重慶地熱水資源熱儲構造與徑流補給

  摘要:為了地熱水資源的可持續開(kāi)發(fā),對重慶1h經(jīng)濟圈內的地熱水背斜地質(zhì)構造、熱儲層狀況、地熱水補給進(jìn)行了分析,并根據補給情況對各自背斜的建議開(kāi)采量進(jìn)行了計算.分析結果表明:在地質(zhì)構造上,重慶地熱資源可視為一個(gè)相對統一的整體,但各個(gè)背斜溫泉之間又有其相對的獨立性;下三疊統嘉陵江組、中二疊統茅口組、中上寒武統高臺組和平井組是重慶地熱水的主要熱儲層;從銅鑼?shí){背斜、南溫泉背斜地下熱水的同位素氘(D,2H)和氧O18(18O)分布可以確定大氣降雨是重慶地熱水的主要補給源.

 

  關(guān)鍵詞:背斜;熱儲構造;地熱溫泉;可持續開(kāi)發(fā);重慶市.

 

  地熱水資源是集熱、礦、水于一體的可再生資源.重慶地熱水資源屬中低溫熱水類(lèi)型,微量元素及有益礦物質(zhì)豐富,具有極大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值[1O5].目前,重慶市域已查明溫泉107處,其中天然溫泉26處,坑道溫泉16處,鉆井溫泉65處,地熱水資源豐富、分布廣泛、開(kāi)發(fā)利用歷史悠久,以/五方十泉0為代表的重慶都市經(jīng)濟圈地熱溫泉更是蓬勃發(fā)展.隨著(zhù)經(jīng)濟增長(cháng)方式的轉變以及人民生活水平的提高,重慶對地熱水資源的需求將進(jìn)一步加大,而過(guò)量開(kāi)采地熱水會(huì )導致地熱水資源環(huán)境遭到破壞,20世紀90年代初重慶西泉斷流,天然南溫泉、小泉徹底枯竭,東泉水流量和水溫逐年下降、部分斷流,北溫泉也由于煤礦開(kāi)采而導致泉流量、水溫、水位大幅度下降.因此,只有科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)利用地熱水資源,才能促進(jìn)重慶溫泉旅游業(yè)的健康持續發(fā)展.本文從重慶1h經(jīng)濟圈內的地熱水資源現狀出發(fā),分析了重慶地熱水熱儲構造、地熱水徑流補給途徑,并對地熱水資源量進(jìn)行了計算,給出了重慶都市經(jīng)濟圈內主要地熱田的建議開(kāi)采量.

 

  1 重慶主城地熱水資源現狀.

 

  /五方十泉0是重慶都市經(jīng)濟圈地熱溫泉的核心,現有資源量516萬(wàn)m3/d,分為東西南北中/五方十泉0.

 

  /東0以東溫泉為核心,水溫51~53e,水量約117萬(wàn)m3/d,淺鉆井開(kāi)采型./南0以南溫泉、保利小泉溫泉為核心,南泉、小泉現各有4個(gè)鉆井,屬淺鉆井開(kāi)采型,由于鉆井密度較大,水溫偏低、水量偏小,水溫38~45e,水量約0175萬(wàn)m3/d./西0以貝迪、天賜、金劍山溫泉為核心,水溫46~53e,水量約114萬(wàn)m3/d./北0以北溫泉、統景溫泉為核心,水溫37~53e,水量約0189萬(wàn)m3/d.其中統景溫泉目前以淺鉆井開(kāi)采利用為主,水溫41~53e,水量約0169萬(wàn)m3/d./中0以梨樹(shù)灣和海棠曉月溫泉為核心,水溫37~53e,水量約0186萬(wàn)m3/d.

 

  2 重慶地熱水熱儲構造.

 

  重慶嶺谷相間,山脈與背斜展布方向一致.從構造上來(lái)看,重慶市屬沉積巖廣泛發(fā)育區域,其中侏羅系地層厚度最大、分布最廣,三疊系地層次之.二、三疊系地層是本區分布最穩定的海相碳酸鹽沉積層,主要出露在背斜構造區.重慶西以華鎣山深大斷裂帶為界,東以長(cháng)壽)遵義深大斷裂帶為界,其間的背斜構造從西向東由華鎣山復式背斜南端分支的瀝鼻峽背斜、溫塘峽背斜、觀(guān)音峽背斜及龍王洞背斜與銅羅峽背斜、明月峽背斜、南溫泉背斜、桃子蕩背斜和豐盛場(chǎng)背斜組成,形成華鎣山、縉云山、明月山、東溫泉山等褶皺山系.

 

  溫泉由地下地熱水沿巖層裂隙網(wǎng)絡(luò )系統上升出露地表而形成.重慶的眾多背斜山脈,大多是巖溶地貌,擁有大量的裂隙和溶洞,這些裂隙和溶洞成為存貯溫泉的含水構造.此外,由于地表長(cháng)期的侵蝕、溶蝕作用,背斜山脈頂端嘉陵江石灰巖裸露形成巖溶槽谷,給地表水的下滲提供了良好通道.同時(shí),重慶市域內廣泛分布的嘉陵江組石灰巖層,構成了地熱水熱儲層,而與灰巖伴生的砂巖、泥巖層,則形成了良好的保溫蓋層和隔水層.因此,市域廣泛存在的嘉陵江石灰巖熱儲層,砂巖、泥巖保溫蓋層和隔水層,背斜山脈頂端巖溶槽谷地貌,加上豐富的雨量,共同造就了重慶豐富的地熱資源.從構造上來(lái)看,重慶地熱水主要熱儲層有下三疊統嘉陵江組、中二疊統茅口組、中上寒武統高臺組和平井組等,次要熱儲層有中三疊統雷口坡組、下奧陶統紅花園組、桐梓組等.三疊系下統嘉陵江組灰巖主要出露于背斜近軸部,厚600m左右,以灰巖為主,間夾白云質(zhì)灰巖、白云巖、角礫狀灰巖(深部為膏巖層),為本區主要熱儲層位.三疊系中統雷口坡組在區內保存的厚度極小,一般在30m左右,為區內次要熱儲層.三疊系上統,須家河組為一套灰色長(cháng)石右英砂巖夾灰黑色炭質(zhì)頁(yè)巖及煤層,厚450m左右,為嘉陵江組熱儲的第1隔熱保溫蓋層.侏羅系地層為一套內陸河湖相沉積,以紫紅色泥巖為主夾砂巖的沉積巖,厚度一般大于2000m,為嘉陵江組熱儲的第2隔熱保溫蓋層.三疊系下統飛仙關(guān)組為一套泥質(zhì)巖層夾灰巖層,厚500m左右,為嘉陵江組熱儲下部的隔水巖層.

 

  重慶地熱水資源分布受各熱儲構造帶控制,深埋于地下,呈帶狀展布.水質(zhì)類(lèi)型主要有硫酸鹽型、氯化物型、重碳酸鹽型等.其中1h經(jīng)濟圈大部分區域以硫酸鹽型為主,萬(wàn)盛)南川以重碳酸、氯化物型為主,渝東北以硫酸鹽、氯化物型為主,渝東南硫酸鹽、重碳酸、氯化物型均有分布.

 

  3 地熱水徑流補給分析.

 

  從重慶地熱水開(kāi)發(fā)利用的歷史來(lái)看,重慶地熱資源在熱儲構造上相對獨立,但又相互聯(lián)系,局部的不合理開(kāi)發(fā)會(huì )對整個(gè)背斜地熱資源造成不可恢復的破壞.1962年石油溝氣礦在距南泉以南16km處的橋口壩勘探鉆井,造成南溫泉、小泉的4眼天然溫泉斷流3眼,余下的1眼流量也從720m3/h減少至400m3/h.20世紀60年代,隨著(zhù)南邊橋口壩油氣勘探井)))南二井的施工,南泉片區的東、西兩翼(南泉、小泉)的天然溫泉逐漸斷流;70年代中期,隨著(zhù)人工鉆井的開(kāi)發(fā),南泉天然溫泉也隨之干涸消失.因此,科學(xué)開(kāi)發(fā)和保護地熱水資源環(huán)境,需要對背斜熱儲層構造、地熱水補給情況進(jìn)行分析,避免由于局部過(guò)量開(kāi)采而導致整體背斜的地下熱水資源生態(tài)環(huán)境遭到不可逆轉的破壞.

 

  地下水氫氧穩定同位素D和18O的相對豐度D(D)和D(18O)可反映出地下熱水的補給源特征[6O7],從銅373第4期李東升,等 重慶地熱水資源熱儲構造與徑流補給圖1 重慶地下熱水D(D)與D(18O)的關(guān)系Fig. 1 Relationship ofD(D) andD(18O) ofgeothermal water in Chongqing鑼?shí){背斜、南溫泉背斜地下水樣測試的D(D)和D(18O)來(lái)看,D(D)分布在-01717%~ -01577%之間,D(18O)分布在-010959%~ -010851%之間,D(D)和D(18O)位于克雷格大氣降水線(xiàn)附近[8](圖1),因此可以確定銅鑼?shí){背斜至南溫泉背斜地下熱水水源主要接受大氣降水的補給.從地質(zhì)構造上來(lái)看,在重慶廣泛分布的背斜山脈中,山脈頂端的嘉陵江石灰巖在地表的侵蝕、溶蝕作用下逐漸裸露形成巖溶槽谷,即向下的滲流通道,是地表水補給地下熱水的主要方式.

 

  銅五井、銅鑼?shí){鉆井、南溫泉熱水井與橋口壩南二井在地質(zhì)剖面上為由北往南依次分布,根據南江水文地質(zhì)隊水樣采集同位素分析結果,銅五井熱水14C測定年齡為10800a,銅鑼?shí){鉆井熱水14C測定年齡為11000a,南溫泉熱水井熱水14C測定年齡為11300a,橋口壩南二井熱水14C測定年齡為13000a,地熱水的形成年齡由北往南逐漸增大.因此,可以判定銅五井、銅鑼?shí){鉆井、南溫泉熱水井與橋口壩南二井地熱水資源自北向南縱向流動(dòng).結合其地熱水D(D)和D(18O)分布及背斜構造可以確定,其地熱水資源在接受大氣降水補給后,大氣降水沿各含水層或斷裂構造帶向地下深部滲透、運移,各水源地地下熱水沿背斜軸部順T2l+T1j自北向南縱向流動(dòng)[9],在深部順構造線(xiàn)方向經(jīng)長(cháng)途徑流深部循環(huán)逐漸增溫形成穩定的地熱水資源,并在熱儲構造最大減壓地段(如河流橫向深切熱儲構造)出露形成天然溫泉,或工程揭露形成坑道溫泉、鉆井溫泉等,如統景溫泉、銅鑼?shí){溫泉等(長(cháng)江邊).其中南溫泉背斜地下熱水表現較為明顯,南溫泉位于重慶東南的南泉鎮,其地下熱水的補給主要受南溫泉背斜控制,大氣降水或地表水從巴南區明月山背斜山嶺滲入地下,流至長(cháng)生向斜下約1500m深處,吸收地熱上升到三疊紀下統嘉陵江組石灰巖中,在石油溝、橋口壩等地區形成3條含水通道,在花溪河邊出露形成大泉、小泉和子泉3處泉眼.

 

  4 地熱水資源量計算.

 

  重慶市地熱田主要為隱伏型層狀熱水型地熱田,所計算的地熱水資源包括水熱型和地壓型2種類(lèi)型[10].其中水熱型地熱是指溫度在25e以上(含25e)賦存于基巖中的地下熱水和天然出露的溫泉.考慮到重慶市域未進(jìn)行過(guò)系統的地熱水資源勘探,基礎性地熱資料主要靠商業(yè)性勘探打井積累,此次計算區內地熱資源量Q、可采儲量則通過(guò)熱儲體積法確定[11].Q(單位為J)的計算公式為Q = adC(tr-tref)其中C = (1-Ue)Qrcr+Qwcw式中:a)))熱儲面積,按物探或鉆孔結果確定,km2;d)))可及深度內的熱儲厚度,km;Qr)))熱儲巖石的密度,kg/m3;Qw)))熱水的密度,kg/m3;cr)))熱儲巖石的比熱容,J/(kg#K);cw)))熱儲水的比熱容,J/(kg#K);Ue)))熱儲的有效孔隙率;Tr)))熱儲溫度,e;tref)))基準溫度,取當地多年平均氣溫,e.

 

  計算時(shí)熱田圈邊主要考慮構造控熱、深埋儲熱、熱儲儲水等因素,并結合目前的技術(shù)條件及開(kāi)發(fā)利用能力,將深度2500m作為可采儲量計算邊界,其他儲熱計算參數采用深鉆井測井數據確定,所涉及幾何形態(tài)參數在地熱水資源主要分布區1B50000地熱地質(zhì)調查地質(zhì)圖上求取.

 

  由于區內嘉陵江組熱儲地熱水主要接受巖溶槽谷淺層地下水的補給,巖溶槽谷地下水主要由大氣降水和地表水補給,因此,各水源地熱水的可開(kāi)采量為其徑流補給量控制,通過(guò)控制區內各背斜地下水源地熱水的開(kāi)采量小于其補給量,可保證各背斜地下熱水資源的可持續開(kāi)發(fā).而巖溶槽谷地下水的匯水范圍又由槽谷374河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第39卷內嘉陵江組地層出露區及其兩側部分須家河組地層出露區組成,因此T1j+T2l過(guò)水斷面寬度和導水系數直接決定了巖溶槽谷地下水的儲量,也就決定了地下熱水的補給量.根據徑流補給量計算建議開(kāi)采量:

 

  Qc= FTJ式中:Qc)))建議開(kāi)采量,L/s;F)))各水源北端T1j+T2l過(guò)水斷面寬度,m;T)))天然條件下的水力坡度,取0132%;J)))導水系數,取1420m2/s.

 

  背斜兩翼及軸部地下熱水T1j+T2l過(guò)水斷面寬度計算時(shí)取1800m,背斜一翼過(guò)水斷面寬度取900m[12],其他計算參數由鉆井測井數據確定.

 

  重慶都市經(jīng)濟圈內主要地熱田有溫塘峽背斜、觀(guān)音峽背斜、南溫泉背斜、銅鑼?shí){背斜和桃子蕩背斜等,根據補給計算得區內背斜溫泉建議開(kāi)采量.

 

  重慶市地熱田主要熱儲地質(zhì)勘察鉆井資料較少,為了更詳細地研究區域地熱地質(zhì)情況,應獲得更為準確的地熱水資源計算參數,如各熱儲層邊界、導水系數、滲透系數、影響半徑、壓力傳導系數、給水度和儲水系數等,以為重慶地熱水資源的持續、穩定開(kāi)采提供更為精確的依據.

 

  5 結  論.

 

  重慶地熱水資源分布受各熱儲構造帶控制,各個(gè)背斜溫泉之間有其相對的獨立性,但在地質(zhì)構造上又是一個(gè)相對統一的整體.重慶市都市經(jīng)濟圈內主要熱儲層嘉陵江組熱儲地熱水主要接受大氣降水補給,T1j+T2l過(guò)水斷面寬度和導水系數直接決定了地下熱水的補給量.為了保證地熱水資源的可持續開(kāi)發(fā),應使開(kāi)采規模與地熱水資源建議可開(kāi)采量相適應.根據補給情況計算,區內溫塘峽背斜、觀(guān)音峽背斜、南溫泉背斜、銅鑼?shí){背斜和桃子蕩背斜的建議開(kāi)采量應不超過(guò)21500,62000,38600,33500,36100m3/d.