南陽(yáng)市區(qū)地?zé)岬V水資源開(kāi)發(fā)應(yīng)用分析

王洪彥

(河南省第一地質(zhì)勘查院，河南 南陽(yáng) 473003)

南陽(yáng)市位于河南省西南部，處于南陽(yáng)盆地中北部。南陽(yáng)盆地屬于有一定規(guī)模的新生代山間盆地，具有積存和形成熱水的地質(zhì)環(huán)境，開(kāi)發(fā)潛力巨大。地?zé)?、礦泉資源是一種寶貴的天然資源，它集能源和水源于一體，與煤炭、石油相比，其廉價(jià)、清潔、易開(kāi)采、可再生等特點(diǎn)，直接利用于發(fā)電、取暖、洗浴、種植、養(yǎng)殖等行業(yè)。早已被人們所關(guān)注，在美國(guó)、日本，北歐及發(fā)達(dá)國(guó)家，地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用起步較早。我國(guó)的天津、北京、云南、西藏等地相繼大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用地?zé)豳Y源。80年代河南省地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)也搞得十分紅火。南陽(yáng)對(duì)地?zé)岬V水的開(kāi)發(fā)利用起步較晚，自1995年以來(lái)，河南省第一地質(zhì)勘查院在市區(qū)開(kāi)展地?zé)岬刭|(zhì)，水文地質(zhì)和綜合地球物理勘探，獲得了研究成果和地?zé)嵝畔?，已成功勘探施工了幾眼地?zé)峋尉疃?00～1 000 m，水溫40℃ ～46.5℃。成功揭示了南陽(yáng)市區(qū)賦存地下熱礦水的地質(zhì)條件。如南陽(yáng)溫泉花園、南陽(yáng)市中級(jí)人民法院、南陽(yáng)市體育中心等，從而改善了南陽(yáng)居民的生活條件，緩解南陽(yáng)能源緊張局勢(shì)，減少城市環(huán)境污染做出了開(kāi)拓性的貢獻(xiàn)。

1 南陽(yáng)市區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)特征

南陽(yáng)盆地屬于有一定規(guī)模的新生代山間盆地，具有積存和形成熱礦水的理想地質(zhì)環(huán)境，在1995年以前，由于針對(duì)地?zé)岬目碧窖芯砍潭容^低，加之地?zé)豳Y源埋藏相對(duì)較深，因此除去幾處溫泉出露外，南陽(yáng)市的地?zé)衢_(kāi)發(fā)幾乎屬于空白區(qū)。1995年以來(lái)，在南陽(yáng)市區(qū)及鄰近地區(qū)開(kāi)展了地?zé)岬刭|(zhì)、水文地質(zhì)和綜合地球物理勘探，獲得了豐富的資料和地?zé)嵝畔?，并?jīng)過(guò)幾年的鉆探驗(yàn)證，已鉆探成功幾口地?zé)峋?，掀起了地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用的高潮。

1.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

南陽(yáng)盆地為三面環(huán)山向南開(kāi)口的新生代山間盆地。盆地受東西緯向構(gòu)造體系及新華夏聯(lián)合復(fù)合構(gòu)造體系的控制，呈不對(duì)稱(chēng)形態(tài)東西向展布。發(fā)生時(shí)代為老第三紀(jì)結(jié)束時(shí)代新第三紀(jì)。南陽(yáng)市區(qū)及其鄰近地區(qū)所處構(gòu)造部位，既有東西緯向構(gòu)造帶的形跡，又有新華夏聯(lián)合復(fù)合構(gòu)造的特點(diǎn)。構(gòu)造特征主要表現(xiàn)為凹陷的不對(duì)稱(chēng)性，即盆地南深北淺，向南傾斜，北部出現(xiàn)斜坡帶。南陽(yáng)市區(qū)位于盆地北部斜坡帶的前緣。據(jù)人工地震勘探資料，在市區(qū)白河南側(cè)有北西西向和北東向隱伏斷裂通過(guò)。

1.2 主要斷裂帶

區(qū)域內(nèi)深大斷裂交錯(cuò)發(fā)育，對(duì)礦產(chǎn)形成、巖漿活動(dòng)及地?zé)岬V水的運(yùn)移和存儲(chǔ)等有明顯的控制作用。

南陽(yáng)斷裂帶:位于南陽(yáng)、鄧州的東側(cè)，呈北東向展布，長(zhǎng)50 km，在南陽(yáng)市附近傾角較陡，鄧州近側(cè)傾角變緩，斷裂兩側(cè)構(gòu)造活動(dòng)差異明顯。

朱陽(yáng)關(guān)—夏館—南陽(yáng)—大河斷裂帶:走向北西300°～310°，長(zhǎng)350 km。西端與瓦穴子—鴨河口—明港斷裂帶相交，東端與西關(guān)莊—鎮(zhèn)平—梅山斷裂帶交會(huì)。南陽(yáng)市位于該斷裂帶中段，即夏館—南陽(yáng)段，長(zhǎng)90 km，該斷裂帶近期在南陽(yáng)市、馬山口等地尚有地震發(fā)生，說(shuō)明該帶在中條運(yùn)動(dòng)已經(jīng)形成，加里東運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)得到加強(qiáng)，至近期仍有活動(dòng)，為一長(zhǎng)期活動(dòng)的深大斷裂帶。

根據(jù)地球物理特性勘探資料，在市區(qū)有北西向和北東向隱伏斷裂通過(guò)，且兩組斷裂在白河南交匯，轉(zhuǎn)折，并有一基底坳陷區(qū)，基底埋深700～1 000 m，對(duì)地?zé)岬V水的運(yùn)移及儲(chǔ)存起重要的控制作用。主要斷裂帶有:木家埡—內(nèi)鄉(xiāng)斷裂帶，朱陽(yáng)關(guān)—夏館—南陽(yáng)—大河斷裂帶。

1.3 地球物理異常特征

通過(guò)淺層(1.3 m)地溫測(cè)量和鉆孔測(cè)量，南陽(yáng)盆地的平均溫度3.82℃/100m，地溫場(chǎng)有北高南低、東高西低的特征。基底自北向南逐漸加深，由于基底埋藏較深，盆地內(nèi)部為徑流緩滯帶，因此南陽(yáng)盆地內(nèi)部具有積存和形成熱水的理想地質(zhì)環(huán)境。

2 地?zé)嵘w層、基底分布特征

據(jù)井(孔)揭露和前人綜合研究，本區(qū)基底由下元古界秦嶺群雁嶺溝組、中古元界信陽(yáng)群南灣組及巖漿巖構(gòu)成，新生界古近系、新生系第四系組成基底蓋層。

2.1 基底埋深及分布

基底分布受斷裂構(gòu)造控制。下元古界秦嶺群雁嶺溝組主要分布于南陽(yáng)—方城斷裂與西官莊—鎮(zhèn)平—梅山斷裂夾持地帶。華力西期酸性侵入巖體分布于南陽(yáng)—方城斷裂以北，不同期次的花崗閃長(zhǎng)巖位于朱陽(yáng)關(guān)—夏館—大河斷裂與南陽(yáng)—方城斷裂復(fù)合部位，侵入于下元古界秦嶺群雁嶺溝組中。

基底埋深受北東向南陽(yáng)—方城斷裂影響，基底埋深由北至南向南陽(yáng)斷陷中心傾伏加深，南陽(yáng)—方城斷裂以北，基底埋深0～600 m左右，坡降大致呈漸變過(guò)程;南陽(yáng)—方城斷裂以南，基底埋深由500～600 m逐漸變?yōu)? 250 m左右，基底呈緩傾斜狀向南陽(yáng)斷陷中心延展，比降10‰～20‰。

2.2 蓋層分布

垂向上蓋層由古近系、新近系、第四系組成。第四系在全區(qū)分布，自北向南厚40～400 m。南陽(yáng)—方城斷裂(白河以北)以北古近系基本缺失，而穩(wěn)定分布于白河以南，厚度可達(dá)1 800 m。

3 熱儲(chǔ)層組及水化學(xué)特征

依地?zé)岬V水的介質(zhì)巖性、水溫、水量、水質(zhì)特征及熱儲(chǔ)蓋層巖性特征，本區(qū)可劃分為四個(gè)熱儲(chǔ)層:

第四系熱儲(chǔ):埋深200 m以下，水溫22℃ ～28℃，賦存于第四系底層。屬于 HCO3—Ca型水，礦化度 0.683—0.803 g/L，偏硅酸、鋰含量達(dá)到飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)。

新近系熱儲(chǔ):分布于312國(guó)道以南，含水層頂板埋深自北至南250～400 m，底板埋深320～550 m。

據(jù)油田官莊S4油井，井深600 m，井口水溫32℃，單井涌水量 440m3/d，水化學(xué)類(lèi)型 HCO3—Ca型，礦化度 0.46g/L，鋰、偏硅酸分別為 0.89、42.9 mg/L，屬于低礦化飲用淡水。五里堡地?zé)峋?，井?00 m，井口溫度41℃，具有承壓水頭大、水位恢復(fù)快、富水性較差的特點(diǎn)。

古近系熱儲(chǔ):頂板埋深560 m左右，底板埋深1 800 m以上。

據(jù)鄧州市自來(lái)水公司地?zé)峋?、油田官莊油井，在500～1 000 m埋深內(nèi)水溫40℃ ～60℃，單井涌水量600～1 500 m3/d，1 000～2 000 m埋深水溫50℃ ～90℃，單井涌水量600～800 m3/d，水化學(xué)類(lèi)型 Cl－Na型水，礦化度 6.8—17.0 g/L。

大理巖熱儲(chǔ):主要賦存于下元古界雁嶺溝組大理巖中，地?zé)峋畲蠼衣逗穸?20 m，井口水溫40℃ ～45℃，水頭高出地表21～26 m，受巖溶發(fā)育程度控制，富水性不均一，中級(jí)法院?jiǎn)尉克?0 t/h，而市體育中心單井涌水量108h/t，該層水是南陽(yáng)城區(qū)地?zé)崴x存、富集有開(kāi)采價(jià)值熱儲(chǔ)層位。其水化學(xué)類(lèi)型 HCO3—Na型水，礦化度 1.4 ～1.5 g/L，pH=7.3～8.1，水溫40℃ ～46.6℃，偏硅酸、鍶、鋰含量達(dá)到礦泉水標(biāo)準(zhǔn)。

4 大理巖熱儲(chǔ)層深部溫度及深度推算

根據(jù)能源公司、中級(jí)法院地?zé)峋Y料，采用鉀、鎂溫標(biāo)計(jì)算，、深部熱儲(chǔ)層源溫度85℃ ～98℃，源深度1 400～1 750 m。

5 熱儲(chǔ)量

根據(jù)已鑿地?zé)峋Y料，采用熱儲(chǔ)體積法、斷面流量法、回采系數(shù)法等，對(duì)熱儲(chǔ)層進(jìn)行地?zé)崮芰亢偷責(zé)醿?chǔ)量計(jì)算:

第四系熱儲(chǔ):地溫梯度5.4℃ ～6.5℃/100 m，熱儲(chǔ)儲(chǔ)存量0.492億 m3，每平方公里儲(chǔ)存量16.11萬(wàn) m3，水頭平均下降1米可釋放水量32.78萬(wàn) m3。熱儲(chǔ)熱能總量545.046兆瓦，可采熱能為130.262兆瓦。

新近系熱儲(chǔ):地溫地溫梯度4.9℃/100m，熱儲(chǔ)儲(chǔ)存量1.31億 m3，每平方公里儲(chǔ)存量42.96萬(wàn) m3，承壓水頭平均下降1米可獲得彈性釋水量32.78萬(wàn) m3。熱儲(chǔ)熱能總量1 246.674兆瓦，可采熱能為 311.669 兆瓦。

古近系熱儲(chǔ):地溫梯度3.49℃/100 m，熱儲(chǔ)儲(chǔ)存量1.64億 m3，每平方公里儲(chǔ)存量53.7萬(wàn) m3，承壓水頭平均下降1 m可獲得彈性釋水量32.78萬(wàn)m3。熱儲(chǔ)熱能總量6 439.062兆瓦，可采熱能為1 609.766兆瓦。

大理巖熱儲(chǔ):地溫梯度4.7～6.1℃/100m，側(cè)向運(yùn)移，補(bǔ)給量為 20 625 m3/d，可采儲(chǔ)存量 0.455億 m3，熱能總量840.999兆瓦，可采熱能為191.459兆瓦。

總之，本區(qū)地?zé)崮芸偭亢涂刹傻責(zé)崮芸偭糠謩e為9 071.781兆瓦和2 243.156兆瓦，屬大型中高溫地?zé)崽铮m宜直接開(kāi)發(fā)利用。

6 水質(zhì)及醫(yī)療保健

據(jù)市區(qū)幾眼地?zé)峋乃|(zhì)分析，南陽(yáng)市區(qū)地下熱礦水的水化學(xué)類(lèi)型為重碳酸鈉型溫?zé)後t(yī)療礦泉水，即HCO3—Na型水，礦化度 1.40 ～1.50 g/L，PH 值為 7.3 ～8.1，水溫 40℃左右。熱礦水含有偏硅酸、鋰、鍶、鋅、硼等多種有益健康的微量元素。其中偏硅酸 28～36 mg/L，鍶 0.2～0.4 mg/L，鋰0.2～0.3 mg/L。這些微量元素與溫度的統(tǒng)一，達(dá)到理化作用，洗浴后能使人體皮膚潤(rùn)滑舒適，改善人體物質(zhì)的新陳代謝和心血管系統(tǒng)神經(jīng)機(jī)能，達(dá)到增強(qiáng)血液循環(huán)、產(chǎn)生鎮(zhèn)靜止痛、活血化淤之功效，增強(qiáng)身體的抵抗力，改善體質(zhì)，起到延年益壽的效果。

7 經(jīng)濟(jì)效益分析

利用地下熱礦水不僅節(jié)煤，而且有利于環(huán)境保護(hù)。它在多方面得到應(yīng)用，已取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。主要用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市居民采暖、洗浴、工業(yè)利用等。每燃燒一噸煤，要向大氣中排放 SO2、CO、NO2等污染物107.37 kg，而地下熱水具有潔凈、環(huán)保、持續(xù)開(kāi)采等特點(diǎn)，這是煤炭和石油所不可比擬的。

地下熱礦水資源應(yīng)用于游泳和洗浴，不僅節(jié)約能源，利于環(huán)境，提高游泳館品位，檔次，而且節(jié)約資金。例如天津體育俱樂(lè)部利用43℃地下熱水，來(lái)解決室內(nèi)游泳池用水、房間采暖及生活用水，此一項(xiàng)年節(jié)約資金數(shù)十萬(wàn)元。

其效益還表現(xiàn)在:

節(jié)省一次性建設(shè)投資，利用地?zé)峁┡?、洗浴，可以不建鍋爐房，不購(gòu)置鍋爐全套設(shè)備節(jié)省煤炭，經(jīng)計(jì)算每噸熱水需7 kg標(biāo)準(zhǔn)煤熱量。假如游泳池長(zhǎng)60 m，寬40 m，年需熱水172 800 t，可折合標(biāo)準(zhǔn)煤 1 209.6 t。南陽(yáng)煤價(jià)按 200元/噸計(jì)算，全年可節(jié)約煤炭費(fèi)用241 920元。

所以，地下熱礦水的開(kāi)發(fā)利用，應(yīng)用于各種行業(yè)，都將帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，它具有深遠(yuǎn)的發(fā)展前景。

8 建議及發(fā)展規(guī)劃

南陽(yáng)盆地具有較高的地溫梯度，較高的深、淺層地溫，又有地下熱水富集的隔水隔熱條件和良好的斷裂通道條件，其基底又是溫度相對(duì)較高的變質(zhì)巖系和火成巖體，因此，南陽(yáng)盆地在某種程度上講，應(yīng)是一個(gè)“熱盆”。

南陽(yáng)市區(qū)位于“熱盆”的邊緣，特定的地層構(gòu)造條件，加上地殼運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遺留下來(lái)的古巖溶遺跡，更給地下熱能的儲(chǔ)集創(chuàng)造了良好的條件。來(lái)自西、北、東部的基巖裂隙水在向深循環(huán)過(guò)程中，經(jīng)圍巖和基底的增溫加熱，深部熱源沿深大斷裂上涌，因此，該區(qū)的地下熱水具有承壓、分布相對(duì)集中、水溫穩(wěn)定等特征。

南陽(yáng)市區(qū)地下熱礦水受地質(zhì)構(gòu)造控制，分布具局限性，市區(qū)地?zé)峋植剂闵ⅲ瑹o(wú)形成一定規(guī)模，為了更好的利用這一寶貴資源，我們應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)市區(qū)做地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查工作，充分、詳細(xì)調(diào)查地下熱礦水的賦存范圍、儲(chǔ)量、水溫、水質(zhì)等地?zé)岬刭|(zhì)參數(shù)，為今后科學(xué)布局、合理開(kāi)發(fā)、充分利用打下基礎(chǔ)，避免資源枯竭，提倡綜合利用，充分發(fā)揮潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，比如建立供熱取暖—洗浴—養(yǎng)殖業(yè)的利用模式。走邊開(kāi)發(fā)邊勘查評(píng)價(jià)的路子，加快地?zé)豳Y源的勘查評(píng)價(jià)步伐。建立科學(xué)有序的地?zé)岬V水資源開(kāi)發(fā)市場(chǎng)，建立先進(jìn)的專(zhuān)家管理系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)利用模型。分區(qū)段開(kāi)采不同深度、不同水質(zhì)類(lèi)型的熱礦水，保護(hù)資源防止水質(zhì)污染與枯竭。

總之，南陽(yáng)市區(qū)有著得天獨(dú)厚的地?zé)岬V水資源，這是一項(xiàng)高技術(shù)、高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高收益和高附加值的開(kāi)發(fā)利用項(xiàng)目。由于地?zé)岬V水與目前的常規(guī)能源(如石油、煤炭等)相比，有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，開(kāi)發(fā)利用地?zé)岬V水資源有著廣泛前景。如果進(jìn)行科學(xué)布局，合理開(kāi)發(fā)，充分利用有限的地?zé)岬V水資源，將會(huì)帶來(lái)十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

綜上所述，利用地?zé)豳Y源，可節(jié)約大量能源，利國(guó)利民，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。市委、市政府已批準(zhǔn)在南陽(yáng)市濱河路建設(shè)大型綜合體育中心，其中萬(wàn)人體育館及大型游泳館設(shè)計(jì)利用地?zé)岬V水，除用于供暖及開(kāi)展國(guó)家、省、市大型游泳、跳水比賽外，還向社會(huì)開(kāi)放，大力推進(jìn)全民健身運(yùn)動(dòng)。

［1］南陽(yáng)溫泉花園地?zé)峋昃畧?bào)告.

［2］南陽(yáng)市中級(jí)法院地?zé)峋昃畧?bào)告.

［3］南陽(yáng)市體育中心地?zé)峋昃畧?bào)告.

［4］南陽(yáng)市城區(qū)深層地下水與地?zé)豳Y源綜合地球物理勘察與研究.

［5］河南省南陽(yáng)市水資源研究.

［6］南陽(yáng)幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告(1:20萬(wàn)).