劉月東

摘要：地熱是重要的資源。通過對地熱田成因的分析，將有助于提高地熱的利用效果。文中，主要對冀西北奚家堡地熱田成因進行了分析，為進一步開發(fā)冀西北奚家堡地熱田提供借鑒。

關(guān)鍵詞：地熱田；地熱資源；成因

冀西北涿懷盆地奚家堡地熱田位于官廳水庫西側(cè)，永定河北岸，為兼具有帶狀熱儲和層狀熱儲特征的復雜結(jié)構(gòu)雙層山間盆地型低溫水熱型地熱田，經(jīng)多期次勘查，至今未找到熱源和熱水通道，本文從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、水化學分析、同位素分析和物探推斷等方面分析地熱田成因。

1.地熱田概況

奚家堡地熱田位于河北省懷來縣狼山—土木一帶，面積8.47km2，潛水水溫高于區(qū)域地下水平均溫度15℃區(qū)域總面積25.87km2，為雙層結(jié)構(gòu)山間盆地型地熱田，淺部松散孔隙型熱儲面積8.47km2，埋深45m～185m，深部基巖裂隙型熱儲面積0.31km2，埋深185m～3000m，熱田開采淺部熱儲地熱水，中心最高溫度71℃，從中心向四同周呈近似環(huán)狀溫度逐漸降低，熱水區(qū)（>60℃）面積1.06km2；溫熱水區(qū)（40℃～ 60℃）面積3.63km2；溫水區(qū)（25℃～40℃）面積3.78km2，地熱田外圍熱異常區(qū)（15℃～25℃）km2。

地熱田主要開采地熱水用于特種釀酒葡萄種植，2009年～2019年開采量在133.25萬m3～152.36萬m3之間，平均每年142.18萬m3，地熱田產(chǎn)能6.32MW，熱異常區(qū)總產(chǎn)能8.39MW，折算71℃深部熱水涌水量，熱田范圍每年88.97萬m3，熱異常范圍每年117.82萬m3。

2.區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造成因分析

據(jù)已有資料顯示，懷來縣區(qū)域內(nèi)地溫異常區(qū)（≥25℃）主要出現(xiàn)在桑園—狼山隱伏大斷裂與北北東向斷裂交匯部位的西北部山前地帶，大氣降水是地下熱水的主要補給來源，大氣降水經(jīng)過曲折的途徑向地殼深部進行循環(huán)的過程中，由于受到燕山期花崗巖的巖漿殘余熱、地熱增溫熱的影響，使其加熱提高了地下水的溫度，運動過程中，溶解了更多的巖礦成分，在該水向地勢較低的東南方向運移時，遇到桑園—狼山隱伏大斷裂的阻擋，在斷裂北側(cè)巖石破碎、地應力相對減少的構(gòu)造復合部位上升，在深大斷裂及多組斷裂交匯部位涌出，在第四系和新近系松散地層底部開始向上和向四周逐漸擴散，并與賦存在松散地層中的冷地下水依次混合、降溫，并總體受區(qū)域冷地下水流場的影響，地松散地層中形成近形橢圓環(huán)狀的地熱水分布形態(tài)，比較典型的為奚家堡地熱田，見圖1。

3.水化學組分成因分析

從熱田的水化學特征來看，熱田內(nèi)水質(zhì)類型以SO4-Na型為主，并富含氟（F-）和可溶性硅酸鹽（H2SiO3）。SO42-離子的出現(xiàn)是深部H2S溶解水所形成，F(xiàn)-的出現(xiàn)是巖漿或熱液對熱水影響所致，可溶性偏硅酸一般認為與巖漿中遷移的SiO2有關(guān)，以上均說明地下熱水形成與深部的巖漿源所造成的熱液活動有關(guān)。分析資料顯示，地熱水富含偏硅酸和氟，礦化度較高，說明地熱水在深部高溫高壓環(huán)境下溶解了大量巖土體成分。

在熱田范圍內(nèi)，普遍存在有地下熱水的沉積和蝕變作用，主要有絹云母化、碳酸鹽化、高齡土化、褐鐵礦化，另有少量的綠簾石化、滑石（葉臘石化）、硅化，并有水白云母及沸石類礦物出現(xiàn)，曾經(jīng)出現(xiàn)過硼酸鹽類礦物和黑辰砂沉淀。有的呈細脈、網(wǎng)脈狀充填于巖石的裂隙中，有的重結(jié)晶析出形成新生沉淀物，有的以皮殼狀包圍沉淀物中的礫石及基巖斷裂帶中的斷層角礫而出現(xiàn)，這些蝕變作用及新生成的礦物組合，一般認為是中低溫熱液作用下形成，說明熱田與深部巖體或火山活動殘余熱有關(guān)。

4.同位素化學分析與補給高度計算

熱水的主要補給來源是大氣降水，推測是西北部廣大山區(qū)的地下水，熱田內(nèi)含水層組逸出氣體以氮（N2）為主，其體積占97%～99%，沿有少量的氧（O2）其體積占1%～3%，說明地下熱水與大氣降水有著密切的關(guān)系。從收集前人地熱水同位素及放射性元素特征分析，δD、δ18O同位素測定，δD在-91.9‰～-83.1‰之間，δ18O在-12.9‰～-11.8‰之間，與雨水基本一致。說明區(qū)內(nèi)地下熱水源于大氣降水，見表1。地熱水的補給高程也可以通過同位素計算取得，根據(jù)以前資料，熱田的補給高度在900m～1700m，與熱田西北部山區(qū)及東南部山區(qū)高度基本相符，推測地熱水補給來源中盆地西北和東南的山區(qū)，沿深大斷裂循環(huán)至地殼深處，在熱田部位上涌形成淺部地熱異常區(qū)。水化學動態(tài)長期觀測穩(wěn)定，說明補給源較遠，反映了大氣降水補給的特征。

根據(jù)以上公式計算，熱田地熱流體循環(huán)深度達6000m以上。

6.氫氧同位素分析

參照以前研究成果，對比大氣降水、常溫地下水和地熱水中氫氧同位素對比分析，地熱水氫氧同位素組成基本一致，說明地熱水補給來源來自大氣降水。收集資料顯示，氚同位素分析，熱田地熱水為冷熱混合水，熱水的年代較久遠，說明地下熱水上涌至松散地層過程中，混合了一定量的低溫地下水，同時熱量損失、溫度降低。

7.地熱溫標分析

地熱溫標計算可以代表深部熱儲的溫度，奚家堡鉀含量熱田3mg/L～5mg/L，鈉離子含量150mg/L～200mg/L之間；鎂離子含量差異較大，在0.5mg/L～2.4mg/L之間。

地熱溫標計算主要用于高溫地熱田熱儲溫度計算，符合條件的中低溫地熱田也可以用來計算熱儲溫度，地熱溫標計算結(jié)果顯示，SiO2溫標計算熱儲溫度在64℃～107℃之間；K-Mg溫標在63℃～132℃之間；K-Na溫標奚家堡熱田在98℃～151℃之間。

不同樣品出現(xiàn)較大計算差異，主要因素是所取樣品中混入不同比例的常溫地下水，同時考慮到不同的熱田或不同取樣部位，下部上涌地熱水可能存在不同的通道，具有差異性來源?；蛘咴谏畈繜崴嫌窟^程中，混入了不同的低溫熱水所致。水在離開熱儲之后，在流向地表的過程中，是否出現(xiàn)再平衡取決于相似的因素：流速、上升通道所經(jīng)圍巖的類型和反應性、熱儲的初始溫度、可能產(chǎn)生的各種反應的熱動力學特點等。以不同的速率上升的水中，可以產(chǎn)生不同的反應。因此，對不同的化學地熱溫標而言，表現(xiàn)的最后平衡溫度可能是不同的。如果熱水的礦化度大大高于混入的冷水，且冷水數(shù)量不大時，冷水對Na-K地熱溫標的影響可以忽略。但是，如混入冷水的鈣含量超過熱水鈣含量的20%～30%時，混合的影響就應予以考慮。當Na-K地熱溫標用于含鎂離子較高的熱水時，也會算出異常高的結(jié)果。

8.地層與構(gòu)造分析

熱田的北部和東部存在著巨厚的中生界侏羅系上統(tǒng)張家口組（J3z）熔結(jié)凝灰?guī)r，此火山巖是中生代晚期褶皺硬化基底上伴隨著強烈的斷裂活動而生成的，火山巖構(gòu)成了盆地的基底，與熱水的形成存在一定的關(guān)系。

本區(qū)發(fā)育的各組斷裂構(gòu)造，部分深大斷裂切割深度大，深切上地幔，長度延伸遠，具多期活動特征，形成走向平等的一組斷裂破碎帶，是溝通上地幔和各巖體的良好通道，巖漿余熱通過水的載體，沿斷裂破碎帶上涌，并沿與之相連的各組斷裂擴散，在相對封閉的區(qū)域內(nèi)，形成熱水異常區(qū)。新生界地層主要有新近系上新統(tǒng)和第四系更新統(tǒng)、全新新組成，從水文地質(zhì)特征可以看出，新近系上新統(tǒng)下部砂礫石碎屑巖和第四系更新統(tǒng)下部砂礫石碎屑層，是本區(qū)熱儲層，第四系上部松散地層包氣帶本區(qū)熱儲蓋層。

9.物探推斷成因

本次物探工作結(jié)合收集資料綜合分析，推測在奚家堡地熱田下部500m以下，熱田中心部位一帶，存在巖漿侵入體，呈上小下大近圓柱狀，見圖2，大致推斷了巖層界限，東部花崗巖侵入體規(guī)模相比西部較大，與地表圈出的等溫線分布大致相合，由此推斷奚家堡地熱田地熱來源應與花崗巖侵入體有關(guān)。

10.結(jié)論

（1）兩熱田的排泄形式實質(zhì)為被覆蓋的泉群，地下深層熱水涌出至松散地層后，與常溫地下水混合降溫，所開采的是混合了常溫地下水的混合熱水，熱水范圍內(nèi)的開采總量中只有一部分來自深層熱水，且開采混合熱水溫度越低，來自深層的熱水比例越小。

（2）熱田與深部巖體或火山活動殘余熱有關(guān)，深部的復式花崗巖侵入體可能與地熱田的熱源。

（3）深大斷裂和多組斷裂交匯形成的構(gòu)造破碎帶為深部熱水循環(huán)通道和上涌通道，地熱水在循環(huán)過程中，在嘗試和壓力作用下，溶解了大量巖土體成分。

（4）地熱水來源于大氣降水，補給高度在900m～1700m，推測為周邊山區(qū)，循環(huán)深度達6000m以上。

（5）總體認為，熱田內(nèi)地下熱能的來源以巖漿殘余熱為主，地熱增溫、新構(gòu)造運動機械熱為輔，應屬火山余熱型熱田，其產(chǎn)出時間大致是燕山運動晚期同，即白堊紀以后。

參考文獻：

[1]陳迎輝等.河北省懷來縣后郝窯、奚家堡地熱田地熱資源勘查報告.河北省地礦局第三地質(zhì)大隊. 2020.01.

[2]徐巍等.河北省懷來縣地熱資源調(diào)查評價報告.北京市地質(zhì)工程勘察院. 2014.04.

[3]何沛欣.廣東省惠州市龍門縣某覆蓋型巖溶地熱田地熱流體水化學特征及其成因[J].西部資源， 2019（02）：62-64.

[4]黃金秀.廣東省龍門縣江冚地熱田地熱地質(zhì)條件及開發(fā)利用建議[J].西部資源， 2020（01）：105-107.