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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)水性能。但由于其導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)水性和熱傳導(dǎo)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(dǎo)水性能和熱傳導(dǎo)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(dǎo)型)。沉積盆地型是地球內(nèi)的熱能通過傳導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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。