張玉良

摘? 要：祁縣王村地區(qū)位于晉中盆地中部東緣，晉中盆地四周為活動斷裂所控制，盆地內(nèi)受不同方向的次級斷層切割，形成隆凹起伏的次級構造單元。祁縣王村隆起中心部位是一個巖漿巖侵入體。井深350～400m時水溫28℃，多年來水溫穩(wěn)定，該區(qū)域存在地熱異常。為了查明該區(qū)域深部地熱地質條件，省地勘基金項目立項進行勘查，采用地球化學調(diào)查、地球物理勘查、地熱鉆探、水文測井等工作方法，推測隱伏巖體分布面積57km2，地熱勘探井深2905.65m時，井口水溫僅39℃，含水層為巖體，上覆三疊、二疊系砂巖裂隙水，涌水量1064m3/d，水化學類型為HCO3·Cl-Na型水。同時測溫曲線反映，隨著井深增加，井深2045.92m以下侵入巖漿巖體地層地溫梯度未見明顯增高，說明在長期的地殼構造活動中侵入巖漿巖體的大部分熱量已散失，因此本區(qū)地熱資源勘探開發(fā)前景有限。侵入巖體上覆砂巖熱儲層所含低溫溫水，對養(yǎng)殖業(yè)有一定的開發(fā)利用價值。

關鍵詞：侵入巖體;地熱異常;熱儲層;井溫梯度;水溫;水化學特征;斷裂帶

中圖分類號：P314? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1007-1903（2019）02-0042-06

Abstract： The Wangcun area， Qixian County， Shanxi Province， is located in the eastern margin of the central Jinzhong basin， which is controlled by active faults. The basin is cut by secondary faults in different directions. Therefore， it forms a secondary tectonic unit with ups and downs. There is a magmatic intrusive body in the central uplift part of the Wangcun area. The water temperature is 28℃ at 350～400 m depth， being stable for many years. It is proved that there are geothermal anomalies in this area. The project of the Provincial Land Prospecting Fund was surveyed to identify the deep geothermal geological conditions in the area. This paper adopts research methods of geochemical investigation， geophysical exploration， geothermal drilling and hydrological logging. It is speculated that the distribution area of hidden intrusive body is 57km2. The wellhead water temperature is only 39 °C when geothermal exploration well is drilled to the depth of 2905.65 m. The aquifer is covered with sandstone fractured water of Triassic and Permian， which inflow rate is 1064m3/d and the type of hydrochemical is HCO3·Cl-Na. The temperature measurement curve reflects that with the increase of well depth， there is no significant increase in the geothermal gradient of the invading magma rock formation below the depth of 2045.92 m， which indicates that most of the heat of the intrusive body has been lost in the long-term crustal tectonic activity. Thus， the prospect of geothermal resources exploration and development is limited in this area.

Keywords： Intrusive body; Geothermal anomaly; Geothermal reservoir; Gradient of well temperature; Water temperature; Hydrochemical characteristic; Faulted zone

0 引言

祁縣王村地區(qū)位于山西省晉中盆地中部，在祁縣王村至常家堡一帶發(fā)現(xiàn)存在隱伏巖漿巖巖體隆起。在王村、常家堡村附近井深150～200m時水溫一般為16℃～21℃，井深350～400m時水溫28℃，多年來水溫穩(wěn)定，說明該區(qū)域存在地熱異常。2008—2012年進行了地熱資源勘查，先期采用淺層井測溫、可控源音頻大地電磁法、直流電測深法、活性炭測氡法進行勘探，在物探成果基礎上，布置施工了2眼地熱井（R-1、R-2），井深分別為1100.20m、2905.56m，井口水溫分別為31℃、39℃，揭露地層增溫梯度較低，水溫與預測值相差較大。本文根據(jù)勘查資料，分析了王村地區(qū)隱伏巖漿巖體隆起區(qū)地熱地質條件，研究了地層增溫梯度較低的原因。

1 自然地理及地質概況

（1）自然地理

祁縣地處晉中盆地中部東緣，由東南部山區(qū)向西北發(fā)育洪積傾斜平原、沖積平原和湖積沖積平原，屬溫帶大陸性季風氣候，年降水量488.2mm。區(qū)內(nèi)地表水屬黃河流域汾河水系，勘查區(qū)內(nèi)河流主要為汾河支流昌源河，昌源河匯水面積為576km2。

（2）區(qū)域地層

晉中盆地是汾河斷陷帶內(nèi)一系列新生代斷陷盆地之一，北起太原、南至介休，面積約5600km2，走向NE，呈長斜方形，發(fā)育地層主要為新生界盆地河湖相堆積。前新生代地層推斷與相鄰呂梁山和太岳山地區(qū)基巖地層相同，基巖地層分布于王村勘查區(qū)東南部山區(qū)，地表出露以中生界三疊系為主。

（3）區(qū)域構造

晉中盆地四周為活動斷裂所控制，盆地內(nèi)發(fā)育3組活動斷裂系統(tǒng)，分別為NE向、NEE向和NW向斷裂，其中NE向斷裂系統(tǒng)規(guī)模較大，延伸較長，斷距較大，是控制斷陷發(fā)生、發(fā)展的主干斷裂（圖1）。盆地內(nèi)受不同方向的次級斷層切割，形成隆凹起伏的次級構造單元，其侯成-平遙陷隆區(qū)內(nèi)有一個明顯的隆起，稱之祁縣隆起，據(jù)鉆探和物探資料，該隆起中心部位是一個巖漿巖侵入體。

晉中盆地是經(jīng)燕山運動形成雛形，新生代繼承性發(fā)展為新的強烈斷陷構造盆地，沿盆地周邊斷裂帶有晚新生代玄武巖的多期活動并有一些低溫泉出露，這些地質構造特點決定了它是一個較高地熱背景的地熱資源遠景區(qū)。

2 地質及水文地質條件

根據(jù)勘探資料，祁縣隆起走向北東，隆起中心由縣城西的常家堡到城東的王村—東觀一帶，推測隱伏巖體分布面積57km2，新生界厚度最薄在140m左右，基底為古生代三疊系砂頁巖（圖2）。

2.1 地球物理勘探成果

王村勘查區(qū)應用可控源音頻大地電磁法、直流電測深法、活性炭測氡法進行了地球物理勘探，初步查明了祁縣隆起的構造形態(tài)，在基底隆起內(nèi)大致推斷解釋侵入巖體兩組，斷層一條。由于沒有應用磁法，對控制侵入巖體的范圍及深度來說難度大，效果不太理想。綜合分析地面物探成果，在靠近低阻斷裂帶和侵入巖體附近應是地熱資源開發(fā)的有利部位。

2.2 地質及水文地質條件

（1）地質條件

根據(jù)R-2號井揭露地層情況，0～140m為第四系砂質粘土、粘土及粉細砂;140～2014.77m為三疊系、二疊系厚層狀中細砂巖、粉砂巖及砂質泥巖夾薄層泥巖互層;2014.77～2045.92m上部為破碎帶，缺失二疊系山西組，巖性為石炭系太原組砂質泥巖、細砂巖及深灰色石灰?guī)r，巖屑有烘烤現(xiàn)象;2045.92～2905.56m全部為侵入巖漿巖，礦物成分主要由斜長石、角閃石等組成，具破碎現(xiàn)象，分析應是燕山期侵入的石英二長巖巖體，巖體同位素分析形成于燕山中期。

據(jù)R-2號井鉆探中遇有9層段地層破碎帶，應是祁縣隆起內(nèi)的斷裂構造所致，地層缺失下石盒子組下段、山西組、太原組（部分）、本溪組及以下地層，推測區(qū)域發(fā)育斷層斷距大于150m。地熱地質剖面見圖3，剖面線位置見圖2。

（2）水文地質條件

松散層孔隙水：王村地區(qū)處于昌源河沖洪積傾斜平原及古河道上，含水層從第四系全新統(tǒng)至下更新統(tǒng)。據(jù)鉆孔資料，王村一帶在140～190m之下，可見三疊系延長組以下地層砂巖裂隙含水巖組。山區(qū)基巖裸露區(qū)裂隙發(fā)育，地表有一定的植被覆蓋，給大氣降水入滲補給提供了良好的條件，含水層單井出水量可達50～120m3/h。

覆蓋型砂巖裂隙水：含水層主要為三疊系、二疊系層段厚層狀中細粒砂巖。R-1號井取水層段（700.35～1100.20m）主要為三疊系中統(tǒng)二馬營組，含水層水位標高725.10m，涌水量926m3/d，降深18.84m時鉆孔單位涌水量2.05m3/h·m，井口水溫30℃，含水層富水性中等。

R-2號井抽水層段（1771～2095.65m）為二疊系上、下石盒子組，含水層水位標高726.01m，涌水量1064m3/d，降深129.41m時鉆孔單位涌水量0.34m3/h·m，井口水溫39℃，含水層富水性較差。

由于R-1與R-2孔相距約60m，不同含水層段抽水試驗說明本區(qū)三疊系中統(tǒng)二馬營組砂巖裂隙含水層富水性好于二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層。

裂隙承壓水的補給來源是盆地東南部邊山區(qū)基巖裸露降水入滲，通過盆地周邊斷裂導水深循環(huán)補給，地下水徑流上部強于下部，水循環(huán)交替由強到弱。區(qū)內(nèi)隱伏斷裂是砂巖裂隙承壓水的富集帶和導水通道。根據(jù)鉆探及水文測井資料，R-2號井2045.92m以下巖漿巖侵入巖體，巖性致密、堅硬，循環(huán)液消耗量沒有變化，可說明此層段無有效含水層發(fā)育。

3 地熱水化學特征

根據(jù)地熱水化學組分，一方面了解地熱（井）水水質及微量元素分布情況，另一方面可采用氘、氚、氧-18同位素來分析熱儲層中地熱水運移特征。

3.1 淺層水井水化學特征

水文地質調(diào)查時在25個淺層水井（井深150～200m左右）中采取水樣進行水質全分析，從測試結果看，水質礦化度從山前傾斜平原區(qū)到洪積、沖積平原區(qū)，由448mg/L逐漸增高到800mg/L以上，在沖積平原區(qū)的西白圭村礦化度達到1106mg/L，水化學類型也由HCO3→HCO3·SO4→Cl·SO4·HCO3型過渡。說明隨著地下水徑流路徑的延長，水中溶蝕礦物成份增加，水質礦化度及硬度增高，反映了祁縣平原區(qū)淺層含水層水化學特征。

3.2 深層水井水化學特征

（1）地熱流體化學組分特征

勘查區(qū)內(nèi)R-2、R-1、J-11號地熱水井部分項目分析成果見表1。

普查區(qū)700～1100m和1771～2050m兩個深度段砂巖熱儲層水化學類型基本相同，均為HCO3·Cl-Na型水，含氟量2.33～2.19mg/L，偏硅酸含量28.6～33.4mg/L，鍶含量0.85～0.73mg/L，pH值8.34～8.30，屬中性偏堿性水，水質可定名為重碳酸·氯-鈉型含氟·鍶·偏硅酸低溫溫水。

R-2號孔井口水溫39℃，在出水口有硫化氫氣味，說明含水層埋藏較深，處于還原環(huán)境。本區(qū)含水層中Na+和HCO3ˉ在元素中占絕對優(yōu)勢，是碎屑巖熱礦水的典型特征。

（2）同位素化學與地熱田成因分析

依據(jù)勘探井、供水井、雨水樣同位素（氘、氚、氧-18）分析成果，經(jīng)與山西省地下熱水δD-δ18O關系圖對比分析，4個孔水樣δD和δ18O值均落在地區(qū)大氣降水線附近，說明地下水起源于大氣降水，且沿大氣降水線展布，沒有出現(xiàn)明顯的18O漂移，表明地下水為低溫熱系統(tǒng)。

地熱井水質化驗中均含有一定量的氚，推測它們是“古水”與現(xiàn)代水的混合水。

綜合分析，本區(qū)砂巖裂隙水系遠源補給，水循環(huán)交替由強到弱。受區(qū)域構造的控制，地下水順層和沿深大斷裂運移，在特定的地球物理和地球化學環(huán)境中，水和介質長期作用并溶解，攜帶著微量元素組分，在王村地區(qū)一帶富集。

4 地溫場特征

4.1 地溫場特征

據(jù)勘查區(qū)井溫調(diào)查，淺層井地溫異常主要分布在樸村—常家堡—王村—永興莊—西六支村一帶，溫度在16℃以上（圖2），最高處分布在王村南—永興莊村西，如J-16號水井深150m，水溫19.3℃;J-10號水井深280m，水溫28.4℃;J-11號水井深399.99m，水溫28℃;J-12號水井深150m，水溫21℃。且多年來井溫基本穩(wěn)定，受季節(jié)變化影響很小。而揭露基巖地層的供水井，井深337.78～442.19m，出口水溫27℃～28℃;R-1號井深1100.20m，井口水溫30℃;R-2號井深2905.56m，井口水溫39℃。R-2號井深增加1805m時，水溫僅增加9℃。

R-1號井深1100.20m，井底溫度31.12℃，井深200～1087.60m段井溫值為26.47℃～31.62℃，井溫梯度為0.52℃/100m;井深700～1064m（鉆孔700m以上下入套管）井溫值29.66℃～31.12℃，井溫梯度為0.42℃/100m。

R-2號井深2905.56m，井底溫度53.39℃，該井深與井溫變化曲線見圖4，井內(nèi)不同深度段井溫梯度變化情況見表2。井溫資料顯示，勘查區(qū)在砂頁巖、巖漿巖地層中，垂向地熱增溫梯度很低，孔內(nèi)井溫梯度沒有隨著井深的增加發(fā)生明顯變化，巖漿巖侵入巖體層段井溫梯度僅1.45℃/100m，垂向地熱增溫梯度反而小于上部砂頁巖地層。

4.2 地溫梯度異常的分析

祁縣王村地區(qū)隱伏巖漿巖隆起區(qū)隨著鉆井深度的增加，井溫增溫梯度較小，當井深增加1805m時，井口水溫僅增加9℃，其原因分析如下：

目前地殼淺部的熱量主要來自燕山期以來的巖漿及火山活動（毛小平等，2018），在盆地深大斷裂帶的通導條件下，巖漿或其產(chǎn)生的水熱氣物質沿斷裂裂隙向上運移。當大氣降水或地下徑流的冷水沿斷裂上部向下滲入，便與下部向上涌動的熱水混合形成地下熱水。

祁縣王村地區(qū)隆起的周邊幾乎完全由斷裂所控制，這些斷裂形成的破碎帶，均具有導水作用，它們縱橫交錯，彼此連通，在特定的地球物理和地球化學環(huán)境中，水和介質長期作用并溶解，攜帶著微量元素組分在王村地區(qū)富集匯入淺部含水層，從而導致地溫異常和地下熱礦泉水的出現(xiàn)。而勘探R-2號地熱井處于祁縣隆起區(qū)斷裂帶附近，受斷裂帶溝通，承壓含水層水在壓力差作用下發(fā)生流動，使地溫梯度小于正常地層的地溫梯度值;而巖漿巖侵入巖體地溫梯度未見明顯增高，說明侵入巖體導熱性較差，在長期的地殼構造活動中大部分熱量已散失。

5 結論

本文從不同角度對祁縣王村地區(qū)這一典型地熱地質特征單元區(qū)進行了詳細的分析，主要結論如下：

（1）祁縣王村至常家堡一帶存在隆起隱伏侵入巖漿巖體，地球物理勘探推測隱伏巖體分布面積57km2。施工兩眼地熱勘探井，其中R-1號井深1100.20m，井底溫度31.62℃，井口水溫30℃;R-2號井深2905.65m，井口水溫39℃，井深1500m以上層段井溫梯度小于1℃/100m;取水層段1771～2050m井溫梯度1.73℃/100m;侵入巖體層段井溫梯度1.45℃/100m。說明隨著井深增加，井溫梯度反而減小，反映了王村地區(qū)隱伏侵入巖體隆起區(qū)的地熱地質特征。

（2）祁縣王村地區(qū)地熱異常的原因是祁縣隆起的周邊幾乎完全由斷裂所控制，這些斷裂形成的破碎帶，均具有導水作用，它們縱橫交錯，彼此連通，在特定的地球物理和地球化學環(huán)境中，水和介質長期作用并溶解，攜帶著微量元素組分，在王村一帶富集匯入淺部含水層，從而導致地溫異常和地下熱礦泉水的出現(xiàn)，而不是隆起侵入巖漿巖體的熱源所致。

（3）由于勘探井處于斷裂帶附近，受斷裂帶溝通，承壓含水層水在壓力差作用下發(fā)生流動，地溫梯度小于正常地層的地溫梯度值;而巖漿巖侵入巖體地溫梯度未見明顯增高，說明在長期的地殼構造活動中侵入巖漿巖體的大部分熱量已散失。

（4）通過勘查證實，祁縣王村隱伏侵入巖體隆起區(qū)，在2900m深度以內(nèi)，巖漿巖富水性弱，地熱增溫梯度低，地熱水勘探開發(fā)前景有限。侵入巖體上覆二疊、三疊系砂巖熱儲層所含低溫溫水，對養(yǎng)殖業(yè)有一定的開發(fā)利用價值。

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