劉聲凱，景營利

(湖南省地勘局四一六隊，湖南株洲412003)

湖南省宜章縣用口在地熱構(gòu)造上位于茶陵～臨武區(qū)域性深大控熱斷裂的南東影響帶，處于湖南省低溫地熱資源區(qū)。區(qū)內(nèi)出露天然溫泉5處，夏季流量2.15～15.80 L/s，泉點總流量2572.13m3/d，夏季水溫38～45℃;冬季流量1.42～11.80 L/s，冬季水溫36～41℃，泉點總流量為1787.18m3/d。區(qū)內(nèi)溫泉具無色透明、輕微的硫化氫氣味，溫熱水中偏硅酸含量為45.83～47.81 mg/L，遠超礦水濃度，水溫達到有醫(yī)療價值的溫度，可以作為理療洗浴、采暖等方面開發(fā)利用。

1 地熱地質(zhì)概況

研究區(qū)位于湖南省郴州市宜章縣五嶺鄉(xiāng)用口村的用口、吊鐘嶺、藍家一帶，區(qū)域上位于南嶺東西復雜構(gòu)造帶中段、坪石構(gòu)造盆地北緣、騎田嶺巖體和諸廣山巖體的夾持地帶(見圖1)。在地熱構(gòu)造上位于湖南省茶陵～臨武區(qū)域性深大控熱斷裂的南東影響帶，處于湖南省低溫地熱資源(溫水—溫熱水)區(qū)。

區(qū)域上出露地層有上古生界泥盆系、石炭系，中生界白堊系，其中泥盆系、石炭系以碳酸鹽為主，局部為碎屑巖;白堊系以紫紅色塊狀至厚層狀砂礫巖，含礫砂巖為主。

區(qū)內(nèi)主要發(fā)育北北東～北東向構(gòu)造和近南北向構(gòu)造。主要有良田折嶺向斜、楓木井倒轉(zhuǎn)背斜等褶皺。斷裂以壓扭性為主，主要有沙坪～瑤溪灣壓扭性斷裂(F1)小溪～祖栗沖壓扭性斷裂(F2)、用口張扭性斷裂(F4)、觀音巖～平和壓扭性斷裂(F4)，詳見構(gòu)造略圖(圖1)。

區(qū)域上巖漿活動具有多期多次特征，用口北西約6.5 km有印支期(γ5

1)騎田嶺巖體出露，出露面積約530 km2。用口南東約18.0 km有燕山期()諸廣山巖體出露，出露面積近2000 km2。研究區(qū)內(nèi)雖無巖漿巖出露，但位于諸廣山巖體和騎田嶺巖體的夾持地帶，深部可能有隱伏巖體存在。

圖1 宜章縣用口地區(qū)構(gòu)造略圖

2 地熱流體特征

2.1 地下熱水空間分布特征

2.1.1 地下熱水在平面上的特征

區(qū)內(nèi)5處溫泉出露均于章水河河谷附近。區(qū)內(nèi)溫泉具有南西側(cè)溫泉水溫較高、北東側(cè)溫泉水溫較低的特點(見圖2)。用口一帶的溫泉水溫為41～45℃，北東側(cè)上籃家溫泉水溫為36～38℃，分析認為上籃家靠近地下水的補給源，離熱源相對較遠，而用口靠近熱源，距離熱源相對近些。地下水總體流向是由北東至南西，熱能方向是由南向北～北西擴散，使得處于地下水上游、熱能下游的上籃家一帶的溫泉水溫較低，處于地下水下游、熱能上游的用口一帶的溫泉水溫較高。

2.1.2 地下熱水在垂直方向的特征

據(jù)2012年12月26日對布置于吊鐘嶺的ZK2鉆孔測溫資料:ZK2最高溫度位于孔深170m(+28.62m)處，水溫為40.1℃，孔深170m處為地下熱水的含水底板。ZK2在孔深170m以內(nèi)水溫隨孔深而升高(見圖3)，孔深170～275m段水溫緩慢降低，孔深275～320段水溫又逐漸升高。該鉆孔在80m內(nèi)的地溫梯度為20.93℃/100m;熱儲段孔深80～170m段地溫梯度為5.78℃/100m;孔深170～275m段的地溫梯為負數(shù);孔深275～320m段地溫梯度趨于正常值，為1.78℃/100m。

圖3 ZK2鉆孔測溫曲線圖

2.2 地熱流體水化學特征

2.2.1 地熱流體水化學組分特征分析

用口地區(qū)地下熱水為溫熱水，具無色透明、輕微的硫化氫氣味。據(jù)用口村的L035號溫泉及吊鐘嶺的ZK2號鉆孔樣品分析:PH值6.62～6.66，呈中性;礦化度492.23～516.27 mg/L，總硬度407.82～437.49 mg/L，屬低礦化硬水;水化學類型為HCO3·SO4－Ca。F－含量為 0.04 mg/L，鋰含量 0.00144～0.00147 mg/L，鍶含量為0.743～0.7791 mg/L，偏硅酸含量45.83～47.81 mg/L，還含有其它微量元素及放射性元素(表1)。陽離子中以Ca2+為主，占摩爾總數(shù)的81.87%～85.59%;其次為Mg2+，占摩爾總數(shù)的12.09%～15.94%;Na+占總摩爾數(shù)的1.16～1.25%;K+占總摩爾數(shù)的1.02～1.06%。陰離子以HCO3－和為主占摩爾總數(shù)的50.36%～51.79%;占摩爾總數(shù)的46.30%～46.92%;Cl－占總摩爾數(shù)的1.79～2.15%總摩爾數(shù)的0.09～0.55%;F－總摩爾數(shù)的0.02～0.14%。

總體而言，區(qū)內(nèi)地下熱水中 K+、Na+、Ca2+、離子較普通地下水的含量要高;地下熱水較普通地下水及地表水的PH值相對偏低;地下熱水的礦化度及總硬度大幅高于普通地下水及地表水。

根據(jù)GB11615－2010附錄E《理療熱礦水水質(zhì)標準》進行理療熱礦水評價，區(qū)內(nèi)地下熱水偏硅酸含量高達45.83～47.81 mg/L，遠超礦水濃度，水溫達到有醫(yī)療價值的濃度，可以作為理療洗浴、采暖等方面開發(fā)利用。

表1 地下熱水水化學特征統(tǒng)計表

2.2.2 氫氧同位素特征及分析

一般情況下，地下熱水與圍巖接觸發(fā)生氧同位素交換而使水的δ18O值增高，δ18O值的增高主要取決于圍巖中碳酸鹽礦物的含量，碳酸鹽礦物的含量高，地下水中的δ18O值就高。

穩(wěn)定同位素氘(D)與氧(18O)在地下水的循環(huán)歷程中，由于同位素的分餾作用，使輕重同位素發(fā)生分異，利用地下水重同位素與輕同位素含量的比值與標準平均海水(SMOW)的比值相比較，分別求出δD與δ18O的千分偏差值，根據(jù)δD和δ18O值，了解地下水的起源。

對ZK2、L035(長城溫泉)地下熱水進行了取樣分析，δD含量為－34.7～ －36.9‰，δ18O含量為－5.64～ －5.67‰(見表2)。

我國南方季風影響區(qū)域的降水線方程為:δD=7.83δ18O+8.16，本次勘查所取水樣分析結(jié)果接近該方程的線性關(guān)系(見表2)，故其主要補給來源為大氣降水。

表2 δD、δ18O含量統(tǒng)計表

2.2.2 熱儲溫度及地下熱水循環(huán)深度分析

(1)熱儲溫度估算

圖2 用口溫泉分布圖

經(jīng)過計算分析區(qū)內(nèi)地下熱水中相對K+、Na+而言Mg2+較高，反映了水—巖反應(yīng)的平衡溫度不高，地下熱水有發(fā)生混合作用的可能，原則上用陽離子地熱溫標估算的這些未成熟水樣點平衡溫度不合理，適合用二氧化硅地熱溫標來估算熱儲溫度，其計算公式:

式中，t為熱儲溫度，單位為攝氏度(℃);C為熱水中溶解的H4SiO4形式的SiO2(35.25－36.78 mg/L)含量;根據(jù)本次所采的ZK2、L035(長城溫泉)水樣分析結(jié)果，代入上式計算的熱儲溫度為86.18～88.01℃，平均為87.10℃，屬熱水。

(2)地下水循環(huán)深度估算

地表以下隨著深度的專家，地溫將逐漸增加，如果一個地區(qū)的地溫梯度已知，即可算出地下水的循環(huán)深度。熱水循環(huán)深度按基礎(chǔ)熱儲溫度及地溫梯度公式估算，其計算公式:

式中，T為基礎(chǔ)熱儲溫度(87.10℃)，t為恒溫層溫度(取區(qū)內(nèi)平均氣溫18.3℃)，H為熱水循環(huán)深度(m)，h為恒溫層距地面厚度，本區(qū)約50m，gγ為熱儲地溫梯度5.78℃/100m。經(jīng)計算，用口地區(qū)熱水循環(huán)深度約為1 240m。

3 地熱流體成因淺析

地下熱水的形成須具備熱源、水源、導熱導水通道、儲熱儲水空間及對熱的保護(蓋層)等條件。

3.1 熱能的來源分析

研究區(qū)內(nèi)雖無巖漿巖出露，但位于諸廣山巖體和騎田嶺巖體的夾持地帶，深部可能有隱伏巖體存在。

據(jù)1:20萬桂陽幅《區(qū)域水文地質(zhì)普查報告》資料，用口溫泉北西約6.5 km有騎田嶺巖體出露，該巖體呈巖基產(chǎn)出，為印支期(γ5

1)侵入巖，出露面積約530 km2，巖性主要為細粒至粗粒黑云母花崗巖、黑云母二長花崗巖。用口溫泉至騎田嶺巖體之間有沙坪～瑤溪灣壓扭性斷裂(F1)、小溪～祖栗沖壓扭性斷裂(F2)等區(qū)域壓扭性斷裂發(fā)育，據(jù)區(qū)域資料上述斷層在用口西部一帶不富水、具有一定的隔水作用;呈條帶狀的石炭系下統(tǒng)巖關(guān)組上段(C1y2)及石炭系下統(tǒng)大塘組統(tǒng)測水段(C1d2)的砂頁巖等隔水層出露于該帶之間，加之該巖體形成時代較老，據(jù)此分析認為本區(qū)地熱田熱源是騎田嶺巖體巖漿余熱的可能性較小。

據(jù)1:20萬郴縣幅《區(qū)域水文地質(zhì)普查報告》資料，諸廣山巖體在用口溫泉南東約18 km處呈楔狀出露，該巖體呈巖基產(chǎn)出，為燕山期(γ5

2)侵入巖，區(qū)域出露面積近2000 km2，巖性主要為細粒至粗粒黑云母花崗巖。該巖體形成后，構(gòu)造運動依然很活躍，在巖體內(nèi)和接觸帶附近有細粒花崗巖巖脈、正長巖巖脈、二長巖巖脈和偉晶巖巖脈沿斷裂侵入。巖漿巖脈在侵入過程中對周圍巖石產(chǎn)生巨大的熱能并長期儲存起來，諸廣山巖體附近溫泉出露較多，其中尤以湖南省汝城縣熱水圩為著，水溫高達88～98℃，水量達36.6 L/s(3 136m3/d)。用口地區(qū)地下熱水中鋰含量0.體形成，構(gòu)～0.00147 mg/L，偏硅酸含量45.83～47.81 mg/L，表明其成因與花崗巖有密切關(guān)系。用口張扭性斷裂(F3)可能在深部溝通了諸廣山巖體或其巖脈的余熱，分析認為本區(qū)熱能來源主要是諸廣山巖體巖漿余熱。

3.2 導熱條件分析

地下熱水區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，用口斷裂(F3)是地熱田的導熱、控熱、導水構(gòu)造，其產(chǎn)狀為160°∠37°～63°，深部傾角可能較小，使得其在延伸方向上更加接近諸廣山巖體，為熱能傳遞提供了良好的通道。用口斷裂及其次級斷層破壞了巖石的完整性，在斷層帶及附近產(chǎn)生大量的裂隙，利于地下水的侵蝕和溶蝕，使其空間逐步擴大。因此，用口斷裂(F3)及其上盤的次一級斷裂、張性、張扭性裂隙系統(tǒng)，在深部起著導熱作用，在淺部起導熱、導水和儲存熱能及熱水資源的作用。

3.3 儲熱儲水條件分析

測區(qū)地處楓木井倒轉(zhuǎn)背斜南西近傾伏端。楓木井倒轉(zhuǎn)背斜軸向北東，核部地層以泥盆系棋子橋組、佘田橋組白云巖、灰?guī)r為主，兩翼為錫礦山組的灰?guī)r、砂頁巖及巖關(guān)組灰?guī)r、砂頁巖組成。區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖分布區(qū)巖溶極為發(fā)育，洼地、溶洞、漏斗多見，用口至平和一帶碳酸鹽巖分布面積約60.0 km2，發(fā)育地下河11條，發(fā)育345個巖溶洼地，巖溶洼地總面積約4.488 km2，面巖溶率約為7.5%。溶洞、巖溶管道及裂隙系統(tǒng)為地下水和熱能的儲存提供了有利的空間。

3.4 隔熱條件分析

泥盆系上統(tǒng)錫礦山組上段(D3x2)由黃灰色薄層粉砂質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖、粉砂巖、鈣質(zhì)砂巖含鐵石英砂巖及粉砂質(zhì)白云巖、灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、碳質(zhì)灰?guī)r組成。其透水性與含水性較差、完整性較好，構(gòu)成有利的相對保溫層。

綜合上述，用口斷裂(F3)溝通了深部巖漿余熱，深部熱能沿F3斷層帶上升到一定部位后，又沿其它裂隙或次級斷層上升，在上升過程中遇到富含巖溶水的富水段后，巖溶水吸收熱能使地下水水溫增高，錫礦山組上段砂頁巖起到相對保溫作用，不使熱能及時散發(fā)而形成溫熱水。

4 結(jié)語

(1)用口地熱田為一受斷裂控制的帶狀熱儲，用口斷裂(F3)是地熱田熱源及地下熱水的主要控制構(gòu)造，其次一級斷裂和張性、張扭性裂隙系統(tǒng)，起著導熱、導水和儲熱、儲水的作用;泥盆系錫礦山組上段(D3x2)砂頁巖具有相對的阻水和隔熱保溫作用是區(qū)內(nèi)的熱儲蓋層;初步分析認為熱能來源主要是諸廣山巖體的巖漿余熱。

(2)用口地熱田共有天然溫泉5處出露，夏季流量2.15～15.80 L/s，泉點總流量2572.13m3/d，夏季水溫38～45℃;冬季流量1.42～11.80 L/s，冬季水溫36～41℃，泉點總流量為1787.18m3/d。用口地熱田溫泉具無色透明、輕微的硫化氫氣味。溫泉中陽離子以Ca2+為主、陰離子以和為主;PH值6.62～6.66，呈中性;礦化度492.23～516.27 mg/L，總硬度407.82～437.49 mg/L，屬低礦化硬水，水化學類型為HCO3·SO4－Ca。溫泉含 Li、Sr、Zn、Cu、As、F 等微量元素，溫熱水中偏硅酸含量為45.83～47.81 mg/L，遠超礦水濃度，水溫達到有醫(yī)療價值的溫度，可以作為理療洗浴、采暖等方面開發(fā)利用。

[1]徐世光，郭遠生.地熱學基礎(chǔ)[M].北京:科學出版社，2009.

[2]盧予北，郭友琴，吳燁，田東升，等.鄭州地熱資源勘查技術(shù)研究[M].黃河水利出版社，2007.

[3]陳貴玖，劉聲凱.湖南省宜章縣用口地區(qū)地下熱水資源預可行性勘查報告[R].郴州:湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局408隊，2013.

[4]吳劍，彭苛，何永德，等.鄧家塘－楊梅山地區(qū)水文地質(zhì)報告[R].株洲:湖南省地質(zhì)工程勘察院，2003.