雷深涵，郭 峰，華 騏，夏俊寶

(1．湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北 武漢 430034;2．湖北省興山縣國(guó)土資源局，湖北興山 443700)

1 概述

2012年，湖北省地質(zhì)環(huán)境總站對(duì)石門地?zé)崽镞M(jìn)行鉆探、物探，結(jié)合野外地?zé)岬刭|(zhì)測(cè)量，基本查明了石門地?zé)崽锏臒醿?chǔ)層、蓋層，建立了熱儲(chǔ)模型，在此基礎(chǔ)上，對(duì)地?zé)岬男纬蛇M(jìn)行了初步的探討和研究，并根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算出石門地?zé)崽锏膬?chǔ)量和可開采量。

石門地?zé)崽锏拈_發(fā)，將會(huì)提升鄂西生態(tài)文化旅游圈的旅游品位，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展亦會(huì)起到明顯的推動(dòng)作用。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2．1 地理概況

興山縣南陽(yáng)鎮(zhèn)石門地?zé)崽镂挥谙阆由嫌?、南?yáng)鎮(zhèn)北西約2．50 km，神(神農(nóng)架)—宜(宜昌)生態(tài)文化旅游公路旁、香溪河右岸。行政區(qū)劃屬宜昌市興山縣南陽(yáng)鎮(zhèn)石門村管轄，交通極為便利。

2．2 地形地貌

興山縣南陽(yáng)鎮(zhèn)地處大巴山及巫山余脈，地貌類型屬構(gòu)造侵蝕溶蝕中山區(qū)。區(qū)內(nèi)海拔高208～1 158 m，相對(duì)高差950 m。地勢(shì)總體上呈南東高北西低。由于河流強(qiáng)烈下切，香溪河流逕區(qū)兩岸大部分形成陡峭的峽谷地貌。

石門地?zé)釤崴衣饵c(diǎn)處于香溪河床較平坦部位，寬40～50 m，高程208 m，兩岸山高陡峻，山頂高程530．5～1 158 m，相對(duì)高差322～950 m。山體總體呈上陡下緩折線形，上部坡度50°～90°，下部坡度20°～50°。

2．3 地層巖性

勘查區(qū)及外圍出露的地層巖性主要為濱?！獪\海相碳酸鹽巖和碎屑巖，自下而上主要為寒武系下統(tǒng)天河板與石龍洞組、中統(tǒng)覃家廟組及上統(tǒng)婁山關(guān)組;以及奧陶系下統(tǒng)南津關(guān)—牯牛潭組、中統(tǒng)—上統(tǒng)廟坡組與寶塔組。而志留系下統(tǒng)龍馬溪—羅惹坪組和中統(tǒng)紗帽組僅在南陽(yáng)鎮(zhèn)及東面和勘查區(qū)東北面的王家壋向斜軸部出露［1，2］。第四系則沿河床及兩側(cè)山坡底部和凹地局部分布(見表1)。

2．4 地質(zhì)構(gòu)造

興山地處秦嶺大巴山區(qū)，為大巴山余脈與巫山余脈交匯處。石門地?zé)崽锾幱趽P(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)上揚(yáng)子臺(tái)坪、神農(nóng)架穹窿與黃陵穹窿之間由古生界寒武系與奧陶系碳酸鹽巖為主的分布區(qū)內(nèi)，南與秭歸向斜毗鄰。本區(qū)一帶的構(gòu)造線以NE方向?yàn)橹?，次為NW和NNW向，以及NEE—近EW向。受NE向的南陽(yáng)斷層和同為NE向的湘坪斷層影響，勘查區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜(見圖1)。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、地?zé)岬刭|(zhì)測(cè)量及地球物理勘探成果，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育13條斷裂，其特征見表2。

第四紀(jì)以來，以神農(nóng)架穹窿為中心呈大面積間歇性拱曲隆起，部份斷裂有繼承性活動(dòng)。近期的隆起中心移向香溪—宜昌間的西陵峽內(nèi)。地殼隆起、斷裂活動(dòng)和河流下切，造就了本區(qū)的構(gòu)造侵蝕地貌，常見“V”型峽谷、谷中谷或“V”型斷裂谷，以及侵蝕三角面等地貌形態(tài)。受新華斷裂和板廟斷裂活動(dòng)影響，近年時(shí)有地震發(fā)生。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖Fig.1 Sketch map of regional geology1．逆斷層;2．正斷層;3．?dāng)鄬泳幪?hào);4．溫泉出露點(diǎn)及溫度;5．水系及名稱。

3 地?zé)豳Y源地質(zhì)條件及成因分析

3．1 熱儲(chǔ)特征及其埋藏條件

南陽(yáng)地?zé)豳Y源的熱儲(chǔ)層分布在新華斷裂帶上，該斷裂走向 N20°E，傾 NW，傾角 50°～70°，北部則近于直立，長(zhǎng)度＞54 km，水平斷距達(dá)16～20 km，切割深度超過2 000 m。斷裂帶地層巖性以寒武系白云巖為主，斷裂破碎帶表層寬度100～200 m，巖石擠壓破碎，碎裂巖和片狀破碎巖發(fā)育，為地?zé)崃黧w的埋藏提供了良好的空間。

新華斷裂主干斷裂兩側(cè)平行發(fā)育了一系列次級(jí)羽狀斷裂，該斷裂早期為壓性兼反扭，后期具扭性兼張性特征，為地?zé)崃黧w的逕流提供了較好的通道。

寒武系中統(tǒng)覃家廟組白云巖為主要熱儲(chǔ)層，斷層為地?zé)崃黧w流通通道。

3．2 熱儲(chǔ)層

石門地?zé)崽锏臒醿?chǔ)層分布在勘查區(qū)及距勘查區(qū)15～50 km的新華斷裂帶上，該斷裂走向 N20°E，傾NW，傾角50°～70°，北部則近于直立，長(zhǎng)度 ＞54 km，水平斷距達(dá)16～20 km，切割深度超過2 000 m。熱儲(chǔ)地層以寒武系白云巖為主，分布在志留系和奧陶系下部。新華斷裂破碎帶表層寬度100～200 m，巖石擠壓破碎，碎裂巖和片狀破碎巖發(fā)育，為地?zé)崃黧w的儲(chǔ)藏提供了良好的空間。

3．3 熱儲(chǔ)蓋層

據(jù)本次地?zé)岬刭|(zhì)測(cè)量、物探和鉆探成果，初步分析南陽(yáng)地?zé)釣闃?gòu)造活動(dòng)形成，地?zé)崃黧w蓋層分為兩層，第一層為志留系下統(tǒng)羅惹坪組粉砂巖、頁(yè)巖，為局部蓋層，主要分布于勘查區(qū)NE側(cè)，距地?zé)岢雎饵c(diǎn)約2 km，其分布面積不大，對(duì)地?zé)崃黧w的保溫作用較小;第二層為寒武系中統(tǒng)覃家廟組炭質(zhì)頁(yè)巖，厚100余米，分布于整個(gè)勘查區(qū)，并延伸至新華斷裂帶，對(duì)地?zé)崃黧w起到了較好的保溫作用。

表1 地層巖性特征表Table 1 Feature table of formation lithology

表2 主要斷裂特征一覽表Table 2 Schedule of main fracture characteristics

3．4 導(dǎo)熱導(dǎo)水構(gòu)造

南陽(yáng)地?zé)豳Y源的地?zé)崃黧w分布、儲(chǔ)存和排泄，均受斷裂構(gòu)造的嚴(yán)格控制。

3．4．1 導(dǎo)熱阻水?dāng)嗔?/p>

區(qū)內(nèi)發(fā)育的F4斷裂(壓扭性斷裂)是區(qū)內(nèi)具代表性的主干斷裂，其切割較深，延伸較遠(yuǎn)，具一定規(guī)模，控制了寒武系覃家廟組、天河板組婁山關(guān)組的接觸邊界，破碎帶寬0．5～3．0 m，所形成的構(gòu)造巖(碎裂巖)膠結(jié)好，透水性差，起到一定隔水作用，在碳酸鹽巖中逕流的地下熱水，至斷裂帶附近流速減緩，或呈停滯狀態(tài)，其熱流又沿破碎帶或張性斷裂(或裂隙)向上進(jìn)一步傳導(dǎo)擴(kuò)散，F(xiàn)4斷裂是南陽(yáng)地?zé)崽锏目責(zé)針?gòu)造。

3．4．2 導(dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔?/p>

F3斷裂走向 N22°E，傾 NW，傾角 70°～80°，為張性斷裂，破碎帶寬幾米至幾十米，斷層帶由構(gòu)造角礫巖組成，斷層兩盤巖石揉皺、破劈理極發(fā)育，兩盤基巖為寒武系覃家廟組白云巖，此斷層所處大部分地段地層均為寒武系覃家廟組的巖層，含頁(yè)巖、石英砂巖較多。在泉點(diǎn)揭露附近見明顯階狀擦痕，裂隙面多見方解石結(jié)晶，局部有水蝕痕跡，由此可以推斷，此斷裂是地下水活動(dòng)的良好通道。

3．5 熱源

新華斷裂為深大斷裂，地下水沿新華斷裂運(yùn)移，經(jīng)深循環(huán)加熱后，在石門附近富集，形成地?zé)?見圖2)。

3．6 地?zé)崽锏男纬?/h3>

南陽(yáng)地?zé)岬男纬墒翘囟ǖ刭|(zhì)條件的產(chǎn)物:

新華斷裂延伸長(zhǎng)54 km以上，切深達(dá)2 000 m，切割了寒武、奧陶、志留系地層，斷裂在新華鄉(xiāng)以東呈多條分支，F(xiàn)3、F13就是分支中的兩支，F(xiàn)3斷層切割深度大、延伸遠(yuǎn)，為地下熱水的向上運(yùn)移提供了良好的通道;F13傾向不明，但根據(jù)物探資料推斷，為地?zé)徇\(yùn)移通道。

地?zé)崧额^區(qū)為寒武系白云巖，其上部為志留系—奧陶系地層，在地溫場(chǎng)區(qū)形成向斜，顯然有利于熱水資源的儲(chǔ)集。

在新華斷裂NW側(cè)大面積分布寒武系—奧陶系碳酸鹽巖，大氣降水通過該含水巖組入滲到地下深部，逐漸向地勢(shì)相對(duì)較低的SE部運(yùn)移，遇活動(dòng)性斷裂—新華斷裂的影響，地下水加熱成為地?zé)崃黧w，沿地層層面和地勢(shì)低洼處逕流;香溪河在為南陽(yáng)地?zé)崽镒畲蟮暮恿?，受香溪河的侵蝕切割，其河床即為當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面，并切割了寒武系白云巖，這為溫泉的露頭提供了非常有利的地形條件。

圖2 地?zé)崮Ｐ褪疽鈭DFig.2 Schematic diagram of geothermic model1．溫泉;2．地?zé)崃黧w流向;3．志留系羅惹坪組;4．志留系龍馬溪組;5．奧陶系臨湘組;6．奧陶系寶塔組;7．奧陶系南津關(guān)組;8．婁山關(guān)組;9．寒武系覃家廟組;10．寒武系天河板組;11．寒武系石龍洞組;12．?dāng)鄬蛹熬幪?hào);13．白云巖;14．灰?guī)r;15．頁(yè)巖;16．炭質(zhì)頁(yè)巖;17．巖層產(chǎn)狀;18．巖層界線。

4 地?zé)豳Y源儲(chǔ)量計(jì)算

4．1 邊界條件

根據(jù)取得的地質(zhì)資料分析:地?zé)崃黧w平面上分布于F3、F4、F13三條斷層控制所形成的一個(gè)封閉空間，地?zé)崃黧w溫度在鉆孔內(nèi)隨著深度的增加而增加的度數(shù)＜4℃，結(jié)合3個(gè)鉆孔巖芯分析，93．6～96．4 m 以下為炭質(zhì)頁(yè)巖，分布較寬廣，厚度 81．31 ～87．60 m，分布均勻，巖性透水性較差，為熱儲(chǔ)蓋層。

根據(jù)二氧化硅地?zé)釡貥?biāo)估算的熱儲(chǔ)溫度來計(jì)算該地?zé)崽餆醿?chǔ)埋深，南陽(yáng)地?zé)崽锏臒醿?chǔ)埋深約在2 357．27 m，此深度可視為地?zé)嵫h(huán)徑流深度最大可達(dá)2 357．27 m，該結(jié)果可視為地?zé)崃黧w的垂向分布深度。

4．2 熱儲(chǔ)溫度及可采量

根據(jù)二氧化硅溫標(biāo)和Na-K地?zé)釡貥?biāo)計(jì)算，南陽(yáng)地?zé)崽餆醿?chǔ)溫度為71～92．63℃。

采用二氧化硅溫標(biāo)計(jì)算，其計(jì)算公式為:

式中:C——地下熱水中可溶性SiO2含量，單位mg/L。

C=24．2 mg/L

因此本地?zé)崽餆醿?chǔ)溫度在71℃左右。從溫泉熱水流出溫度及鉆孔測(cè)溫都能基本反映該熱儲(chǔ)情況，71℃是合理的。

采用Na-K地?zé)釡貥?biāo)計(jì)算，其公式為:

式中:C4——水中鈉的濃度(mg/L);C2——水中鉀的濃度(mg/L)。

鑒于Na-K地?zé)釡貥?biāo)是基于鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石在一定溫度條件下達(dá)到平衡而建立的，即在具備鈉、鉀長(zhǎng)石平衡的天然水中，Na、K的含量比值是溫度的函數(shù)，這一比值不受以后溫度降低的影響到且不受降水稀釋或內(nèi)部濃縮的影響，因此采用此法較為合適。

4．3 熱儲(chǔ)埋深(循環(huán)逕流深度)的估算

根據(jù)前述該地?zé)崽锏責(zé)崽荻龋嗄昶骄髿鉁囟?、常溫帶深度及用二氧化硅地?zé)釡貥?biāo)估算的熱儲(chǔ)溫度，來估算該地?zé)崽餆醿?chǔ)埋深。

計(jì)算公式為下:

式中:Z——熱儲(chǔ)埋深(m);T——熱儲(chǔ)溫度(℃)，據(jù)前述92．63℃;G——地?zé)崽荻?℃ /100 m)，該地?zé)崽餆崴男纬墒堑叵滤钛h(huán)的結(jié)果，地?zé)崽荻劝?．3℃/100 m(正常梯度增溫)考慮;To——多年平均氣溫(℃)，據(jù)縣志取15．5℃;Zo——常溫帶平均深度(m)，20 m計(jì)。

通過計(jì)算，該地?zé)崽锏臒醿?chǔ)埋深約在2357．27 m，此深度可視為地?zé)嵫h(huán)徑流深度最大可達(dá)2 357．27 m，是深部熱流體上升途中與下滲冷水相混合，并與巖石中礦物達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)的最大深度。

4．4 地?zé)豳Y源量計(jì)算結(jié)果［3］

利用熱儲(chǔ)法計(jì)算的地?zé)豳Y源量為2．95×1011Kcal。利用體積法計(jì)算的地?zé)崃黧w儲(chǔ)量為3．48×105m3。

可開采量的計(jì)算根據(jù)單井抽水試驗(yàn)所獲得的資料，用干擾井群穩(wěn)定流承壓完整井群涌水量公式進(jìn)行計(jì)算。

按照以下公式計(jì)算(《水文地質(zhì)手冊(cè)》):

可開采量的計(jì)算采用干擾井群計(jì)算及回收率法，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 可開采量計(jì)算成果一覽表Table 3 Schedule of calculation result of expleitable yield

由表3可知，用干擾井群計(jì)算時(shí)，地?zé)崃黧w為1 953 m3/d，所獲得的熱量為 4．98 ×107Kcal/d，折合煤量28．95 t/d，折合發(fā)電量為0．241 241×104kW·h;

采用回收率法、采用0．20采收率，低溫地?zé)崽锓?wù)年限為100年，每天所獲得的熱量為為3．3×107Kcal/d，折合煤量21．57 t/d，折合發(fā)電量為0．195 88 ×104kW·h。

可以看出，二者計(jì)算結(jié)果比較相差較大。

因?yàn)楦蓴_井群計(jì)算法是根據(jù)試驗(yàn)成果計(jì)算得出，而回收率法是推斷而來，相對(duì)而言，干擾井群的成果更為可靠，因此，石門地?zé)崽锏目砷_采量采用干擾井群計(jì)算得到的結(jié)果，即 4．98 ×107Kcal/d［5］。

地?zé)崽锏囊?guī)模:根據(jù)《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法》，地?zé)崽飫澐譃榇?、中、小三種類型。其劃分方法是將有效利用資源量折算成發(fā)電量，然后按發(fā)電量大小劃分(表4)。

南陽(yáng)地?zé)崃黧w溫度為41℃，有效利用資源量折算成發(fā)電量為0．241 241×104kW·h;(最大值)，根據(jù)表4的判別標(biāo)準(zhǔn)，該地?zé)崽飳傩⌒偷責(zé)崽铩?/p>

為保護(hù)地?zé)豳Y源以及有效的開發(fā)利用地?zé)豳Y源，在勘查深度范圍內(nèi)不宜增設(shè)新的地?zé)衢_采井。為保證地?zé)峋挠行Ю?，?yīng)定期對(duì)地?zé)峋M(jìn)行監(jiān)測(cè)及淘洗井工作。

表4 地?zé)崽镆?guī)模劃分Table 4 Scale division of geothermal field

4．5 地?zé)豳Y源開采對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響分析

根據(jù)本次勘察認(rèn)為石門地?zé)崽餆醿?chǔ)蓋層主要為寒武系中統(tǒng)覃家廟組中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)頁(yè)巖，厚100余米，開發(fā)利用地?zé)豳Y源不會(huì)對(duì)地下水及地表水造成影響，也不會(huì)造成地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害;但在運(yùn)用過程中所產(chǎn)生的污水則有可能對(duì)香溪河下游的水環(huán)境造成一定影響，在開發(fā)利用中應(yīng)建立污水處理系統(tǒng)。盡量減少對(duì)環(huán)境的影響。

5 結(jié)論

石門地?zé)崽锏男纬膳c新華斷裂和斷層構(gòu)造關(guān)系密切，地?zé)崽镂挥谛氯A斷裂東南端。新華斷裂及其次生斷裂是石門地?zé)崽锏膶?dǎo)熱、導(dǎo)水構(gòu)造。

石門地?zé)崽锏責(zé)崃黧w溫度為41℃，屬低溫地?zé)豳Y源。地?zé)崃黧w水化學(xué)類型為弱堿性氯化鈉型水或Cl、HCO3－Na、Ca型中低溫礦化水，地?zé)崃黧w中含有多種微量元素及組份，如氟、硅、鋰、鍶、偏硅酸等。地?zé)崃黧w中氟含量達(dá)到了醫(yī)療礦水濃度，醫(yī)療、洗浴、溫室、養(yǎng)殖、土壤加溫等。

石門地?zé)崽锟砷_采量為1 953 m3/d;所獲得的熱量為4．98 ×107Kcal/d，折合煤量 28．95 t/d，折合發(fā)電量為0．24 ×104kW·h;資源量為 2．95 ×1011Kcal，地?zé)崃黧w儲(chǔ)量為3．48×105m3;石門地?zé)崽餅樾⌒偷責(zé)崽?。根?jù)水樣分析成果評(píng)價(jià)，石門地?zé)崽锏責(zé)崃黧w可作為理療熱礦水，可用于取暖。

致謝:本次論文撰寫中得到了湖北省地礦局程伯禹、遲景硯及湖北省地質(zhì)環(huán)境總站戴朝銘、陳海洋、桂承新、田正國(guó)、楚德亮等專家的指導(dǎo)，在此一并致謝。

［1］ 林堅(jiān)．湖北省興山縣南陽(yáng)鎮(zhèn)地?zé)崽锏責(zé)豳Y源地質(zhì)踏勘報(bào)告［R］．武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，2010．

［2］ 雷深涵，林堅(jiān)，郭峰．湖北省興山縣南陽(yáng)鎮(zhèn)地?zé)崽锏責(zé)豳Y源勘查設(shè)計(jì)［R］．武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總結(jié)，2010．

［3］ 劉正峰．水文地質(zhì)手冊(cè)［M］．北京:地質(zhì)出版社，1978．

［4］ GB/T 11615－2010，地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范［S］．

［5］ 雷深涵，等．湖北省興山縣南陽(yáng)鎮(zhèn)石門地?zé)崽锏責(zé)豳Y源預(yù)可行性勘查報(bào)告［R］．武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，2012．