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内蒙古自治区地热能源分布情况及开发利用研究

李虎平 胡凤翔

(内蒙古自治区地质调查院)

摘要:内蒙古自治区有着丰富的的热资源,现已发现的热水田及地下热水异常点有十余处,其成因各有不同,有构造成因,也有地热梯度增温而成。

1 内蒙古自治区浅层地热能源分布

内蒙古自治区地下热水资源比较丰富,现已发现的热水田及地下热水异常点有十余处,分别是阿尔山热矿水、克什克腾热矿水、宁城热矿水、敖汉热矿水、岱海热矿水、伊克乌素热矿水、呼和浩特热矿水、乌拉特前旗大畲太热矿水、通辽市科尔沁区地下热水等异常点,属中低温热水。其中阿尔山热矿泉分布于大兴安岭山地西侧,克什克腾热矿泉、宁城热矿泉、敖汉热矿泉分布于大兴安岭西南边缘与阴山东段,岱海热矿水、呼和浩特热矿水、乌拉特前旗大畲太热矿水分布于大青山地南侧,伊克乌素热矿水分布于鄂尔多斯高原,通辽市科尔沁地下热水异常点分布在原通辽市平原地带。其地热成因主要分为两类,阿尔山、克什克腾、宁城、敖汉、岱海及乌拉特前旗大畲太热矿水的分布与各种主要扭动构造体系和活动性断裂关系密切,其分布规律严格受地质构造,特别是巨型扭动构造体系的控制,该类热矿水水温一般较低,在20~60℃左右,地热埋藏浅,涌水量较小,研究程度较高。而伊克乌素热矿水、呼和浩特热矿水、通辽市科尔沁区热矿水是由地热增温而成,有较大的地热储存空间、良好的盖层和充足的补给来源,该类热矿水水温一般较高,在40~100℃之间,地热埋藏深,涌水量较大,研究程度较低。

1.1 阿尔山热矿水

阿尔山热矿水位于阿尔山—洮儿河流域一带。主要出露于兴安盟阿尔山镇,热水泉有28眼,水温25~48℃,是我国著名的五大名泉之一。水中含有几十种矿物质和稀有元素,具有较高的医疗价值。

该热水带处于中新生代北北东向深大断裂带与东西向大断裂交汇地带,热矿水形成、分布侏罗系火山岩中。该矿水的成因是由北北西向张性断裂沟通地下热源,大气降水及补给区地下水经活动断裂带深循环、溶蚀围岩成分,上涌而成热矿泉群。

矿泉呈群分布于阿额尔山坡下河谷一级阶地上,其分布受北东向压性与北北西向张扭性断裂(阿尔山-伊尔施大断裂)控制。河谷东部边缘沿北北西向张扭性断裂带,呈线状分布长约500m,东西宽40~50m范围内有泉48眼,其中水温25℃有28眼,以上升泉为主,分布面积1.8km2。该矿水赋存在侏罗系火山岩中,热矿水来自活动构造断裂成因的深部循环高温热水。冷矿水则吕由深部深循环高温热矿水在浅层扩散所致。单孔涌水量为141m3/d;单泉涌水量为10~20m3/d;总涌水量达720m3/d。水化学类型为HCO3Na型、HCO3Ca·Na型和HCO3Ca型水。矿水中主要特殊组分和微量元素为:H2SiO3含量由高到低为78.0—53.3—21.32mg/L,Li含量0.76mg/L,Sr含量0.23mg/L,CO2含量由低到高为8.8—50.0—80.0mg/L,氡含量为66.8~183.74Bq/L,矿水温度由中心到外围变为48~20℃。

1.2 克什克腾热矿水

该热矿水位于内蒙古赤峰市克什克腾旗热水汤村,地处大兴安岭山地西南缘,黄岗梁山坡、乌梁苏合河北岸阶地上。热矿水形成与分布,直接受北北东及北西向三组活动构造断裂控制。断裂交汇部位是地下高温热水形成运移的主要空间及地热异常显示中心,由于断裂构造沟通地下热源形成热矿水。

据1971~1979年,东北地质研究地质勘察部队的调查资料,原L22、L23、L24三个孔,在50~115m深度内,存在3~5条近期岩脉侵入产生的破碎带(每条一般宽7~9m),有利于地下循环热水的富集和运动。近期岩脉侵入产生的破碎带主要为

花岗岩,热矿水主要赋存、循环

花岗岩破碎带及断裂之中,在循环上升进入浅层第四系砂砾石孔隙含水层,成为中低温热矿水。据1990年调查资料,热田分布面积0.3km2,矿水温度62℃,泉水流量<28.08m3。

热矿水水化学类型为Cl-Na型,水中H2SiO3含量为32.60mg/L,Li含量0.51mg/L,已达矿泉水标准,并含有As、Co、Mo、Ni等多种有益组分和微量元素。矿化度421.97mg/L;pH值为8.6,矿水类型为天然含锂、硅酸矿泉水。

1.3 宁城热矿水

宁城热矿水位于赤峰市宁城县热水汤村,地处阴山山地东段(燕山北部)。地理坐标东经118 °42′,北纬41 °28′。热矿水形成主要受喀喇沁旗断块与宁城断凹之间呈北东走向的八里罕断裂次级南北向断裂的控制,并受东西向断裂影响。八里罕大断裂的次级近东西向张性—张扭性断裂,是地下热水赋存运动的良好场所,特别是构造线相交处,岩石破碎,导水性好,是热水出露地表的良好通道,也是热水异常中心。从热水等温线长轴方向以及物探电法查明低阻异常方向分析,近东西向断裂是区内控制热水的主要断裂带。区内河流的方向与断裂构造走向一致,特别是水河支流,通过北北东向的大断裂河水补给地下水,加之大气降水入渗,经基岩裂隙深循环预热,最后以热水泉的形式排泄地表,形成热矿泉。

在热异常中心,热矿水富集形成自流水区,水位埋深浅,小于1m或自流。从中心向外,水位埋深逐步加深到20~30m。矿水温度由高渐变低至冷水。热水田原出露热矿泉5眼,三眼位于片麻岩中,2眼出露于第四纪地层中,以上升泉的形式涌出地表,热水泉近东西向排列,相距160m,自流量小。在热水区普遍分布有粘土、亚粘土层,它既是区内的隔水层,又是隔热层。现已探明的热水分布范围:东西方向长700m,南北方向宽500m,热水田分布面积约0.4km2。在矿水异常中心带,水温60~90℃,中心带外围分布有低温热矿水,构成整个热矿水分布呈三角形。热矿水温度自中心带向外,由高温(>60℃)到中低温(25℃ <t<60℃)至冷水(<25℃),具有明显的分布规律。

热矿水水量与地下水补给源和构造断裂分布有关,断裂复合部位:单孔涌水量达1445m3/d,一般在变质岩中的热矿水,单孔涌水量为173m3/d,侏罗系火山中,单孔涌水量80~90m3/d,总之,除热矿水异常带中心外,水量逐渐变小,浅层水水量受季节变化控制,总出水量达1327.2m3/d。

热矿水中常量化学成分以SO4和Na为主,微量元素锂、锶、偏硅酸含量已达矿泉水标准,矿水类型为锂、锶、偏硅酸复合型硫酸型中高温热矿水。水中氟含量较高,已超过天然矿泉水标准,不宜饮用,可作为医疗用水。

1.4 敖汉旗热矿水

敖汉旗热矿水位于赤峰市敖汉旗林家地乡北4km的热水汤村。

该热矿水与断裂构造关系密切,据1971年勘查资料,热矿水的形成与分布,受东西向深断裂带及次级北东向活动断裂控制,中高温热矿水主要显示在北东向与东西向断裂交汇部位。据当年施工钻孔揭露热矿水赋存于侏罗系火山岩及粗粒似斑状花岗岩构造裂隙中,其富水性花岗岩大于火山岩。

据热水同位素氚分析结果,热水中氚浓度为0.57 ± 3.7TU,表明热矿水是来自地下深部长时间高温热循环水,经水岩作用矿化形成热偏硅酸矿水,在静水压力作用下,沿断裂上升至浅部形成中高温热矿水。在含水介质体中热矿水温度和水量随深度增加而增大。据1990年7月测量水量、水温,单位涌水量668m3/d,水温62℃。

热矿水水化学类型为HCO3·Cl-Na型水,水中含多种特殊组分和微量元素,其中H2SiO3含量130mg/L,Li含量0.5mg/L,Sr含量0.21mg/L,Rn含量173.04 Bq/L,均达到国颁矿泉水标准,为优质高温热矿水。

1.5 凉城县中水塘热矿水

凉城县中水塘热矿水位于乌兰察布市凉城县三苏木镇中水塘村。

该热矿水的形成主要是受山前北东向隐伏深断裂带控制,大气降水在基岩区通过裂隙水补给山前深断裂带,在深循环过程中,经广泛的水岩作用,将围岩中所含的盐矿物或次生蚀变矿物及非晶质二氧化硅等溶滤水解,进入地下水中富集,形成偏硅酸矿水,并在地温梯度影响下经深循环加温成高温热矿水。根据医疗热矿水标准,中水塘热矿水水温38℃,锶含量为0.6mg/L,锂为0.26mg/L,偏硅酸为39~52mg/L,三项指标达到矿泉水标准,具有医疗价值,对胃、肾、结石、风湿、精神狂躁、高血压、克山病等有明显疗效。

1.6 呼和浩特市热矿水

呼和浩特市热矿水位于呼和浩特市市区中北部,地理坐标东经:111°36′10″~111°45′25″;北纬40°47′44″~40°53′26″,面积约84km2。工作重点区在毫沁营及厂汉板一带。

呼和浩特盆地位于华北地台北缘,区内无年轻的酸性岩浆岩,其热源主要来自地球内部,属于正常增温传导加热,局部有水热对流,呼和浩特地区地温梯度为3℃/100m。工作区内大理岩热储层顶板埋深大于1800m,热储温度一般50~90℃,属于低温地热资源热水—温热水。

该区热储层为元古宇、太古宇大理岩,属于层状热储。由于受断裂构造影响,节理、裂隙发育,一级裂隙4.6m,二级裂隙62.6m,三级裂隙24.6m,裂隙较发育。北部距山前断裂较近,地层节理裂隙发育程度更好,更有利于地下热水的储存。

呼和浩特市地下热水主要是浅层地下水通过深大断裂向下补给,随着地温的增加水温逐渐升高。其盖层为第三系厚层泥岩和白垩系砂岩、泥岩对下部热能起到良好的保温作用,是本地区良好的盖层。

2 开发利用状况

地下热水既是水资源,又是能源,应用范围极其广泛,生活、医疗、工业、农业等方面均可利用。分布于自治区的中低温热矿水为含有多种有益微量元素复合型矿水,除用于医疗治病祛患外,还具备能源条件,可发展种植、养殖业及供暖事业。既开发新能源又可以拉动当地经济增长,还是城市绿色能源。因此开发利用地下热水资源意义深远。依托热水资源优势积极发展旅游疗养业,对拉动经济增长,推动城市建设有着重要意义。

2.1 阿尔山热矿水开发利用现状

阿尔山热矿水历史悠久,其温泉是我国五大名泉之一。当地人利用热矿水治病祛患已百年历史。新中国成立后政府出资修建了具有较大规模的疗养院,全国各地病患者纷纷来此接受泉浴治疗。

中低温热矿水,除用于洗浴医疗外,在医务人员的组织、指导下,可适量饮用达到治病祛患效果。目前,建有热矿水游泳馆、阿尔山疗养院等。疗养院内设立理疗门诊,泉疗室经过多年利用实践,对心脑血管病、胃病、皮肤病均有疗效。热矿水泉分为头疼泉、胃病泉、胸痛泉、美容泉等。保健医疗价值很高,开发前景十分可观。

2.2 克什克腾热矿水开发利用现状

该热矿水历史悠久,相传400多年前,当地人就利用天然热矿水洗浴或少量饮用,治疗皮肤病、肠胃病等。经过多年实践,以浴疗保健为主的医疗效果很高。20世纪70年代后,为了开发利用,东北地质研究所和水文地质部队对该热矿水进行了调查研究,并钻凿3眼热水孔,单井涌水量145.66m3/d。地方政府及一些部门在热水汤相继建成几家疗养院。利用天然热矿水洗浴治病祛患,除用于洗浴医疗外,还利用热水取暖。因长期开采,热矿水水位下降,原出露的7眼天然泉中2眼天然泉消失,现只有4眼泉水被利用。

目前又兴建了民族疗养院,建筑面积4672m2,开设有洗浴兼饮用的中、蒙、西医结合的理疗室,从现有规模看,热矿水开发利用前景可观。

2.3 宁城热矿水开发利用现状

宁城热水汤矿泉水,是内蒙古自治区利用较早、开发规模较大的热矿水,主要用于洗浴医疗保健,防止慢性关节炎、骨质增生,治疗皮肤病等。目前在热矿水产地建有复员军人疗养院、供销职工温泉疗养院、邮电疗养院、平庄矿务局疗养院(骨质增生门诊部)、县鱼种厂疗养院、科委疗养院、计委疗养院、热水中心卫生院(类风湿病治疗中心、沈阳市类风湿病研究所宁城分院)和热水镇公共浴池等多家洗浴治疗场馆及养殖场等。热矿水中富含多种对人体健康有益的特殊组分和微量元素,具有较高的医疗保健功能和开发利用价值。

2.4 熬汉旗热矿水开发利用现状

敖汉旗热水汤原有一天然热水矿泉,清乾隆三十八年(1773年)以前,当地居民就利用此水治疗关节炎、皮肤病、神经系统疾病等。

1958年,敖汉旗在热水汤建了疗养所。20世纪70年代辽宁水文地质队对该热矿水进行了水文地质勘察,钻井5眼。其中3眼打出了热水,增加了热矿水量,使疗养院进一步扩大。疗养院现有职工24人,床位160张。目前熬汉旗政府决定向旅游、疗养多方面发展,现正扩建2000m2疗养院,用于旅游和政府接待、会议安排等。

2.5 呼和浩特市热矿水开发利用现状

呼和浩特盆地先后在20世纪60、70、90年代做过地热研究工作,但受经费及钻探技术的限制,仅局限在浅部断裂带地热研究。1999年由内蒙古自治区第一水勘院在分析该盆地重力、物探及呼参1号石油钻孔的基础上,在地矿局院内布置了第一眼呼热HR1地热勘查孔。该孔揭露了呼和浩特盆地下部有较厚的大理岩层,而其上又为巨厚的泥岩盖层,孔底温度达89.4℃,大理岩主要接受南北两侧山区基岩裂隙水及山前断裂孔隙水的补给,呼和浩特盆地具备地热存在的一切条件,具有进一步勘查研究的可能性,需通过钻探及地面物探、重力工作进一步确定。

分布于呼和浩特平原的中温热矿水为含有多种有益微量元素复合型矿水,除用于医疗外,还具备能源条件,可发展种植、养殖业及供暖事业。既开发新能源又可以拉动当地经济增长,还是城市绿色能源,因此开发利用地下热水资源意义深远。依托热水资源优势积极发展旅游疗养业,对拉动经济增长,推动城市建设有着重要意义。因此,加大呼和浩特市地下热矿水勘察开发力度,是功在当代、利在千秋的大事业。此项工作的开展,对呼和浩特市经济可持续发展和生态环境建设将起到积极的推动作用,对于发展当地生产力和改善当地人民生活环境,实现“十六大”提出的全面建设小康社会的奋斗目标具有十分重要的现实意义,可以体现党中央“三个代表”的重要思想,符合实施开发大西北的国策。

3 地热开发前景与发展战略

3.1 地热开发中存在问题

(1)内蒙古自治区热矿水虽开发利用多年,但开发利用规模较小,利用单一,仅用于医疗或少量农灌。特别是克什克腾、宁城、熬汉高温热矿水的热能尚未充分发挥和利用,仍具有较大开发潜力。热水资源虽普遍存在,但缺少必要的开发利用依据,除宁城县八里罕热水汤和敖汉旗林家地热水汤地下热水在1∶10万热水普查报告中进行了资源量的评价外,其余各热水点未作过可采资源量评价。致使进一步开发工作难以开展,应尽快补做一定量的勘察工作,为当地政府进一步开发利用热矿水资源提供基础资料。

(2)绝大部分热水点没有开展长期观察工作,未安装计量设施,缺乏系统的动态长期观察资料,水温、水量、水位及水质没有定期监测。有些点甚至到目前也没有确切的动态资料,热水动态变化及稳定性无法评价,对于进一步开发缺乏科学依据,造成盲目开采。

(3)缺乏有效的科学管理。目前已开发的热水点均缺少统一管理、合理开发。开采比较混乱,在资源不清的状况下,有些点甚至盲目上项目,造成过量开采,废污水任意排放、超标排放等严重问题,导致地下热水水位下降,水温降低,水质变差,水量减少,资源浪费,环境污染等不良现象,使热矿水资源遭受破坏。

3.2 地热开发发展战略

从内蒙古自治区对地下热水多年的开发利用情况来看,地下热水具有广泛的用途,是一种经济环保型新能源。因此,加大自治区地下热矿水勘察开发力度,是功在当代、利在千秋的大事业,对自治区经济可持续发展和生态环境建设将起到积极的推动作用,对于发展当地生产力和改善当地人民生活环境,实现“十六大”提出的全面小康社会的奋斗目标具有十分重要的现实意义。自治区应在现有地下热水开发的基础上,进一步加强地热研究与管理工作,提高热矿水利用程度。同时,应加强对以呼和浩特市、包头市、通辽市为代表的大中型盆地热矿水开发力度,发展种植、养殖业及供暖事业,依托热水资源优势,积极发展旅游疗养业,拉动经济增长,推动城镇化建设。

参考文献

[1]内蒙古自治区地下热水资源调查报告.内蒙古自治区地质环境监测总站,1976,6,23

[2]刘文清.日本地热能开发1993年度报告.地热能.1994年第5期

[3]任湘,张振国.中国地热能潜力分析与发展战略.地热能.1995年第1期。

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作者: Anita

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