英羅地區(qū)地?zé)豳Y源形成條件及找礦前景

劉 波，陳金國(guó)

(湖北省地質(zhì)環(huán)境總站孝感站，湖北孝感 432000)

0 引言

英(山)羅(田)地區(qū)是湖北地?zé)岬闹匾傻V區(qū)，在已發(fā)現(xiàn)的鄂東北地區(qū)分布的16處地?zé)豳Y源中，英羅地區(qū)占有12處(英山6處，羅田6處)。目前查明英羅地區(qū)12處地?zé)豳Y源可開(kāi)采熱量1 568 360.00×108kcal，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤22 405 142.86 t，可開(kāi)采地?zé)崃黧w量23 678.30 m3/d。英羅地區(qū)溫泉天然出露水溫27～73℃，羅田縣三里畈溫泉是湖北省境內(nèi)天然出露溫度最高的溫泉，最高水溫為73℃。英羅地區(qū)處于中國(guó)第20個(gè)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)成礦帶武當(dāng)—桐柏—大別成礦帶內(nèi)，地處華北和中南兩大地塊的交接地帶，是相對(duì)獨(dú)立的三角形古老變質(zhì)巖塊。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖漿活動(dòng)頻繁，變質(zhì)作用強(qiáng)烈，具有良好的地?zé)岢傻V地質(zhì)條件和深部地?zé)嵴业V前景。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

從造山帶結(jié)構(gòu)上看，英羅地區(qū)處在桐柏—大別造山帶東大別剪切帶內(nèi)(圖1)。該剪切帶在不斷的再造、調(diào)整和改造過(guò)程中形成了各類(lèi)構(gòu)造巖，包括塑性域中形成的糜棱巖系(糜棱巖類(lèi)和變晶糜棱巖類(lèi))、在脆性域中形成的碎裂巖系以及在過(guò)渡域中形成的面理化碎裂巖和半塑性糜棱巖［1］。根據(jù)劉曉春等可利用的地質(zhì)和地球物理資料整理的桐柏、西大別和東大別高壓/超高壓變質(zhì)體的三維地殼結(jié)構(gòu)模型(圖2)，從地貌上看，桐柏—大別地體呈楔形，東寬西窄［2］。英羅地區(qū)處于桐柏—大別地體向東擠出的東大別地區(qū)，該區(qū)域中生代在陸俯沖碰撞造山作用下，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，以發(fā)育北西向、北東向及近南北向斷裂為特征。

英羅地區(qū)巖漿巖發(fā)育，主要由大別—呂梁期超基性、基性及中、酸性巖和燕山期酸性巖組成，除太古界大別—呂梁期的花崗巖體外，還有中生代花崗巖類(lèi)出露。

2 地?zé)豳Y源形成的地質(zhì)條件

英羅地區(qū)廣布太古界大別群、元古界紅安群中淺、中深變質(zhì)巖系及不同時(shí)代的侵入巖、混合花崗巖，該類(lèi)巖石形成基巖裂隙水一般儲(chǔ)水空間狹小，富水性較弱，地下水露頭少見(jiàn)，地下水貧乏。然而，就在這同一地區(qū)卻貯存十分豐富的地?zé)豳Y源，這是與英羅地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)的。英羅地區(qū)地?zé)豳Y源形成是該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件和地下水活動(dòng)作用的結(jié)果。

2.1 地質(zhì)構(gòu)造條件

英羅地區(qū)分布最廣、最古老的巖層為大別核部雜巖［3］，由太古界—元古界的花崗質(zhì)片麻巖及變質(zhì)表殼巖、變質(zhì)基性巖等組成，經(jīng)歷了高級(jí)變質(zhì)作用及多期次的混合巖化作用。按不同的構(gòu)造形跡和展布方位、形態(tài)特征及成生聯(lián)系，主要可分為北東向構(gòu)造帶、弧形構(gòu)造帶、淮陽(yáng)山字型脊柱構(gòu)造帶。英羅地區(qū)地殼在中生代時(shí)曾劇烈“活化”，并伴隨有中生代花崗巖體侵入，新生代以來(lái)還在繼續(xù)活動(dòng)，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面:①NNE－NE向褶皺迭加于老的NWW－NW向褶皺構(gòu)造之上;②燕山期強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)和圍巖混合巖化作用;③燕山期后大別山斷塊(磨子潭斷裂以南、沿江斷裂以北、麻團(tuán)斷裂以東、桐城—太湖斷裂以西)在新生代以來(lái)斷塊繼續(xù)活動(dòng)。

英羅地區(qū)斷裂構(gòu)造主要有NWW－NW和NNE向兩組Ⅰ級(jí)斷裂帶。前者主要成生前燕山期，后者主要成生燕山期。由于它們奠定的構(gòu)造格局控制了區(qū)內(nèi)地層的展布、巖漿活動(dòng)。NNW－NW向Ⅰ級(jí)斷裂帶多生成于中、晚元古代，早期以韌性變形為主，后期疊加脆性變形，是長(zhǎng)期活動(dòng)、影響很深、性質(zhì)多變的巖石圈斷裂。NNE向斷裂成生于中生代，早期以左行韌性剪切和逆沖為主，晚期具右行引張?zhí)卣鳌?/p>

圖1 桐柏大別山造山帶構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.1 Tectonicmap of Tongbai-Dabie orogenic belt

圖2 桐柏、西大別和東大別高壓/超高壓變質(zhì)地體的地殼結(jié)構(gòu)模型(據(jù)liu et al.，2010)Fig.2 Interpretativemodel for the crustal structure of Tongbai，western Dabie and eastern Dabie HP/UHPmetamorphic terranes

2.2 水文地質(zhì)條件

英羅地區(qū)氣候溫暖，四季分明，雨量充沛，給地下水的貯存創(chuàng)造了有利的條件。由于地下水貯存嚴(yán)格受巖性控制，在河谷地區(qū)分布松散巖類(lèi)孔隙水，廣布的變質(zhì)巖、火成巖、混合花崗巖地區(qū)分布基巖裂隙水。松散巖類(lèi)孔隙水一般分布在河流一級(jí)階地上，由第四系全新統(tǒng)沖、沖洪積砂、砂礫石和亞砂土、砂、砂礫石層組成，富水性中等—貧乏;基巖裂隙水依據(jù)不同的巖性和貯水特征，可分為變質(zhì)巖裂隙水、混合花崗巖裂隙水及火成巖風(fēng)化裂隙水，其富水性均屬水量貧乏級(jí)別。英羅地區(qū)存在明顯的斷裂集水帶和圍巖接觸帶集水地段。如屬弧形構(gòu)造帶壓扭性斷裂的大河岸斷裂集水帶，破碎帶寬達(dá)50m以上，由角礫巖、糜棱巖組成，成分為二長(zhǎng)片麻巖、角閃二長(zhǎng)巖、云母石英片麻巖等。膠結(jié)程度相對(duì)較低，兩盤(pán)都有泉水出露，北西盤(pán)為主要充水盤(pán)，并在湯河一帶有湯河溫泉溢出。英羅地區(qū)侵入體具巖石類(lèi)型多、規(guī)模小，與同時(shí)期構(gòu)造相和諧，與圍巖常有明顯的界線(xiàn)等特征。由于火成巖體的侵入，使圍巖擠壓破碎，易使降水入滲和貯存，形成局部集水帶。如英山尖侵入體西側(cè)圍巖接觸集水地段，位于兩山之間的沖溝中。大別—呂梁期片麻狀花崗巖侵入于鐵冶組而造成角閃奧長(zhǎng)片麻巖受擠壓，出現(xiàn)強(qiáng)烈褶皺和小型張性斷裂，降水下滲貯存于不同巖性的接觸帶和裂隙、斷裂帶中，泉水出露較多，流量較大。泉流量最高達(dá)259m3/d。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水的控制

2.3.1 褶皺對(duì)地下水的控制

英羅地區(qū)北東向構(gòu)造帶形跡以褶皺為主，褶皺構(gòu)造構(gòu)成了北東向構(gòu)造骨架。英羅地區(qū)褶皺傾沒(méi)端與揚(yáng)起端，特別是傾沒(méi)端，由于張裂隙較為發(fā)育，易于地下水富集。據(jù)1∶20萬(wàn)羅田幅區(qū)域水文地質(zhì)資料了解，牛占鼻背斜南傾沒(méi)端，方家沖倒轉(zhuǎn)背斜兩端，新屋咀倒轉(zhuǎn)背斜兩段具有流量＞10 m3/d泉水分布。英羅地區(qū)褶皺軸部及兩翼縱張節(jié)理發(fā)育地段是泉水較為集中分布的地段。如牛占鼻背斜兩翼、方家沖倒轉(zhuǎn)背斜核部具有泉水點(diǎn)出露，蓮花山倒轉(zhuǎn)向斜軸部及其在張性斷裂誘導(dǎo)下出現(xiàn)英山一帶流量較大的泉。英羅地區(qū)由于褶皺使縱張節(jié)理發(fā)育，是地下水貯存與排泄的良好場(chǎng)所。

2.3.2 斷裂構(gòu)造對(duì)地下水的控制

英羅地區(qū)斷裂構(gòu)造主要有北西西—北西向和北北東向兩組Ⅰ級(jí)斷裂帶。前者成生于前燕山期，后者成生于燕山期。由它們奠定的斷裂構(gòu)造格局不但控制了區(qū)內(nèi)地層展布、巖漿的活動(dòng)，而且控制了地?zé)岢傻V作用。張、張扭性斷裂的破碎帶，一般膠結(jié)程度相對(duì)較低，常是地下水上泄地表的良好通道。壓、壓扭性斷裂，地下水的貯存條件取決于破碎帶的膠結(jié)程度，若破碎帶膠結(jié)程度較低，是地下水貯存、徑流的良好場(chǎng)所，大河岸斷裂就是典型，破碎帶寬50 m以上，膠結(jié)較低，湯河一帶有上升泉出露。兩組以上斷裂的復(fù)合部位，巖石往往破碎，常是地下水排泄的良好通道，如羅田許家沖溫泉。

2.3.3 構(gòu)造體系復(fù)合部位對(duì)地下水的控制

英羅地區(qū)處于桐柏—大別地體向東擠出的東大別地區(qū)。各構(gòu)造體系相互作用，對(duì)區(qū)內(nèi)地下水控制明顯。如英山縣城關(guān)附近，山字型脊柱構(gòu)造將弧形構(gòu)造強(qiáng)行歸并為其成分，活動(dòng)頻繁，應(yīng)力集中，導(dǎo)致多處溫泉出露;羅田三里畈一帶，新華夏系構(gòu)造與北東向、弧形構(gòu)造顯斜切關(guān)系，并伴隨不同時(shí)期的花崗巖侵入，導(dǎo)致巖石破碎，構(gòu)造規(guī)模宏偉，為地下水的深循環(huán)創(chuàng)造了良好徑流條件。鉆孔揭露三里畈地?zé)崽飭我粩嗔褞系你@孔涌水量要比兩組以上斷裂復(fù)合部位處鉆孔的涌水量小得多。

3 地?zé)豳Y源分布規(guī)律

3.1 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地?zé)豳Y源分布的控制

英羅地區(qū)已發(fā)現(xiàn)并評(píng)價(jià)了10多處地?zé)豳Y源，它們均分布在不同構(gòu)造體系的不同斷裂帶上，地下熱水的成生和分布嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造所制約(圖3)。英羅地區(qū)地下熱水的分布規(guī)律如下:

(1)各構(gòu)造體系中壓、壓扭性斷裂，因具備延伸遠(yuǎn)、切割深、破碎帶寬、一般膠結(jié)程度相對(duì)較低的特點(diǎn)，對(duì)地?zé)豳Y源的成生、分布起著主要的控制作用。

區(qū)內(nèi)溫泉均出露在不同構(gòu)造體系和壓、壓扭性斷裂帶上:楊柳、芭茅街、湯河、白廟河溫泉分別出露在弧形構(gòu)造帶;尤以南北向擠壓帶延伸、切割更甚，三里畈熊家墩溫泉就是典型，擠壓帶南北延伸數(shù)十千米，破碎帶最寬400 m，巖石強(qiáng)烈擠壓極其破碎膠結(jié)程度相對(duì)較低，小褶曲十分發(fā)育，直接控制地?zé)豳Y源的成生及分布;東湯河溫泉的成生受三條南北向擠壓帶控制，雖然它們延伸不遠(yuǎn)，但破碎帶寬數(shù)十米，膠結(jié)不良;西湯河溫泉受兩條南北向擠壓帶控制，北湯河溫泉更為顯著，而受四條南北向壓、壓扭性斷裂控制。

(2)張、張扭性斷裂因其橫切主要結(jié)構(gòu)面，溝通了貯存于壓、壓扭性斷裂帶中的地?zé)豳Y源，成為導(dǎo)出地?zé)豳Y源的良好通道。

芭茅街溫泉由北60°西張扭性斷裂導(dǎo)出;許家沖溫泉由北50°東張扭性斷裂導(dǎo)出;西湯河、北湯河溫泉均系由北60°東張、張扭性斷裂導(dǎo)出;東湯河溫泉由北70°西張性及北60°東扭性?xún)山M斷裂導(dǎo)出。大河岸湯河地?zé)崽锏葴鼐€(xiàn)長(zhǎng)軸方向分別與北東向壓扭性斷裂延展方向吻合。

(3)不同構(gòu)造體系的復(fù)合部位，應(yīng)力集中、強(qiáng)化，是地?zé)豳Y源泄露的良好途徑。

①東湯河溫泉出露在蓮花山倒轉(zhuǎn)向斜核部，向斜屬于弧形構(gòu)造帶成份，自北東延伸至東湯河南北向構(gòu)造帶強(qiáng)行歸并為淮陽(yáng)山字型脊柱成份。這里應(yīng)力集中、強(qiáng)化，近期地震頻繁，斷裂活化。在應(yīng)力集中的地方發(fā)育一組北70°西張、張扭性斷裂，直接導(dǎo)出地?zé)豳Y源涌出形成溫泉。

②三里畈熊家墩溫泉的成生是受南北向擠壓帶制約，新華夏系壓扭性斷裂呈斜切關(guān)系匯于熊家墩，從屬新華夏系構(gòu)造帶，兩者斜接于羅田城關(guān)，在復(fù)合部位顯示地?zé)豳Y源。

(4)挽近期活動(dòng)性斷裂，其破碎帶多次活動(dòng)破壞，不僅控制地?zé)豳Y源的成生和分布，而且具備水溫高的特點(diǎn)。

北湯河據(jù)鉆孔揭露，斷裂角礫巖有再次破裂現(xiàn)象，說(shuō)明挽近活動(dòng)頻繁，地?zé)崃黧w溢出地表溫度64℃。三里畈熊家墩新華夏系壓扭性斷裂，不僅錯(cuò)斷了深大的南北向擠壓帶，而且切割了燕山晚期花崗巖體，挽近期活動(dòng)異常強(qiáng)烈，地?zé)崃黧w溢出地表溫度73℃，勘探孔內(nèi)最高達(dá)80℃。但是應(yīng)指出:所有挽近期活動(dòng)性斷裂以及同一斷裂的不同部位，并非都有地?zé)豳Y源分布。這要取決于斷裂性質(zhì)、切割深度，更重要的是取決于破碎帶的膠結(jié)程度。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下熱源的控制作用

據(jù)王連喜等對(duì)桐柏大別山地區(qū)金礦成礦條件分析，認(rèn)為桐柏大別山區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造存在如下特征:①NNW－NW向Ⅰ級(jí)斷裂帶是區(qū)內(nèi)不同地質(zhì)發(fā)展階段的構(gòu)造分區(qū)邊界，分別控制了中新元古代至古生代含金基性火山巖—碎屑巖建造和古生代、中生代酸性侵入巖的分布，并構(gòu)成規(guī)模宏大的構(gòu)造—巖漿巖帶，制約著區(qū)內(nèi)金礦呈NWW－NW向帶狀分布的趨勢(shì)。多數(shù)Ⅰ級(jí)斷裂帶的兩側(cè)都伴有不同規(guī)模的次級(jí)斷裂和韌性剪切帶，它們往往是重要的控礦、容礦構(gòu)造;②Ⅰ級(jí)斷裂帶對(duì)燕山晚期巖漿活動(dòng)和晚白堊世—第三紀(jì)盆地沉積有明顯的控制作用，對(duì)近代地貌有深刻的影響。NNW向斷裂與NWW－NW向斷裂復(fù)合部位對(duì)金礦的分布也有一定的控制作用。

圖3 英羅地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及溫泉地?zé)豳Y源分布圖Fig.3 Distribution map of geologic structure and geothermal resources in Yingshan－Luotian area

對(duì)桐柏大別山地區(qū)金礦成礦條件研究表明［4］，桐柏大別山區(qū)內(nèi)NNW－NW向Ⅰ級(jí)斷裂帶對(duì)區(qū)內(nèi)，不同期次巖漿巖的空間展布有明顯的控制作用，也是控制本區(qū)地?zé)豳Y源成礦的主導(dǎo)因素;NNW－NW向Ⅰ級(jí)斷裂帶疊加的脆性斷裂是成礦熱液運(yùn)移的良好通道。其伴生、派生的構(gòu)造空間則是成礦熱液聚積、賦存的主要場(chǎng)所。

英羅地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下熱源控制明顯。英羅地區(qū)斷裂構(gòu)造控制了不同期次巖漿的空間展布，燕山期中酸性巖漿活動(dòng)是本區(qū)成礦化的主要礦源和熱源;NWW－NW向Ⅰ級(jí)斷裂帶及其伴、派生斷裂的構(gòu)造空間是成礦熱液運(yùn)移的良好通道和聚積、賦存的主要場(chǎng)所。

4 地?zé)豳Y源的形成機(jī)理

地?zé)豳Y源的成因取決于熱源，而熱源主要來(lái)自于巖漿余熱、放射性物質(zhì)蛻變和地?zé)嵩鰷?。綜合英羅地區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景和地?zé)豳Y源形成地質(zhì)條件，區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的形成機(jī)理如下:

英羅地區(qū)燕山晚期花崗巖體星羅棋布，酸性巖漿侵入十分活躍［5－6］。英羅地區(qū)可能存在巨大的巖基式酸性巖漿體，貯存巨大的熱源。NNW－NW向、NNW向Ⅰ級(jí)斷裂帶及淮陽(yáng)山字型脊柱南北向擠壓帶切穿了區(qū)內(nèi)酸性花崗巖巖體，三里畈以北發(fā)現(xiàn)重晶石、熒石等熱礦床，斷裂帶中多見(jiàn)紅長(zhǎng)石重結(jié)晶現(xiàn)象，這些現(xiàn)象說(shuō)明大氣降水沿?cái)嗔严聺B在深循環(huán)中，可以獲得巖漿余熱的加溫。

區(qū)內(nèi)溫泉無(wú)一不是出露在斷裂上?；搓?yáng)山字型脊柱出露6處溫泉，弧型構(gòu)造帶出露4處溫泉。英羅地區(qū)大量測(cè)溫資料均表明［7－12］:隨鉆孔不斷加深，水溫相應(yīng)增高;同時(shí)也證明地下熱水嚴(yán)格受斷裂控制，斷裂上盤(pán)水溫隨深度增加而增高，在斷層主要通道以上，溫度變化劇烈，主要通道附近水溫最高，穿過(guò)主要通道溫度趨于穩(wěn)定。

雖然地?zé)豳Y源可以從多方面獲得加溫，根據(jù)上述分析，可認(rèn)為本區(qū)地?zé)豳Y源是在深循環(huán)中獲得燕山晚期侵入巖體的余熱加溫而形成的。

5 深部地?zé)嵴业V前景

依據(jù)本地區(qū)地?zé)豳Y源的分布及地?zé)豳Y源形成地質(zhì)條件分析，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水和地下熱源控制作用明顯。英羅地區(qū)位于鄂東北區(qū)，屬于大別山斷塊的一部分，該區(qū)與本省其他前寒武紀(jì)變質(zhì)巖分布區(qū)相比，有較獨(dú)特的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。一是該地區(qū)地殼不僅經(jīng)歷寒武紀(jì)劇烈變動(dòng)，而且在中生代時(shí)曾劇烈“活化”，新生代以來(lái)還在繼續(xù)活動(dòng);二是該區(qū)北北東、北東向構(gòu)造迭加于老的北西向構(gòu)造之上、巖漿活動(dòng)和混合巖化作用強(qiáng)烈而普遍。英羅地區(qū)出露的高溫溫泉附近，一般均有時(shí)代不明的侵入巖體及燕山期侵入巖體。英羅地區(qū)在巖漿巖分布區(qū)，特別是挽近期仍有侵入活動(dòng)的地帶，很可能有淺埋的熱熔巖體。這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)使得該區(qū)地殼中的地?zé)崃黧w密度和地溫梯度值普遍高于省內(nèi)其他前寒武紀(jì)變質(zhì)巖區(qū)，如羅田縣三里畈溫泉最高水溫高達(dá)73℃、最大地?zé)岬販靥荻冗_(dá)13.6℃/100 m。根據(jù)英羅地區(qū)已勘查地?zé)崽锝y(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)各勘查地?zé)崽锏責(zé)豳Y源循環(huán)逕流最深處熱儲(chǔ)的溫度一般均超過(guò)了100℃，熱動(dòng)力平衡深度一般＞1 000 m，英羅地區(qū)深部具有較大的地?zé)嵴业V前景。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)英羅地區(qū)地?zé)豳Y源的分布及近十年來(lái)對(duì)該地區(qū)地?zé)豳Y源的勘查，系統(tǒng)總結(jié)了英羅地區(qū)地?zé)豳Y源形成的地質(zhì)條件、地?zé)豳Y源的分布規(guī)律及機(jī)理，并對(duì)該區(qū)深部熱找礦前景進(jìn)行了探討，以期通過(guò)對(duì)處于中國(guó)第20個(gè)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)成礦區(qū)帶武當(dāng)—桐柏—大別成礦帶的英羅地區(qū)地?zé)豳Y源的研究，引起相關(guān)部門(mén)的足夠重視，在統(tǒng)籌部署推動(dòng)找礦突破中，考慮英羅地區(qū)深部地?zé)嵴业V的突破。

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［12］劉波，劉勇，等.湖北省羅田縣許家沖熱田地?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，2013.