地熱能是一種綠色低碳、可循環利用的可再生能源,具有儲量大、分布廣、清潔環保、穩定可靠等特點,是一種現實可行且具有競爭性的清潔能源。合理開發利用地熱資源,在改善生態環境,提高人們健康水平,推動相關產業經濟發展等方面具有重要意義, 是構建“資源節約型、環境友好型”社會提倡的礦產資源,地熱資源的綜合開發利用,其社會、經濟和環境效益顯著。

本次研究以日土縣溫泉點為研究對象,對研究區溫泉點進行基本的水化學特征調查,利用水化學特征、區內開發利用現狀和前人在此區域的研究,對研究區溫泉點進行開發潛力和開發利用現狀的研究,并對研究區提出開發利用建議。本次研究成果為科學管理開發溫泉,提高當地經濟提供科學依據。日土縣的鄉村振興、生態文明建設對優質的溫泉資源、清潔能源綜合開發利用需求也極為迫切,但當前對日土縣地熱水研究還不夠充分,深入對該地區的地熱水成因研究對西藏地熱能的開發與利用以及對服務國家戰略需求和可持續發展都具有最重要意義,這不僅帶來區內經濟效益的增長,還會帶來生態和社會效益。

1 研究區概況

日土縣位于西藏西部,阿里地區西北部,是邊境縣之一,見圖1。日土縣土地總面積8.03萬km2,約占全自治區土地總面積的1/15[ 1]。日土縣地處高原亞寒帶季風半干旱氣候區,氣候具有氣壓低、輻射強、 寒冷干燥、降水稀少等特點。日土縣內流的河流多以內陸湖泊為歸宿,形成閉合的流域,大小湖泊星羅棋布,有曲龍、日松、烏江、扎普4條河流。主要湖泊有班公錯等,班公湖位于縣城以北約13km處,東西長約1 10km,南北平均寬約4km,湖水面積604km2。

日土縣地貌類型屬高原湖盆區,喀喇昆侖崇山峻嶺和崗底斯山支脈橫穿全境,平均海拔4300m,高寒缺氧,由于氣候干旱,流水作用弱,高原面保存完整,總的地勢是南北高,中間低,沿班公錯-怒江斷裂帶形成高原地勢最低的巨大集水洼地,在四周山脈之間沿斷裂帶則為寬谷或串珠狀湖盆洼地。日土縣地層從前震旦系到第四系均有出露,沉積巨厚。其中侏羅系、三疊系、二疊系和石炭系分布范圍較廣泛。研究區出露最老地層為石炭一二疊系,以海相碳酸鹽巖砂泥質巖組合為主。中生界三疊系不發育,侏羅一白堊系分布極廣,侏羅系以海相碳酸鹽巖和砂泥質巖組合為主,白堊系以碳酸鹽、砂泥質和火山巖組合為主。中生界不整合在石炭一二疊系之上。新生界為陸相碎屑堆積,不整合在下伏各時代地層之上。

日土縣主要飼養牦牛、犏牛、綿羊、山羊、馬等牲畜,其中山羊飼養比例較大,白絨山羊是該縣的特色資源,被稱為“金色的頭羊”。日土縣是藏西北白絨山羊基地之一,白絨山羊占西藏山羊總數的 3.69%,具有品種純度高、絨細度高、單產高、毛囊密度高、纖維細、絨質優良等特點,被稱為日土的 “軟黃金”。

 2 樣品采集

本次研究是圍繞日土縣的地熱顯示區展開的,一共采集了8個熱水點。地下熱水采樣點位置見圖1。在取樣過程中遵守GB/T 8538-2022?飲用天然礦泉水檢測方法?、GB/T 1 1615-2010?地熱資源地質勘查規范?的相關要求,所有水樣均在現場用0.45μm 濾膜過濾,采樣前要反復洗滌瓶子,直到達到要求, 并按要求裝瓶。在這過程中認真記錄水樣編號、采樣時間等。海拔、溫度、流量、總溶解性固體(TDS) 和pH等在現場使用便攜式測定儀測定。

為了使用水樣檢測結果對水文地球化學問題進行解釋,需要對結果進行可靠性檢驗。8個溫泉點陰陽離子平衡檢驗的平衡誤差分別為1%、2%、2%、1%、 2%,均小于5%,故本次檢驗結果滿足此次工作的需求,最終得到日土縣地熱顯示區部分水化學組分測試,見表1。

3 結果分析與討論

3.1水化學特征分析

水化學Piper三線圖與Durov圖常用來分析水化學離子分布特征。Piper三線圖有助于揭示水體中主要陰陽離子及水化學類型的差異,分析水化學離子分布特征,直觀反映水化學類型。Piper三線圖是由2個三角形和1個菱形組成,從三角形中可以看出各種離子的相對含量,從菱形中可以看出水樣中的一般化學特征,將研究區水樣標在圖上,可以較直觀地揭示各泉點陰、陽離子含量及交換等有關地下水演化現象。本次研究的研究區水樣一共8個水樣點,通過利用本次研究區的水化學數據,繪制對應的水化學 Piper三線圖與Durov圖,如圖2、圖3所示。

本次研究的8個水樣分別是泉水湖西微溫泉、龍木錯微溫泉、曲真熱貢溫泉、秋嘎江低溫溫泉、日松橋南微溫泉、郭扎錯東微溫泉、扎普低溫溫泉、木司曲燦熱泉,圖中分別對應的是ZRT1、ZRT2、ZRT3 (5)、ZRT5(7)、ZRT6、ZRT8、ZRT9(8)、ZRT10 (23),結合舒卡列夫水化學類型和Piper三角圖可以得出,泉水湖西微溫泉(ZRT1)的水化學類型是HCO3·SO 4 --Mg·Ca型,主要的陽離子是Ca2 + ,主621要的陰離子是HCO3-。而龍木錯微溫泉(ZRT2)的水化學類型是Cl·HCO3·SO 4 --Na·Mg·Ca型,主要的陽離子是Na+,主要的陰離子是HCO3 - 。曲真熱貢溫泉(ZRT3(5))的水化學類型是HCO3·Cl·SO4 Na·Ca·Mg型,主要的陽離子是Na+,主要的陰離子是HCO3-。秋嘎江低溫溫泉(ZRT5(7))的水化學類型是HCO3·Cl-Ca·Mg·Na型,主要的陽離子是Ca2+,主要的陰離子是HCO3 -。日松橋南微溫泉 (ZRT6)的水化學類型是HCO3-Ca·Mg型,主要的陽離子是Ca2+,主要的陰離子是HCO3 - 。郭扎錯東微溫泉(ZRT8)的水化學類型是HCO3·Cl-Na型,主要的陽離子是Na+,主要的陰離子是HCO3 - 。扎普低溫溫泉(ZRT9(8))的水化學類型是HCO3·SO4 ·Cl-Ca·Mg·Na型,主要的陽離子是Ca2+,主要的陰離子是HCO3-。木司曲燦熱泉(ZRT10(23))的主要水化學類型是HCO3·Cl-Na型,主要的陽離子是Na+,主要的陰離子是HCO3 - 。由此可以看出,該研究區的8個水樣點的主要陰離子都是HCO3-離子。

根據圖4可知,地熱水的主要離子濃度變化趨勢基本相似,反映地熱水化學組分來源的相似性。

Schoeller圖還可以反應溫泉的水化學賦存環境是否相同。如果地熱水曲線變化趨勢相同,說明來自相同的賦存環境。如果地熱水曲線變化趨勢不相同,說明來自不相同的賦存環境。從圖4可知,圖中的變化趨勢有2種,說明研究區地熱水分別來自2種不同的賦存環境。ZRT10(23)、ZRT8、ZRT3(5)和ZRT2來自相同的賦存環境。ZRT9(8)、ZRT6、ZRT5(7)和 ZRT1來自相同的賦存環境。

根據GB/T 13727-2016?天然礦泉水地質勘探規范?與GB/T 1 1615-2010?地熱資源地質勘查規范?,8個地熱水樣品中,ZRT1、ZRT10(23)所含的偏硅酸達到了50mg·L-1,ZRT10(23)偏硼酸達到了35mg·L-1,氟達到了1mg·L -1,3項指標達到了命名標準,溫度超過了熱水的最低值,可命名為氟、偏硅酸偏硼酸復合型理療地熱水。溫浴水可起到擴張血管的作用,促進血液循環,對人體神經系統有一定的鎮定作用;熱水有一定的礦化度,因此水的壓力,浮力和滲透壓等較大,其洗浴清潔作用較好,也起到一定的消腫止痛作用;氟是人體必需的微量元素。適量氟的攝入,有利于對鈣和磷的利用,也有利于骨骼的發育和增加骨骼硬度。大量研究表明,礦水中的偏硅酸達到了50mg·L-1及以上時,對防治皮膚病,外傷,以及心血管系統疾病等具有明顯的醫療效果。水中的偏硼酸達到了35mg·L-1及以上時,對消炎,抗過敏,眼疾等具有醫療作用。因此,該地熱水具有良好的醫療保健功效,應用價值高于一般的礦泉水,適宜溫泉洗浴和醫療用水等。

3.2 熱儲溫度估算分析

地熱資源在進行評價之前,對研究區地熱田的熱儲溫度進行正確的計算是重要的前提條件。通常在進行野外溫泉點水樣采集時,所測出的泉口溫度只是出露溫度,地下熱水的實際溫度還需要進一步利用其他工具或者方法得出結果。這對研究地熱資源的成因機理、估算地熱資源儲藏量、評價地熱資源開發潛力、 決策地熱資源利用方式等具有決定性作用。常用來測量地熱田溫泉點熱儲溫度的方法包括二氧化硅溫度計、陽離子溫度計、混合模型法等。

在深部熱儲層的地下熱水中,如石英、玉髓、無定型二氧化硅等二氧化硅礦物組分會溶解于流體中。利用地熱流體中二氧化硅組分的特性可以進行熱儲溫度計算。陽離子溫度計主要包括鈉鉀溫度計、鈉鉀鈣溫度計、鉀鎂溫度計等,屬于地球化學溫度計的范疇?，F利用溫泉SiO2含量計算出各種溫度計的溫度,由于ZRT2和ZRT8的SiO2含量未檢出,所以在進行計算地熱水溫度時進行忽略,溫度估算表見表2。

通過圖5可知,研究區溫泉基本落到了未平衡區,有一個點落到了部分平衡區。就說明地熱水在上移的過程中有冷水混入的現象。所以在進行地熱水溫標估算的時候不能選用陽離子溫度進行估算,因為陽離子溫度計使用的前提條件是必須達到平衡狀態。應該用K-Mg溫度計和二氧化硅溫度估算研究區熱儲溫度。結合K-Mg溫度計和二氧化硅溫度以及表2數據,可以得出研究區熱儲溫度在19~98℃。

4 溫泉開發利用前景及現狀

4.1 開發利用前景

西藏阿里日土縣地貌類型屬高原湖盆區,喀喇昆侖崇山峻嶺和崗底斯山支脈橫穿全境,平均海拔 4300m,高寒缺氧,由于氣候干旱,流水作用弱,高原面保存完整,總的地勢是南北高,中間低,沿班公錯-怒江斷裂帶形成高原地勢最低的巨大集水洼地, 在四周山脈之間沿斷裂帶則為寬谷或串珠狀湖盆洼地。因此在這樣得天獨厚的條件下,日土縣地熱資源豐富,具有溫度高、類型多、分布廣等特點,為地熱能的開發利用提供了得天獨厚的條件。在調查的溫泉點中,有些溫泉利于人們的生活理療等,如位于松西鄉西北,龍木錯西南側,新藏公路東側的秋嘎低溫溫泉, 泉口最高溫度為17℃,年天然流量為772915.824m3·a-1, 每天該溫泉釋放的熱量為1.49×10J,根據GB/T 1 1615-2016?地熱資源地質勘查規范?,對地熱流體的利用方向、方式、熱水供暖、供熱、理療、洗浴規模提出了要求,見表3,該溫泉可直接利用,溫泉可供洗浴2576386人次·a-1,可供理療7729床·a -1,供生活熱水5 1527人·a-1,地熱供暖約34553m2。若后期進行開發利用,可修建洗浴房夏季進行微溫泉洗浴理療開發,溫度低于34℃為冷水浴,具有促進腎上腺能效應、興奮交感神經、皮膚血管收縮等作用。該溫泉交通條件便利,夏季可集水開發冷水浴進行洗浴理療。與之類似的還有位于松西鄉東,龍木措東南叢山山谷中的曲珍熱貢溫泉,溫泉為硅酸型理療熱礦水, 對人體有一定保健功效,溫度為34℃,年天然流量為 441.504m3·a-1,每天該溫泉釋放的熱量為1.34×108J, 根據?地熱資源地質勘查規范?GB/T 1 1615-2016, 對地熱流體的利用方向、方式、熱水供暖、供熱、理療、洗浴規模提出了要求,該溫泉可直接利用,溫泉可供洗浴1471人次·a-1,可供理療4床·a -1,供生活熱水 29人·a-1,地熱供暖約30m2。還有位于松西鄉西北,龍木錯西南側,新藏公路東側的龍木錯西微溫泉,該溫泉最高溫度為4℃,年天然流量為78125331.168m3·a-1,每天該溫泉釋放的熱量為3.55×1012J,流量較大,該溫泉匯總流量每天可以裝滿容積為28m3(4m×7m×1m)洗浴池7644個。

隨著西藏阿里地區日土縣的地熱資源被大量探索,更加豐富了西藏阿里地區的地熱資源信息,也進一步加強了對西藏阿里日土縣地熱資源的勘查工作, 為地熱能的開發利用提供科學依據。由此可知,西藏阿里日土縣地熱開發利用前景廣闊,具有巨大的發展潛力。隨著技術的進步、政策的支持和市場需求的增長,該地區地熱資源的開發利用將取得更加顯著的成果。

4.2 開發利用現狀

雖然日土地區地熱資源相當豐富,但根據實地調查,由于該秋嘎低溫溫泉溫度較低,屬于微溫泉,但流量可觀,該溫泉匯總流量每天可以裝滿容積為28m3 (4m×7m×1m)洗浴池76個,雖然目前為自然流出, 但尚未進行任何開發利用,更多的還是需要對此溫泉實地調研,從而制定良好的開采及利用計劃。而曲珍熱貢溫泉由于溫度較低、流量較小且溫泉處于衰退階段,雖然交通條件極其便利,但周圍并無住戶,總體開發利用潛力較小。所以目前對此溫泉不做開發利用,可對其進行保護及研究調查。龍木錯西微溫泉目前為自然流出,開發利用程度較低。雖然交通條件便利,但泉口溫度較低且周圍無居民居住,開發利用率較小。根據實地研究統計其他溫泉點基本與此相似, 故綜上所述,目前日土地區的地熱資源主要用于發電、供暖、洗浴、理療等領域。通過近幾年對日土地區地熱資源水質的全方位分析評價,研究查明了不同溫度的各項水質特征,為日土地區地熱資源的合理開發及科學有效利用提供了可靠依據。同時,政府對清潔能源的支持和環保政策的出臺也推動了地熱能利用市場的發展,還可以帶動相關產業發展,提高地方經濟水平。

5 結論

研究區的8個水樣點的主要陽離子是Na+,主要陰離子是HCO3-。水化學類型較復雜。地熱水具有良好的醫療保健功效,應用價值高于一般的礦泉水,適宜溫泉洗浴和醫療用水等。

通過Schoeller圖發現,研究區溫泉水來自2種不同的水化學賦存環境。利用地熱溫標估算出研究區地熱水初始溫度在19~98℃。

研究區溫泉點尚未進行開發利用,只是當地村民搭建簡易的棚子用來洗浴。通過對研究區溫泉點供暖、生活熱水、理療和溫泉洗浴的估算,得出西藏阿里日土縣地熱開發利用前景廣闊,具有巨大的發展潛力。

通過對以上研究區溫泉點的分析討論,發現研究區地熱資源豐富,適合開發利用地熱資源,應將地熱資源與當地旅游業和其他產業相結合,帶動當地經濟發展。