龔曉凌，葛 雁

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450003）

同位素具有化學(xué)穩(wěn)定性高、不易被巖土吸附、不易生成沉淀化合物、檢測(cè)靈敏度高的特性。尤其氫氧同位素，它們本身就是水分子的組成部分，其組份的變化真正反映水的演化環(huán)境，是理想的示蹤劑。因此，同位素在近年來(lái)越來(lái)越多用于地下水的來(lái)源研究。

南陽(yáng)市在控?zé)針?gòu)造的作用下有豐富的地?zé)豳Y源儲(chǔ)備，為系統(tǒng)研究南陽(yáng)市地?zé)崃黧w的徑流特征、熱儲(chǔ)溫度等特征，采用穩(wěn)定同位素（D、18O）的組成變化判別地?zé)崃黧w的來(lái)源及補(bǔ)給源，采用化學(xué)溫標(biāo)計(jì)算循環(huán)深度，判斷熱儲(chǔ)溫度，藉此對(duì)南陽(yáng)市地?zé)嶂攸c(diǎn)開(kāi)采層位流體資源進(jìn)行綜合研究。

1 地質(zhì)背景概述

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

南陽(yáng)市位于河南省深大斷裂構(gòu)造集中發(fā)育地區(qū)，斷裂主要展布方位為西北、西向，見(jiàn)圖1。根據(jù)南陽(yáng)市地?zé)衢_(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，主要開(kāi)采層位為古元古界秦嶺巖群（Pt1Q）雁嶺溝巖組碳酸鹽巖類熱儲(chǔ)，其呈西北—東南向夾持于朱夏斷裂與商丹斷裂之間，東界大致為南陽(yáng)- 方城斷裂，平面形態(tài)上呈現(xiàn)北部開(kāi)放東南收縮的簸箕狀，埋深受控?zé)釘嗔鸭捌浯紊}的控制，埋深從山前的數(shù)十米向南部緩傾，在斷裂影響帶附近陡傾，到南陽(yáng)市區(qū)南部達(dá)到1400 m左右[1]。

圖1 南陽(yáng)市地?zé)岬刭|(zhì)圖

1.2 古元古界碳酸鹽巖熱儲(chǔ)巖性特征

雁嶺溝組大理巖出露于南陽(yáng)盆地以西及桐柏縣北部，以碳酸鹽夾鈣泥質(zhì)碎屑巖沉積為主，巖性主要為各種大理巖夾少量斜長(zhǎng)角閃巖及長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖等。含鈣質(zhì)巖石（大理巖、變粒巖等）的原巖為白云巖、泥灰?guī)r和鈣質(zhì)砂巖。根據(jù)西峽縣米坪子溝—千腳溝、內(nèi)鄉(xiāng)縣蚌峪溝—西陽(yáng)山溝實(shí)測(cè)剖面數(shù)據(jù)③雁嶺溝巖組大理巖占比在為86.47%～89.98%。下伏地層為秦嶺巖群郭莊巖組，兩者之間整合接觸。雁嶺溝巖組大理巖多發(fā)育兩到三組張裂隙，部分地段可見(jiàn)溶蝕現(xiàn)象。張裂隙貫通良好，充填物多為泥質(zhì)，偶見(jiàn)硅質(zhì)，裂隙寬度1 cm～25 cm 不等，具備較好的地下水儲(chǔ)存、運(yùn)移條件，地下水回灌條件較好，具有作為良好供暖載體的條件[2]。

1.3 古元古界碳酸鹽巖熱儲(chǔ)分布特征

南陽(yáng)市已有鉆孔沒(méi)有揭穿該層，最大揭露厚度345 m（體育中心地?zé)峋?，?jiàn)表1。

表1 南陽(yáng)市地?zé)峋厩闆r表

其厚度由西部山區(qū)向東部盆地漸薄，熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)圖

2 地?zé)崃黧w同位素特征

2.1 取樣分析情況

2016 年4 月在工作區(qū)進(jìn)行了水樣采集，其同位素分析由中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所承擔(dān)。該研究所是中國(guó)最早的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，致力于地球信息系統(tǒng)科學(xué)的基礎(chǔ)理論和方法研究。

2.2 同位素測(cè)試結(jié)果

南陽(yáng)市及周邊不同熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w的氫氧同位素測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 南陽(yáng)及周邊地區(qū)地?zé)崴凰販y(cè)試數(shù)據(jù)一覽表

2.3 地?zé)崃黧w來(lái)源分析

根據(jù)表2 數(shù)據(jù)繪制穩(wěn)定同位素散點(diǎn)圖，見(jiàn)圖3。

圖3 南陽(yáng)及周邊地區(qū)地?zé)崃黧w穩(wěn)定同位素散點(diǎn)圖

由圖3 知：①所有的溫泉、地?zé)峋挥诖髿饨邓€下，說(shuō)明補(bǔ)給來(lái)源均為大氣降水；②魯山五大溫泉表現(xiàn)出從上游到下游，逐漸偏離降水線，顯示其補(bǔ)給來(lái)源距離逐漸增大；③大理巖地?zé)崴x降水線，分析認(rèn)為是因?yàn)楹鯉r石與熱水發(fā)生同位素交換反應(yīng)，使地下水中的δ18O 增高所產(chǎn)生的氧漂移；④氘過(guò)量參數(shù)d 值越小說(shuō)明地下水滯留時(shí)間越長(zhǎng)，地下水封存條件好，還原作用、生物化學(xué)作用慢，地下水溫度高；同一地區(qū)，d 值小意味著地下水的補(bǔ)給量大；源于大氣降水的同一含水層中，從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)，d 值逐漸降低。即南陽(yáng)市碳酸鹽巖地?zé)崃黧w源自大氣降水，形成于封閉的高溫高壓環(huán)境[3]。

2.4 地?zé)崃黧w補(bǔ)給高程分析

據(jù)式（1）計(jì)算地?zé)崴a(bǔ)給高程：

式中：H 為補(bǔ)給高程；δS 為取樣點(diǎn)的地下水δ18O 值；δP 為取樣點(diǎn)附近的大氣降水的δ18O 值；K 為同位素高程梯度，南陽(yáng)地區(qū)取0.225；H0為采樣點(diǎn)高程。

計(jì)算結(jié)果：古近系砂巖地?zé)崃黧w的補(bǔ)給區(qū)高程為1013 m～1131 m 左右，雁嶺溝巖組大理巖地?zé)崃黧w的補(bǔ)給區(qū)高程為1438 m～1547 m 左右，溫泉的補(bǔ)給區(qū)高程為3220 m～3618 m左右，顯示出補(bǔ)給來(lái)源及運(yùn)移距離的差異。

據(jù)補(bǔ)給高程并結(jié)合水文地質(zhì)條件和當(dāng)?shù)氐乩項(xiàng)l件判斷知，南陽(yáng)地區(qū)古近系和元古界大理巖熱儲(chǔ)地?zé)崃黧w補(bǔ)給區(qū)為西部及北部的山區(qū)。

3 地?zé)崃黧w循環(huán)深度確定

根據(jù)地下水水化學(xué)分析指標(biāo)，進(jìn)行地球化學(xué)溫標(biāo)計(jì)算，據(jù)此推算深部熱儲(chǔ)的溫度及地下水循環(huán)深度。

3.1 地?zé)釡貥?biāo)計(jì)算

根據(jù)南陽(yáng)市地?zé)崴鄬儆谥械蜏責(zé)崴膶?shí)際情況，分別采用Giggenbach1988 年建立的K-Mg 溫標(biāo)及SiO2溫標(biāo)進(jìn)行地?zé)崴疁貥?biāo)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 地?zé)崴瘜W(xué)溫標(biāo)計(jì)算一覽表

從表3 知，研究區(qū)古元古界大理巖深部熱儲(chǔ)溫度應(yīng)在63.42 ℃～79.09 ℃。估算溫度高于井底溫度的地段，繼續(xù)向深部鉆進(jìn)有可能達(dá)到估算溫度，且估算溫度接近熱源溫度。

3.2 循環(huán)深度計(jì)算

據(jù)下式進(jìn)行循環(huán)深度計(jì)算：

式中：D 為循環(huán)深度；tR為熱儲(chǔ)溫度，采用SiO2溫標(biāo)溫度；t0為恒溫帶溫度；g 為地溫梯度。

據(jù)此計(jì)算各井地?zé)崃黧w循環(huán)深度，見(jiàn)表4。

表4 地?zé)崴h(huán)深度計(jì)算一覽表

由表4 知，化學(xué)溫標(biāo)計(jì)算結(jié)果與地溫梯度推算的相應(yīng)深度處的溫度相比偏高，原因如下：①可能與大理巖的地溫梯度取值偏低有關(guān)，因本區(qū)僅有2 孔有大理巖垂向測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，取二者均值并借鑒相關(guān)巖性經(jīng)驗(yàn)數(shù)值；②利用化學(xué)溫標(biāo)推算的是熱儲(chǔ)溫度，地?zé)峋疁囟酁榛旌祥_(kāi)采的水溫，一般會(huì)低于井底溫度。

4 結(jié)論

（1）南陽(yáng)市碳酸鹽巖地?zé)崃黧w的補(bǔ)給來(lái)源為西部、北部山區(qū)大氣降水。

（2）補(bǔ)給區(qū)高程為1438 m～1547 m。

（3）南陽(yáng)市碳酸鹽巖地?zé)崃黧w的循環(huán)深度為1500 m～2500 m。

（4）碳酸鹽巖的熱儲(chǔ)溫度為63.42 ℃～79.09 ℃。