程国强

宁夏回族自治区水文环境地质调查院，宁夏银川 750021

地热资源是贮存在地球深部的清洁可再生的新兴能源，具有储量大、分布广和开发利用安全、稳定、清洁、高效的特点。随着社会对能源危机、环境保护的深入关注，以及我国实现能源生产消费革命的迫切需要，加快推动地热资源的科学开发利用，缓解资源能源紧缺形势，已成为保障国家能源安全和可持续发展的战略选择[1]。近20年来，宁夏地质工作者持续开展了地热资源勘查工作，并取得了一系列地热资源找矿突破。2018年，宁夏地质局地质工程院依托“天山海世界地热资源勘查”项目，在银川黄河东岸开展了物探结合钻探的综合勘查工作，首次在宁夏发现受构造控制的对流型地热资源。该区域地热资源水温高，单井出水量大，热储层埋深浅，充分显示了银川黄河东岸存在巨大的地热开发利用潜力。在分析银川黄河东岸地热地质条件的基础上，通过分析已实施地热井水化学，评价地热流体的腐蚀性、结垢性和理疗作用进行分析，为该区域未来开发利用地热资源提供基础依据。

1 研究区地热地质条件

1.1 研究区构造特征

研究区大地构造位于黄河断裂以东，属于Ⅲ级构造单元鄂尔多斯地块之Ⅳ级构造单元鄂尔多斯西缘冲断带，其包括3个Ⅴ级构造单元：贺兰山褶断带、银川断陷盆地、陶乐—彭阳褶断带。工作区位于陶乐—彭阳冲断带上。

黄河断裂：呈北北东向展布。北段（临河—红崖子）大体沿黄河东侧展布，南段（白土岗—临河）沿银川平原与宁东台地分界线展布。黄河断裂既是大的地质构造与地貌单元分界线，又是切割较深的活动性断裂，向下切割了壳幔边界，切割深度超过了40 km[2]。

陶乐—彭阳（宁东地区称桌子山—横城堡）逆冲断带：展布于车道—阿色浪断裂以西、黄河断裂与牛首山—罗山断裂以东地区，东接天环复向斜带，西以近南北向的银川断陷盆地东缘黄河断裂为界；东以近南北向的桌子山东麓断裂为界，两大断裂之间还有一系列同方向的逆冲、反冲断裂及夹于其间的不完整断块和褶皱，发育一些切割了主构造的近东西向横断裂[3]。其中，黄河断裂主体向西陡倾，属正断层性质，其他近南北向主构造均属挤压—逆冲性质。总体构成了较为复杂的叠瓦状构造带。构造带北部逆冲、反冲断层，倾角一般为50°～60°，断距200～500 m，褶皱多不对称，轴面多东倾，背斜东翼宽缓，西翼陡立。断块及褶皱主要由奥纪碳酸盐岩、上石炭统—二叠系煤系地层较老地层等组成；构造带南部主要为由中生界（侏罗系、白垩系）组成的发育完整的褶皱，轴面东倾，轴向由北部的北北东向，向南转为北西向，在转折部位，向、背斜轴均翘起。新生界沉积后构造变形不明显，仅在第四系、古近系地层中有小型褶曲及断裂。

1.2 研究区地层

研究区无基岩出露，区内全部被第四系（Q）和古近系（E）所覆盖。依据研究区内3号钻井资料解译成果，经钻孔揭露地层由老至新依次有：石炭系上统土坡组（Ct）；石炭二叠系太原组（CPt）；二叠系下统山西组（Ps）、石盒子组（Psh）、上统孙家沟组（Psj）；古近系渐新统清水营组（Eq）和第四系（Q）。地层岩性和厚度见表1。

表1 3号地热勘探井地层综合简表

1.3 研究区地热特征

1.3.1 热源研究区所在的陶乐—彭阳断冲带软流层、莫霍面均呈明显上隆形态，导致深部热流上涌，使地壳深部具有较高的温度。在断层破碎带的沟通作用下，以对流和热传递的方式对上覆地层进行加热。

1.3.2 热储层根据天山海世界3号地热勘探井揭露，研究区热储层为奥陶系热储层，岩性主要为泥质灰岩， 揭露顶板埋深790 m，揭露厚度为920 m。3号井取水段为1 463～1 710 m，根据3号井测井解释成果，裂隙发育段占总揭露厚度的23%，裂隙率为7%～167%，渗透率为1～109 μm2，泥质含量6%～32%，富水性较好。

1.3.3 地热盖层由新近系、古近系和石炭—二叠系地层组合构成，其中古近系地层厚度200～800 m，石炭—二叠系地层平均厚度100 m，地层的岩石热导率较低，能够形成良好的保温层，是较好的盖层。

1.3.4 地热通道黄河断裂为研究区西侧的控制边界，向下延伸到下地壳内并切断莫霍面进入岩石圈地幔，深大活动断裂除了作为地质体控制地温外，还提供了深部热流上移的通道。黄河断裂为一张性正断裂，能够形成良好的导热通道，将地球深部热源向浅部运移[4]。热储模型见图1。

图1 研究区对流型地热热储模型

2 地热流体化学特征

3号地热井为自流井，自流量1 200 m3/d，井口温度60.5℃，井口压力0.46 MPa。2018年4月，宁夏地质工程院取地热水样2.5 L，委托银川矿产资源监督检测中心做地热水质检验。地热水主要离子分析结果见表2。

表2 3号地热流体水质检测项目实际值与理疗热矿水水质标准对照表

3 地热流体质量评价

研究区地热资源主要用于温泉洗浴和供暖。针对地热资源用途，依据规范，对地热流体进行腐蚀性分析、结垢性分析和理疗热矿泉水评价。

3.1 地热流体腐蚀性分析

地热流体的化学组分因素对金属的腐蚀有重大影响。根据3号井水质分析报告，勘探井水样中的氯离子摩尔浓度百分比大于25%摩尔当量，可采用拉申指数（LI）判断腐蚀性程度，计算公式：

式（1）中：LI为拉申指数；Cl为地热流体中氯化物或卤化物浓度；SQ4为热流体中硫酸盐浓度；ALK为总碱度。此三项均以等当量的CaCO3（mg/L）表示。判断标准为0.5＜拉申指数＜3.0时，具有轻度腐蚀性；3.0＜拉申指数＜7.0时，具有中度腐蚀性；拉伸指数＞7.0时，具有强腐蚀性。经计算，3号地热井地热流体拉申指数为19.4，所以该井地热流体有强腐蚀性。

3.2 地热流体结垢性分析

3.2.1 碳酸钙垢依据规范，该井热流体中氯离子毫克当量百分比＞25%，地热系统碳酸钙垢生成或有生成倾向，用拉申指数进行判断。计算公式：

判断标准为：当拉伸指数＞0.5时，不结垢；拉伸指数＜0.5时，可能结垢。3号地热井地热流体拉伸指数为19.4＞0.5，所以该井流体无生成碳酸钙垢的趋势。

3.2.2 硫酸钙垢石膏相对饱和度可用来判断地热流体中硫酸钙垢的生成趋势，计算公式为：

石膏相对饱和度＝lgCa2++lgSO42--lgK

判定标准为：当石膏相对饱和度＜0时，不结垢；当石膏相对饱和度＞0时，可能结垢。经计算3号地热井地热流体石膏相对饱和度为-0.16，＜0，所以该井地热流体无生成硫酸钙垢趋势。

3.2.3 硅酸盐垢可溶性SiO2的相对饱和度可用来判断地热流体中硅酸盐垢的生成趋势，计算公式为：

可溶性SiO2的相对饱和度＝SiO2/（2.466×104×e-15.53/T）

判断标准为：当可溶性SiO2的相对饱和度＜1时，不结垢；当可溶性SiO2的相对饱和度＞1时，可能结垢。经计算3号地热井地热流体可溶性SiO2的相对饱和度为0.001，＜1，所以该井地热流体无生成硅酸盐垢趋势。

综上所述，该勘探井地热流体具有强腐蚀性，没有生成碳酸钙垢、硫酸钙垢和硅酸盐垢的趋势。

3.3 理疗热矿泉水评价

参照国家理疗热矿泉水水质标准，3号地热井地热水的F含量达到了“有医疗价值浓度”和“命名矿水浓度”标准，偏硅酸、温度达到了“有医疗价值浓度”标准，所以可以命名为“含偏硅酸的氟水温泉”，适用于温泉洗浴、理疗。由于地热流体中对洗浴用水影响最大的离子为TFe（Fe2++Fe3+），当TFe＞0.3 mg/L时，洗浴时体感不适。本地热流体中TFe=5.07，＞0.3 mg/L，应经除铁罐去除后再使用。

4 结论

通过对研究区地热流体的水化学成分进行分析，得到如下结论：

（1）银川黄河东岸对流型地热流体化学类型为Cl·SO4-Na型，pH值为6.81，矿化度为6 510.40 mg/L，总碱热水矿化度较高在今后开发利用时应积极落实同层回灌，维持热储层压力，减少供热尾水排放，做到以热养热，保护生态环境，科学合理地利用地热资源。

（2）研究区地热水对钢结构具有强腐蚀性，在今后开发利用过程需对成井井管的做防腐蚀处理。研究区地热水没有生成碳酸钙垢、硫酸钙垢和硅酸盐垢的趋势。

（3）银川黄河东岸对流型地热流体的氟含量达到了“有医疗价值浓度”和“命名矿水浓度”标准，偏 硅酸、温度达到了“有医疗价值浓度”标准，命名为“含偏硅酸的氟水温泉”，适用于温泉洗浴、理疗。