日土县温泉水化学特征及开发利用研究

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源,具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点,是一种现实可行且具有竞争性的清洁能源。合理开发利用地热资源,在改善生态环境,提高人们健康水平,推动相关产业经济发展等方面具有重要意义, 是构建“资源节约型、环境友好型”社会提倡的矿产资源,地热资源的综合开发利用,其社会、经济和环境效益显著。

本次研究以日土县温泉点为研究对象,对研究区温泉点进行基本的水化学特征调查,利用水化学特征、区内开发利用现状和前人在此区域的研究,对研究区温泉点进行开发潜力和开发利用现状的研究,并对研究区提出开发利用建议。本次研究成果为科学管理开发温泉,提高当地经济提供科学依据。日土县的乡村振兴、生态文明建设对优质的温泉资源、清洁能源综合开发利用需求也极为迫切,但当前对日土县地热水研究还不够充分,深入对该地区的地热水成因研究对西藏地热能的开发与利用以及对服务国家战略需求和可持续发展都具有最重要意义,这不仅带来区内经济效益的增长,还会带来生态和社会效益。

1 研究区概况

日土县位于西藏西部,阿里地区西北部,是边境县之一,见图1。日土县土地总面积8.03万km2,约占全自治区土地总面积的1/15[ 1]。日土县地处高原亚寒带季风半干旱气候区,气候具有气压低、辐射强、 寒冷干燥、降水稀少等特点。日土县内流的河流多以内陆湖泊为归宿,形成闭合的流域,大小湖泊星罗棋布,有曲龙、日松、乌江、扎普4条河流。主要湖泊有班公错等,班公湖位于县城以北约13km处,东西长约1 10km,南北平均宽约4km,湖水面积604km2。

日土县地貌类型属高原湖盆区,喀喇昆仑崇山峻岭和岗底斯山支脉横穿全境,平均海拔4300m,高寒缺氧,由于气候干旱,流水作用弱,高原面保存完整,总的地势是南北高,中间低,沿班公错-怒江断裂带形成高原地势最低的巨大集水洼地,在四周山脉之间沿断裂带则为宽谷或串珠状湖盆洼地。日土县地层从前震旦系到第四系均有出露,沉积巨厚。其中侏罗系、三叠系、二叠系和石炭系分布范围较广泛。研究区出露最老地层为石炭一二叠系,以海相碳酸盐岩砂泥质岩组合为主。中生界三叠系不发育,侏罗一白垩系分布极广,侏罗系以海相碳酸盐岩和砂泥质岩组合为主,白垩系以碳酸盐、砂泥质和火山岩组合为主。中生界不整合在石炭一二叠系之上。新生界为陆相碎屑堆积,不整合在下伏各时代地层之上。

日土县主要饲养牦牛、犏牛、绵羊、山羊、马等牲畜,其中山羊饲养比例较大,白绒山羊是该县的特色资源,被称为“金色的头羊”。日土县是藏西北白绒山羊基地之一,白绒山羊占西藏山羊总数的 3.69%,具有品种纯度高、绒细度高、单产高、毛囊密度高、纤维细、绒质优良等特点,被称为日土的 “软黄金”。

 2 样品采集

本次研究是围绕日土县的地热显示区展开的,一共采集了8个热水点。地下热水采样点位置见图1。在取样过程中遵守GB/T 8538-2022«饮用天然矿泉水检测方法»、GB/T 1 1615-2010«地热资源地质勘查规范»的相关要求,所有水样均在现场用0.45μm 滤膜过滤,采样前要反复洗涤瓶子,直到达到要求, 并按要求装瓶。在这过程中认真记录水样编号、采样时间等。海拔、温度、流量、总溶解性固体(TDS) 和pH等在现场使用便携式测定仪测定。

为了使用水样检测结果对水文地球化学问题进行解释,需要对结果进行可靠性检验。8个温泉点阴阳离子平衡检验的平衡误差分别为1%、2%、2%、1%、 2%,均小于5%,故本次检验结果满足此次工作的需求,最终得到日土县地热显示区部分水化学组分测试,见表1。

3 结果分析与讨论

3.1水化学特征分析

水化学Piper三线图与Durov图常用来分析水化学离子分布特征。Piper三线图有助于揭示水体中主要阴阳离子及水化学类型的差异,分析水化学离子分布特征,直观反映水化学类型。Piper三线图是由2个三角形和1个菱形组成,从三角形中可以看出各种离子的相对含量,从菱形中可以看出水样中的一般化学特征,将研究区水样标在图上,可以较直观地揭示各泉点阴、阳离子含量及交换等有关地下水演化现象。本次研究的研究区水样一共8个水样点,通过利用本次研究区的水化学数据,绘制对应的水化学 Piper三线图与Durov图,如图2、图3所示。

本次研究的8个水样分别是泉水湖西微温泉、龙木错微温泉、曲真热贡温泉、秋嘎江低温温泉、日松桥南微温泉、郭扎错东微温泉、扎普低温温泉、木司曲灿热泉,图中分别对应的是ZRT1、ZRT2、ZRT3 (5)、ZRT5(7)、ZRT6、ZRT8、ZRT9(8)、ZRT10 (23),结合舒卡列夫水化学类型和Piper三角图可以得出,泉水湖西微温泉(ZRT1)的水化学类型是HCO3·SO 4 --Mg·Ca型,主要的阳离子是Ca2 + ,主621要的阴离子是HCO3-。而龙木错微温泉(ZRT2)的水化学类型是Cl·HCO3·SO 4 --Na·Mg·Ca型,主要的阳离子是Na+,主要的阴离子是HCO3 - 。曲真热贡温泉(ZRT3(5))的水化学类型是HCO3·Cl·SO4 Na·Ca·Mg型,主要的阳离子是Na+,主要的阴离子是HCO3-。秋嘎江低温温泉(ZRT5(7))的水化学类型是HCO3·Cl-Ca·Mg·Na型,主要的阳离子是Ca2+,主要的阴离子是HCO3 -。日松桥南微温泉 (ZRT6)的水化学类型是HCO3-Ca·Mg型,主要的阳离子是Ca2+,主要的阴离子是HCO3 - 。郭扎错东微温泉(ZRT8)的水化学类型是HCO3·Cl-Na型,主要的阳离子是Na+,主要的阴离子是HCO3 - 。扎普低温温泉(ZRT9(8))的水化学类型是HCO3·SO4 ·Cl-Ca·Mg·Na型,主要的阳离子是Ca2+,主要的阴离子是HCO3-。木司曲灿热泉(ZRT10(23))的主要水化学类型是HCO3·Cl-Na型,主要的阳离子是Na+,主要的阴离子是HCO3 - 。由此可以看出,该研究区的8个水样点的主要阴离子都是HCO3-离子。

根据图4可知,地热水的主要离子浓度变化趋势基本相似,反映地热水化学组分来源的相似性。

Schoeller图还可以反应温泉的水化学赋存环境是否相同。如果地热水曲线变化趋势相同,说明来自相同的赋存环境。如果地热水曲线变化趋势不相同,说明来自不相同的赋存环境。从图4可知,图中的变化趋势有2种,说明研究区地热水分别来自2种不同的赋存环境。ZRT10(23)、ZRT8、ZRT3(5)和ZRT2来自相同的赋存环境。ZRT9(8)、ZRT6、ZRT5(7)和 ZRT1来自相同的赋存环境。

根据GB/T 13727-2016«天然矿泉水地质勘探规范»与GB/T 1 1615-2010«地热资源地质勘查规范»,8个地热水样品中,ZRT1、ZRT10(23)所含的偏硅酸达到了50mg·L-1,ZRT10(23)偏硼酸达到了35mg·L-1,氟达到了1mg·L -1,3项指标达到了命名标准,温度超过了热水的最低值,可命名为氟、偏硅酸偏硼酸复合型理疗地热水。温浴水可起到扩张血管的作用,促进血液循环,对人体神经系统有一定的镇定作用;热水有一定的矿化度,因此水的压力,浮力和渗透压等较大,其洗浴清洁作用较好,也起到一定的消肿止痛作用;氟是人体必需的微量元素。适量氟的摄入,有利于对钙和磷的利用,也有利于骨骼的发育和增加骨骼硬度。大量研究表明,矿水中的偏硅酸达到了50mg·L-1及以上时,对防治皮肤病,外伤,以及心血管系统疾病等具有明显的医疗效果。水中的偏硼酸达到了35mg·L-1及以上时,对消炎,抗过敏,眼疾等具有医疗作用。因此,该地热水具有良好的医疗保健功效,应用价值高于一般的矿泉水,适宜温泉洗浴和医疗用水等。

3.2 热储温度估算分析

地热资源在进行评价之前,对研究区地热田的热储温度进行正确的计算是重要的前提条件。通常在进行野外温泉点水样采集时,所测出的泉口温度只是出露温度,地下热水的实际温度还需要进一步利用其他工具或者方法得出结果。这对研究地热资源的成因机理、估算地热资源储藏量、评价地热资源开发潜力、 决策地热资源利用方式等具有决定性作用。常用来测量地热田温泉点热储温度的方法包括二氧化硅温度计、阳离子温度计、混合模型法等。

在深部热储层的地下热水中,如石英、玉髓、无定型二氧化硅等二氧化硅矿物组分会溶解于流体中。利用地热流体中二氧化硅组分的特性可以进行热储温度计算。阳离子温度计主要包括钠钾温度计、钠钾钙温度计、钾镁温度计等,属于地球化学温度计的范畴。现利用温泉SiO2含量计算出各种温度计的温度,由于ZRT2和ZRT8的SiO2含量未检出,所以在进行计算地热水温度时进行忽略,温度估算表见表2。

通过图5可知,研究区温泉基本落到了未平衡区,有一个点落到了部分平衡区。就说明地热水在上移的过程中有冷水混入的现象。所以在进行地热水温标估算的时候不能选用阳离子温度进行估算,因为阳离子温度计使用的前提条件是必须达到平衡状态。应该用K-Mg温度计和二氧化硅温度估算研究区热储温度。结合K-Mg温度计和二氧化硅温度以及表2数据,可以得出研究区热储温度在19~98℃。

4 温泉开发利用前景及现状

4.1 开发利用前景

西藏阿里日土县地貌类型属高原湖盆区,喀喇昆仑崇山峻岭和岗底斯山支脉横穿全境,平均海拔 4300m,高寒缺氧,由于气候干旱,流水作用弱,高原面保存完整,总的地势是南北高,中间低,沿班公错-怒江断裂带形成高原地势最低的巨大集水洼地, 在四周山脉之间沿断裂带则为宽谷或串珠状湖盆洼地。因此在这样得天独厚的条件下,日土县地热资源丰富,具有温度高、类型多、分布广等特点,为地热能的开发利用提供了得天独厚的条件。在调查的温泉点中,有些温泉利于人们的生活理疗等,如位于松西乡西北,龙木错西南侧,新藏公路东侧的秋嘎低温温泉, 泉口最高温度为17℃,年天然流量为772915.824m3·a-1, 每天该温泉释放的热量为1.49×10J,根据GB/T 1 1615-2016«地热资源地质勘查规范»,对地热流体的利用方向、方式、热水供暖、供热、理疗、洗浴规模提出了要求,见表3,该温泉可直接利用,温泉可供洗浴2576386人次·a-1,可供理疗7729床·a -1,供生活热水5 1527人·a-1,地热供暖约34553m2。若后期进行开发利用,可修建洗浴房夏季进行微温泉洗浴理疗开发,温度低于34℃为冷水浴,具有促进肾上腺能效应、兴奋交感神经、皮肤血管收缩等作用。该温泉交通条件便利,夏季可集水开发冷水浴进行洗浴理疗。与之类似的还有位于松西乡东,龙木措东南丛山山谷中的曲珍热贡温泉,温泉为硅酸型理疗热矿水, 对人体有一定保健功效,温度为34℃,年天然流量为 441.504m3·a-1,每天该温泉释放的热量为1.34×108J, 根据«地热资源地质勘查规范»GB/T 1 1615-2016, 对地热流体的利用方向、方式、热水供暖、供热、理疗、洗浴规模提出了要求,该温泉可直接利用,温泉可供洗浴1471人次·a-1,可供理疗4床·a -1,供生活热水 29人·a-1,地热供暖约30m2。还有位于松西乡西北,龙木错西南侧,新藏公路东侧的龙木错西微温泉,该温泉最高温度为4℃,年天然流量为78125331.168m3·a-1,每天该温泉释放的热量为3.55×1012J,流量较大,该温泉汇总流量每天可以装满容积为28m3(4m×7m×1m)洗浴池7644个。

随着西藏阿里地区日土县的地热资源被大量探索,更加丰富了西藏阿里地区的地热资源信息,也进一步加强了对西藏阿里日土县地热资源的勘查工作, 为地热能的开发利用提供科学依据。由此可知,西藏阿里日土县地热开发利用前景广阔,具有巨大的发展潜力。随着技术的进步、政策的支持和市场需求的增长,该地区地热资源的开发利用将取得更加显著的成果。

4.2 开发利用现状

虽然日土地区地热资源相当丰富,但根据实地调查,由于该秋嘎低温温泉温度较低,属于微温泉,但流量可观,该温泉汇总流量每天可以装满容积为28m3 (4m×7m×1m)洗浴池76个,虽然目前为自然流出, 但尚未进行任何开发利用,更多的还是需要对此温泉实地调研,从而制定良好的开采及利用计划。而曲珍热贡温泉由于温度较低、流量较小且温泉处于衰退阶段,虽然交通条件极其便利,但周围并无住户,总体开发利用潜力较小。所以目前对此温泉不做开发利用,可对其进行保护及研究调查。龙木错西微温泉目前为自然流出,开发利用程度较低。虽然交通条件便利,但泉口温度较低且周围无居民居住,开发利用率较小。根据实地研究统计其他温泉点基本与此相似, 故综上所述,目前日土地区的地热资源主要用于发电、供暖、洗浴、理疗等领域。通过近几年对日土地区地热资源水质的全方位分析评价,研究查明了不同温度的各项水质特征,为日土地区地热资源的合理开发及科学有效利用提供了可靠依据。同时,政府对清洁能源的支持和环保政策的出台也推动了地热能利用市场的发展,还可以带动相关产业发展,提高地方经济水平。

5 结论

研究区的8个水样点的主要阳离子是Na+,主要阴离子是HCO3-。水化学类型较复杂。地热水具有良好的医疗保健功效,应用价值高于一般的矿泉水,适宜温泉洗浴和医疗用水等。

通过Schoeller图发现,研究区温泉水来自2种不同的水化学赋存环境。利用地热温标估算出研究区地热水初始温度在19~98℃。

研究区温泉点尚未进行开发利用,只是当地村民搭建简易的棚子用来洗浴。通过对研究区温泉点供暖、生活热水、理疗和温泉洗浴的估算,得出西藏阿里日土县地热开发利用前景广阔,具有巨大的发展潜力。

通过对以上研究区温泉点的分析讨论,发现研究区地热资源丰富,适合开发利用地热资源,应将地热资源与当地旅游业和其他产业相结合,带动当地经济发展。