE向与NNW向互为共轭的扭裂隙,具有棋盘格式构造的特征,增加了构造裂隙储水的能力。

1.3地热地质条件

麟游县城区域内以碳酸岩为主的奥陶统三道沟组地层在杜水河一带埋深于3000 m以下,深度大,论证地热资源以二叠系碎屑岩作为主要热储层。

区域地层出露:下古生界寒武纪-奥陶纪地层出露于麟游县南分水岭地带,厚188~879 m;上古生界二叠系地层出露于下永安-上永安一带,厚98~395 m;中生界三叠系地层分布于杜水河两岸,厚333~1000 m;新生界第四系地层杜水河及永安河谷,厚度小于10 m,下栗川-黑山头梁一带,厚 20~80 m。

热储盖层:第四系全新统粉质粘土、砂砾石层埋深0~10 m, 厚10 m;三叠系中统纸坊组细砂岩夹粉砂质泥岩,埋深10~900 m, 厚890 m;三叠系下统刘家沟组细砂岩夹泥岩、砾岩,埋深900~ 1300 m,厚400 m。

热储层:麟游县城区域主要热储层考虑二叠系上统及下统碎屑岩、奥陶系上统局部碎屑岩夹碳酸岩岩层段。二叠系上统石千峰群孙家沟组、下统石盒子组粗粒砂岩与砂质泥岩及页岩互层在杜水河一带埋深1300~2000 m,厚700 m。

2地热资源勘查

2.1地面调查

通过对论证区50 km2范围内30km线路、10个地质点、 21个水文地质点的野外地面调查,结合搜集到的12套区域相关资料对论证区水文地质进行了填图,采集岩石标本进行专门的含水性研究,对出露的地表水、泉水、井水选择有代表性的进行采集化验研究,测量水温、矿化度、总硬度及微量元素等。

地表水特征:地表水主要有杜水河、清水河及出露的泉水,化学类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型,矿化度0.601~0.73 1g/L, 总硬度3745.8~4036.8 mg/L,pH值7.33~7.38。

地下水特征:松散层地下水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Mg 型或HCO3-Ca·Mg型,矿化度0.324~0.772 g/L,总硬度112.2~ 257.8 mg/L,水温12~15℃。三叠系中统纸坊组地下水(砂岩裂隙水)化学类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型或HCO3-Ca·Mg型,矿化度0.483~0.790 g/L,总硬度2337.5~5100.5 mg/L,水温14~18℃。三叠系下统刘家沟组地下水(砂泥岩裂隙水)化学类型为 HCO3·SO4-Ca·Mg型,矿化度0.484~0.793 g/L,总硬度3090.5~ 5196.5 mg/L,水温13~18℃。

依据野外调查分析,麟游县城区域地下水温度较为恒定, 水质矿化度小于1 g/L、pH值位于6.5~8.5之间为淡水,水质总硬度大于450 mg/L,水质较硬,为特硬水。

2.2地球物理勘探

(1)放射性α卡法测量

通过在吴家沟、栗川沟、杨七家沟、康家沟布置5条α卡法剖面,对5.4 km长、185个测点的监测、分析及研究,静电α卡法剖面揭示氡含量的αmax=17个脉冲/min,氡含量的αmin=6个脉冲/min,均值(X)在10.829~11.61个脉冲/min,依据均差与方值分析,剖面范围氡含量幅值变化小,未有较明显的幅度变化异常,未发现断裂异常。

(2)大地电磁测深法

通过在吴家沟、杨七家沟、康家沟布置5条大地电磁测深法剖面,对7.7 km长、74个测深点的监测、分析及研究,区域地质剖面水平方向上电性界面总体向北倾斜,倾斜角度变化很小,总体未见明显的电性变化梯度异常。0~2000 m视电阻率值<1000(Ω·M)地层有局部低阻体和不均匀体存在,局部地层不整合;2000 m以下视电阻率值>1000(Ω·M)地层较完整, 界面连续性较好。康家沟有两个区段横向电性结构不连续,电性梯度异常,通过加密点监测后,发现两条北倾正断层,F1断裂构造发育在杜水河南岸,最大断距250 m,F2断裂构造发育在康家沟内,F2断裂贯通性较F1断裂好,F2断裂最大断距 400 m。

(3)人工地震法

通过在吴家沟、康家沟布置2条人工地震剖面,对4 km 长、87个钻探炮眼的监测、分析及研究,探测区域内第四系覆盖层较薄,不能形成连续性较好的反射波,依据探测地震波速分析,0~310 m地层波速变化范围在3600~3800 m/s之间,对应邻近地质剖面为三叠系中统纸坊组中细粒砂岩、粉砂岩及泥岩;300~790 m地层波速变化范围在3800~4200 m/s 之间,对应邻近地质剖面为三叠系下统刘家沟组粉砂岩及泥岩组合;630~1230 m地层波速变化范围在4100~4400 m/s之间,对应邻近地质剖面为二叠系上统粉细砂岩夹页岩组合; 930~2230 m地层波速变化范围在4300~4600 m/s之间,对应邻近地质剖面为奥陶系上统龙门洞组页岩夹灰岩、凝灰岩、 砂岩组合;2230 m以深地层波速变化范围>4600 m/s,对应邻近地质剖面为奥陶系中统三道沟组碳酸盐岩。地震时间剖面分析,康家沟沟道内覆盖层300 m以下存在两条隐伏断裂构造。

2.3拟建地热井参数预测

出水量预测。计算公式：

式中:Q为设计出水量;H为取水段厚度(700 m);b为基岩砂厚比(15.8%);s为设计降深(60m);q为每米砂岩单位降深出水量 (0.002 m3/h.m2)。

即:Q=700×15.8/100×0.002×60=13.3 m3/h 拟建地热井出水量预测10~15 m3/h。 (2)井口水温预测。计算公式：

式中:T为井口温度(℃);t为平均地温梯度(℃/100 m)(参考麟北煤田勘探孔最低值2.0℃/100 m);h为开采段中点深度(m), 为1650 m;h0为常温带深度,为20 m;t0为常温带温度,为15℃; m为水温损耗值,选用《西安地热普查报告》,为0.377℃/100 m 并按照1.5系数进行修正。

T=2/100×(1650-20)+15-0.377/100×1.5×1650=38.27℃ 拟建地热井井口水温预测35~40℃。

(3)水质预测:地热探采井拟布置在康家沟沟道内,主要开采层段为二叠系厚层砂岩中的裂隙水。

预测其水化学类型:HCO3·SO4-Ca·Mg型,矿化度为5~10 g/L, 属微硬水和弱碱性水,个别元素可能达到医疗热矿水命名浓度。该地热水不能作为饮用水与渔业养殖,农灌水需处理,对钢结构无明显腐蚀,对混凝土有弱腐蚀作用。

2.4钻孔位的布置

依据地面调查、地球物理勘探成果分析意见,在康家沟沟道内距离沟口150 m处,位于F2断层处布置1眼地热探采结合井,并定位开钻。

3结论

(1)通过对麟游县城区域深井地热资源勘探,探明地热出水量120 m3/d,水温33℃。通过勘探填补了麟游县城区无地热温泉资源的空白。

(2)麟游县城区域地热水为氯钠钙型水,感官指标、PH值、 铁离子、氯化物、溶解性固体、总硬度不符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求,不能作为饮用水。

(3)麟游县城区域地热水铁离子、偏硼酸、偏硅酸3项指标达到《理疗热矿水水质标准》(GB/T11615-2010)理疗矿泉水标准,对人体有消炎、消毒作用,可缓解心脑血管硬化,防治关节炎、消化系统疾病、调节神经系统紊乱等功效,可作为理疗矿泉水开发利用。