河南省太行山东麓断裂带地热成因模式研究

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河南省太行山东麓断裂带地处河南北部,纵跨安阳、鹤壁、新乡三个行政区域,研究区内地震、新构造活动强烈,深大断裂发育,在喜山期经历岩浆侵入、火山喷发,为研究区内地热资源的形成与赋存创造了有利的地质环境。本文根据地热开发实际情况,选取汤东、汤西断裂带作为主要研究区域,对区域内浅层地下水、地热水进行了调查取样分析,探讨了断裂带地下热水系统的形成条件及成因机制。主要结论如下:1)断裂导热性。研究区内空间温度场呈西高东低分布,地热异常主要分布于新乡-商丘、汤西断裂两侧以及山区断裂发育处。其中陈召煤矿处出现了地热梯度异常,其值达到了11℃/100m。西部太行山隆起基岩出露,裂隙发育,形成良好的导热通道,加上基岩有较高的热传导,使得此处相比于断陷内有更好的热传递条件。断陷也因为有深大断裂作为热通道,且有巨厚的沉积层作为盖层,使得汤阴断陷地温场高于内黄凸起西部边界。2)断裂导水性。通过断裂附近地热水水化学类型及趋势分析,确定汤西、汤东、新乡-商丘三条张性断裂在横向上均有良好的导水性,连通各个地质区域;同时,断裂在垂向上又沟通了上下地层,使得部分浅层地下水与地热水有类似的水化学类型。太行山隆起区地热水化学类型复杂,主要为HCO3·SO4-Na、HCO3·SO4-Ca、Cl·HCO3-Na,而汤阴断陷、内黄凸起内地热水化学类型较为简单,分别以Cl·SO4-Na、Cl-Na和Cl-Na、SO4-Na为主。由离子横向与垂向分布特征可知,地下水水化学类型由HCO3→HCO3-SO4→SO4-Cl→C1顺序依次演化,TDS不断增大,Na+,K+,Ca2+含量逐渐增加,HCO3-含量逐渐减少,表明地热田自浅层地下水补给区-热水排泄区的水动力条件逐渐变弱,使得地下水变质程度逐渐升高。3)地热成因要素分析。通过氢氧同位素分析,确定研究区内地热水来源为西部太行山的大气降水,地热水循环深度为1082-3810m。利用地热温标法估算热储温度为43-86℃,且K-Mg温标法结果与实际水温误差最小。通过硅-焓图解法,确定研究区地热水中的冷水混合比例在0.33-0.82之间,冷水混入前,汤阴断陷深层热储温度为120-170℃,内黄凸起西部边界深层热储温度在80-100℃之间。热源主要为地幔传热,大断裂的构造放热作为研究区附加热源。陈召煤矿地区的高温热异常可能存在岩浆岩余热作为热源。4)结合以上研究结果,探讨太行山东麓断裂带地热成因模式。研究区西部的太行山及其周边山区在构造上基底埋深浅,且断裂发育,有利于大气降水入渗。浅层地下水由西部边缘山地向东部断陷及凸起汇流,由于水文地质条件的差异,逐渐分化成浅(局)部地下水流系统、过渡(中间)地下水流系统和深部区域地下水流系统。浅部形成砂岩孔隙类地热水,深部热水在基岩裂隙中形成裂隙水。在长时间的径流中,从地幔传导来的热量与构造的余热通过周围岩体加热地下水,导致水温升高,形成地热水。研究区主体为断陷盆地型地热系统,属中低温传导型地热系统,基底断裂带属对流型地热系统。
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