周光余，鄭鵬飛，劉芬芬

（湖南省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四〇二隊，湖南 長沙 410004）

地熱資源是一種綠色低碳可再生的清潔型新能源，湖南缺煤、少氣、無油，加快推進開發(fā)利用地熱資源可有效緩解能源短缺的局面。在湖南岳陽縣公田地區(qū)進行地下熱水可行性勘查時施工鉆孔3個，均鉆遇地下熱水，水溫穩(wěn)定于22.1～32.7℃，屬低溫地熱資源。本文通過研究公田地區(qū)地質背景，結合研究區(qū)水文樣品測試結果，分析了公田地區(qū)地熱資源的水文地質特征以及控熱構造，為區(qū)內尋找新的地熱資源提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)地質背景

1.1 地質概況

研究區(qū)位于湖南岳陽縣東部幕阜山脈與汨羅凹陷盆地的交界部位［1］。區(qū)內地貌類型可分為花崗巖高丘、碎屑巖低丘和河谷沖積平原。地形受地質構造控制，總體上為東高西低，北部的花崗巖丘陵高，西部、中部的碎屑巖盆地低。沙港河自北東往南西流經(jīng)整個研究區(qū)。

1.2 地層巖性特征

研究區(qū)內出露有中生界白堊系上統(tǒng)（K2）、新生界第四系全新統(tǒng)（Q4）地層及燕山期巖漿巖（γ5），見圖1。

圖1 公田地區(qū)區(qū)域地質圖

白堊系地層分布于研究區(qū)西北部，以公田斷裂（F1）為界，位于斷裂北西（上盤），巖性以紫紅色、灰白色砂礫巖為主，在研究區(qū)內與下伏巖漿巖為斷層接觸。

第四系（Q4）分布于沙港河及其支流沿岸，上部為黏質砂土，下部為含礫石砂層。

巖漿巖分布于研究區(qū)東南部及外東側大部區(qū)域，位于公田斷裂（F1）南東（下盤），屬于幕阜山巖體，呈巖基狀產(chǎn)出，產(chǎn)出時代為燕山期，同位素年齡為142～160 Ma，巖性主要為中細粒斑狀二云母二長花崗巖、細粒黑云母二長花崗巖。

1.3 地質構造

研究區(qū)位于新華夏系第二復式沉降地帶內洞庭—邵陽坳陷帶汨羅凹陷與湘東褶斷帶幕阜山銅盆寺新華夏系隆起帶的構造耦合位置，地殼升降運動、斷裂構造活動頻繁［2］。主要構造為北東向區(qū)域性斷裂公田斷裂（F1）及北西向斷裂（F2），見圖2。

公田斷裂（F1）由北東至南西貫穿整個研究區(qū)，斷層具先壓后張性質，總體傾向北西，傾向280°～345°，傾角40°～60°。其上盤為白堊系砂礫巖，下盤為燕山期花崗巖。斷層破碎帶為硅化巖、硅化花崗巖。硅化程度隨構造作用強烈程度的不同而呈現(xiàn)差異，隨著遠離斷裂活動面的距離加大，構造作用影響程度逐漸減弱，硅化程度亦逐漸降低。根據(jù)ZK1孔鉆探揭露，硅化帶硅化程度呈漸變特點。

通過綜合分析可控源物探資料，北西向斷裂（F2）傾向南西，傾角70°，發(fā)育深度1 350～1 550 m，平均1 450 m，自研究區(qū)北西經(jīng)公田鎮(zhèn)向南東延伸。

2 水文地質特征

2.1 地下水類型及其富水性特征

根據(jù)對研究區(qū)地質背景綜合分析，區(qū)內地熱資源的地下水類型屬構造裂隙水。公田斷裂（F1）構造破碎硅化巖帶裂隙發(fā)育，是區(qū)內主要含水層，含較豐富構造裂隙水，但其富水特征受構造控制。公田斷裂（F1）與F2交匯部位裂隙最為發(fā)育，是本區(qū)水資源相對富集的地帶。對鉆探巖芯及水文觀測資料對照分析，在垂直方向可分為多個裂隙發(fā)育段，同一發(fā)育段內裂隙連通性相對較好。據(jù)地面調查，區(qū)內沿F1斷裂出露泉點3處（見圖2），自1992年ZK92001孔成井自流后，其中劉家坡溫泉與介萬溫泉兩處干枯，現(xiàn)僅存一處即公田溫泉，其流量為0.297 L／s，ZK92001自流量4.28 L／s，自溢總量約4.5 L／s。據(jù)鉆孔抽水試驗成果（表1），水溫22.1～32.7℃，屬于低溫地熱資源。其單孔涌水量0.303～11.402 L／s，滲透系數(shù)0.01～3.58 m／d；群孔抽水總涌水量17.73 L／s，滲透系數(shù)0.79～1.35 m／d。

圖2 公田地區(qū)溫泉分布位置圖

表1 鉆孔抽水試驗涌水量統(tǒng)計表

根據(jù)抽水試驗實測涌水量、水溫結合鉆孔與區(qū)內斷裂構造的相對位置分析，靠近F2則相對富水，水溫亦升高；且隨著含水層（公田斷裂破碎帶）埋深的增大，揭露的地下水溫也增高；地下水溫度與含水層埋深有關，也和地下水賦水空間與深部熱源溝通程度有關。

2.2 地下水化學特征

本研究采集了區(qū)內地下熱水水樣9組，據(jù)分析統(tǒng)計結果，HCO3－含量為85.37～228.7 mg／L，平均含量為171.25 mg／L；SO42－含量為5.0～350.0 mg／L，平均含量為73.81 mg／L；Na＋含量為28.20～146.59 mg／L，平均含量為88.23 mg／L；Ca2＋含量為5.13～40.7 mg／L，平均含量為12.45 mg／L，其地下水化學類型屬于HCO3－·SO42－—Na＋·Ca2＋型。

2.3 區(qū)域地下水補給、徑流及排泄條件

地下水在各類地層的徑流及排泄方式差異明顯［3］，構造裂隙水是研究區(qū)內地下熱水的主要存在形式，其補徑排均受構造控制，主要接受大氣降水補給，順構造裂隙發(fā)育帶徑流運移，并在向深部運移過程中逐步進行熱力交換，富集形成熱田，在構造發(fā)育部位上升排泄。

3 公田地下熱水熱源及控熱構造

前人在關于熱水資源成因機制方面做了大量研究工作［4－6］。研究區(qū)公田溫水地熱區(qū)地層結構在垂向上分為三層。地表及淺部白堊系（K2）砂礫巖蓋層為第一層，其下第二層為公田斷裂帶熱儲層，下部為幕阜山巖體巖漿巖。熱儲層（公田斷裂破碎帶）傾向北西，往西北方向隨著斷裂帶的延伸，埋深逐步加大，根據(jù)可控源物探資料，其埋藏深度為0～1 280 m。

3.1 熱源分析

從研究區(qū)的地質背景來看，區(qū)內地下熱水的熱量來源有兩種：主要來自地殼深部的熱傳導，次為幕阜山巖體的巖漿余熱。地下水沿公田斷裂（F1）通過深循環(huán)進行熱交換逐漸升溫，再沿F1、F2交匯部位上升出露地表形成溫泉。

3.2 控熱構造

熱量的傳導對流與該區(qū)的主要斷裂有著密切的關系，當?shù)叵滤咏鼰嵩磿r，會強烈對流進行熱力交換，冷水下滲，熱水上升，形成地熱流體。而這種現(xiàn)象產(chǎn)生的必要條件是要有供地下水與熱源聯(lián)系的空間通道。

研究區(qū)內公田斷裂（F1）是區(qū)域性大斷裂，切割較深，破碎帶厚度大，是良好的地下水賦存空間和活動通道；而斷裂上盤白堊系砂礫巖為相對不透水層，斷裂下盤為花崗巖巖體，亦為不透水層。公田斷裂（F1）控制了地熱流體的賦存活動空間，是主要的控熱導水構造。

研究區(qū)內北西向斷裂（F2），物探資料反映其切割深度比F1斷裂更深，由于F2的切割，使得公田斷裂熱儲層地熱流體活動通道進一步通暢，形成以F1、F2交匯地段為中心的富水區(qū)域。從介萬溫泉和劉家坡溫泉在ZK92001孔揭露熱儲層產(chǎn)生自流后即斷流干枯可以判定，F(xiàn)2是導水斷裂。因此，北西向斷裂（F2）也是區(qū)內重要的控熱導水構造。

綜上分析可知，公田斷裂（F1）及北西向斷裂（F2）是區(qū)內控熱導水構造。

4 結論

（1）研究區(qū)公田斷裂（F1）構造破碎硅化巖帶裂隙發(fā)育，含較豐富構造裂隙水，該含水層為區(qū)內熱儲含水層，實測水溫在22.1～35.7℃之間，屬于低溫地熱資源，其水化學類型屬HCO3－·SO42－—Na＋·Ca2＋型。

（2）研究區(qū)構造裂隙水主要接受大氣降水補給，順構造裂隙向深部徑流運移，在此過程中逐步進行熱力交換，富集形成熱田，在構造發(fā)育部位上升排泄。

（3）公田地下熱水熱源主要來自地殼深部的熱傳導，次為幕阜山巖體的巖漿余熱傳導。地下水沿公田斷裂（F1）通過深循環(huán)進行熱交換升溫，再沿斷裂上升出露地表形成溫泉。

（4）公田斷裂（F1）及北西向斷裂（F2）是區(qū)內控熱導水構造，形成以F1、F2交匯部位為中心的熱水資源富集區(qū)域。