張彥普

(重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局南江水文地質(zhì)隊工程地質(zhì)隊，重慶 401121)

重慶市東溫泉位于重慶市巴南區(qū)東泉鎮(zhèn)，該鎮(zhèn)是全國第十、西部第一、重慶唯一的“中國溫泉之鄉(xiāng)”、中國第一鮮花溫泉小鎮(zhèn)，是中國十大溫泉之鄉(xiāng)核心區(qū)、重慶市市級風(fēng)景名勝區(qū)，距重慶市主城區(qū)約68 km。東溫泉資源十分豐富且久負盛名，溫泉總儲量45億 m3，日可開采量5萬 m3，為重慶市四大名泉之一，名揚海內(nèi)外，堪稱亞洲一絕、國之瑰寶，其中熱洞溫泉已被中國工程院院士盧耀如在2011年美國世界洞穴大會上成功申報為世界遺產(chǎn)。

東溫泉目前已查明的天然溫泉11處(出露點數(shù)大于10個，多以泉群的形式出現(xiàn))，人工鉆井溫泉6處(圖1)，溫泉總儲量45億 m3，日可開采量5萬 m3，水中富含氡、氟、鍶、鋅、鋰等人體必需的多種元素，是十分珍貴的理療型礦泉水。東溫泉地熱水資源作為重慶市休閑旅游的重要組成部分，現(xiàn)已成為一處大型的集現(xiàn)代溫泉療養(yǎng)、休閑、娛樂及酒店為一體的綜合場所。

圖1 東溫泉地熱地質(zhì)平面圖

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東溫泉地區(qū)處渝東平行嶺谷—低山丘陵區(qū)，為“低位”巖溶槽谷地貌，五布河由東向西橫穿槽谷而過，地勢呈南北高、中間低的巖溶槽谷河谷地形，東泉東、西、北三面環(huán)山，由抗風(fēng)化能力強的須家河組砂巖構(gòu)成脊狀低山，最高點老鴉堡(671.5 m)，最低點為五布河河谷出口(215.0 m)，一般標高350～500 m。中、南部為嘉陵江組石灰?guī)r溶蝕而成的巖溶槽谷，谷中溶丘、懸崖峭壁、溶洞、落水洞、漏斗、暗河、巖溶泉、溫泉等巖溶地貌景觀發(fā)育，地形標高215～350 m。

區(qū)域構(gòu)造為揚子準地臺四川凹陷，按地質(zhì)力學(xué)觀點，為新華夏系的次級沉降帶；就構(gòu)造形態(tài)的組合特征，為川東南弧形構(gòu)造帶[1]。東溫泉(包括天然溫泉及人工鉆井溫泉)地處桃子蕩背斜，該背斜位于長江南岸，為長條線形斜歪背斜，西陡東緩、西翼巖層傾角60°～70°，東翼巖層傾角20°～30°，其軸線呈略向西彎突的弧形展布，其東為蓮花寺向斜、豐盛場背斜，西為洛磧——太和向斜、明月峽背斜構(gòu)成隔檔式構(gòu)造(圖2)。桃子蕩背斜于東泉以北東20°～25°方向傾沒，與豐盛場背斜呈斜鞍相接，向南軸部逐漸抬起，至接龍場附近被一條壓扭性斷層錯斷，軸向漸變?yōu)楸蔽?0°～25°，延伸至萬盛溫塘，跨過綦江河，出境進入貴州境內(nèi)。

區(qū)內(nèi)主要出露三疊系、侏羅系地層，前者出露于背斜核部及兩翼，后者則主要分布于向斜的兩翼。三疊系是一套以灰?guī)r、白云巖、砂巖等為主的碳酸鹽巖和碎屑巖，為碳酸鹽巖巖溶水及碎屑巖裂隙層間水單元，為東溫泉的補徑排創(chuàng)造了良好的條件；侏羅系是一套以泥質(zhì)砂巖為主的紅色碎屑巖層，構(gòu)成背斜兩翼紅層風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水單元。

圖2 東溫泉構(gòu)造綱要圖

2 地熱顯示與水文地球化學(xué)特征

2.1 地熱顯示

2.1.1 天然溫泉

區(qū)內(nèi)天然溫泉出露眾多，分布在五布河兩側(cè)，共有數(shù)十處(八一鉆井處一溫泉已被疏干)，多以泉群形式出露，出露層位為嘉陵江組四段(T1j4)、三段(T1j3)及雷口坡組(T2l)，出露標高216～275 m，流量大小不等，水溫27℃～45℃，水質(zhì)類型均為SO4-Ca型(表1)。

表1 東溫泉天然溫泉統(tǒng)計表[2]

2.1.2 人工鉆井溫泉

區(qū)內(nèi)人工揭露的溫泉均為就熱打熱的淺鉆井，到目前為止已施工7個，五布河北側(cè)分布4個，由東向西分別為天之泉鉆井、八一鉆井、成德鉆井、熱洞鉆井、；五步河南側(cè)分布2個，為白沙寺鉆井和東溫泉山莊鉆井。各鉆井溫泉所屬構(gòu)造為桃子蕩背斜，背斜東翼鉆井個數(shù)5個，西翼2個；終孔層位均為嘉陵江組，流量200.00～6 287.16 m3/d，水溫37℃～53℃，水質(zhì)類型為SO4-Ca型(表2)。

表2 東溫泉人工鉆井溫泉統(tǒng)計表[2]

2.2 水文地球化學(xué)特征

據(jù)多年水質(zhì)分析報告，東溫泉各天然溫泉與鉆井溫泉水化學(xué)類型和各主要離子組分含量基本相近，與冷泉組分差別不大(表3)，屬SO4-Ca型水，熱水中氟(F)、鍶(Sr)、偏硅酸(H2SiO3)、偏硼酸(HBO2)、鐳(Re)已達到我國《地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/11615-2010)附錄F中的醫(yī)療熱礦水水質(zhì)命名濃度標準，為含偏硼酸的氟、鍶、鐳、偏硅酸醫(yī)療低溫溫熱礦水。

表3 東溫泉地區(qū)地下水水化學(xué)特征表

3 熱儲結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)熱流體賦存的形式和巖層不同的空間位置關(guān)系，可將研究區(qū)熱儲結(jié)構(gòu)分為層狀熱儲和帶狀熱儲兩類，東溫泉熱儲屬層狀熱儲，指熱流體賦存于一定層位，呈層狀流出，即由熱儲層位、熱儲蓋層、熱儲下部隔水巖層三部分組成。

3.1 熱儲層

三疊系下統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r、白云巖及鹽溶角礫狀灰?guī)r地層，落水洞、地下暗河、溶洞等巖溶發(fā)育，構(gòu)造裂隙發(fā)育，連通性好，地下水循環(huán)交替強烈，富水性強。其中嘉陵江組第二段為主要熱儲層，嘉陵江組第一、三、四段及雷口坡組為次要熱儲層。

3.1.1 主要熱儲層

T1j2：底部有幾米厚的頁巖層，其上為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾石灰?guī)r及二、三層鹽溶角礫狀灰?guī)r(深部為石膏層)，厚80 m左右。

3.1.2 次要熱儲層

T1j1：灰色薄層狀石灰?guī)r夾少許頁巖，頂部常有一層白云質(zhì)灰?guī)r，厚220 m左右。T1j3：灰色中厚層狀石灰?guī)r間夾薄層白云質(zhì)石灰?guī)r，局部含有燧石結(jié)核，厚150 m左右。T1j4：灰褐色石灰?guī)r夾白云巖及鹽溶角礫狀灰?guī)r(深部為石膏層)，厚150 m左右。T2l：灰色白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾鹽溶角礫狀灰?guī)r(深部為石膏層)，底部為水云母粘土巖(稱綠豆巖)。厚20 m左右。

3.2 熱儲蓋層及下部隔水層

熱儲蓋層為熱儲層上部隔水隔熱保溫層，其作用是防止熱儲層中熱能的散失。隔水保溫蓋層主要為泥質(zhì)巖類，由第一蓋層上三疊統(tǒng)須家河組(T3xj)碎屑巖層(厚375～425 m)及第二蓋層侏羅系(J)紅色砂、泥巖地層(厚>1 000 m)共同組成。特別是須家河組(T3xj)底部的不透水不含水的致密頁巖以及煤系地層，鋪蓋于T1j+T2l熱儲層之上，有效地阻止了熱儲層中熱能的散失。此外，蓋層熱導(dǎo)率為0.8～2.1 W/(m·K)，明顯小于下伏熱儲層碳酸鹽巖的熱導(dǎo)率[1.7～5.0 W/(m·K)]，起到較好的保溫作用，使熱儲層能保持較高的地溫梯度和溫度異常。

熱儲下部隔水層主要由下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)碎屑巖夾碳酸鹽巖地層組成，厚度大于500 m。其泥頁巖層孔隙度低、滲透率小、熱導(dǎo)率低、基本不具備越流條件，可有效控制地熱水向深部運移，形成隔水底板。

4 熱水動態(tài)變化特征

東溫泉各地熱水鉆井自成功完鉆以來進行了多次水量、水溫、水壓和水質(zhì)等特征的監(jiān)測，如各地熱水鉆井的詳查評價報告中對地熱水鉆井經(jīng)歷了一個完整水文年的動態(tài)觀測[3-5]；2010年，重慶南江地質(zhì)隊對桃子蕩背斜各地熱水鉆井的熱水資源儲量進行了核查[]6；2013-2015年，由中國地質(zhì)調(diào)查局組織、重慶南江地質(zhì)隊實施的2013年地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價專項“全國地熱資源現(xiàn)狀調(diào)查評價”——重慶市地熱資源現(xiàn)狀調(diào)查評價與區(qū)劃項目對東溫泉各地熱水鉆井的水量、水溫、水壓和水質(zhì)等[7]進行了檢測。以上不同時期不同階段對東溫泉各地熱水鉆井的檢測結(jié)果表明，各地熱鉆井除水質(zhì)基本不變外，水溫、流量、水壓均有一定程度的變化，其中水壓變化較大。

5 東溫泉成因模式淺析

5.1 熱源

《中低溫對流型地熱系統(tǒng)》[8]一書中指出，溫泉熱源有以下幾種：

(1)放射性熱源。如果東溫泉熱源為其周圍放射性元素衰變熱的話，那么該溫泉應(yīng)當分布在鈾等放射性元素相對富集區(qū)，然而事實并非如此。

(2)地下溫度的驟變，或巖漿殘余熱，這種情況發(fā)生在巖漿活動地區(qū)。據(jù)四川盆地基底構(gòu)造圖[9]顯示，重慶地區(qū)基底為弱——無磁性的元古界變質(zhì)巖系，基底古老，沉積蓋層厚，晚近期無巖漿活動。因此巖漿活動熱不可能成為該區(qū)地熱水的熱源。研究區(qū)無花崗巖等巖漿巖出露，因此該溫泉的熱源非巖漿殘余熱。

(3)斷層活動熱。研究區(qū)無大的活動斷層，因此該種熱源被排除。

通過上述分析，認為東溫泉的形成是由大氣降水沿巖溶槽谷裂隙下滲至熱儲層，在區(qū)域地溫梯度下吸收地球內(nèi)部熱量形成熱水。簡言之，該溫泉的熱源來自正常的地熱增溫。

當深部熱量傳導(dǎo)至距離地面2～5 km深度時，可對深部循環(huán)的地下水加溫，形成地熱水資源。重慶市主城區(qū)地熱類型屬傳導(dǎo)型地熱。據(jù)重慶東溫泉各地熱水鉆井的地溫統(tǒng)計資料[10]，重慶東溫泉地熱增溫率為8.0℃/100m；據(jù)各地熱水鉆井的水質(zhì)檢測報告，按K-Mg溫標計算，熱儲下部溫度為60℃～104℃。

5.2 熱水的補給、徑流與排泄

大氣降水是重慶東溫泉地熱水的主要補給源。通過測定地熱水中的δD和δ18O可以確定區(qū)內(nèi)地熱水的成因類型和補給來源[11-14]。上世紀90年代初、2008年及2014年重慶南江水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊對桃子蕩背斜的地熱井進行了系統(tǒng)的取樣檢測[7,15]。結(jié)果顯示，這些地熱井水的δD和δ18O值與重慶地區(qū)雨水很接近(表4、圖3)，表明區(qū)內(nèi)地熱水以大氣降水為主要補給源。李慶華等人[16]對近50 a來重慶市降水量變化趨勢的分析表明，重慶市降水量在大時間尺度上(大于20 a)的變化趨勢不明顯，在區(qū)域和時間上的穩(wěn)定性強，屬于我國穩(wěn)定的降雨區(qū)域?？梢姡貞c地區(qū)穩(wěn)定的降水為東溫泉地熱提供了豐沛的水源保障。桃子蕩構(gòu)造帶中雷口坡組(T2l)、嘉陵江組(T1j)出露長度在蒲河以北市域內(nèi)達60 km以上，匯水補給面積達數(shù)百 km2以上，故地熱水的補給水源極為充沛。

表4 重慶東溫泉地熱水鉆井和重慶雨水氫氧穩(wěn)定同位素值

圖3 桃子蕩背斜地熱水氫氧同位素與重慶市雨水線[17]

根據(jù)水文地質(zhì)條件分析，桃子蕩背斜核部的三疊系嘉陵江組碳酸鹽巖地層出露區(qū)為溫泉的水源地，該地層以灰?guī)r、白云巖為主，形成“高位”巖溶槽谷，落水洞、洼地等巖溶形態(tài)發(fā)育，其深部巖溶也十分發(fā)育，以溶隙為主，富水性好。由“高位”巖溶槽谷接受大氣降水補給形成淺層地下水(圖4)，該淺層地下水橫向上沿背斜兩翼的構(gòu)造裂隙向深部徑流，縱向上由南向北運移，在區(qū)域動水壓力作用下向地層深部下滲而補給“熱水庫”[18]成為深循環(huán)的地下水，因埋藏深、徑流距離長，運移速度緩慢，沿途逐步從有著正?；蚵愿叩牡販靥荻鹊膸r石中吸熱；然后在五布河橫向深切桃子蕩背斜構(gòu)造地段(地表減壓的最大地段)，深部地熱水排出形成溫泉。

圖4 槽谷巖溶水補給地下水關(guān)系圖

5.3 成因模式

綜上所述，重慶東溫泉地熱系統(tǒng)的成因模式可概括為：桃子蕩背斜南端碳酸鹽巖出露區(qū)形成的巖溶槽谷在接受大氣降水補給后，沿著灰?guī)r中發(fā)育的層面裂隙和橫張裂隙向深部徑流，成為深循環(huán)水，從與之接觸的有著正常或略高地溫梯度的巖石中吸收熱量成為地熱水，并不斷與圍巖發(fā)生溶濾作用獲取鍶(Sr)、鋰(Li)、硼(B)等微量元素，該地熱水在深部沿著構(gòu)造線方向由南向北徑流，然后在地表最大減壓地段——五布河橫切背斜的河谷處，以上升泉的形式出露于地表形成天然溫泉或經(jīng)人工鉆井排泄形成鉆井溫泉。

6 結(jié)語

重慶東溫泉地熱系統(tǒng)為以三疊系下統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r、白云巖及鹽溶角礫狀灰?guī)r地層為熱儲層，以侏羅系紅層、須家河組砂泥巖為熱儲蓋層，飛仙關(guān)組泥頁巖為下部隔水層的層狀熱儲。地下水補給源主要為大氣降水，以構(gòu)造裂隙為徑流通道由南向北徑流，從正?；蚵愿叩販靥荻鹊膰鷰r中獲取熱量和微量元素，在五布河深切桃子蕩背斜的峽谷地段，以上升泉的形式出露于地表形成天然溫泉或經(jīng)人工鉆井排泄形成鉆井溫泉。

為保護地熱資源，建議在東溫泉礦區(qū)范圍內(nèi)，設(shè)置地熱資源限制區(qū)，在此范圍內(nèi)不再鉆新的地熱水井。如要再鉆，必須進行分層開采，避免相互干擾，做到科學(xué)合理可持續(xù)的開發(fā)利用地熱水資源。

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