劉公島位于山東半島東端黃海之濱的威海灣內(nèi), 東西長4.08km, 南北最寬處1.5km, 最窄處0.06km, 面積3.15 km2, 距威海市區(qū)2.1海里 (3.89km) 。劉公島自然風(fēng)光優(yōu)美, 素有“海上仙山”和“世外桃源”的美譽(yù)。島上峰巒疊起, 植物茂密, 森林覆蓋率達(dá)87%, 1985年, 劉公島由封閉的軍事禁區(qū)正式對(duì)外開放。1992年被國家林業(yè)局公布為“國家森林公園”。劉公島空氣清新, 冬暖夏涼, 氣候宜人, 年平均氣溫12℃左右, 是避暑、度假、療養(yǎng)的理想之地。

從區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)條件看, 劉公島緊鄰威海市遙感解譯Ⅰ類地?zé)?/a>異常區(qū), 是地?zé)?/a>賦存的有利地帶和地?zé)?/a>成礦遠(yuǎn)景區(qū);并且區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈, NW向及NE向斷裂構(gòu)造發(fā)育, 區(qū)內(nèi)地?zé)岬刭|(zhì)條件與威海市寶泉湯溫泉有相似之處, 因而具有較大的地?zé)豳Y源勘查開發(fā)價(jià)值。

1 地?zé)崽?/a>地?zé)岬刭|(zhì)條件

劉公島地處于膠東半島的東端, 在大地構(gòu)造位置上位于中央造山區(qū)大別-蘇魯造山帶魯東南折返帶威海斷拱威海凸起的東北部;區(qū)內(nèi)巖石主要有侵入巖、變質(zhì)巖組成, 地層不發(fā)育, 構(gòu)造以斷裂為主。

乳山-威海凸起是膠東東部地區(qū)最大的地質(zhì)構(gòu)造骨架之一, 沿該凸起東翼已有多處溫泉出露。

自中生代以來, 受燕山期地殼運(yùn)動(dòng)的影響, 形成了大規(guī)模的深大斷裂, 使上地幔物質(zhì)上涌或沿深大斷裂侵入到地殼淺部, 從而形成了區(qū)域溫度或熱流值普遍升高的背景。深大斷裂帶附近成為熱水富集的主要區(qū)域。地下熱水既有原生沉積水, 也有大氣降水補(bǔ)給成因水。大氣降水經(jīng)過入滲徑流, 在漫長的地質(zhì)時(shí)期內(nèi), 沿?cái)嗔褞Ш涂紫?、裂隙?jīng)地殼深部的循環(huán)運(yùn)移, 被圍巖加熱并與圍巖發(fā)生水鹽反應(yīng), 溶解礦物質(zhì)及微量元素形成地?zé)崴?/a>。

區(qū)內(nèi)的NW向斷裂及NE向斷裂構(gòu)造是該大凸起的次級(jí)構(gòu)造。這2組斷裂在區(qū)內(nèi)控制著區(qū)內(nèi)地?zé)崃黧w的形成、賦存與運(yùn)移。區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源屬深循環(huán)對(duì)流型。熱儲(chǔ)為花崗巖的構(gòu)造破碎帶或裂隙帶, 熱儲(chǔ)呈帶狀或點(diǎn)狀分布, 受構(gòu)造控制明顯, 區(qū)內(nèi)的2組構(gòu)造具導(dǎo)熱、導(dǎo)水的性能。威海市內(nèi)的寶泉湯溫泉、洪水嵐湯溫泉就出露在NW與NE向斷裂的交會(huì)部位。

根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造并結(jié)合劉公島地球物理場特征分析研究, 在劉公島東村施工地?zé)峋?/a>一眼, 井深1 587.2m, 蓋層封孔至506.0 m, 以下為基巖天然井壁, 熱儲(chǔ)層深度為1 200.0~1 500.0m。該孔洗井結(jié)束及抽水試驗(yàn)結(jié)束后形成自流, 自流量約6m3/d, 靜止水位埋深為+0.03m;水位降深175.0m, 水量為400m3/d, 出水口水溫為40.0℃①。

2 地?zé)崃黧w化學(xué)特征

劉公島地?zé)?/a>來源于地球內(nèi)部與地球的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成密切相關(guān), 地下熱水的水化學(xué)成分取決于水的溫度、含水層的巖性以及與水伴生的氣體。地下熱水參與自然界中水的總循環(huán), 其水文地球化學(xué)作用主要是溶濾作用, 化學(xué)成分主要決定于熱水出露處第四系巖性成因, 以及循環(huán)深度內(nèi)的基底巖性和來自深部氣體的影響。

水質(zhì)分析資料顯示地?zé)崴?/a>中Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-含量均較高, 結(jié)合地?zé)峋?/a>所處的環(huán)境, 鉆井所揭露的地層分析可知:此地?zé)峋?/a>中地?zé)崴?/a>主要來源于大氣降水部分來源于海水, 它們一起通過深大斷裂構(gòu)造徑流循環(huán), 形成地?zé)岙惓? 后在片麻狀細(xì)粒黑云二長花崗巖巖體裂隙和構(gòu)造裂隙帶中富集。

3 地?zé)釤醿?chǔ)模型

劉公島地?zé)釡厝?/a>屬于溫?zé)崴?a href="http://xldcn.com/t/低溫地?zé)豳Y源.html" >低溫地?zé)豳Y源。地?zé)崽?/a>的形成機(jī)理是:巖漿侵入地殼形成規(guī)模較大的巖漿熱源體后, 隨著溫度、壓力的下降產(chǎn)生結(jié)晶分異作用, 使巖漿中的水分含量不斷增加, 蒸氣壓力逐漸增大, 它一方面通過熱傳導(dǎo)加熱上部的巖石, 再由這些巖石使深部循環(huán)水變熱;另一方面可能有部分巖漿蒸氣沿著巖石的微細(xì)空隙向上滲透進(jìn)入深循環(huán)水中, 使水溫增高。當(dāng)熱水系統(tǒng)的上部不存在隔水蓋層時(shí), 只要溫度梯度、滲透通道的深度足以能維持水的熱對(duì)流循環(huán)時(shí), 即可形成由補(bǔ)給、加熱 (熱儲(chǔ)) 及排泄等部分組成的地?zé)崽?/a> (圖1) 。

4 地熱流體質(zhì)量評(píng)價(jià)

4.1 地?zé)崃黧w水質(zhì)評(píng)價(jià)

(1) 理療熱礦水評(píng)價(jià):按照《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》 (GB/T11615-2010) 理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 劉公島地?zé)崴?/a>, 氟、溴、鍶、偏硅酸、溫度均達(dá)到和滿足“理療熱礦泉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”中“有醫(yī)療價(jià)值濃度”標(biāo)準(zhǔn);溴、偏硅酸均超過“礦水濃度”但偏低于“命名礦水濃度”標(biāo)準(zhǔn), 只有鍶元素含量43.65 mg/L達(dá)到“命名礦水濃度”標(biāo)準(zhǔn) (10mg/L) , 可命名為“鍶型低溫溫水型礦水”, 劉公島溫泉礦化度為4 217.4mg/L, 屬于咸水。

圖1 劉公島地?zé)釤醿?chǔ)模型示意圖  

(2) 飲用天然礦泉水評(píng)價(jià):依據(jù)《飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)》 (GB8537-2008) 進(jìn)行飲用熱礦水水質(zhì)評(píng)價(jià)。劉公島溫泉感官要求, 色度、嗅和味滿足要求, 但渾濁度、可見物不符合要求;理化指標(biāo)中界限指標(biāo), 鍶含量平均43.65 mg/L, 大于0.2 mg/L的界限指標(biāo);偏硅酸平均40.79mg/L, 大于25.0mg/L的界限指標(biāo);達(dá)到飲用礦泉水標(biāo)準(zhǔn), 但是鋅、硒、游離CO2、錳等不符合限量指標(biāo)及污染物指標(biāo)的規(guī)定。

(3) 生活飲用水評(píng)價(jià):依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》 (GB5749-2006) , 其水質(zhì)渾濁度、肉眼可見物、鐵、錳、氯化物、硫酸鹽、總硬度等均不能滿足國標(biāo)要求, 因而劉公島地?zé)釡厝?/a>不能作為生活飲用水。

(4) 農(nóng)業(yè)灌溉用水評(píng)價(jià):依據(jù)《農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》 (GB5084-2005) , 熱水中水全鹽量4 185.86mg/L, 氯化物2 244.07mg/L, 分別超出國家標(biāo)準(zhǔn)1倍和5倍, 故不宜直接進(jìn)行農(nóng)田灌溉。

4.2 地?zé)崃黧w腐蝕性與結(jié)垢評(píng)價(jià)

(1) 地熱流體腐蝕性:利用拉申指數(shù)計(jì)算式:

式中:LI為拉申指數(shù);Cl為氯化物濃度 (mg/L) ;SO4為硫酸鹽濃度 (mg/L) ;ALK為總堿度 (mg/L) 。

以上3項(xiàng)以等當(dāng)量的CaCO3 (mg/L) 表示。經(jīng)計(jì)算劉公島地熱流體為42.56, 大于10, 按照《地?zé)?a href="http://xldcn.com/t/資源.html" >資源地質(zhì)勘查規(guī)范》 (GB/T11615-2010) 判定為強(qiáng)腐蝕性水。

(2) 地?zé)崃黧w結(jié)垢評(píng)價(jià), 根據(jù)鍋垢總量計(jì)算公式:

式中:H0為鍋垢總量 (mg/L) ;S為水中懸浮物含量 (mg/L) ;C為膠體 (SiO2+Fe2O3+Al2O3) (mg/L) ;γFe2+, γAl3+, γMg2+, γCa2+分別為Fe2+, Al3+, Mg2+, Ca2+離子含量的每升毫克當(dāng)量 (毫摩爾) 數(shù)。

經(jīng)計(jì)算:H0=3 221.98 (mg/L) , >500 (mg/L) , 屬鍋垢很多的水。

5 地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀與開發(fā)前景

5.1 開發(fā)利用現(xiàn)狀

威海地區(qū)地?zé)崛驕囟容^高, 易開采, 開發(fā)利用較早 (可追溯至明、清年間) 而著稱。近年來, 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展, 探測技術(shù)的進(jìn)步, 人們對(duì)地?zé)?a href="http://xldcn.com/t/資源.html" >資源的認(rèn)識(shí)逐漸加深, 地?zé)崮?/a>作為一種可供利用的并有著巨大發(fā)展遠(yuǎn)景的新能源, 逐步引起人們的重視。威海市劉公島地區(qū)及附近地?zé)狳c(diǎn)現(xiàn)共有地?zé)衢_采企業(yè)21家, 年開采地?zé)?/a>40.18萬m3。主要用于洗浴、醫(yī)療、保健、養(yǎng)殖。寶泉湯依據(jù)優(yōu)越的地位優(yōu)勢, 開發(fā)利用程度較高。但劉公島地?zé)嵋蚋鞣N條件的限制開發(fā)起步晚, 目前尚處于勘查階段。

5.2 開發(fā)前景

地?zé)豳Y源是一種“綠色能源”, 在目前資源緊張, 人們環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)的情況下, 威海市地熱源因其易開采, 污染小, 做為一種替代能源具有很大的優(yōu)勢。據(jù)初步估算, 威海市劉公島地區(qū)地熱源可采量達(dá)9.23×1015J, 折合為標(biāo)準(zhǔn)煤31.49萬t, 如能充分合理開發(fā)利用, 將極大地帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

威海, 自古以來就是一個(gè)令人向往的地方。劉公島是威海的海上仙山, 風(fēng)光秀美, 地理位置優(yōu)越。有膠濟(jì)鐵路相連交通便利, 特別是威?！獮鹾?、威?！?a href="http://xldcn.com/t/青島.html" >青島, 同江—三亞高速公路的開通, 推動(dòng)了該地經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展。威海是中國第一個(gè)優(yōu)秀旅游城市群, 兩度獲得“國際迪拜改善居住環(huán)境最佳范例城市”稱號(hào), 是2003年度全球唯一獲得“聯(lián)合國人居獎(jiǎng)”的城市, 2006年, 被命名為“中國溫泉之鄉(xiāng)”。位于經(jīng)濟(jì)開發(fā)和旅游勝地的劉公島地區(qū)更是獨(dú)具特色, 這里地?zé)釡厝?/a>富含多種稀有元素和具理療作用的放射性元素等指標(biāo)在“中國溫泉之鄉(xiāng)”獨(dú)占鰲頭, 因此應(yīng)提高檔次, 集洗浴、理療、保健、娛樂于一體, 讓來威海旅游的客人在領(lǐng)略威海優(yōu)美的天然風(fēng)光、人文景觀后洗洗溫泉浴, 做做理療保健, 可以成為旅游的新亮點(diǎn)。同時(shí)應(yīng)加大熱水養(yǎng)殖的力度, 采用新方法, 新技術(shù), 提高養(yǎng)殖規(guī)模, 還應(yīng)進(jìn)行地?zé)嵩?a href="http://xldcn.com/t/農(nóng)業(yè).html" >農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面的研究, 充分利用地?zé)豳Y源。

6 結(jié)論

(1) 劉公島緊鄰?fù)Ｊ羞b感解譯Ⅰ類地?zé)岙惓^(qū), 是地?zé)豳x存的有利地帶和地?zé)岢傻V遠(yuǎn)景區(qū)。通過地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查, 并利用視電阻率聯(lián)合剖面、可控源音頻大地電磁 (CSAMT) 測深工作分析研究認(rèn)為, 在區(qū)內(nèi)斷裂切割深度大、破碎寬度大, 有一定匯水區(qū)的局部地溫異常區(qū), 具備形成地?zé)岬臈l件。根據(jù)以上方法確定的劉公島東村地?zé)峋?/a> (井深1587.2m, 水量400m3/d, 水溫40.0℃) , 進(jìn)一步說明了劉公島具有地?zé)?a href="http://xldcn.com/t/資源.html" >資源的形成條件。

(2) 劉公島地?zé)釡厝?/a>屬于鍶型低溫溫水型礦水, 適應(yīng)于洗浴、理療、保健, 可與劉公島旅游資源開發(fā)密切結(jié)合。

(3) 劉公島具有地?zé)豳Y源形成的條件, 建議進(jìn)一步投資進(jìn)行地?zé)豳Y源勘查, 以充分利用開發(fā)劉公島的地?zé)豳Y源。