蔡興林，張朝舉，郭江波，吳丹，樊鑫，楊明俊

(中化地質礦山總局貴州地質勘查院，貴陽 550002)

開陽磷礦西翼礦區(qū)位于貴州省息烽溫泉地區(qū)，是地熱水資源和磷礦資源的主要分布區(qū)。區(qū)內已開發(fā)利用的地熱水資源有息烽溫泉和白馬峪溫泉，其中，息烽溫泉是全國著名八大溫泉之一，素有“天下第一湯”之稱。近年來，許多學者探討了地熱水(溫泉)的成因[1-4]，部分勘查單位或學者也討論了息烽溫泉周圍的磷礦井下開采是否影響息烽溫泉的開發(fā)利用[5-6]。

在區(qū)域地熱水(溫泉)成因的認識上，總體認為地熱水是由南部白馬峪溫泉一帶的大氣降水經(jīng)深循環(huán)向北徑流，在息烽溫泉一帶受前震旦系碎屑巖的阻隔而排泄形成的[1,6]。而西翼礦區(qū)恰好位于這一長達25 km徑流區(qū)上，距息烽溫泉僅4 km(圖1)，因此，對該區(qū)地熱水的研究有助于分析該礦區(qū)磷礦的開采是否影響息烽溫泉的開發(fā)利用。

1 地質及水文地質條件

1.1 地層

研究區(qū)在大地構造單元上屬上揚子地塊前陸褶皺沖斷帶之鳳崗侏羅山式褶皺帶。區(qū)域出露新元古界前震旦系、震旦系、下古生界寒武系、上古生界二疊系、中生界三疊系、侏羅系以及新生界第四系，缺失奧陶系、志留系、泥盆系和石炭系，除二疊系有峨眉山玄武巖產出外，其余無巖漿巖體產出。區(qū)內鉆井中的鉆遇地層主要有下寒武統(tǒng)清虛洞組、金頂山組、明心寺組、牛蹄塘組、震旦系燈影組、洋水組以及前震旦系南沱組和清水江組。

1.2 構造

區(qū)域發(fā)育多個主次分明的褶皺和斷層，構成了該區(qū)疊瓦狀逆沖推覆構造體系[7]。主要褶皺為洋水背斜，區(qū)域性大斷裂主要有安清斷層、溫泉斷層和花梨斷層，斷層走向以北東向和東西向為主，規(guī)模較大。其中，安清斷層是洋水背斜的底板滑脫斷層，垂直斷距達3 500 m以上，溫泉斷層為洋水背斜的頂板逆沖斷層[7]；具左行走滑的壓扭性花梨斷層的影響深度頗大，并控制著近南北向褶皺、斷裂的發(fā)展[8](圖1)。

研究區(qū)位于洋水背斜西翼的次級褶皺高豐背斜上，該背斜的形成與安清斷層之次級斷層——興隆斷層有關[7](圖2)。

1.3 水文地質條件

研究區(qū)地下水類型以巖溶裂隙水為主，總體流向自南西向北東徑流。區(qū)內主要含水巖組為中-下三疊統(tǒng)、中二疊統(tǒng)、中上寒武統(tǒng)婁山關組-清虛洞組以及上震旦統(tǒng)燈影組的碳酸鹽巖，相對隔水巖組主要有上三疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)、下寒武統(tǒng)、下震旦統(tǒng)以及前震旦系的碎屑巖。其中，厚度大于700 m的下寒武統(tǒng)碎屑巖將上寒武統(tǒng)及其之上的含水巖組與燈影組含水巖組相隔，而成為燈影組含水層的隔水蓋層，而下震旦統(tǒng)和前震旦系的(淺變質)碎屑巖巖組則為燈影組含水巖組底板隔水層(表1)。

盡管如此，但由于研究區(qū)處于洋水背斜西翼的北東向疊瓦狀逆沖推覆構造帶上，褶皺、斷裂及節(jié)理裂隙發(fā)育，增加了各含水巖層之間的水力聯(lián)系，尤其是安清斷層，它將震旦系燈影組白云巖逆推疊于中-下三疊統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r之上[7]，這為巖溶裂隙地下水的運移提供了良好的通道(圖2)。

1—侏羅系；2—三疊系及上古生界；3—下古生界；4—新元古界；5—地下水流向；6—逆斷層；7—走滑斷層；8—性質不明斷層；9—背斜；10—倒轉背斜；11—向斜；12—水系；13—地名；14—地熱水井或溫泉(群)圖1 區(qū)域水文地質圖Figure 1 Regional hydrogeological map

地層單元厚度/m水文地質特征儲、蓋層及儲集單元寒武系震旦系前震旦系金頂山組(∈1j)140～220明心寺組(∈1m)420～621牛蹄塘組(∈1n)42～55燈影組(Z∈dy)216～278洋水組(Z1d)2.0～25.0南沱組(Nh2n)0～280清水江組(Qbq)>300碎屑巖類巖層,含水性差(隔水層)保溫層厚層白云巖,含水豐富熱儲層碎屑巖類巖層,含水性差(隔水層)熱儲單元

1—關嶺組；2—嘉陵江組；3—夜郎組；4—石炭-二疊系地層；5—中上寒武統(tǒng)地層；6—清虛洞組；7—牛蹄塘組-金頂山組；8—燈影組；9—洋水組；10—前震旦系地層；11—實(推)測界線；12—逆斷層；13—鉆孔；14—相對含水層；15—相對隔水層；16—水循環(huán)路徑圖2 水文地質勘探剖面(據(jù)文獻[7],修改)Figure 2 Hydrogeological exploration section (after reference [7], modified)

2 地熱地質條件

2.1 熱儲構造

區(qū)內所處的地殼淺部不存在年輕巖漿巖體和放射性等特殊熱源，地熱源主要是在正常的區(qū)域地溫梯度背景下，北東向的洋水背斜將深處的熱量收集和儲存起來形成的，因此，洋水背斜是區(qū)域上的主要儲熱構造，地熱水(溫泉)點主要分布于該背斜核部(如息烽溫泉、白馬峪溫泉)或其兩翼次級褶皺和斷層附近(如息烽新蘿地熱井、兩岔河地熱水井)，該背斜的南端發(fā)育近東西向的花梨斷層，其規(guī)模和深度較大，可能為區(qū)域地熱水的隔水隔熱邊界[3]。

2.2 熱儲單元

根據(jù)周邊地熱水(溫泉)點的出露條件和鉆探成果分析，區(qū)內僅劃分一個熱儲單元(表1)，熱儲層為上震旦統(tǒng)燈影組(Z∈dy)微-粉-細晶白云巖、藻白云巖、內碎屑白云巖，一般厚216～278 m，受斷層影響時可達350m以上，埋深在900～1 350 m，水溫30～46.6℃；隔熱蓋層為下寒武統(tǒng)金頂山組(∈1j)、明心寺組(∈1m)和牛蹄塘組(∈1n)的砂巖、頁巖，總厚度大于700 m。

2.3 導熱通道

近年來，區(qū)內鉆探地溫測井數(shù)據(jù)顯示，興隆斷層附近通常出現(xiàn)地溫異常，一般在下寒武統(tǒng)的碎屑巖中出現(xiàn)正異常(3.0～6.5℃/100m)，尤其是在高峰背斜與興隆斷層的復合部位，異常值較高，表明高峰背斜可能為區(qū)內的主要熱儲構造；而在燈影組中出現(xiàn)負異常(-0.08～-1.36℃/20m)，這是由于有淺表冷水混入造成的，表明興隆斷層具有導水、導熱的特征。

3 水化學特征

表2 SWK01井地熱水水化學成分

*測試單位：國土資源部貴陽礦產資源監(jiān)督檢測中心

4 熱儲溫度與循環(huán)深度

地球化學溫標被廣泛運用于地熱水熱儲溫度的估算，常用的地熱溫標有二氧化硅溫標、陽離子溫標等。考慮到陽離子溫標的適用于熱儲層在120～275℃或酸性溫泉，對于中性或偏堿性的地熱水不適合[12]，加之區(qū)內地熱水受到淺層地下水不同程度的混合，使地熱水未達到水-巖平衡狀態(tài)(圖3)，故本次采用二氧化硅溫標估算熱儲溫度。依據(jù)地熱水水質分析結果繪制二氧化硅溶解度曲線(圖4)可知，SWK01地熱水樣數(shù)據(jù)落在無蒸汽損失石英和玉髓溶解曲線之間，更靠近玉髓溶解曲線，但考慮到有淺層地下水的混合導致二氧化硅溶解度的降低，因此，選用無蒸汽損失石英的溶解度溫標公式[14]來估算熱儲溫度：

(1)

式(1)中：TC為熱儲溫度，℃；CSiO2為地熱水中二氧化硅的含量，mg·L-1。

圖3 地熱水Na—K—Mg三角圖(據(jù)文獻[13])Figure 3 Geothermal water Na-K-Mg triangular plot (after reference [13])

圖4 地熱水SiO2溶解度-溫度關系(據(jù)文獻[14])Figure 4 Relationship between SiO2 dissolubility and temperature (after reference [14]

計算得兩岔河地熱水的熱儲溫度為62.5℃。考慮到可能有淺層地下水的混合，地熱水熱儲溫度可能會更高，熱儲溫度應大于65℃。

已知地熱水的熱儲溫度，可以計算出該地熱水的循環(huán)深度：

(2)

式(2)中：H為地熱水循環(huán)深度，m；T0為補給區(qū)年平均氣溫，℃；K為地熱增溫率，℃/100m；H0為常溫帶深度，m。

根據(jù)息烽縣氣象資料，補給區(qū)年平均氣溫T0為16.2℃，鉆井中的地熱增溫率K為2.8℃/100 m，常溫帶深度H0取30 m，計算出循環(huán)深度為1 800 m左右，這一深度與安清斷層在此處的埋深基本吻合。

5 結語

1)根據(jù)上述分析，區(qū)內地熱水的成因模式概括如下：由于區(qū)內淺部不存在年輕巖漿巖體和放射性等特殊熱源，該地熱水是在區(qū)域正常地溫梯度背景下，大氣降水由5 km外的養(yǎng)龍司-南山-息烽一帶中上寒武統(tǒng)和二疊系-三疊系地層出露區(qū)入滲，經(jīng)北東向安清斷層與震旦系燈影組白云巖含水層相連通并發(fā)生深循環(huán)，在興隆斷層和燈影組上覆寒武系碎屑巖隔水保溫蓋層的聯(lián)合作用下，將高豐背斜1 800 m深度內的熱量儲集起來，使燈影組含水層出現(xiàn)異常地溫梯度，從而在燈影組白云巖中形成深部熱儲地熱水。因此，興隆斷層和高豐背斜的復合為該地熱水的熱傳導構造和儲熱構造，燈影組白云巖為儲熱含水層。

2)開陽磷礦西翼礦區(qū)鉆井井中地熱水賦存于燈影組白云巖中。由于區(qū)域內不具巖漿熱源和放射性熱源的條件，地熱水是在區(qū)域正常地溫梯度的背景下，安清斷層為大氣降水入滲形成的地下水提供水循環(huán)通道，地熱通過興隆斷層向淺表傳導，在寒武系碎屑巖隔水保溫蓋層的作用下，將1 800 m深度內的熱量儲集于高豐背斜中而形成地熱水，熱儲溫度在65 ℃以上。

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