南陽盆地位于河南省西南部,北靠伏牛山,東扶桐柏山,西依秦嶺,南臨漢江,東界河南省泌陽縣、桐柏縣,南接湖北省襄樊市、鄖陽地區(qū),西與河南省淅川縣相連。南陽盆地屬秦嶺地層區(qū),該地層區(qū)斷裂發(fā)育,特別是長期活動的深斷裂十分發(fā)育,對各地質(zhì)時期的沉積作用、巖漿活動和變質(zhì)作用有著十分重要的控制作用,也影響著區(qū)域地下水的分布和富集。

地層巖性條件

地層巖性是控制深層地下水與地下熱水很重要的條件。不同的地層巖性,導水性能和含水性能有很大的差異。第四系和上第三系的松散巖類,具有良好的導水性能和含水性能,尤其是砂層(中細砂、中粗砂)更是具有良好的導水性能。但由于其導水性能太強,地下水在其間流速較大,因此,熱量易散失,不易形成較好的地下熱田。而第三系的砂巖層(尤其是半膠結(jié)的砂巖層),既有一定的導水性,又是良好的含水層,且其上覆的泥巖層又是很好的隔水隔熱蓋層,在有利的地質(zhì)構(gòu)造條件下,易形成一定規(guī)模的地熱田。

深層地下水和它的溫度,在一定程度上取決于基巖的埋深和基巖頂部蓋層的導水性和熱傳導性能的差異,取決于基巖和蓋層空間分布的形態(tài)。一般地說,基巖頂部的導水性能和熱傳導性能差別越大,基巖起伏幅度(即蓋層厚度的差別)越大,其溫度差也越大。

南陽盆地的基底起伏較大,且在不同地方有不同的基巖,它們可能為白堊系的砂巖、泥巖互層,也可能是前中生界的變質(zhì)巖類,或者是花崗巖基底。在南陽市區(qū)的下方,基底主要是變質(zhì)巖和花崗巖為主。基巖上方即下第三系的砂、泥巖互層和上第三系的砂、粘土互層。泥巖的良好隔水隔熱層、砂巖的良好熱水儲集層,加之良好的基底,局部巖溶發(fā)育段,構(gòu)成了該區(qū)地熱田形成與發(fā)展的地層條件。

 南陽地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖

地熱田的形成特征

南陽盆地具有較高的地溫梯度,較高的深、淺層地溫,又有地下熱水富集的隔水隔熱條件和良好的通道(斷裂)條件,其基底又是溫度相對較高的變質(zhì)巖系和火成巖體,因此,南陽盆地在某種程度上講,應(yīng)是一個“熱盆”。

南陽市區(qū)位于“熱盆”的北緣,特定的地層構(gòu)造條件,加上地殼運動過程中遺留下來的古巖溶遺跡,更給地下熱能的儲集創(chuàng)造了良好的條件。

地熱地質(zhì)條件

熱源

南陽盆地是河南省最大的一個山間盆地,地熱系統(tǒng)屬沉積盆地型 (傳導型)。沉積盆地型是地球內(nèi)的熱能通過傳導方式傳遞到地表,地表一般無地熱顯示,自恒溫帶以下溫度隨深度的增加而升高。南陽盆地熱儲類型屬層狀松散巖類孔隙熱儲。熱源主要來自地殼深處及上地幔的傳導熱。根據(jù)物探資料,該區(qū)為莫霍面相對隆起區(qū),可從地球內(nèi)部向地表傳導相對較高的熱流,最有利于地下水升溫。另外,靠近本區(qū)的6條斷裂,有利于深部熱量的傳導和對流,對該區(qū)增溫也起到了重要作用。

蓋層

本區(qū)地熱蓋層為第四系、新近系上寺組、古近系廖莊組。第四系主要由粘土、砂質(zhì)粘土和粉細砂組成;新近系上寺組主要由粘土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土、粉細砂構(gòu)成;古近系廖莊組主要由泥巖、粉砂巖、泥巖組成。粘土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土、泥巖和粉砂巖單層厚度大,一般在10～37 m左右,熱導率低,是良好的隔水層和不透水層,使熱能得以保存和儲集。視開采層段的不同,它們可單獨也可共同構(gòu)成熱儲層的蓋層。本區(qū)第四系、新近系上寺組和古近系廖莊組地層的總厚度為550～1 200 m。

熱儲模型

本區(qū)屬層狀松散巖類孔隙型低溫地熱田,熱儲模型圖如圖1所示。熱儲層在地球內(nèi)部傳導熱作用下,從地球深部源源不斷獲得熱能。賦存于新近系熱儲層中的地下熱水,起源于大氣降水。然而,普查區(qū)熱儲層埋藏較深,上部還有80～800 m厚的第四系覆蓋層,新近系熱儲層不大可能直接接受大氣降水的補給,而是通過側(cè)向徑流方式獲取上游方向徑流來的地下水的補給。模型中,以近似水平的蘭色箭頭表示新近系熱儲層獲取側(cè)向徑流的補給。賦存于古近系熱儲層中的地下熱水,起源于山前大氣降水入滲,通過地下水側(cè)向徑流和斷裂帶入滲后側(cè)向徑流方式獲得補給。上部第四系、新近系和古近系所含多層厚層粘土、粉砂、粉砂巖、泥巖,是非常好的隔水層和保溫蓋層,使熱能得以保存和儲集。

結(jié)論

1)南陽盆地屬層狀松散巖類孔隙型低溫地熱田。

2)本區(qū)常被利用的有上寺組、廖莊組和核桃園組三個熱儲層,其中上寺組的水化學類型為SO4·HCO3—Na型,廖莊組的水化學類型為HCO3·Cl—Na型,核桃園組的水化學類型為HCO3·SO4—Na型。

3)本區(qū)上寺組和核桃園組熱儲層的地熱水溫度較高,偏硅酸含量達到了有醫(yī)療價值濃度和礦水濃度,可作為供暖、醫(yī)療及洗浴等用水開發(fā)。

4)南陽盆地平均地溫剃度為2.6 ℃/100 m;熱儲含水層平均熱導率為2.623 W/mK,平均顆粒密度為2.677 g/cm3,平均孔隙度為21.98%;平均大地熱流值為68.2 mW/m2。