水化学分析在地热资源调查中的应用

史晓磊

（福建省闽南地质大队，福建漳州363000）

南胜地热位于福建省平和县南胜镇中心向西约700m处，距平和县城直线约15km，距离G1523甬莞高速平和入口约13km，省道牛（崎头）旧（镇）线自其北侧约800m处通过，镇上基础建设较为完善，有水泥村道与该公路连通，交通较为便利。

1 区域地质

矿区地处环太平洋西岸地质活动前缘地带，位于平潭—东山北东断裂带的西南侧，福安—南靖断裂带的南端，上杭—云霄北西向断裂穿过本区。区域地质构造作用下，形成矿区北西向断裂带切割北东向断裂带的构造格局，其中北东向断裂带切割较深，为南胜地热资源提供深部热源；北西向断裂带岩石较为破碎，裂隙较为发育，形成良好的储水空间及过水通道，为南胜地热资源的主要供水构造。

矿区位于南胜镇小型山间盆地西北角，区内地表水体十分发育，地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水、风化带网状孔隙裂隙水以及基岩裂隙水，大气降水为主要补给源，补给区为盆地四周的低山、丘陵地区。

2 测试项目

从矿区取水样共40个，取样点性质分别为民井、地热井、测温孔、温泉、冷泉以及溪流，水样类型涵盖地表水、地下水（第四系松散岩类孔隙水、风化带网状孔隙裂隙水、基岩裂隙水）。

地热流体化学成分分析项目包括：主要阴离子（HCO3-、Cl-、SO42-、CO32-）、阳离子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+）、微量元素和特殊组分（F、Br、I、SiO2、B、H2S、Al、Pb、Cs、Fe、Mn、Li、Sr、Cu、Zn等）、放射性元素（U、Ra、Rn）及总α、总β放射性、pH值、溶解性总固体、硬度、耗氧量等。

3 地热流体水化学特征

地热水矿化度为377.2～473.08mg/L，pH值为8.55～8.75，总硬度10.01～12.01mg/L，耗氧量COD为0.49～1.15mg/L，阳离子以钠（Na+）为主，含量为119.33mg/L，占总阳离子含量的94.54%，阴离子以重碳酸根（HCO3-）、硫酸根（SO42-）为主，含量分别为166.21mg/L、86.62mg/L，分别占总阴离子含量的50.37%、33.33%，因此，地热水命名为HCO3·SO4-Na型水。

4 地热资源质量评价

4.1 地热资源用途评价

根据《地热资源地质勘查规范》（GB/T 11615-2010）南胜地热水资源水温72℃～74.1℃，属低温热水地热资源，命名为温水；矿化度为473.08mg/L，命名为淡水；水中氟（F-）、偏硅酸（H2SiO3）含量为3.6mg/L、78.13mg/L，均达到有医疗价值浓度及命名矿水浓度，命名为氟水、硅水。

根据《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，该地热水pH值、氟化物含量超标，不能直接用于生活饮用水。

4.2 地热流体腐蚀性评价

地热流体中因含有氯根、硫酸根、游离二氧化碳和硫化氢等组分而对金属有一定的腐蚀性，可参照工业上用腐蚀系数来衡量地热流体的腐蚀性。

腐蚀性系数计算：

碱性水：Kk=1.008（rMg2+-rHCO3-）

式中：r——离子含量的每升毫克当量数，mmol。

南胜地热水pH值为8.75，Mg2+浓度为0.49mg/L，HCO3-浓度为166.21mg/L，Ca2+浓度为3.21mg/L，计算地热流体腐蚀系数Kk为-2.70，腐蚀性评价为腐蚀性水。

4.3 地热流体结垢评价

地热流体中的二氧化硅、钙、铁等组分，因温度变化会产生结垢，评价其结垢程度，可用工业上锅垢总量H0来衡量：

锅垢总量H0计算：

式中：S——地热流体中的悬浮物含量，mg/L；

C——胶体含量，mg/L，C=SiO2＋Fe2O3+Al2O3；

r——离子含量的每升毫克当量数，mmol。

计算得出南胜地热流体中锅垢总量H0=60.32mg/L，为锅垢很少的地热流体。

5 地热资源分布特征分析

根据水质分析统计结果，绘制地下水水化学三线图、地下水K+Na-HCO3--T气泡图、风化带网状孔隙裂隙水水化学类型分布图、标性离子（SiO2）等值线趋势图及标性离子（F-）等值线趋势图，对比分析：

地表水水化学类型主要为HCO3-Na·Ca型，地下水水化学类型：松散岩类孔隙水主要为HCO3-Na·Ca（Ca·Na）型，风化带网状孔隙裂隙水主要为HCO3-Na·Ca（Ca·Na）型，基岩裂隙水主要为HCO3·SO4-Na型。

图1 （地下水水化学三线图）和图2（地下水K+Na-HCO3--T气泡图）反映出三种类型地下水的分布，分别为A区代表浅层地下水，主要为泉点、民井，地下水类型为松散岩类孔隙水；B区代表深层地下水，主要为测温孔，地下水类型为风化带网状孔隙裂隙水；C区代表深部地热水，主要为温泉、地热井，地下水类型为基岩裂隙水。A、B、C三个区域相互独立，反映出相同类型的地下水主要水化学成分含量具有相似性，不同类型地下水中水化学成分具有明显的差异性。

B区位于A、C两个区域之间，分布位置越是靠近地热中心的水样，其主要水化学成分含量越是接近C区的地热水，分布位置越是远离地热中心，其主要水化学成分含量越是接近A区的浅层地下水，反映出深部地热水到深层地下水，再到浅层地下水的混合过程及主要水化学成分、水温的变化趋势。反映到图3（风化带网状孔隙裂隙水水化学类型分布图），北西方向为地热水的优势扩散方向，与推测的断裂是一致的。

图1 地下水水化学三线图

图2 地下水K+Na-HCO3--T气泡图

图4 ～图5标性离子（F、SiO2）等值线趋势图，反映出地热异常区风化带网状孔隙裂隙水水化学成分中F、SiO2两种的离子的含量分布趋势与基岩面水温变化趋势基本一致，分布范围的长轴方向为北西、东西两个方向，推测北西方向为地热流体的主要排泄或扩散方向，东西向为次要排泄或扩散方向。

图3 风化带网状孔隙裂隙水水化学类型分布图

图4 标性离子（SiO2）等值线趋势图

6 结论

图5 标性离子（F-）等值线趋势图

南胜地热资源地热流体水化学类型为HCO3·SO4-Na型，属于硅氟水理疗热矿水温淡水资源，可应用于旅游、疗养及水产养殖等；其pH值、氟化物超标，不能直接用于生活饮用水及农业灌溉；为锅垢很少的腐蚀性水，利用过程中设备、管道等要注意采取防腐、除垢措施。

矿区深部地热水沿断裂出露后，以断裂带为中心，先是沿风化带网线孔隙裂隙往外扩散，后是沿着松散岩类孔隙往外扩散，优势扩散方向为北西向，与推测的北西向断裂走向一致，次要扩散方向为东西向，推测工作区可能存在东西向断裂，进一步工作区及物探工作应布置在北西向、东西向断裂的交汇位置。