摘要:為了地熱水資源的可持續(xù)開發(fā),對重慶1h經(jīng)濟圈內(nèi)的地熱水背斜地質(zhì)構(gòu)造、熱儲層狀況、地熱水補給進行了分析,并根據(jù)補給情況對各自背斜的建議開采量進行了計算.分析結(jié)果表明:在地質(zhì)構(gòu)造上,重慶地熱資源可視為一個相對統(tǒng)一的整體,但各個背斜溫泉之間又有其相對的獨立性;下三疊統(tǒng)嘉陵江組、中二疊統(tǒng)茅口組、中上寒武統(tǒng)高臺組和平井組是重慶地熱水的主要熱儲層;從銅鑼峽背斜、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(gòu)造;地熱溫泉;可持續(xù)開發(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型,微量元素及有益礦物質(zhì)豐富,具有極大的開發(fā)利用價值[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.隨著經(jīng)濟增長方式的轉(zhuǎn)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一步加大,而過量開采地熱水會導致地熱水資源環(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采而導致泉流量、水溫、水位大幅度下降.因此,只有科學合理地開發(fā)利用地熱水資源,才能促進重慶溫泉旅游業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展.本文從重慶1h經(jīng)濟圈內(nèi)的地熱水資源現(xiàn)狀出發(fā),分析了重慶地熱水熱儲構(gòu)造、地熱水徑流補給途徑,并對地熱水資源量進行了計算,給出了重慶都市經(jīng)濟圈內(nèi)主要地熱田的建議開采量.

 

  1 重慶主城地熱水資源現(xiàn)狀.

 

  /五方十泉0是重慶都市經(jīng)濟圈地熱溫泉的核心,現(xiàn)有資源量516萬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m3/d,淺鉆井開采型./南0以南溫泉、保利小泉溫泉為核心,南泉、小泉現(xiàn)各有4個鉆井,屬淺鉆井開采型,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m3/d./北0以北溫泉、統(tǒng)景溫泉為核心,水溫37~53e,水量約0189萬m3/d.其中統(tǒng)景溫泉目前以淺鉆井開采利用為主,水溫41~53e,水量約0169萬m3/d./中0以梨樹灣和海棠曉月溫泉為核心,水溫37~53e,水量約0186萬m3/d.

 

  2 重慶地熱水熱儲構(gòu)造.

 

  重慶嶺谷相間,山脈與背斜展布方向一致.從構(gòu)造上來看,重慶市屬沉積巖廣泛發(fā)育區(qū)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(qū)分布最穩(wěn)定的海相碳酸鹽沉積層,主要出露在背斜構(gòu)造區(qū).重慶西以華鎣山深大斷裂帶為界,東以長壽)遵義深大斷裂帶為界,其間的背斜構(gòu)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(tǒng)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(gòu)造.此外,由于地表長期的侵蝕、溶蝕作用,背斜山脈頂端嘉陵江石灰?guī)r裸露形成巖溶槽谷,給地表水的下滲提供了良好通道.同時,重慶市域內(nèi)廣泛分布的嘉陵江組石灰?guī)r層,構(gòu)成了地熱水熱儲層,而與灰?guī)r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?guī)r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(gòu)造上來看,重慶地熱水主要熱儲層有下三疊統(tǒng)嘉陵江組、中二疊統(tǒng)茅口組、中上寒武統(tǒng)高臺組和平井組等,次要熱儲層有中三疊統(tǒng)雷口坡組、下奧陶統(tǒng)紅花園組、桐梓組等.三疊系下統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r主要出露于背斜近軸部,厚600m左右,以灰?guī)r為主,間夾白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、角礫狀灰?guī)r(深部為膏巖層),為本區(qū)主要熱儲層位.三疊系中統(tǒng)雷口坡組在區(qū)內(nèi)保存的厚度極小,一般在30m左右,為區(qū)內(nèi)次要熱儲層.三疊系上統(tǒng),須家河組為一套灰色長石右英砂巖夾灰黑色炭質(zhì)頁巖及煤層,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(nèi)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(tǒng)飛仙關(guān)組為一套泥質(zhì)巖層夾灰?guī)r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(gòu)造帶控制,深埋于地下,呈帶狀展布.水質(zhì)類型主要有硫酸鹽型、氯化物型、重碳酸鹽型等.其中1h經(jīng)濟圈大部分區(qū)域以硫酸鹽型為主,萬盛)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.

 

  從重慶地熱水開發(fā)利用的歷史來看,重慶地熱資源在熱儲構(gòu)造上相對獨立,但又相互聯(lián)系,局部的不合理開發(fā)會對整個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,隨著南邊橋口壩油氣勘探井)))南二井的施工,南泉片區(qū)的東、西兩翼(南泉、小泉)的天然溫泉逐漸斷流;70年代中期,隨著人工鉆井的開發(fā),南泉天然溫泉也隨之干涸消失.因此,科學開發(fā)和保護地熱水資源環(huán)境,需要對背斜熱儲層構(gòu)造、地熱水補給情況進行分析,避免由于局部過量開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(zhuǎn)的破壞.

 

  地下水氫氧穩(wěn)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(gòu)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鑼峽背斜、南溫泉背斜地下水樣測試的D(D)和D(18O)來看,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附近[8](圖1),因此可以確定銅鑼峽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(gòu)造上來看,在重慶廣泛分布的背斜山脈中,山脈頂端的嘉陵江石灰?guī)r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、銅鑼峽鉆井、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(jù)南江水文地質(zhì)隊水樣采集同位素分析結(jié)果,銅五井熱水14C測定年齡為10800a,銅鑼峽鉆井熱水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、銅鑼峽鉆井、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.結(jié)合其地熱水D(D)和D(18O)分布及背斜構(gòu)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(gòu)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[9],在深部順構(gòu)造線方向經(jīng)長途徑流深部循環(huán)逐漸增溫形成穩(wěn)定的地熱水資源,并在熱儲構(gòu)造最大減壓地段(如河流橫向深切熱儲構(gòu)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(tǒng)景溫泉、銅鑼峽溫泉等(長江邊).其中南溫泉背斜地下熱水表現(xiàn)較為明顯,南溫泉位于重慶東南的南泉鎮(zhèn),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(qū)明月山背斜山嶺滲入地下,流至長生向斜下約1500m深處,吸收地熱上升到三疊紀下統(tǒng)嘉陵江組石灰?guī)r中,在石油溝、橋口壩等地區(qū)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行過系統(tǒng)的地熱水資源勘探,基礎(chǔ)性地熱資料主要靠商業(yè)性勘探打井積累,此次計算區(qū)內(nèi)地熱資源量Q、可采儲量則通過熱儲體積法確定[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(jié)果確定,km2;d)))可及深度內(nèi)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?shù)囟嗄昶骄鶜鉁?e.

 

  計算時熱田圈邊主要考慮構(gòu)造控熱、深埋儲熱、熱儲儲水等因素,并結(jié)合目前的技術(shù)條件及開發(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(shù)采用深鉆井測井數(shù)據(jù)確定,所涉及幾何形態(tài)參數(shù)在地熱水資源主要分布區(qū)1B50000地熱地質(zhì)調(diào)查地質(zhì)圖上求取.

 

  由于區(qū)內(nèi)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采量為其徑流補給量控制,通過控制區(qū)內(nèi)各背斜地下水源地熱水的開采量小于其補給量,可保證各背斜地下熱水資源的可持續(xù)開發(fā).而巖溶槽谷地下水的匯水范圍又由槽谷374河海大學學報(自然科學版)第39卷內(nèi)嘉陵江組地層出露區(qū)及其兩側(cè)部分須家河組地層出露區(qū)組成,因此T1j+T2l過水斷面寬度和導水系數(shù)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(jù)徑流補給量計算建議開采量:

 

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

 

  背斜兩翼及軸部地下熱水T1j+T2l過水斷面寬度計算時取1800m,背斜一翼過水斷面寬度取900m[12],其他計算參數(shù)由鉆井測井數(shù)據(jù)確定.

 

  重慶都市經(jīng)濟圈內(nèi)主要地熱田有溫塘峽背斜、觀音峽背斜、南溫泉背斜、銅鑼峽背斜和桃子蕩背斜等,根據(jù)補給計算得區(qū)內(nèi)背斜溫泉建議開采量.

 

  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(qū)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(shù),如各熱儲層邊界、導水系數(shù)、滲透系數(shù)、影響半徑、壓力傳導系數(shù)、給水度和儲水系數(shù)等,以為重慶地熱水資源的持續(xù)、穩(wěn)定開采提供更為精確的依據(jù).

 

  5 結(jié)  論.

 

  重慶地熱水資源分布受各熱儲構(gòu)造帶控制,各個背斜溫泉之間有其相對的獨立性,但在地質(zhì)構(gòu)造上又是一個相對統(tǒng)一的整體.重慶市都市經(jīng)濟圈內(nèi)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過水斷面寬度和導水系數(shù)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(xù)開發(fā),應使開采規(guī)模與地熱水資源建議可開采量相適應.根據(jù)補給情況計算,區(qū)內(nèi)溫塘峽背斜、觀音峽背斜、南溫泉背斜、銅鑼峽背斜和桃子蕩背斜的建議開采量應不超過21500,62000,38600,33500,36100m3/d.