苏北盆地阜宁-东台断坳地热水水化学特征及同位素分析

苏北盆地阜宁-东台断坳地热水水化学特征及同位素分析

喻永祥;闵望;孙雪峰;陆燕;车增光

【摘 要】Through analysis of Subei Basin Funing - Dongtai depression

geothermal geological conditions and the water chemistry data, this paper

study the chemical composition of geothermal wate and makes a quality

asssment of medical thermal mineral groundwater.

stable isotope data of geotherm al water and atmospheric water indicate

that the atmospheric water is the main original source of the

stable isotope and radioactiveisotope data,the age of

geothermal water of yancheng formation is calculated and reflects a fact

that maybe there is some hydraul好想有个家 ic relation—ship among the rervoirs of

geothermal study is helpful for the reasonable exploration and

utilization of geotherma1 water in Subei basin.%文章在分析苏北盆地阜宁-东

台断坳地热地质条件的基础上，利用水化学资料对研究区地下热水的水化学组分特

征进行了分析，并对地热水进行了理疗热矿水质量评价；同时，利用地热水稳定同

位素资料，确定了本区热储层中地热水的来源为大气降水，利用地热水放射性同位

素资料估算了断坳内盐城组地热水的年龄，并据此得出各热储层间可能存在一定的

水力联系。该研究成果可为苏北盆地地热资源的合理开发利用提供依据。

【期刊名称】《江苏科技信息》

【年(卷),期】2015(000)005

【总页数】4页(P70-73)

【关键词】地热水;水化学特征;氘氧同位素分析;苏北盆地阜宁-东台断坳

【作 者】喻永祥;闵望;孙雪峰;陆燕鬼吹灯故事梗概 ;车增光

【作者单位】江苏省地质调查院，江苏南京 210000;江苏省地质调查院，江苏南

京 210000;宿迁市国土资源局，江苏宿迁 223800;江苏省地质调查院，江苏南京

210000;江苏省地质调查院，江苏南京 210000

【正文语种】中 文

苏北盆地阜宁—东台断坳地热水水化学特征及同位素分析

喻永祥

1，闵 望

1，孙雪峰

2，陆 燕

1，车增光

1

（1.江苏省地质调查院，江苏南京210000；2.宿迁市国土资源局，江苏宿迁

223800）

摘要：文章在分析苏北盆地阜宁-东台断坳地热地质条件的基础上，利用水化学资

料对研究区地下热水的水化学组分特征进行了分析，并对地热水进行了理疗热矿水

质量评价；同时，利用地热水稳定同位素资料，确定了本区热储层中地热水的来源

为大气降水，利用地热水放射性同位素资料估算了断坳内盐城组1923 地热水的年龄，并

据此得出各热储层间可能存在一定的水力联系。该研究成果可为苏北盆地地热资源

的合理开发利用提供依据。

关键词：地热水；水化学特征；氘氧同位素分析；苏北盆地阜宁-东台断坳

作者简介：喻永祥（1980-），男，湖北黄陂，工程师；研究方向：水文地质，环

境地质。

0 引言

化石能源逐渐枯竭、环境不断恶化是现代人类所面临的两大突出问题，开发利用可

再生能源和清洁能源是缓解能源与环境问题的重要途径之一。地热能是一种清洁能

源，它的开发利用能带来巨大社会经济环境效益。苏北盆地是江苏省地温梯度最高

的区域，平均地温梯度可达3℃/100m，是江苏省内传导型地热资源最为丰富的区

域，同时也是江苏省内最主要的地热资源分布区，其形成及分布特征对于未来的开

发利用规划具有一定的指导意义。

本文在分析苏北盆地地热地质条件及热储分布情况的基础上，通过对区内30多口

地热井水化学资料及地热水、附近河湖水、地下水氘氧同位素测试结果的分析，探

讨了本区地热水的水质特征、起源及各层地热水间的水力联系，为未来本区地热资

源的勘探及开发利用提供了依据。

1 研究区地热地质条件

苏北盆地阜宁—东台断坳由南北2个次级坳陷即阜宁凹陷与凹陷和介于其间的建

湖断凸3部分组成，位于淮阴—响水口断裂以南。在凹陷中又有一系列凸起、凹

陷相间，多数呈北东方向排列的构造格局。凹陷中沉积了白垩系、下第三系（泰州

组、阜宁群、戴南组、三垛组）、上第三系（盐城组）。由于燕山末期、喜马拉雅

期运动的影响造成泰州组与赤山组间，戴南组与阜宁群间，盐城群与三垛组间的不

整合接触

［1］。

苏北盆地阜宁—东台断坳内的晚白垩世至现代华夏式构造是在燕山期东西向构造

的背景上发展起来的。早第三纪各时期沉积盆地的轴向又皆为北东向。一系列北东

向凹陷、凸起和其相伴的北东向活动断裂，以及北东向的平缓小型褶皱，即是晚白

垩世至现代华夏式构造的组成部分。

苏北拗陷区内由北向南依次又可分为：阜宁凹陷、建湖隆起和金湖—东台凹陷。

阜宁—东台断坳内目前开采的主要热储层自上而下有盐城组三垛组孔隙型热储层,

奥陶系、寒武系岩溶热储层，震旦系热储层。这些热储均分布于苏北盆地内的阜宁

—东台断坳。盐城组三垛组孔隙型热储层在区内广泛分布，寒武奥陶热储仅分布

在扬州宝应地区、江都地区及泰州市区，而震旦系热储仅见于淮安老子山及盱眙一

带。研究区各热储层的地质特征如表1所示。

图1 研究区构造区划略图

表1 研究区各热储层地质特征

2 地热水水化学特征及理疗价值评价

2.1 苏北盆地地热水水化学特征

阜宁—东台断坳地热水一般为S0

4-Na，Cl-Na和HCO

3-Na型3类，矿化度在550-13761mg/L之间。热储层主要有盐城组

孔隙型热储、三垛组孔隙型热储、寒武奥陶系岩溶型热储、震旦系岩溶型热储4

类。对不同热储层、不同温度范围的地热水化学特点分别进行评价（见表2），表

内个组分含量为对应热储相应温度范围平均值，共计40个采样点。

盐城组地热水水化学类型主要为HCO

3-Na，Cl-Na型，本次盐城组33个采样点中，共有7个水样水化学类

型为Cl-Na型，26个水化学类型为牛金子 HCO

3-Na型。盐城组地热水矿化度在550～6743mg/L之间，大部分集中

在0～1000mg/L之间，主要为淡水。盐城组地热水硬度在22.6～961mg/L之间，

大部分集中在0～75mg/L之间，属于极软水，仅有一个泰州地区的采样点硬度大

于450mg/L，为极硬水。三垛组地热水水化学类型为HCO

3-Na，Cl-Na型，矿化度在1069～3270mg/L之间，为微咸水-咸水，

三垛组地热水硬度在39.9～336mg/L，为极软水—硬水。阜宁—东台凹陷内寒武

奥陶系地热水水化学类型为S0

4-Na和Cl-Na型，矿化度在3771～16761 mg/L，为咸水—盐水，

寒武奥陶系地热水硬度在359～1101 mg/L，为硬水—极硬水。震旦系地热水水

化学类型为S0

4-Na型，矿化度在1921～2727mg/L，为微咸水，硬度在747～

1544 mg/L，为极硬水。

总体而言，阜宁东台断坳热储为碳酸盐岩的地热水（寒武奥陶系，震旦系热储），

其阴离子中硫酸根离子含量一般偏高，阳离子中钙离子较多。这是因为碳酸盐岩区

地热水的形成过程是地下水深循环溶滤石膏矿物中的硫酸盐为主的过程。盐城组砂

岩热储地热水中，阴离子以重碳酸根离子为主，阳离子以钠钾为主。这是由于盐城

组热储埋深浅，其地热水的形成是大气降水补给经松散盐类粘土矿物溶滤，重碳酸

根不断富集的过程。而三垛组砂岩热储中，氯离子含量较高，矿化度较盐城组孔隙

型热储高，分析这是源自三垛组热储埋深较盐城组大，孔隙度小，地下水交替速度

慢。

2.2 阜宁—东台断坳地热水理疗价值及开发利用方向评价

根据代表性采样点微量元素测试结果（见表3），对阜宁—东断坳的地热水理疗价

值及开发利用方向进行评价。

表2 取样点地热水水化学特征

表3 理疗热矿水水质评价

阜宁—东台断坳盐城组热储中的水微量元素达到理疗热矿水水质标准的主要有偏

硅酸、氟、锶、偏硼酸、少量水样的铁，锂含量达到理疗热矿水水质标准。部分地

热井水可命名氟水、锶水、偏硅酸水、铁水。这一热储层地热水在盐城市区一些较

浅的地热井中满足渔业用水标准，该层水不结垢或结垢轻微，为非腐蚀性水。主要

可用于旅游疗养、工业利用、温室种植以及养殖。

阜宁—东台断坳三垛组热储揭露大的地热井较少，仅从所采水样获得的检测结果

来看，达到理疗热矿水水质标准的主要有偏硼酸及偏硅酸，未达命名矿水浓度。这

一热储层地热水在盐城市区一些较浅的地热井中满足渔业用水标准，该层水不结垢

或结垢轻微，为非腐蚀性水。主要可用于旅游疗养、温室种植以及地热供暖。

阜宁—东台断坳寒武奥陶系及震旦系碳酸盐岩热储水微量元素达到理疗热矿水水

质标准的主要有偏硅酸、氟、锂、锶、偏硼酸。地热井水可命名氟水、锶水、偏硅

酸水、锂水。该层水结垢中等或结垢轻微，为非腐蚀性水。主要可用于旅游疗养、

温室种植以及地热供暖。

3 地热水同位素分析

3.1 地热水的来源

同位素技术是研究地热水来源的有效工具

［2］，江苏地热田大气降水稳定同位素数据检测数据相对较少，故以

中国大气降水线方程

［3］（公式［1］）来说明问题。

阜宁—东台断坳内河湖水、地下冷水及阜宁—东台断坳内地热水稳定同位素检测

结果如表4所示，将其点绘至大气降水线上（见图2）可以看出：大部分地热水存

在着轻微的氧漂移，反映了稳定同位素

18O的温度效应。但是大多数地热水的点都落在雨水线的附近，说明本

区地热水主要补给来源为大气降水。

图2 阜宁-东台凹陷D—

18O关系图

表4 采样点同位素分析结果

3.2 热储性质分析

已有研究成果表明，地热水都不同程度地存在氧漂移，因此

18O同位素难以真实地刻画地热水的运移规律，本次研究主要利用稳定

同位素D。分析表4中各热储层稳定同位素D组份的平均值可知：（1）各热

储层与河湖水、地下冷水D组分相差较大，说明各热储层中的地热水和河湖水、

潜水间无密切水力联系；（2）盐城组、三垛组、寒武奥陶系及震旦系热储D组

分相差不大，推断其间可能存在一定的水力联系。

3.3 地热水补给高程的确定

按照稳定同位素的高程怎么浪漫 效应原理，D值随地热水补给区高程的增大而减少，D

的递减梯度一般为（-2.0‰～-2.5‰）／100m。因此，地下热水补给区高程的

计算公式为［2］：

式中：Hr—地热水补给区的高程（m）；

H—地热水水样点高程（m）；

D—补给区大气降水中的D值（‰）；

Dr—地下热水中的D值（‰）；

gradD—每100mD值随高度递减的梯度。

根据断坳区地热水的情况，其补给区大气降水中的D值可由大气降水线方程与每

个热储层的D—

18O关系线的交点确定

［4］。

（1）盐城组、三垛组

盐城组、三垛组地热水的D—

18O关系线与大气降水线的交点为D=-54.5‰、

18O=-7.93‰，断坳区的高程递减梯度可取其平均值-2.25‰/100m，

按公式（2）可计算出盐城组、三垛组地热水的补给区平均高程为69m，推测其补

给源来自周围高程较大处。同时根据盐城组年龄同位素采样着力读音 测试结果，盐城组地热

水年龄约为6500年，与江苏其他地区地热水年龄相比较为年轻（汤泉1.3w年，

汤山3w年）推测其补给区至地热井径流时间较短，地热水运移循环速度较快。

（2）寒武奥陶系

寒武奥陶系地热水的D—

18O关系线与大气降水线的交点为D=-58.1‰、

18O=-8.39‰，断坳区的高程递减梯度可取其平均值-2.25‰/100m，

按公式（2）可计算出宝应地区地热水的补给区高程为24m。而扬州江都地区寒武

奥陶系的地热水补给区高程为207.7m，推测来自周围山区补给。补给来源和盐城

组不同。

（3）震旦系

震旦系地热水的D—

18O关系线与大气降水线的交点为D=-55.63‰、

18O=-8.08‰，断坳区的高程递减梯度可取其平均值牛肉意大利面 -2.25‰/100m，

按公式［2］可计算出宝应地区地热水的补给区高程为118 m。推测其补给源与盐

城组不一致。

4 结论

根据对阜宁—东台断坳内地热水水质特征及同位素特征的分析，得出如下一些结

论：

（1）阜宁—东台断坳地热水一般为S0

4-Na，Cl-Na和HCO

3-Na型3类，达到理疗热矿水水质标准的主要有偏硅酸、氟、锶、偏

硼酸、少量水样的铁，锂含量达到理疗热矿水水质标准，部分地区地热水可命名氟

水、偏硅酸水、锶水、锂水，具有良好的开发利用价值。

（2）根据阜宁—东台断坳地热水水质特征，其未来的开发利用方向主要有旅游疗

养、工业利用、温室种植以及养殖。

（3）阜宁—东台断坳地热水成因为大气降水。

（4）各热储层与河湖水、地下冷水D组分相差较大，说明各热储层中的地热水

和河湖水、潜水间无密切水力联系；各层热储间D组分相差不大，推断其间可能

存在一定水力联系。

（5）各热储层补给来源各不相同，补给源高程分布于24～207.7m之间，推测来

自周围平原区或山区补给。

参考文献

［1］江苏省地矿局.江苏省及上海区域地质志［M］.北京：地质出版社，1984.

［2］文冬光.用环境同位素论区域地下水资源属性［J］.地球科学：中国地质大学

学报，2002（2）：145-146.

［3］钱会，马致远.水文地球化学［M］.北京：地质出版社，2005.

［4］王现国，张慧，张娟娟.开封凹陷区地热水水化学特征及同位素分析［J］.安

全与环境工程，2012（11）：67-69.

（责任编辑 胡峰）

Analysis on the Hydrochemical Characteristics and Isotope of the

Geothermal Water in Subei Basin Funing - Dongtai Depression

Yu Yongxiang

1, Min Wang

1, Shun Xuefeng

2, Lu Yan

1, Che Zengguang

1

（ical Survey of Jiangsu Province，Nanjing 210000，China；

City Land Resources Bureau，Suqian 223800，China）

Abstract: Through analysis of Subei Basin Funing - Dongtai depression

geothermal geological conditions and the water chemistry data, this paper

study the chemical composition of geothermal wate and makes a quality

asssment of medical thermal mineral groundwater. groundwater．The

stable isotope data of geotherm al water and atmospheric water indicate

that the atmospheric water is the main original source of the

groundwater．With stable isotope and radioactiveisotope data，the age

of geothermal water of yancheng formation is calculated and reflects a fact

that maybe there is some hydraulic relation—ship among the rervoirs of

geothermal water．This study is helpful for the reasonable exploration and

utilization of geotherma1 water in Subei basin.

Key words: geothermal water；hydrochemical characteristics；isotope

analysis；Subei Basin Funing-Dongtai depression