淺談水文地質(zhì)測(cè)量在地?zé)峥辈橹械淖饔?/h1>

文章來(lái)源：地大熱能 發(fā)布作者： 發(fā)表時(shí)間：2024-06-04 10:43:05瀏覽次數(shù)：474

地?zé)豳Y源作為一種清潔、可循環(huán)利用的可再生能源,具有儲(chǔ)量大、分布廣、環(huán)保、穩(wěn)定等特征,使用其代替部分傳統(tǒng)能源不僅對(duì)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境具有重要意義,而且還可以促進(jìn)培育新興產(chǎn)業(yè)、加速新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、豐富地方旅游資源、增加地方就業(yè)率。近年來(lái),為滿足中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的現(xiàn)實(shí)需求,地?zé)豳Y源的需求越來(lái)越大、應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣,其勘查、開(kāi)發(fā)和利用必將迎來(lái)一個(gè)快速發(fā)展期。

湖北省地?zé)豳Y源勘查工作始于20世紀(jì)60、70年代,經(jīng)過(guò)近60年的探索及實(shí)踐,目前已形成一套相對(duì)成熟的勘查方法,主要勘查手段包括水文地質(zhì)測(cè)量、淺層地溫測(cè)量、地球化學(xué)勘查、地球物理勘查及地?zé)岬刭|(zhì)鉆探。水文地質(zhì)測(cè)量作為地?zé)峥辈?/a>中的基礎(chǔ)性、先行性地質(zhì)工作,在水熱型地?zé)豳Y源勘查(尤其是中深層地?zé)?/a>勘查,深度1～3 km)中起到了至關(guān)重要的作用,甚至直接成為勘查成敗與否的關(guān)鍵因素。

1 水熱型地?zé)豳Y源類型及水文地質(zhì)測(cè)量

湖北省水熱型地?zé)?/a>資源較為豐富,現(xiàn)已在39個(gè)縣(市)發(fā)現(xiàn)有地?zé)崽?/a>(或溫泉)68處,多形成溫泉出露于地表,由鉆孔、開(kāi)礦發(fā)現(xiàn)的有15處。地?zé)?/a>資源溫度由26～110 ℃不等,按地?zé)?/a>資源地質(zhì)勘查規(guī)范,可將其歸為地溫地?zé)豳Y源—中溫地?zé)豳Y源。按地?zé)?/a>資源的成因模式劃分,可將其分為隆起斷裂型和沉降盆地型,其中隆起斷裂型地?zé)?/a>資源按熱儲(chǔ)巖石性質(zhì)及其賦存空間劃分,可劃分為裂隙亞型和巖溶亞型。

水文地質(zhì)測(cè)量工作貫穿地?zé)豳Y源勘查全過(guò)程,研究的對(duì)象主要是地下熱水和與其有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象,工作手段主要是實(shí)地觀測(cè)和地質(zhì)填圖,其主要調(diào)查內(nèi)容包括含水巖組(層)和隔水巖組(層)的分布、性質(zhì)、厚度和變化規(guī)律及斷裂的水文地質(zhì)特征;著重了解地下熱水與地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、自然地理現(xiàn)象的關(guān)系及其補(bǔ)給、逕流和排泄條件;含水層的水量、水質(zhì)及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律等。由于地?zé)豳Y源成因類型的差異,水文地質(zhì)測(cè)量的工作重點(diǎn)亦有所差別。

2 不同類型地?zé)豳Y源的特征

2.1 隆起斷裂型裂隙亞型地?zé)豳Y源

隆起斷裂型裂隙亞型地?zé)豳Y源地?zé)岬刭|(zhì)特征主要有下列五點(diǎn)。

(1) 地?zé)崽?/a>多位于地殼隆起或褶皺山地,沿區(qū)域深大斷裂帶及其次級(jí)斷裂產(chǎn)出,尤以喜山期張性斷裂或其影響帶出露溫泉數(shù)量較多,在兩組走向近垂直斷裂交匯部位,地質(zhì)應(yīng)力疊加釋放,給予地下熱水向上運(yùn)移的通道,往往在這些部位形成相對(duì)較大規(guī)模的地?zé)崽?/a>。受構(gòu)造活動(dòng)影響,原先不含水的地層(巖體)產(chǎn)生了斷裂及其破碎帶、影響帶,給予了地?zé)崃黧w賦存空間以及運(yùn)移通道,這使得該類型地?zé)豳Y源往往呈現(xiàn)條帶狀產(chǎn)出,屬于條帶狀熱儲(chǔ)裂隙型地?zé)崽?/a>,斷裂破碎帶的孔隙、裂隙是地下水補(bǔ)給、徑流、排泄的唯一途徑。

(2) 地下熱水多出露地表,形成溫泉,大氣降水通過(guò)斷裂破碎帶和裂隙帶入滲,在相對(duì)較高的大地熱流值背景條件下,經(jīng)遠(yuǎn)源補(bǔ)給、深循環(huán)并與圍巖達(dá)到水熱化學(xué)平衡,在合適的地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造條件下,于地勢(shì)低洼或構(gòu)造復(fù)合部位出露地表。地?zé)崽镏行?a href="http://www.622810.cn/t/地溫梯度.html" >地溫梯度5.12～13.24 ℃/100 m不等,明顯高于當(dāng)?shù)仄骄?a href="http://www.622810.cn/t/地溫.html" >地溫增溫率。

(3) 該類型的地?zé)崃黧w溫度由33.6～77 ℃不等,較巖溶亞型地?zé)豳Y源流體溫度更高,主要是由于其具有更高的地?zé)岜尘啊?o:p>

(4) 地?zé)崴?/a>的水化學(xué)類型一般為SO2?442--HCO?33--Na型或SO2?442--Na型水,pH值7.2～8.2,屬中性—弱堿性水,礦化度一般<1 g/L,屬淡水,且基本呈現(xiàn)出SO2?442-含量越高,地熱流體溫度相對(duì)更高的特點(diǎn)。

(5) 裂隙亞型地?zé)豳Y源熱儲(chǔ)蓋層嚴(yán)格意義上講由兩部分組成,一是第四系全新統(tǒng)松散堆積物;二是弱含冷水的強(qiáng)風(fēng)化基巖或裂隙不發(fā)育的新鮮基巖。上覆松散堆積物及強(qiáng)風(fēng)化基巖對(duì)下伏熱儲(chǔ)的影響各地不一,部分地段雖保溫隔熱,但因厚度較小、分布范圍有限,其所起的作用不具全局意義。從整體上看,多屬于開(kāi)放型地?zé)崽?其上覆的松散堆積層及強(qiáng)風(fēng)化層并不具嚴(yán)格的保溫隔熱意義。

2.2 隆起斷裂型巖溶亞型地?zé)豳Y源

(1) 受斷裂構(gòu)造影響,巖石發(fā)育斷層破碎帶及裂隙帶,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的溶蝕作用,在碳酸鹽巖獲得存在易溶于水礦物含量較多的地層形成溶蝕孔、洞、縫,地下熱水主要儲(chǔ)存于斷裂破碎帶的裂隙及碳酸鹽巖類地層的巖溶孔、洞、縫中,屬于條帶狀熱儲(chǔ)裂隙型—層狀熱儲(chǔ)巖溶型地?zé)崽铩?o:p>

(2) 與裂隙亞型地?zé)豳Y源相比,地?zé)崃黧w溫度偏低,多介于26～69 ℃之間,其溫度低于裂隙亞型地?zé)豳Y源熱儲(chǔ)的原因有兩點(diǎn),一是巖溶地區(qū)儲(chǔ)水空間大,更多的冷水參與了熱平衡;二是巖溶地區(qū)大地熱流值背景一般相對(duì)較低。

(3) 地?zé)崴?/a>的水化學(xué)類型一般為HCO?33--Ca2+-Mg2+、HCO?33--Ca2+或SO2?442--Ca型水,pH值7.1～8.3,屬中性—弱堿性水,礦化度約1 g/L,屬淡水—微咸水。與裂隙亞型地?zé)豳Y源類似,決定水質(zhì)類型的陰離子成分與溫度存在著直接關(guān)聯(lián),溫度越高,SO2?442-含量越高。

(4) 地熱田熱儲(chǔ)蓋層以?shī)W陶系上覆志留系的泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖或泥巖及白堊系紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、泥巖等為主,巖層厚度較大,巖石透水性差,具有較好的隔熱作用,是良好的地?zé)崽锷w層。

2.3 沉降盆地型地?zé)豳Y源

(1) 該類地?zé)豳Y源主要分布于中、新生代內(nèi)陸盆地中,與隆起斷裂型相比,地?zé)崽锏拿娣e更大、埋深更大、溫度更高、壓力更大,上覆有厚度較大的蓋層,其溫度可達(dá)100 ℃以上,其熱源主要為地溫梯度增溫。

(2) 地下熱水的水化學(xué)類型主要為Cl--Na+型,礦化度較高,在120～329.5 g/L之間,為地?zé)猁u水,含有K、I、Br、Li、B等有用微量元素,有較高的綜合開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。

3 不同類型地?zé)?a href="http://www.622810.cn/t/資源勘查.html" >資源勘查中水文地質(zhì)測(cè)量的重點(diǎn)

由于沉降盆地型地?zé)豳Y源均為石油行業(yè)勘探或鹽礦勘探時(shí)所發(fā)現(xiàn),其鉆孔深度較大,對(duì)此類地?zé)豳Y源的勘查目前是不經(jīng)濟(jì)的,現(xiàn)僅對(duì)隆起斷裂型裂隙亞型、巖溶亞型地?zé)?a href="http://www.622810.cn/t/資源勘查.html" >資源勘查中的水文地質(zhì)測(cè)量重點(diǎn)簡(jiǎn)要介紹。

3.1 隆起斷裂型裂隙亞型地?zé)豳Y源勘查

其不具備嚴(yán)格意義上的熱儲(chǔ)蓋層,含水層主要為斷裂破碎帶孔隙和裂隙,且斷裂破碎帶孔隙和裂隙是地?zé)崃黧w補(bǔ)給、徑流、排泄的唯一途徑。在水文地質(zhì)測(cè)量工作中,其重點(diǎn)主要如下:

(1) 詳細(xì)調(diào)查勘查區(qū)內(nèi)井點(diǎn)、泉點(diǎn)的水量、水溫、水質(zhì)及其動(dòng)態(tài)變化,重點(diǎn)分析其與地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌的關(guān)系。

(2) 在充分收集、分析研究區(qū)域地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)成果資料的基礎(chǔ)上,調(diào)查區(qū)內(nèi)出露的主要地層、巖漿活動(dòng)情況及地下水賦存條件,依據(jù)含水介質(zhì)空隙性質(zhì)的差異區(qū)別地下水類型。

(3) 調(diào)查區(qū)內(nèi)出露的主要構(gòu)造性質(zhì)、產(chǎn)狀、相互交切關(guān)系、斷裂破碎帶及其影響帶的寬度,在第四系覆蓋較厚的地區(qū),地質(zhì)現(xiàn)象露頭較差,應(yīng)重點(diǎn)調(diào)查巖石節(jié)理裂隙發(fā)育情況,統(tǒng)計(jì)各類節(jié)理裂隙產(chǎn)狀并制作玫瑰花圖,了解區(qū)內(nèi)占主導(dǎo)地位的構(gòu)造及其產(chǎn)狀。

(4) 調(diào)查區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造的水文地質(zhì)特征,綜合分析區(qū)域地下水補(bǔ)徑排條件,對(duì)主要構(gòu)造含水性及控?zé)?、?dǎo)熱性能進(jìn)行初步評(píng)價(jià),明確勘查的目標(biāo)斷裂構(gòu)造,并在此基礎(chǔ)上建立地?zé)嵴业V模型。

3.2 隆起斷裂型巖溶亞型地?zé)豳Y源勘查

其調(diào)查內(nèi)容與裂隙亞型地?zé)?a href="http://www.622810.cn/t/資源勘查.html" >資源勘查相似,結(jié)合巖溶亞型地?zé)豳Y源地?zé)岬刭|(zhì)特征,還應(yīng)注重以下兩個(gè)方面的調(diào)查:

(1) 通過(guò)實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面,詳細(xì)了解含水層(碳酸鹽巖類地層)、隔水層(熱儲(chǔ)蓋層)的分布、產(chǎn)狀及其厚度,為地球物理勘查深度及鉆孔布置深度提供依據(jù)。

(2) 詳細(xì)調(diào)查巖石的蝕變作用,如硅化、方解石化、黃鐵礦化等,為進(jìn)一步優(yōu)選地?zé)岢傻V有利地段提供依據(jù)。

4 典型勘查案例分析

4.1 溫泉出露區(qū)水文地質(zhì)測(cè)量

2019—2020年,為配合地?zé)豳Y源可行性勘查工作,在有地?zé)犸@示的羅田縣白廟河地?zé)崽锖弯凰h曹畈地?zé)崽镩_(kāi)展了詳細(xì)水文地質(zhì)測(cè)量,上述地?zé)崽锟辈槿〉昧酥卮笸黄?主要勘查成果見(jiàn)表1、表2。

4.1.1 羅田縣白廟河地?zé)崽?o:p>

羅田縣白廟河地?zé)崽镌诔浞质占A(yù)可行性勘查成果基礎(chǔ)上開(kāi)展水文地質(zhì)測(cè)量,綜合分析判定F1斷裂為地?zé)崽锏闹饕責(zé)?、?dǎo)熱斷裂(圖1、圖2),區(qū)內(nèi)斷裂帶的不同地段,巖石的破碎程度有別,其破碎帶構(gòu)成地熱田熱儲(chǔ)的主要部分,是控制熱水形成、賦存和循環(huán)的主要因素。結(jié)合地球物理勘查成果,在F1斷裂南東側(cè)(上盤)布置了地?zé)峥碧?/a>井二口(ZK4、ZK5),設(shè)計(jì)孔深500 m,實(shí)際終孔孔深分別為400.8 m 、423.8 m。ZK4出水量1 816 m3/d,水溫40.7 ℃;ZK5出水量1 230 m3/d,水溫52.7 ℃;地?zé)崽锓秶深A(yù)可行性勘查階段244 416 m2擴(kuò)大至317 687 m2。

4.1.2 浠水曹畈地?zé)崽?o:p>

經(jīng)系統(tǒng)水文地質(zhì)測(cè)量,確定浠水曹畈地?zé)崽镏饕嬖趦蓷l控制性斷裂構(gòu)造F1和F2,F1為北東向深大斷裂,F2為北北東向斷裂(圖3、圖4)。結(jié)合地球物理勘查成果,在F1斷裂南東側(cè)(上盤)布置地?zé)峥碧?/a>井一口(ZK5),設(shè)計(jì)孔深600 m,實(shí)際終孔孔深514.5 m,出水量919 m3/d,水溫59.3 ℃,地?zé)崽锓秶深A(yù)可行性勘查階段170 475 m2擴(kuò)大至301 034 m2。

 

 

4.1.3 勘查成果淺析

通過(guò)開(kāi)展詳細(xì)水文地質(zhì)測(cè)量,進(jìn)一步查明了地?zé)犸@示區(qū)主要控?zé)?、?dǎo)熱構(gòu)造展布及特征,上述地?zé)崽镏饕責(zé)針?gòu)造為北東向區(qū)域性深大斷裂,屬于長(zhǎng)壽斷裂,最近一期構(gòu)造活動(dòng)為張扭性;而近東西向、近南北向斷裂構(gòu)造具備一定的導(dǎo)熱性能,以走滑性質(zhì)為主,兼具壓扭性,并不具備阻水隔熱作用。地下水主要沿北東向斷裂破碎帶入滲,遠(yuǎn)源補(bǔ)給地?zé)崽?通過(guò)深循環(huán)獲得地溫梯度增溫后沿主要控?zé)釘嗔哑扑閹蛏线\(yùn)移,以溫泉的形式在地形條件有利且裂隙貫通性較好地段出露地表,斷裂破碎帶中的構(gòu)造裂隙是地下熱水補(bǔ)給、徑流、排泄的唯一途徑。

4.2 地?zé)豳Y源空白區(qū)水文地質(zhì)測(cè)量

在沒(méi)有地?zé)豳Y源顯示的空白區(qū)開(kāi)展水文地質(zhì)測(cè)量工作顯得尤為重要,2018—2019年,在進(jìn)行麻城市閻家河鎮(zhèn)黃土咀地區(qū)及武漢市新洲區(qū)清風(fēng)寨一帶深部地?zé)豳Y源勘查過(guò)程中,水文地質(zhì)測(cè)量成為直接決定勘查項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵因素。

4.2.1 麻城市閻家河鎮(zhèn)黃土咀地?zé)峥辈?/a>

閻家河鎮(zhèn)黃土咀地?zé)峥辈?/a>在開(kāi)展一般性水文地質(zhì)測(cè)量后,主要依據(jù)地球物理勘查資料布設(shè)地?zé)峥碧?/a>孔,實(shí)施的兩個(gè)鉆孔在達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后,均未能獲取可供開(kāi)發(fā)利用的地熱流體,究其原因主要如下:

(1) 水文地質(zhì)測(cè)量過(guò)程中未詳細(xì)分析區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)資料,對(duì)勘查區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造麻團(tuán)斷裂、大田鋪斷裂(圖5)的性質(zhì)了解不夠,對(duì)地下水賦存、運(yùn)移條件研究不夠深入。

(2) 未對(duì)勘查區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)徑排條件開(kāi)展詳細(xì)的調(diào)查,對(duì)勘查區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造的水文地質(zhì)特征及其控?zé)?、?dǎo)熱性能了解不夠。

(3) 鉆孔的布置過(guò)度依賴于地球物理勘查對(duì)構(gòu)造的解譯,忽略了其解譯的多解性和主觀性。

4.2.2 新洲區(qū)清風(fēng)寨地?zé)峥辈?/a>

新洲區(qū)清風(fēng)寨勘查區(qū)在水文地質(zhì)測(cè)量過(guò)程中,通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)地表出露的構(gòu)造形跡進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)F1在區(qū)域上延伸近20 km(圖6),經(jīng)歷了至少兩期構(gòu)造活動(dòng),其最初形成時(shí)為逆斷層,切割深度較大,而最近一期構(gòu)造活動(dòng)為張扭性,使其備良好的控?zé)?、?dǎo)熱條件,地下水自東向西補(bǔ)給勘查區(qū),受斷裂構(gòu)造影響,破碎帶及其影響帶的巖石節(jié)理裂隙發(fā)育,具備形成地?zé)崃黧w的良好深循環(huán)條件。在此基礎(chǔ)上,布置了地球物理勘查工作,并結(jié)合水文地質(zhì)測(cè)量成果布設(shè)地?zé)峥?a href="http://www.622810.cn/t/探井.html" >探井一口(ZK1)。設(shè)計(jì)井深2 200 m,施工至1 600～1 700 m揭露控?zé)針?gòu)造,地?zé)崃黧w溫度為53 ℃,涌水量約832 m3/d。

 

4.3 綜合分析

綜合分析以上項(xiàng)目的勘查成敗經(jīng)驗(yàn),進(jìn)一步表明了水文地質(zhì)測(cè)量在地?zé)?a href="http://www.622810.cn/t/資源勘查.html" >資源勘查中的重要性,針對(duì)隆起斷裂型地?zé)豳Y源,尤其在地?zé)豳Y源空白區(qū),應(yīng)詳細(xì)查明斷裂構(gòu)造的性質(zhì)及產(chǎn)狀、斷裂構(gòu)造水文地質(zhì)特征及地下水補(bǔ)徑排條件,評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造的含、導(dǎo)水性及其控?zé)釋?dǎo)熱性能,在此基礎(chǔ)上建立地?zé)岢梢蚰Ｐ?指導(dǎo)地球物理勘查工作實(shí)施,為鉆孔的布置提供詳實(shí)可靠的依據(jù),提高地?zé)豳Y源找礦成功率。

5 結(jié)論

(1) 為滿足中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的現(xiàn)實(shí)需求,地?zé)豳Y源的需求越來(lái)越大、應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣,其勘查、開(kāi)發(fā)和利用必將迎來(lái)一個(gè)快速發(fā)展期。水文地質(zhì)測(cè)量作為地?zé)峥辈橹械幕A(chǔ)性、先行性地質(zhì)工作,在水熱型地?zé)?/a>資源勘查(尤其是中深層地?zé)?/a>勘查,深度1～3 km)中起到了至關(guān)重要的作用。

(2) 湖北省水熱型地?zé)豳Y源按其成因模式劃分,可分為隆起斷裂型和沉降盆地型,其中隆起斷裂型地?zé)豳Y源按熱儲(chǔ)巖石性質(zhì)及其賦存空間劃分,可劃分為裂隙亞型和巖溶亞型。

(3) 針對(duì)隆起斷裂型地?zé)豳Y源,尤其在地?zé)豳Y源空白區(qū),應(yīng)詳細(xì)了解斷裂的性質(zhì)及產(chǎn)狀、斷裂水文地質(zhì)特征及地下水補(bǔ)徑排條件,評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造的含水性及其控?zé)釋?dǎo)熱性能,在此基礎(chǔ)上建立地?zé)岢梢蚰Ｐ?指導(dǎo)地球物理勘查工作實(shí)施,為鉆孔的布置提供詳實(shí)可靠的依據(jù),提高地?zé)豳Y源找礦成功率。

6 展望

21世紀(jì)以來(lái),傳統(tǒng)礦物能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)的資源枯竭問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重,當(dāng)今常態(tài)化霧霾天氣及極端天氣已經(jīng)嚴(yán)重影響了人民的生活質(zhì)量和環(huán)境,是亟待解決的重大環(huán)境地質(zhì)課題。“雙碳”期間,資源與環(huán)境和諧發(fā)展、低碳環(huán)保的理念已逐步被大眾接受,在國(guó)家能源政策的保障與規(guī)劃之下,地?zé)豳Y源相關(guān)產(chǎn)業(yè)獲得了蓬勃的發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、人與自然和諧共處的大背景下,勘查、開(kāi)發(fā)、利用清潔能源是中國(guó)能源結(jié)構(gòu)革新的必然之選。同時(shí)，中深層地?zé)?/a>勘查將迎來(lái)更廣闊的發(fā)展前景。水文地質(zhì)測(cè)量作為基礎(chǔ)性、先行性地質(zhì)工作,將發(fā)揮更重要的作用,甚至直接成為決定勘查成敗的關(guān)鍵因素。