河南省三門峽市地熱資源概況及開發前景預測

1 市區地熱地質條件

三門峽市地處豫、陜、晉三省交界處?隴海鐵路、310國道、連霍高速公路橫貫東西?209國道縱穿南北?交通便利。三門峽市區地處山西裂谷帶南端的三門峽盆地。三門峽盆地新生界最大沉積厚度大于2000ｍ。在市區西南的隆起構造部位－陜縣大營鎮溫塘有溫泉出露?水溫61℃?并在溫泉附近打出多口地熱井?水溫29℃ ～61℃?水質較好。

1?1 地熱地質特征

1?1?1 地熱場概況

根據地熱資源形成和分布的地質條件?市區存在斷裂深循環（或隆起斷裂型）和沉積盆地型地熱系統。據有關資料?我國東部、中部及西部地區沉積盆地屬地熱正常區域?三門峽盆地亦屬于地熱正常區域?新生界覆蓋厚度內?不具有高溫地熱資源的形成條件?屬低溫（ ＜90℃） 地熱資源。三門峽盆地是規模較小的山間盆地?新生界沉積厚度較小?厚度大于1500ｍ的范圍很小?不利于聚熱保溫?因此?盆地內地下水溫不會很高。

1?1?2 構造特征

1） 基底構造格局

據超長波解譯成果?三門峽盆地內北東、北西向斷裂發育?這些斷裂嚴格控制了新生界沉積厚度。新生界厚度在下陳莊－賈王莊一帶?達1650～2100ｍ；在富村－野鹿一帶?達1380～1800ｍ；溫塘因出露有寒武系和中元古界?新生界沉積厚度較小?為0～850ｍ。

2） 斷裂構造展布

三門峽盆地斷裂構造比較發育?據超長波探測成果?市區共有斷裂16條?均為正斷層?產狀較陡?傾角75°～88°?規模大小不一?其中北北東、北東、北東東向斷裂11條?占區內斷裂總條數的68?8％；北西西向、北西向、北北西向斷裂4條?占25％；近南北向斷裂1條?占6?2％。因此區內北北東向、北東向、北東東向斷裂較為發育?占據主導地位。在16條斷裂中?垂直斷距大于1000ｍ的有5條?在區內沿走向延伸超過5ｋｍ的有11條?其中Ｆ₁、Ｆ₁₃、Ｆ₁₁、Ｆ₁₂、Ｆ₂₇、Ｆ₃₀延伸均在10ｋｍ以上?說明區內斷裂沿走向和傾向均具有一定規模。超長波探測確定的近南北向斷裂Ｆ25和北東向溫塘－高廟斷裂Ｆ1?與1996年河南省物探隊所作三門峽－靈寶地區區域重力調查結果相吻合?這兩條斷裂在區域上均具有一定規模?同時也是市區內兩條重要的導熱斷裂。

1?1?3 地層結構特征

三門峽盆地地層結構主要依據前人成果及超長電磁波探測結果確定。超長電磁波地質解釋主要依據標志性超長電磁波曲線進行的。同一時代的地層在不同地區或在同一地區而埋藏深度不同?標志性曲線變化幅度、曲線疏密和均勻性可能不同?但在同一地區且埋藏深度差異較小的情況下?上述特征差異較小?而在不同時代的地層中差異反映比較明顯。根據超長波地質解釋?三門峽盆地在3000ｍ深度內第四系－古近系、白堊系、寒武系、元古界等不同時代地層的埋藏深度和厚度?對熱儲層的研究具有重要意義。三門峽市區地層結構見圖1、圖2。

三門峽市區從區域構造和地貌形態上屬山間斷陷盆地?形成于燕山運動晚期?接受了白堊系、古近系、新近系及第四系巨厚湖相陸相碎屑巖沉積。根據區域地層推斷?三門峽盆地中白堊系主要由灰綠、黃綠、灰黑色粘土巖、粉砂質粘土巖、泥灰巖、棕紅色含礫砂巖、棕紅色－褐紅色礫巖組成；古近系以粘土巖為主夾礫巖、砂巖和泥灰巖；新近系為棕紅、棕黃色泥巖夾砂礫巖透鏡體?底部為厚層泥質膠結礫巖；第四系以黃土為主?下部為砂及砂礫石層。

本次調查?除在三門峽大壩北部見古近系底部巨厚層底礫巖外?大部地段只觀察到古近系上部部分地層。古近系上部地層以紫紅灰綠色中薄層泥巖為主?具有明顯的變形特征?與新近系呈角度不整合或侵蝕突變接觸。新近系以棕紅、棕黃夾少量灰綠色斑條的泥巖為主?底部為厚度不等的鈣泥質膠結礫巖。第四系以黃土和黃土狀土沉積為主?大致以席村寨－焦園－小安頭一線以北?底部有一至數層河湖相砂及砂礫石層。

本次實測?東凡塬中、下更新統黃土沉積厚度160ｍ左右?加上底部礫石層及頂部上更新統黃土?第四系總厚度約為200ｍ。據調查?三門峽市區新近系和第四系沉積厚度一般不會超過400ｍ。因此?新近系和第四系不可能形成有開發意義的熱儲層。超長電磁波探測表明?在溫塘熱異常區熱儲異常顯示于90～2440ｍ?在張家灣熱異常區和開發區熱異常區?熱儲異常顯示于900～2300ｍ深度內?在剖面上顯示多層性?為2～4層。根據超長電磁波地質解釋?所測熱儲異常地層時代分別為Ｒ（上、古近系）、Ｋ（白堊系）、∈（寒武系）、Ｐｔ（元古界）、Ａｒ（太古界）。在華北盆地中?熱儲層為新近系明化鎮組、館陶組?古近系沙河街組和寒武系?其中寒武系為真正的熱儲層。三門峽市區新近系相當于明化鎮組和館陶組?一是埋藏較淺?二是無好的含水層?不能形成有開發意義的熱儲層。而古近系砂礫巖和泥灰巖以及寒武系灰巖很可能成為三門峽市區有開發意義的熱儲層。

溫塘溫泉出露于寒武系中統厚－巨厚層灰巖中?可成為該區地熱熱儲層的旁證。古近系砂礫巖具有孔隙、裂隙熱儲層特征?呈層狀分布?但由于沉積時局部環境的差異會引起粒級及級配的差異?其導水性能可能不同。同時?由于地下水活動?挽近時期構造活動及其它因素的影響膠結程度也可能有所不同?它們必將引起熱儲中地熱流體的賦存和運移的變化。古近系泥灰巖及寒武系灰巖多呈致密塊狀結構?具有巖溶裂隙熱儲層特征?地熱流體主要賦存于構造裂隙和溶洞之中?而構造裂隙及巖溶發育程度嚴格受斷裂構造控制。因此?古近系及寒武系熱儲層雖呈層狀分布?但地熱流體在熱儲層中的賦存和運移是極不均一的?由此?也可能引起地熱流體溫度的不均一性。

本次調查?在三門峽盆地進行了234個點的超長電磁波探測?熱儲異常點35個?占探測點總數的21％?其中?古近系熱儲異常點14個?占探測總數的6％?寒武系熱儲異常點15個?占探測總數的6％?古近系、白堊系和寒武系熱儲層在三門峽盆地雖呈層狀分布但具有開發利用的熱流體分布空間具有極大的局限性?這種局限性的控制因素主要是挽近時期的斷裂構造活動和地震活動。前已述及?三門峽盆地新構造活動比較頻繁而明顯。據野外調查測量?盆地新生界中發育ＮＥ45°～50°、ＮＥ85°、ＮＷ 285°、ＮＷ 305°～320°、ＮＷ 350°幾組構造節理?這些構造節理對地熱流體在熱儲層中的賦存和運移必將起到積極的作用。

1?2 地熱異常

1?2?1 地熱異常標志

1） 水溫異常標志

在一般情況下?某一地區的地下水溫度接近當地多年平均氣溫。據統計?三門峽地區多年平均氣溫為13?8℃?本次地熱調查?實測機、民井水溫88眼?收集機、民井水溫2眼?合計90眼。實測最低水溫14℃?最高61℃（溫塘溫泉開采井）。本報告將水溫高于當地多年平均氣溫3℃（即17℃）作為水溫異常點?本次共調查大于等于17℃ 的異常井38眼?占調查井數的42％。這些異常井點除個別分布分散外?多數分布比較集中。

2） 超長電磁波熱儲異常標志

超長電磁波解釋熱儲異常主要標志一是依據曲線幅值的大小?二是曲線形態變化特征。在一般情況下?曲線幅值大于200μＶ?且曲線幅值一般較大而幅值變化的幅度也較大?曲線上下起伏變化均勻?整體形態平穩與正常曲線相交處常有突然大幅升起的特點。根據這一標志?調查區共有35個測點屬于熱儲異常點。這些異常點雖然形成于不同時代地層中?但在平面分布上相對集中?與地下水溫異常點分布具有一致性或近似性。

1?2?2 地熱異常分布

三門峽市區雖屬于山間沉積盆地地熱系統?但據超長電磁波探測表明?熱儲層的時代為古近系、白堊系和寒武系?在平面上雖呈片狀分布?而在剖面上具有多層性。由此說明?沉積盆地型地熱系統在三門峽盆地中占據主導地位。根據靈寶－三門峽地區重力調查報告?朱陽鎮－大營斷裂（Ｆ24）、文底－武家山斷裂（Ｆ3） 和下莊－宮前斷裂（Ｆ2） 切割深度達8ｋｍ?為區域性殼斷裂。這些殼斷裂應該是三門峽市區主要控熱和導熱斷裂?對三門峽市區地熱田的形成具有不可忽視的作用。根據井水水溫測量和超長電磁波探測?市區水溫異常及超長電磁波熱儲異常主要集中分布在溫塘、張家灣以及開發區一帶。

2 地熱資源開發前景區預測

根據對三門峽市區地質構造特征、地層結構特征、地熱異常顯示和新構造運動情況等綜合分析?確定區內地熱資源開發利用前景區。前景區確定的主要依據是：在斷塊隆起部位?如溫塘一帶有活動斷裂分布?有溫泉及地熱顯示；在市區三門峽盆地?基底有活動斷層展布?在3000ｍ深度內上部有第四系、新近系蓋層?下部有古近系、白堊系及寒武系熱儲層?超長波探測有熱儲異常?調查發現機民井水溫異常?近期有地震活動等。根據以上條件和依據?在市區內篩選出三個地熱資源開發前景區。按地熱地質條件?研究程度及社會經濟狀況等方面的遠景優劣分類排序：第一是開發區地熱資源開發前景區；第二是溫塘地熱資源開發前景區；第三是張家灣地熱資源開發前景區。

2?1 開發區地熱資源開發前景區

該前景區位于三門峽市區西部?面積9?0ｋｍ2?為三門峽市開發區?市場前景廣闊。本次普查先后投入地面地質調查?機、民井水溫調查?超長電磁波探測等工作?其地層結構、地質構造、地熱異常邊界等已基本清楚。該前景區主要為層狀熱儲?其地熱地質條件如下：

1） 地質構造特征

該前景區內斷裂構造發育?主要有北東向Ｆ21斷裂?Ｆ20斷裂?Ｆ13斷裂?北北西向Ｆ30斷裂和北西向Ｆ27斷裂（圖3）。其中北東向Ｆ20斷裂與北西向Ｆ27斷裂在湖濱果汁廠一帶交匯。

2） 地層結構特征

基底構造控制著新生界結構?前景區內向陽村南一帶第三系頂界埋深240ｍ左右?底界埋深1750ｍ?厚度1500ｍ；白堊系頂界埋深1750ｍ?底界埋深2280～2400ｍ?厚度550～650ｍ；下伏寒武系。陜縣老城和后川一帶第三系頂界埋深120ｍ左右?底界埋深1170～1500ｍ?厚度1000～1350ｍ；白堊系頂界埋深1170～1500ｍ；寒武系頂界埋深1700～1770ｍ?底界埋深2200～2300ｍ?厚500ｍ左右。熱儲層為古近系、白堊系砂巖、礫巖、砂礫巖和寒武系灰巖。

3） 地熱異常顯示

（1） 機、民井水溫異常

該前景區共調查機、民井水溫20眼?有13眼水溫異常?占65％?異常水溫為17℃ ～19℃?高出一般水溫1℃ ～3℃?比當地年平均氣溫高3℃ ～5℃。水溫異常井主要沿Ｆ20斷裂和Ｆ27、Ｆ30斷裂分布?異常區邊界比較清楚。

超長波探測熱儲顯示該前景區超長波探測Ｃ測線、Ｅ測線和Ｄ測線均有熱儲層顯示?其中Ｃ測線ｃ12～ｃ15測點?Ｅ測線ｅ23、ｅ24測點見第三系、白堊系、寒武系熱儲層；Ｄ測線ｄ3、ｄ5點見白堊系、寒武系熱儲層。

（3） 水化學異常

在會興棉紡廠1號井（Ｓ222點）取全分析水樣分析表明?礦化度、Ｎａ＋、可溶性ＳｉＯ2均高于常溫水。采用無蒸汽損失的石英溫標計算其熱儲溫度為57?2℃。

4） 地震活動

1982年6月10日22時29分?在陜縣老城一帶發生2?1級地震?該地震與Ｆ21斷裂活動有關。水熱活動往往與地震活動存在著伴生關系?地震活動可導致巖石破碎?對熱儲的形成?增強熱儲層的儲水、透水能力起到一定的作用。

5） 開發建議

據超長電磁波探測陜縣老城一帶?在1140～1170ｍ?見古近系熱儲層顯示?在1270～1350ｍ、1360～1670ｍ見白堊系熱儲層顯示。在1870～1950ｍ、2040～2080ｍ見寒武系熱儲層顯示。南關一帶?在1195～1240ｍ、1260～1290ｍ、1330～1360ｍ見古近系熱儲層顯示?在2070～2170ｍ、2140～2230ｍ見白堊系熱儲層顯示。后川一帶?在900～940ｍ、1230～1260ｍ見古近系熱儲層顯示?在1870～2150ｍ、2230～2290ｍ見寒武系熱儲層顯示。從超長波探測資料分析?在該前景區陜縣老城－后川一帶?尤其在湖濱果汁廠附近?若施工2300ｍ深井?可揭露古近系、白堊系及寒武系熱儲層?水溫可達50℃ ～60℃?水量可達20～30ｍ3／ｈ。在溫塘－會興斷裂（Ｆ13） 與青龍澗河斷裂（Ｆ27）交匯部位?具備形成地熱資源的條件?在兩斷裂的交匯部位?若施工1400ｍ深井?水溫可達50℃ ～55℃?水量可達20ｍ3／ｈ左右。

2.2 溫塘地熱資源開發前景區

該前景區位于陜縣大營鎮溫塘一帶?距三門峽西站3ｋｍ?距三門峽市中心18ｋｍ?面積4?1ｋｍ2?為陜縣新縣城規劃區?市場前景廣闊?陜縣療養院、水利部療養院、溫塘村等單位在該前景區已施工8眼地熱井。河南省地礦局水文地質二隊于1986年、1999年分別提交了《溫塘地熱礦泉水資源評價報告》和《溫塘地熱礦泉水動態監測報告》?對該前景區地熱地質條件有較系統地研究。我院在此基礎上?補充了地面地質調查、機民井水溫調查、超長電磁波探測等工作?對該區的地層結構、地質構造、地熱異常等有了進一步了解。該前景區屬帶狀熱儲?其地熱地質條件（見圖4）。

2?2?1 地質構造特征

該前景區內斷裂構造比較發育?主要有北東向和近東西向兩組。

1） 北東向溫塘－高廟斷裂（Ｆ1）

該斷裂是區內主要導熱斷裂?走向北東42°～45°?傾向北西35°?傾角55°～65°?斷裂跡象和破碎帶明顯?有些地段可見角礫巖?在斷壁上可見大量方解石充填?并有炭質微細層理?斷裂影響帶寬50～70ｍ。此斷裂為正斷裂?北西盤下降?南東盤上升?斷距在3000ｍ以上。

2） 近東西向李家凹斷裂（Ｆ23）

該斷裂走向北東70°～85°?在溫塘采石場顯示傾向南南東?傾角55°～70°?擠壓破碎帶寬40～60ｍ?其間夾有斷層泥和破碎巖塊?巖塊長軸方向與斷裂面平行?為一南盤向北逆沖的逆斷裂?配套的次一級斷裂還有北西向、近南北向和北東向斷裂?其中北東向斷裂還將此斷裂錯開60多ｍ。據超長波探測?該斷裂深部傾向北北東?傾角87°～87?5°。

2?2?2 地層結構特征

該前景區與熱儲結構有關的地層有寒武系及新生界?寒武系為單斜巖層?走向北東－南西向?傾向145°?傾角22°～56°。古近系也傾向南東?傾角8°～15°。

1） 寒武系

中統分布于溫水溝北部?地表被黃土覆蓋。溫水溝地熱深井?孔深35ｍ揭露該統灰巖?井深160ｍ?出水溫度61℃。上統分布于溫水溝東北丘陵地帶?大面積被黃土覆蓋。區內寒武系上統厚度大于250ｍ?中統厚度179～268ｍ。寒武系以灰巖為主夾白云巖?其中灰巖是前景區主要熱儲層。

2） 新生界

該前景區溫塘－－－高廟斷裂上盤新生界厚度大于3000ｍ?下盤新生界厚度0～200ｍ。新生界是該前景區熱儲層的蓋層。

2?2?3 地熱異常顯示

1） 水溫異常顯示

在溫塘溫水溝?原來有溫泉出露?有多處泉眼順溫水溝自流?水溫61℃?后因水利部療養院和905倉庫在溫泉附近打井抽取地下熱水?由于開采水位下降?現溫泉已不自流。分布在溫塘一帶的水溫異常井?有30多眼。近年來?陜縣在溫塘一帶建設新縣城?大規模城市建設?不少井被填埋或廢棄。如溫塘行政村原有水井28眼?現僅存5眼?本次調查?在區內測量機民井水溫9眼?全部為水溫異常井?水溫21℃ ～61℃。該前景區?前人已沿溫塘－－－高廟斷裂南西－－－北東帶狀區域內施工地熱井8眼?水溫26℃ ～61℃。

2） 超長波探測熱儲顯示

該前景區超長波探測Ｇ測線ｇ5～ｇ12測點?Ｆ測線ｆ 11－ｆ 12測點在第三系、白堊系、寒武系

中均有熱儲顯示。

2?2?4 開發建議

溫塘地熱礦泉水為碳酸鹽巖巖溶裂隙熱礦水?主斷裂帶處水溫較高?一般在60℃ 以上；次級斷裂帶上水溫次之?一般在5℃ ～60℃ 之間。地下熱水與地下冷水混合后?隨著距主斷裂帶距離的增大水溫逐漸降低。經監測?區內地熱礦泉水水溫與季節性氣溫變化無關?屬恒溫型地熱礦泉水。溫塘東北2ｋｍ的上席村一帶?機井測溫調查中發現有47℃ 的溫熱水。該熱水井在上席村村前－北西向沖溝右側?1992年施工?井深180ｍ?0～60ｍ 為黃土?60～180ｍ 為灰巖?穩定出水量36ｍ3／ｈ?水溫47℃。據超長波探測?北東向溫塘－高廟斷裂（Ｆ1） 與北北東向Ｆ17斷裂在上席村交匯。因此?上席村一帶可作為溫塘地熱水開發的遠景區?通過詳細勘察后?在上席村一帶施工深300ｍ左右機井?水溫可達50℃ 左右?水量30～40ｍ3／ｈ。2?3 張家灣地熱資源開發前景區

該前景區位于陜縣張家灣鄉政府一帶?距三門峽市中心10ｋｍ?面積6?5ｋｍ2。本次普查先后進行了地面地質調查?機民井水溫調查?超長電磁波探測等工作。該前景區主要為層狀熱儲?其地熱地質條件（見圖5）。

2?3?1 斷裂構造特征

該前景區內斷裂構造發育?北東向溫塘－高廟斷裂（Ｆ1） 在新橋與北北東向Ｆ16斷裂交匯?在趙家園與近南北向Ｆ25斷裂相交?這三組斷裂控制了本區基本構造格局。

2?3?2 地層結構特征

據超長波探測資料?張家灣一帶第四系厚100ｍ左右?第三系底界埋深750～850ｍ?厚650～750ｍ?寒武系頂界埋深850ｍ左右?底界埋深1580～1660ｍ?厚850ｍ左右。小北溝一帶?第四系厚200ｍ左右?第三系底界埋深1800ｍ?厚1600ｍ?下伏白堊系。區內第四系和新近系可作為熱儲層的蓋層?古近系、白堊系及寒武系是良好熱儲層。

2?3?3 地震活動

據記載?1982年6月9日8時59分?在陜縣張家灣附近發生4?2級地震?強震區面積約35ｋｍ2?烈度為5度?震感強烈?伴有黃土陡崖坍塌現象?此次地震與北東向Ｆ1斷裂和近南北向Ｆ25斷裂活動有關。水熱活動往往與地震活動有伴生關系?地震活動可以導致巖石破碎?對熱儲的形成?增強熱儲層的儲水、透水能力起到一定的作用。

2?3?4 地熱異常顯示

1） 水溫異常顯示

在區內共調查機民井水溫2眼?均為水溫異常井?水溫18℃。這兩眼水溫異常井?分布在北東向溫塘－高廟導熱斷裂兩側。

2） 超長波探測熱儲顯示

該前景區超長波探測Ｈ 測線ｈ10 ～ｈ14測點?在第三系、白堊系、寒武系中均有熱儲層顯示?其中ｈ12測點?寒武系熱儲層頂板埋深1030ｍ?底板埋深1060ｍ?厚30ｍ。

2?3?5 開發建議

據超長波探測資料?新橋新村一帶?在920～940ｍ、1000～1020ｍ 有白堊系熱儲層顯示；在1030～1060ｍ、1870～1940ｍ、1970～2030ｍ有寒武系熱儲層顯示。小北溝一帶?在900～950ｍ、1780～1790ｍ有古近系熱儲層顯示；在1840～2120ｍ有白堊系熱儲層顯示。在該前景區溫塘－高廟斷裂（Ｆ1） 與Ｆ16斷裂交匯部位?若施工1100ｍ深井?可揭露白堊系及寒武系熱儲層?水溫可達45℃ ～50℃?水量可達20～40ｍ3／ｈ。