周世玲

(福建省廈門地質(zhì)工程勘察院,福建 廈門 361008)

1 概述

在能源短缺、環(huán)境污染嚴(yán)重的今天,新能源和可再生能源受到越來越多的關(guān)注,其勘探與開發(fā)成為世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的前提。地?zé)崴且环N集熱能、礦物質(zhì)和水于一體的清潔能源和特殊礦產(chǎn)資源,具有分布廣泛、可再生性等特征,同時(shí)具有綠色低碳、安全穩(wěn)定特點(diǎn),開發(fā)利用地?zé)豳Y源在促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級、環(huán)境治理、節(jié)能減排等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。

福建地處環(huán)太平洋構(gòu)造巖漿活動帶,是中國東南沿海地?zé)釒У闹匾M成部分,地?zé)豳Y源豐富。作為海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)中心城市之一的廈門,蘊(yùn)含豐富的地?zé)豳Y源?！稄B門市地下熱水資源調(diào)查報(bào)告》等資料指出,廈門市共發(fā)現(xiàn)12處地?zé)狳c(diǎn),具有水質(zhì)好、水溫高、分布廣等特點(diǎn)。同安區(qū)東塘地區(qū)亦具有相當(dāng)規(guī)模的地?zé)豳Y源,查明其地質(zhì)條件、地?zé)豳Y源分布情況以及地下熱水的水量、水溫、化學(xué)成分,對于對推進(jìn)該地區(qū)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用,對治污減霾,調(diào)整能耗結(jié)構(gòu),改善民生都具有積極的意義。

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn),目前同安區(qū)東塘地區(qū)對于熱儲研究不充分,缺乏對地?zé)豳Y源的科學(xué)評價(jià)。在后期開發(fā)利用中過量開采,可能造成地下水位下降,勢必影響該地區(qū)地?zé)豳Y源未來的綜合開發(fā)利用。因此本文通過收集區(qū)域地質(zhì)資料,結(jié)合工作開展的地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查鉆探、抽水試驗(yàn)及動態(tài)監(jiān)測等工作成果,詳細(xì)分析研究了同安區(qū)東塘地區(qū)地?zé)崴乃瘜W(xué)特征,評價(jià)了其可采資源量,有助于提高環(huán)境質(zhì)量,為研究區(qū)今后的地?zé)豳Y源可持續(xù)開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

東塘地?zé)狳c(diǎn)位于廈門市同安區(qū)五顯鎮(zhèn)西溪村東塘自然村北東約500 m處,屬同安區(qū)的五顯鎮(zhèn)與翔安區(qū)的新圩鎮(zhèn)接壤部位。為查明東塘地區(qū)內(nèi)的地?zé)崽卣?對周邊10.5 km2范圍內(nèi)進(jìn)行了調(diào)查,具體工作范圍如圖1所示。

2.1 地形地貌

工作區(qū)內(nèi)地形總體上較平坦,地勢北部略高,中西部較低。區(qū)內(nèi)地面高程19.90～67.60 m,原始地貌屬于剝蝕地貌和堆積地貌,以剝蝕殘丘、殘積臺地和階地為主。剝蝕殘丘少量分布于北側(cè),殘積臺地分布于南、西、北側(cè),階地為主要的地貌單元,可分為一級和二級階地:一級階地呈條帶狀分布于多條溪流的兩側(cè);二級階地主要分布于區(qū)內(nèi)中部和東側(cè)的大部分地區(qū)。地?zé)岙惓^(qū)主要位于調(diào)查區(qū)中部的一級和二級階地上,地面高程約24～30 m。

區(qū)內(nèi)地層主要為第四系殘積層(包括了坡積層),第四系上更新統(tǒng)沖洪積層和全新統(tǒng)沖洪積層等地層單元。殘積層出露于臺地、殘丘和坡地一帶,是區(qū)內(nèi)的主要地層,巖性以花崗巖風(fēng)化而成的殘積砂質(zhì)粘土為主;第四系上更新統(tǒng)沖洪積層主要分布于二級階地,具二元結(jié)構(gòu),一般厚度約3～5 m,最大厚度約11.50 m。巖性由灰白色、黃色的粘土、砂質(zhì)粘土和灰色、灰白色的中、粗砂層組成;第四系全新統(tǒng)沖洪積層,分布于溪溝兩側(cè)的一級階地,厚度一般3～5 m,最大厚度6.50 m,巖性為灰色、褐黃色的中細(xì)砂及砂質(zhì)粘土,夾有卵、礫石。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

廈門地區(qū)位于歐亞板塊受太平洋海洋板塊俯沖的次前緣,地處閩東燕山斷坳帶的東部。研究區(qū)的構(gòu)造以斷裂為主。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料分析,區(qū)內(nèi)主要由北西和北東的斷裂帶構(gòu)成(如圖2所示)。受區(qū)域構(gòu)造的控制和影響,發(fā)育有北東向(F2)、北西向(F1)和近東西向(F3)等斷裂。根據(jù)地球物理勘查成果,北西向斷裂在地?zé)岙惓^(qū)見有二組,走向分別為312°、341°,傾向皆為北東,傾角分別為75°和76°。近東西向斷裂分別反映為北東東走向的二組,走向分別為64°、73°,相向而傾,傾角皆為81°;北西西走向的一組,走向277°,傾角81°。

圖2 工作區(qū)地?zé)崽飿?gòu)造略圖

地?zé)岙惓^(qū)位于不同期次、不同方向的斷裂交匯、復(fù)合帶。因此構(gòu)成了較混亂的構(gòu)造格局,產(chǎn)狀和形態(tài)也較復(fù)雜。另外,鉆孔中亦有揭露斷層破碎帶,破碎帶巖石破碎,裂隙、節(jié)理發(fā)育,見有閃長玢巖脈侵入,并有綠泥石化、硅化等蝕變現(xiàn)象,局部有明顯的擦痕和階步。

2.3 地溫場特征

根據(jù)地?zé)岙惓^(qū)20 m深度地溫等值線圖(如圖3所示),發(fā)現(xiàn)地?zé)岙惓^(qū)呈現(xiàn)含兩個(gè)高溫中心區(qū),長軸軸線為北西320°的不規(guī)則長橢圓狀,兩個(gè)異常中心地溫最高分別達(dá)38.4℃和40.0℃,大于27℃的軸線長約800 m,寬400 m。溫度場在空間變化上表現(xiàn)為中間溫度較高,而向兩側(cè)溫度遞減的變化趨勢,形成一個(gè)以北西向脊柱形的高溫帶。地溫等值線平面上以大于35℃溫度圈內(nèi)等值線疏,而小于35℃溫度圈外的等值線密為特征,可能與北西向構(gòu)造有關(guān)。

圖3 工作區(qū)地?zé)崽?0 m深度溫度等值線圖

圖4 工作區(qū)地?zé)崴瘜W(xué)類型 Piper 三線圖

3 地?zé)崴瘜W(xué)特征分析

3.1 地?zé)崴x存條件

地?zé)釁^(qū)地處沿海風(fēng)化殘積臺地地區(qū),地勢低,其地下水除了接受大氣降水補(bǔ)給外,還與周邊其它水體交替補(bǔ)給。地?zé)崴畬儆趫?jiān)硬巖類構(gòu)造脈狀裂隙水,主要賦存于燕山早期花崗巖的構(gòu)造裂隙中,分布受斷裂構(gòu)造控制并呈脈狀分布,富水性受構(gòu)造影響較大。鉆孔單孔涌水量在500～2 000 m3/d以上,水溫一般30℃～40℃,具有承壓性。

通過鉆孔揭露﹐地下熱水主要賦存在花崗巖構(gòu)造破碎裂隙帶中,2007年分別施工地?zé)衢_采井ZK1、ZK2;ZK1井深151.05 m,鉆進(jìn)至主要破碎帶后﹐即發(fā)生大量涌水,ZK1井資料具體如下:

井管結(jié)構(gòu):H:0～18.80 m Φ: 300 mm(玻璃鋼管)

18.80～20.35 m 168 mm(裸孔)

20.35～39.55 m 146 mm(裸孔)

39.55～63.50 m 130 mm(裸孔)

63.50～151.05 m 110 mm(裸孔)

主要含水巖段:孔深19.77～29.28 m、35.80～65.00 m、80.92～83.46 m、91.62～95.27 m、126.33～148.19 m巖芯大多呈短柱狀或碎塊狀,破碎或較破碎,為該孔的主要含水巖段。

ZK2井深151.65 m,鉆進(jìn)至主要破碎帶后﹐即發(fā)生大量涌水,ZK2井資料具體如下:

井管結(jié)構(gòu):H:0～16.30 m Φ: 300 mm(玻璃鋼管)

16.30～41.10 m 146 mm(裸孔)

41.10～70.10 m 130 mm(裸孔)

70.10～151.65 m 110 mm(裸孔)

主要含水巖段:孔深41.20～65.45 m、69.45～92.15 m、128.50～135.20 m巖芯大多呈短柱狀或碎塊狀,破碎或較破碎,為該孔的主要含水巖段。

鉆孔揭示,地?zé)釁^(qū)基底為燕山早期第二次侵入的花崗巖(γ52(3)c),整體巖芯較破碎,節(jié)理、裂隙發(fā)育,裂面常見陡坎狀,硅化蝕變較強(qiáng)烈,局部可見明顯的擦痕,屬構(gòu)造脈狀裂隙水熱儲特征。

3.2 地?zé)崴瘜W(xué)特征

研究區(qū)地?zé)崴薀o色透明,無味,水質(zhì)類型為Cl·SO4·HCO3-Na型水。總礦化度0.329～0.336 g/L左右,總硬度在0.73～0.80 mmol/L、pH值8.03～8.29之間,屬偏堿性水;可溶性SiO2含量約 46.86～47.73 mg/L,F-離子含量 4.00 mg/L、無侵蝕CO2和游離CO2、耗氧量0.31～0.63 mg/L。陽離子以Na+離子為主,含量74.10 mg/L,占陽離子毫克當(dāng)量總數(shù)的79.31%～80.70%;其次為Ca2+離子,含量14.15～15.69 mg/L,占陽離子毫克當(dāng)量總數(shù)的17.19%～19.21%;K+離子含量1.61～1.70 mg/L,占陽離子毫克當(dāng)量總數(shù)的0.99%～2.00%。此外,還含有極少量的Mg2+等微量元素。陰離子以Cl-為主,含量59.47 mg/L,占陰離子毫克當(dāng)量總數(shù)的40.38%～40.78%;其次為HCO3-,含量69.34～75.49 mg/L,占陰離子毫克當(dāng)量總數(shù)的27.67%～29.81%左右;SO42-含量50.93～53.69 mg/L,占陰離子毫克當(dāng)量總數(shù)的25.48%～27.18%。還含F(xiàn)-離子4.00 mg/L和少量的NO3-、NO2-等。

通過對比不同年份不同季節(jié)地?zé)崴乃瘜W(xué)指標(biāo),發(fā)現(xiàn)地?zé)崴|(zhì)無明顯變化,說明地?zé)崴膩碓摧^為可靠,受外界環(huán)境影響較小。

表1 醫(yī)療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

3.3 地?zé)崴|(zhì)

地下熱水礦化度為 0.329～0.335 mg/L,其中F-離子含量達(dá)4.00 mg/L(飲用水標(biāo)準(zhǔn)1 mg/L)。熱水中含有大量有益于人體健康的特殊組分,可以作為景觀娛樂用水、醫(yī)療礦水直接利用,并且水溫高達(dá)40℃,所蘊(yùn)含的熱量為養(yǎng)殖溫?zé)釒Я_非魚類等熱帶魚種提供良好的生態(tài)環(huán)境,可以間接利用服務(wù)于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、漁業(yè)養(yǎng)殖等。地?zé)崴蠪-高達(dá)4.00 mg/L,不能滿足漁業(yè)用水水質(zhì)要求,必須加以處理再利用。

熱水中可溶性SiO2含量高達(dá)46.86～47.73 mg/L, F-離子含量達(dá)4.00 mg/L,并且含有氡(222Rn)31.7 Bq/L、鐳(226Ra)0.009 Bq/L等放射性元素,對人體心血管疾病、關(guān)節(jié)炎、皮膚病等有一定的療效。根據(jù)國標(biāo)(GB11615-89)有關(guān)醫(yī)療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),可以命名為硅水、氟水。

4 地?zé)崴Y源量評價(jià)

4.1 地?zé)崴试S開采量

在ZK1、ZK2孔施工完成后先期分別進(jìn)行一個(gè)落程的單井定流量定降深抽水試驗(yàn),然后對兩個(gè)試驗(yàn)孔進(jìn)行一個(gè)落程的干擾抽水試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)資料如表2、表3所示。

表2 ZK1、ZK2單井定流量定降深抽水試驗(yàn)成果表

表3 ZK1、ZK2多孔干擾抽水試驗(yàn)成果表

從上述抽水試驗(yàn)看,單井抽水水位降深小,涌水量大,而干擾抽水水位降深較大,涌水量反而減小,說明兩個(gè)位置地下熱水水力聯(lián)系比較明顯。根據(jù)抽水試驗(yàn)情況采用相應(yīng)公式求得相應(yīng)的水文地質(zhì)參數(shù)如表4所示。

表4 ZK1、ZK2的單井定流量定降深抽水試驗(yàn)成果表

地下熱水可開采量根據(jù)ZK1、ZK2單井定流量定降深抽水試驗(yàn)計(jì)算出來的參數(shù),并預(yù)定某個(gè)開采深度計(jì)算的涌水量Q,再按公式Q′=Q(1-α)確定干擾抽水條件下的涌水量。

Q可=Q1+Q2= Q1′(1-a1)+ Q2′(1-a2)

(1)

Q1′=S1q1,Q2′=S2q2

(2)

式中:Q可為地?zé)釁^(qū)開采量(L/s);Q1、Q2分別為ZK1、ZK2干擾抽水的涌水量;Q1′、Q2′分別為與干擾抽水降深一致的ZK1、ZK2單井定流量、定降深的涌水量;a1、a2分別為ZK1、ZK2干擾抽水影響系數(shù);S1、S2分別為ZK1、ZK2干擾抽水降深;q1、q2分別為ZK1、ZK2單井定流量定降深抽水的單位涌水量。

不同降深條件下各孔開采量計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 不同降深條件下ZK1、ZK2干擾抽水涌水量計(jì)算成果表

據(jù)地?zé)釁^(qū)兩個(gè)地?zé)峁芫樗囼?yàn)資料的情況,用最大降深法計(jì)算其允許開采量。預(yù)測單井最大降深按6 m計(jì),查閱上表可知開采量為6 380 m3/d,據(jù)此確定東塘地下熱水允許開采量為6 380 m3/d。

4.2 地?zé)崮苡?jì)算

地?zé)崮茉u價(jià)按照下列公式進(jìn)行計(jì)算:

Qw=Q·Cw·(Tw-To)

(3)

式中:Qw為地?zé)崽锩刻焖欧诺目偀崃?Q為地?zé)崴臻_采量(m3/d);Cw為熱水平均熱容量(kcal/m3·℃),按1 L水上升1℃所需熱量1 000 cal計(jì),Cw=1 000 kcal/m3·℃;Tw為地?zé)崴骄鶞囟?℃)Tw=40℃;To為地層常溫帶溫度(℃)To=25℃。

Qw=6 380×1 000×(40-25)=9.57×107kcal

折算熱能為4.63×103kw。

5 開發(fā)利用建議

根據(jù)出水口溫度,本區(qū)地?zé)崴饕侵?低溫地?zé)崴?將地?zé)崴Y源全部用于地?zé)峁┡拖丛?開發(fā)利用較為單一。為了避免或減弱地?zé)崴跋男汀薄按址判汀遍_采方式所帶來的環(huán)境、社會的不良影響,后續(xù)地?zé)豳Y源開發(fā)將對地?zé)崃黧w進(jìn)行梯級利用,逐級提熱,充分利用地?zé)崃黧w的熱能,對經(jīng)梯級利用、降至較低溫度的地?zé)崃黧w進(jìn)行回灌處理,以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)循環(huán)利用。

項(xiàng)目區(qū)附近目前還都是村莊和農(nóng)田,根據(jù)同安區(qū)的空間規(guī)劃,本區(qū)暫時(shí)未進(jìn)行相關(guān)用地規(guī)劃?；诖?后期可考慮對該地區(qū)進(jìn)行打造健康理療品牌相關(guān)的建設(shè)規(guī)劃,同時(shí)圍繞此目標(biāo)打造集旅游度假、商務(wù)會展、生態(tài)休閑、溫泉療養(yǎng)等于一體的溫泉休閑項(xiàng)目,同時(shí)可考慮建設(shè)有室外溫泉泡池和別墅溫泉泡池的休閑居住區(qū)。可以通過空間規(guī)劃吸引周邊的村民過來集聚、休閑娛樂。

在進(jìn)行相關(guān)規(guī)劃建設(shè)時(shí),充分利用地?zé)崴Y源修建多種不同功能的溫泉浴池,比如普通泡池、特色泡池、VIP泡池以及游泳泡池等,同時(shí)可考慮建設(shè)親子娛樂項(xiàng)目,如星空摩天輪滑道、休閑池、兒童水寨池、摩天輪滑梯池、無邊際泳池池、水療池、造浪池等,各個(gè)年齡段的兒童都能找到自己喜愛的項(xiàng)目。在建筑設(shè)計(jì)中可對主館設(shè)計(jì)海洋球池、小型水寨、滑水設(shè)施等戲水項(xiàng)目,充分發(fā)揮沿海城市水上娛樂特色。

6 結(jié)語

(1)地?zé)崴饕x存于燕山早期花崗巖的構(gòu)造裂隙中,分布受斷裂構(gòu)造控制并呈脈狀分布,富水性受構(gòu)造影響較大。

(2)地?zé)崴|(zhì)類型為Cl·SO4·HCO3-Na型,總礦化度和總硬度較低,屬偏堿性水,來源較為可靠,受外界環(huán)境影響較小。

(3)通過計(jì)算確定東塘地下熱水允許開采量為6 380 m3/d,換算每日放熱量9.57×107kcal、或熱能4.63×103kw。

(4)未來發(fā)展前景廣闊,可打造集旅游度假、商務(wù)會展、生態(tài)休閑、溫泉療養(yǎng)等于一體的溫泉休閑項(xiàng)目,吸引周邊的村民過來集聚、休閑娛樂。