天水市是一座歷史悠久的文化古城,位于甘肅省東南部,東接關(guān)中,西通蘭州,南控巴蜀,北倚隴東,為甘、陜、川交通要道。近年來,隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施和西隴海經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的確立,天水市將工業(yè)作為興市產(chǎn)業(yè)的同時(shí),依托豐厚的歷史文化底蘊(yùn),又將旅游業(yè)作為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)而優(yōu)先發(fā)展。天水市是地?zé)豳Y源相對豐富的地區(qū),地?zé)?/a>露頭點(diǎn)多而廣,因此大力勘查開發(fā)市域內(nèi)的地?zé)豳Y源對推對旅游業(yè)的發(fā)展有十分重要的意義。

距離天水市西北18km的北道區(qū)中灘鄉(xiāng)張家溝—汪李坪地?zé)?/a>異常區(qū)面積0.7km2,其間310國道縱貫?zāi)媳?毗鄰隴海鐵路。異常區(qū)依山傍水,氣候宜人,交通便利,極具開發(fā)潛力。盡早完成中灘地?zé)豳Y源的勘探開發(fā)不僅可彌補(bǔ)天水市旅游區(qū)內(nèi)地?zé)衢_發(fā)點(diǎn)偏避、社會經(jīng)濟(jì)效益不明顯的缺陷,而且對加快秦安—天水市黃金旅游線路的開辟有積極促進(jìn)作用。

1 地?zé)?/a>資源形成的地質(zhì)背景

中灘地?zé)?/a>異常區(qū)處在中緯度北溫帶半濕潤區(qū),氣候濕潤溫和,冬無嚴(yán)寒,夏無酷暑,年均氣溫10.7℃,相對濕度68%,年降水量550mm。地?zé)岙惓^(qū)處于渭河三陽川盆地平原西北緣的渭河與其支流葫蘆河的交匯部位,主要地貌類型為河谷階地和丘陵。渭河在此地段發(fā)育在Ⅰ—Ⅸ階地,呈階梯狀排列于谷坡,除Ⅱ級及其以下階地有明顯的階面外,其它經(jīng)水流侵蝕切割,形態(tài)不清,實(shí)際已屬黃土丘陵的一部分。地?zé)岙惓^(qū)表部為黃土所覆蓋,僅在河谷坡兩側(cè)和沖溝見有零星的第三系和老基巖出露。另外在其外圍西部見有華力西期花崗巖體出露。地質(zhì)構(gòu)造上處于祁連—北秦嶺造山帶的復(fù)合部位。對地?zé)嵝纬汕揖哂兄匾刂埔饬x的斷裂構(gòu)造有(圖1)F1斷裂,出露于渭河北岸谷坡的張家溝村以西,為一壓扭性控?zé)釘嗔?發(fā)育在下元古界牛頭河群硅化大理巖中,擠壓帶寬度4～6m,影響帶寬度近百米,產(chǎn)狀315°～325°∠60°～65°。在其周邊發(fā)育有多條次級斷裂,產(chǎn)狀與主斷裂相同。F1斷裂切穿第三系泥巖,在阻擋深部地下熱水向東運(yùn)移的同時(shí),也形成深部熱水的上升通道。由于它的存在和作用,沿?cái)嗔褞ё呦蛴卸嗵?a href="http://kaichele.cn/t/溫泉.html" >溫泉出露。F2斷裂為區(qū)域主干斷裂的次級構(gòu)造,是一多期活動的復(fù)合斷裂帶;主斷裂走向近EW,傾向南西,經(jīng)過3次改造,斷裂帶內(nèi)巖石系脆性變形,所產(chǎn)生影響帶寬度大于200m。該斷裂切割深度直達(dá)下部超基性侵入體,形成了既為上游熱水的地下運(yùn)移通道,又是南部隔水邊界,是一主要的導(dǎo)水、導(dǎo)熱斷裂。F3斷裂系為南部下元古界牛頭河群與北側(cè)葫蘆河群之間的分界斷裂帶,走向NW,傾向S。該斷裂展布于汪李村西北,是脆性剪切變形中表現(xiàn)出的高角度斷裂。

綜上所述,地?zé)岙惓^(qū)內(nèi)控?zé)?、?dǎo)熱的基本構(gòu)造為F2、F3,位于鴛鴦—牛頭河—花廟河—太白大斷裂的主應(yīng)力帶上。受其影響兩斷裂所夾牛頭河群大理巖在此形成了1～2km寬的碎裂巖帶,巖體構(gòu)造裂隙非常發(fā)育,為深部地下熱水的貯存、運(yùn)移提供了通道與空間,兩斷裂切割深度已達(dá)深部超基性侵入體。F1斷裂為一阻水?dāng)嗔?是近期活動的斷層,它的存在阻礙了F2、F3斷裂之間的地下熱水向東運(yùn)移的同時(shí),形成了熱水向地表涌出的通道。

2 地?zé)崽?/a>地質(zhì)條件

中灘地?zé)崽?/a>是受斷裂控制的裂隙性II-3型地?zé)崽?/a>,兼有層狀熱儲和帶狀熱儲特征,由于所處地貌單元地形起伏大且覆蓋嚴(yán)重,物化探方法因地形條件影響難以發(fā)揮作用,故本地?zé)崽?/a>位置及范圍的確定采用地溫場地溫測量的方法做出初步判斷。從地溫場測量結(jié)果顯示,中灘地?zé)崽锬媳币訤2、F3斷裂為界,西至霍家坪,東到F1斷裂,長1 300m,平均寬1 200～1 250m,面積約1.6km2。

2.1 地?zé)崽?a href="http://kaichele.cn/t/水文地質(zhì).html" >水文地質(zhì)條件

中灘地?zé)崽?a href="http://kaichele.cn/t/熱流.html" >熱流體主要賦存于下元古界牛頭河群碎裂狀硅化大理巖中,熱儲呈單斜狀發(fā)育,為低溫地?zé)豳Y源。根據(jù)鉆探試驗(yàn)表明,該地?zé)崽镉猩?、下兩?a href="http://kaichele.cn/t/熱儲.html" >熱儲組成(圖2),第一層熱儲埋深在張家溝沿F1斷裂附近35～150m,其它地段隨地形增高埋深相應(yīng)增加;熱儲溫度28℃～35℃,厚度200～400m,蓋層為上第三系和第四系。第二層熱儲以所夾200～250m巨厚絹云母片巖和斷層糜棱巖為分隔層,張溝F1斷裂一帶埋深600～620m,汪李坪附近的埋深大于150m,亦隨地形起伏而變化,熱儲體厚度450～600m。利用K—Mg、SiO2、K—Na水化學(xué)溫標(biāo)和地?zé)嵩鰷靥荻韧扑愕诙訜醿w溫度73.65℃、94.16℃、202.81℃和65.8℃(表1)。其中K—Na溫標(biāo)算得200℃左右,這代表地下熱水在深循環(huán)過程中曾經(jīng)達(dá)到過的溫度。據(jù)此,確定地?zé)崽锏诙訜醿煽繙囟葢?yīng)介于65℃～70℃之間。

由碎裂狀硅化大理巖形成的熱儲富水性良好,且具微承壓性。通過對第一層熱儲體抽水試驗(yàn)證明,當(dāng)水位降低8m、20m和50m時(shí),相應(yīng)單井涌水量分別是450m3/d、1 400m3/d和2 600m3/d。計(jì)算滲透系數(shù)7.71m/d,給水度0.12。經(jīng)對第二熱儲使用井中流速儀測量表明,單井涌水量2 000～3 000m3/d。分析3年來各熱露頭點(diǎn)的流量、溫度及水化學(xué)組成資料,各溫泉點(diǎn)和水井流量隨季節(jié)變化不明顯,水化學(xué)組成穩(wěn)定。水溫隨季節(jié)略有變動。氫氧同位素測試結(jié)果顯示,中灘地?zé)崽?a href="http://kaichele.cn/t/熱流.html" >熱流體來源于大氣降水和地表水體入滲的轉(zhuǎn)化。入滲后的地表水由西、西北沿?cái)嗔褞畈窟\(yùn)移加熱過程中至F1斷裂受阻后溢出地表,循環(huán)年齡大于40a。從現(xiàn)掌握的資料認(rèn)為,中灘一帶應(yīng)為該地?zé)嵯到y(tǒng)的排泄區(qū)域,除少部分自然流出外,推測大部可能沿F1斷裂向東北、西南方向徑流排泄。從溫泉和鉆孔所采水樣SiO2含量高說明地?zé)崽锾幱诙趸璩练e帶上,而水中SiO2含量偏高也是熱儲屬酸性火成巖熱流體排泄帶主要標(biāo)志之一。

 圖2 中灘地熱田熱儲埋藏條件剖面圖

2.2 地?zé)崽锏厍?a href="http://kaichele.cn/t/化學(xué)特征.html" >化學(xué)特征

地?zé)崽锏叵聼崴匀怀雎逗腿斯そ衣饵c(diǎn)集中分布在沿F1斷裂一線。水化學(xué)類型單一,為SO42-—HCO3-—Cl-—Na+—Ca2+—Mg2+或SO42-—Cl-—HCO3-—Ca2+—Na+—Mg2+型,pH值7.5～7.93,溶解性總固體1 200～1 500mg/L。水中除常規(guī)化學(xué)組分外,還含有偏硅酸、鍶、鋅、溴、碘、硒、鋰、氡等十幾種與人體健康有益的微量元素。

3 地下熱水資源評價(jià)

根據(jù)控制地?zé)崃黧w的地質(zhì)構(gòu)造條件,將中灘地熱田熱儲邊界概括如下:南北分別以F2斷裂和F3斷裂構(gòu)成隔水邊界,西部為補(bǔ)給邊界,東部屬排泄邊界,頂部無入滲補(bǔ)給。地?zé)崽飪?nèi)以巨厚狀片巖將熱儲體一分為二,之間無熱流補(bǔ)給或補(bǔ)給微弱的熱水系統(tǒng)。熱源主要來自于火成巖或放射性元素的蛻變。大氣降水和地表水在上游入滲后沿?cái)嗔褞Ы?jīng)長距離、長時(shí)間深循環(huán)加熱后在中灘附近形成地?zé)崽餆崃黧w溢出帶。

3.1 熱儲資源的計(jì)算

計(jì)算與評價(jià)利用《地?zé)豳Y源評價(jià)方法》(DZ40—85)中的熱儲法和水文地質(zhì)學(xué)計(jì)算法。以熱儲法為主,輔以水文地質(zhì)學(xué)計(jì)算法。

熱儲法:第一層為溫水熱儲,第二層為溫?zé)崴疅醿?兩者熱能之和即為本地?zé)崽锟偟臒?a href="http://kaichele.cn/t/資源.html" >資源量。

3.2 熱儲資源量評價(jià)

用熱儲法計(jì)算出來的資源量不可能全部被開采出來,只能開采出一部分。用RE=Qwh/QR求得回收率。

公式中:

RE—回收率

Qwh—開采出的熱量

QR—埋藏在地下熱儲中的地?zé)豳Y源量

由于中灘地?zé)嵘刑幵谄詹殡A段,無試驗(yàn)性熱水開采量資料,而且回收率與開發(fā)設(shè)施、開發(fā)項(xiàng)目管理水平等密切相關(guān)。因此參照一些地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)值來推定,第一層熱儲回收率為12%、第二層熱儲回收率為10%。

據(jù)此,熱儲法計(jì)算取得的熱資源量為:8.88×12%+269.70×10%=28.035 6MW。按照《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB11615—89)的規(guī)定,屬中、低溫中型地?zé)崽?能利用儲量的年限為100a。

水文地質(zhì)學(xué)計(jì)算法只能從熱載體—水量方面做了驗(yàn)證計(jì)算,由于沒有考慮熱儲巖石的熱量,計(jì)算結(jié)果存在偏小和與實(shí)際有一定差距的問題。但從兩種方法計(jì)算結(jié)果對比,用計(jì)算的斷面徑流量來提供熱水比較符合實(shí)際。

3.3 地?zé)崃黧w質(zhì)量評價(jià)

本次對地?zé)崃黧w質(zhì)量評價(jià)根據(jù)掌握的水質(zhì)資料和預(yù)期的利用,主要包括地?zé)崃黧w質(zhì)量評價(jià),地?zé)崃黧w開發(fā)利用溫度評價(jià)和地?zé)崃黧w腐蝕性、結(jié)垢及侵蝕性評價(jià)等三方面的內(nèi)容。由于熱水中所含碘、溴、銫等6項(xiàng)指標(biāo)均很小,未能達(dá)到國標(biāo)(GB11615—89)附錄D有關(guān)熱礦水礦物原料提取工業(yè)指標(biāo),故對地?zé)崃黧w不做有用礦物組分的評價(jià)。

初步評價(jià)結(jié)果表明,中灘地下熱水達(dá)到了現(xiàn)行國標(biāo)規(guī)定的醫(yī)療礦泉水和天然飲用礦泉水界限指標(biāo),并且有關(guān)指標(biāo)均在限量范圍內(nèi)。微量組分中尤以偏硅酸、鍶、硒含量顯著,相反,氟含量適中,氡含量較低,不含其它有害成分。這在我省已評價(jià)的醫(yī)療、飲用礦泉水中少見。除溶解性總固體、硫酸鹽等含量略高外,能夠滿足一般生活飲用水質(zhì)量要求。熱儲所提供的溫水和溫?zé)崴?既符合農(nóng)業(yè)灌溉、土壤增溫、漁類養(yǎng)殖等,又可用于洗浴、取暖以及工業(yè)流程。熱水對管道的結(jié)垢和腐蝕程度低,對普通混凝土侵蝕性較弱。

4地?zé)崽镩_發(fā)前景分析

(1) 中灘地?zé)崽锇l(fā)育于渭河深大斷裂內(nèi),成熱條件受兩條東西走向和一條北東走向高角度斷裂控制。地?zé)崽锩娣e1.6km2,熱儲分為上下兩層,第一層埋藏深度為35～150m,厚度200～400m,平均熱儲溫度30.65℃,溫水資源量為4 800m3/d;第二層埋藏深度大于150m,厚度大于500m,熱儲溫度65℃～70℃,溫?zé)?a href="http://kaichele.cn/t/水資源.html" >水資源量12 100m3/d。地?zé)崽锟晒?a href="http://kaichele.cn/t/熱能.html" >熱能為28.03MW(第一層1.06MW,第二層26.97MW),屬中型低溫地?zé)崽?利用年限100a。熱水中富含多種微量元素,其中鍶、硒、偏硅酸、溶解性總固體達(dá)到天然飲用礦泉水標(biāo)準(zhǔn),并且具有醫(yī)療價(jià)值。水溫能滿足多用途、多功能開發(fā)需要。

(2)地?zé)崽锼诘靥焖惺?a href="http://kaichele.cn/t/甘肅省.html" >甘肅省第二大城市,地理環(huán)境優(yōu)美,歷史悠久,有豐富的自然景觀和歷史文化遺產(chǎn),是國家歷史文化名城之一。近年來,在地?zé)崽锔浇ǔ捎写笠?guī)模的高新農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)和太空育種基地。由于周邊有聞名遐爾的麥積山石窟風(fēng)景區(qū)、人文始祖伏羲文化古跡—卦臺山和大地灣古人類遺址的映襯,目前旅游業(yè)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢頭。市區(qū)內(nèi)電子、機(jī)械等工業(yè)基礎(chǔ)雄厚,在全國都占有一定的比重。因此,地?zé)豳Y源的開發(fā)將對旅游業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成促進(jìn)力。另外,地?zé)崽锉笨侩]海鐵路,310國道從中穿過,多條地方公路南北輻射,與周邊省市相連。有國家電網(wǎng)330KV輸電線路通過,新建120KW火力發(fā)電廠正在興建中,可充分保證電力供應(yīng)。

(3)地?zé)崽锾幱谖?a href="http://kaichele.cn/t/河北.html" >河北岸河谷階地,依山傍水,地形錯(cuò)落有致,環(huán)境優(yōu)美,平均海拔1 100～1 400m,平均氣溫10℃～11℃,相對溫度68%,氣候溫和宜人,降水適中,適宜于休閑度假。

(4)經(jīng)初步地?zé)崽镩_發(fā)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)認(rèn)為,天水市開發(fā)地?zé)?/a>具有得天獨(dú)厚的條件,相關(guān)設(shè)施建成后將給投資者帶來顯著的利益回報(bào),同時(shí)對增加地方財(cái)政收入,拉動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重要的貢獻(xiàn),必然得到地方政府和社會各界的大力支持。