四川屏山燈盞窩溫泉地球化學(xué)特征及成因

李曉,舒勤峰

(1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，成都 610059；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，成都 611734)

四川省屏山縣位于四川南部，區(qū)域內(nèi)地表主要分布中-新生帶地層，以侏羅系地層為主，縣域范圍內(nèi)沒有天然溫泉出露。1978年滇黔桂石油勘探局在云南水富縣境內(nèi)進(jìn)行天然氣勘探，在新灘壩打出了高溫?zé)崴?，揭示四川南部蘊(yùn)藏著豐富的地?zé)豳Y源。關(guān)于四川南部盆地邊緣地?zé)岬男纬蓷l件、水化學(xué)特征進(jìn)行了較多的研究[1-5]。但對(duì)盆地邊緣新生代覆蓋區(qū)地?zé)岚l(fā)育的規(guī)律研究尚比較少。屏山縣與水富縣一江之隔，2010年在屏山縣燈盞窩鉆探出高溫?zé)崴P者參加了燈盞窩地?zé)峋淮_定的地質(zhì)調(diào)查和論證。本文結(jié)合燈盞窩地?zé)峋爸苓叺貐^(qū)地?zé)豳Y源勘查，根據(jù)地?zé)崴治龀晒?探討了地?zé)崴厍蚧瘜W(xué)特征和形成條件，對(duì)該區(qū)的地?zé)徇M(jìn)一步勘查其有一定的指導(dǎo)意義。

1 四川屏山燈盞窩地?zé)岬刭|(zhì)概況

燈盞窩地?zé)峋靥幤辽娇h書樓鎮(zhèn)芭蕉村，為人工揭露的地?zé)峋Ｔ诖蟮貥?gòu)造上,燈盞窩地?zé)峋挥趽P(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的上揚(yáng)子臺(tái)坳北段，Ⅲ級(jí)大地構(gòu)造單元為川東南-滇東北坳褶帶。地處華鎣山、峨眉-宜賓基底斷裂帶與東西向宜賓-合江構(gòu)造帶及南北向構(gòu)造帶多方向構(gòu)造的交接復(fù)合部位。地?zé)峋辉跇菛|背斜南東翼，糖房灣穹窿的頂部，構(gòu)造控制溫泉的構(gòu)造為五指山-龍橋背斜與五角堡-樓東背斜(圖1)。區(qū)內(nèi)地層從二疊系到白堊系均有出露，二疊系-三疊系以海相為主，侏羅系-白堊系為紅色陸相沉積。鉆井揭露兩個(gè)熱水儲(chǔ)層，一是二疊系下統(tǒng)棲霞茅口組(P1q+m)為灰?guī)r，二是三疊系下統(tǒng)嘉陵江組( T1j)和中統(tǒng)雷口坡組( T2l)(地層)；熱水含水層為二疊系陽新灰?guī)r，上部二疊系上統(tǒng)龍?zhí)睹合档貙雍腿B系下統(tǒng)飛仙關(guān)砂、泥巖地層是地?zé)岷畬恿己玫母羲敯迳w層；底板為二疊系梁山組泥頁巖和志留系泥質(zhì)巖層。

屏山燈盞窩地?zé)峋诟叱?42 m，開孔地層為須家河組上部。鉆井揭露兩個(gè)熱水儲(chǔ)層。623 m鉆遇第一個(gè)熱儲(chǔ)雷口坡組、嘉陵江組巖性，為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。在2 040 m揭露第二個(gè)熱儲(chǔ)。雷口坡熱水儲(chǔ)層主要出水段為埋深在623～1 111 m段，熱水具有承壓特征，靜止水位246 m，抽水試驗(yàn)，水量為2 160 m3/d，水溫為39℃。二疊系下統(tǒng)陽新灰?guī)r熱水儲(chǔ)層，是燈盞窩地?zé)峋闹饕鏊畬樱瑤r性主要為灰白色、深灰色灰?guī)r，其頂板埋深2 040m，鉆探揭露底板位置2 612 m，鉆厚達(dá)580 m，熱水為承壓水，靜止水位218 m，抽水試驗(yàn)自流量為3 304 m3/d，水溫為85℃。

2 溫泉水文地球化學(xué)特征

2014年10月采集燈盞窩地區(qū)的水樣(包括周邊一些泉水、河水、地表泉點(diǎn))13件樣品，其分析結(jié)果見表 1, 樣品分布位置見圖1。

2.1 水化學(xué)組成特征

根據(jù)表1，結(jié)合地質(zhì)-水文地質(zhì)調(diào)查，對(duì)熱水的水化學(xué)特征進(jìn)行分析。

表1 研究區(qū)各水體水化學(xué)及同位素含量表(單位：mg/l)

1.屏山縣師家埂清水溪幸福泉1；2.屏山縣師家埂清水溪幸福泉2；3.屏山縣師家埂芭蕉灣；4.屏山縣石溪溝龍橋下；5.樓東一井；6.宜賓縣高場(chǎng)；7.宜賓縣高場(chǎng)鎮(zhèn)蔣壩村；8.宜賓縣解放村公路邊；9.屏山縣干溝；10.屏山縣境內(nèi)金沙江新灘碼頭；11.屏山縣響水沱石子壩；12.燈盞窩地?zé)峋卓谄?嘉陵江熱水；13.燈盞窩地?zé)峋畻济┛诮M熱水

(1) 燈盞窩地?zé)峋卓谄陆M熱水的水化學(xué)特征

(2) 燈盞窩地?zé)峋畻济┛诮M熱水的水化學(xué)特征

(3) 燈盞窩地?zé)峋畻济┛诮M熱水與樓東一井(西部大峽谷溫泉)同在糖房灣穹窿，樓東一井在頂部，燈盞窩地?zé)峋欠繛绸妨睎|，相距1.6 km，水化學(xué)組成總體相似，屬于同一熱水系統(tǒng)，但燈盞窩地?zé)峋疅崴腃l-(404.2 mg/l)和Na+(300 mg/l)含量高于樓棟一井Cl-(70 mg/l)和Na+(70.2 mg/l)，揭示熱水系統(tǒng)向穹窿北東向交替循環(huán)條件減弱。

(4) 地?zé)崴c其冷泉水化學(xué)有明顯差異，說明熱水不是附近冷泉和金沙江水補(bǔ)給。

2.2 溫泉水同位素特征

為研究地?zé)岬叵滤a(bǔ)、徑、排條件，對(duì)金沙江、冷泉水和不同層位的熱水采集了H、O同位素樣品，均由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，儀器為MAT253質(zhì)譜儀和Quntulus1220 液閃儀，測(cè)定結(jié)果見表1。分析結(jié)果表明：

圖2 地下熱水δD(‰)與δ18O(‰)關(guān)系圖

(1) 燈盞窩地?zé)峋畻济┛诮M熱水和地表水、泉水、金沙江水的同位素落在降水線附近，揭示棲霞茅口組熱水溫泉來源于大氣降水，屬滲濾成因的深循環(huán)地下熱水。燈盞窩地?zé)峋卓谄陆M熱水同位素組成與其他有顯著區(qū)別，顯示溶濾水與沉積水的混合特征。

(2) 棲霞茅口組地?zé)崴摩腄為-64.8‰,δ18O為-10.9‰，雷口坡-嘉陵江組地?zé)崴腄為-47.50‰,δ18O為-7.7‰，兩種熱水的氫氧同位素組成有明顯差異，說明其成因有明顯差異(圖2)。

(3) 棲霞茅口組熱水礦化度δD、δ18O值明顯低于區(qū)內(nèi)地表水，金沙江水δD為-98.5.0‰, δ18O為-14.8.2‰，附近冷泉的同位素組成說明熱水與泉水、地表水和金沙江水有明顯區(qū)別，附近冷泉不是燈盞窩地?zé)崴难a(bǔ)給來源。

(4) 以δ18O的梯度值計(jì)算，燈盞窩地?zé)峋畻济┛诮M熱水的補(bǔ)給高程為1 774.8 m，這一高程接近五角堡的高點(diǎn)(1 780 m)，說明地?zé)崴难a(bǔ)給區(qū)主要為五角堡地區(qū)，可能還有高程更高的區(qū)域的巖溶水的補(bǔ)給。

3 燈盞窩熱水溫泉成因

燈盞窩地?zé)嵝纬墒軒r性、構(gòu)造控制，有利的地層組合及五角堡-樓東背斜對(duì)地下水運(yùn)動(dòng)的控制是燈盞窩地?zé)嵝纬傻年P(guān)鍵，燈盞窩地?zé)嵝纬赡Ｊ饺鐖D3所示。

圖3 四川屏山縣燈盞窩地?zé)峋纬蓷l件示意圖

(1) 燈盞窩地?zé)岚l(fā)育的巖性條件

燈盞窩地?zé)峋乇沓雎兜貙訛槿B系須家河組地層，為一套相對(duì)隔水的地層。三疊系雷口坡-嘉陵江組為一套厚達(dá)776 m的碳酸鹽巖地層，是區(qū)域上重要的含水地層。三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組為一套碎屑巖沉積，厚度474 m，是一層較好的隔水層。二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，為一套陸相河湖相沉積，厚度174 m；二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組，厚117 m，是一套結(jié)構(gòu)致密的弱透水地層，為良好的保溫蓋層；二疊系中下統(tǒng)在兩個(gè)水層之間有三疊系飛仙關(guān)組粉砂巖、泥巖、二疊系峨眉山玄武巖相對(duì)隔水地層。地層組合的有利、層上層下良好的隔水層及巨厚的保溫蓋層是燈盞窩地?zé)峋疅崴l(fā)育的條件。另外棲霞茅口組熱水的發(fā)育還與頂部的古巖溶發(fā)育密切相關(guān)，根據(jù)鉆探揭露情況分析，在揭穿峨眉山玄武巖底板時(shí)遇到大流量高溫?zé)崴?，再繼續(xù)鉆探，水量增加不大，由此分析，棲霞茅口組熱水主要富集在古巖溶發(fā)育帶。

(2) 五角堡-樓東背斜的控制作用

五角堡-樓東背斜位于屏山縣新灘溪南約5 km處，主體呈NE向展布，與金沙江呈25°左右相交于樓東一帶。平面形態(tài)為不規(guī)則橢圓狀，地表延伸近30 km，其南西端以15°～20°傾沒于綏江縣廟子鄉(xiāng)一帶，北東段以10°～15°的傾角逐漸傾沒于樓東與新灘壩之間，在樓東一帶遭受北西西向的逆沖斷層的破壞，造成軸跡的錯(cuò)開。背斜兩翼不對(duì)稱，北東翼巖層傾角41°～73°，北西翼巖層傾角34°～63°，軸面總體傾向北西。核部出露二疊系中下統(tǒng)棲霞茅口組灰?guī)r約11.4 km2，并由二疊系上統(tǒng)樂平組和峨眉山組構(gòu)成圈閉。背斜兩翼主要為三疊系雷口坡、嘉陵江及飛仙關(guān)。五角堡-樓東背斜為地下水深循環(huán)提供了重要條件，是燈盞窩地?zé)峋疅崴l(fā)育的關(guān)鍵。

(3) 燈盞窩熱水的補(bǔ)給區(qū)

通過調(diào)查，認(rèn)為云南綏江縣五角堡是燈盞窩棲霞茅口組熱水的主要補(bǔ)給區(qū)，主要依據(jù)：①地質(zhì)上分析，熱水含水層陽新灰?guī)r在綏江縣五角堡有較大面積出露，分布高程800～1 780 m，構(gòu)造上五角堡-樓東背斜軸部沿北東方向展布，五角堡背斜軸部構(gòu)造裂隙發(fā)育，大峽谷溫泉正好位于該背斜的南東翼。五角堡與燈盞窩棲霞茅口組灰?guī)r地層高差3 000余m，具有地下水深循環(huán)的動(dòng)力條件。②水化學(xué)組成分析，大峽谷溫泉在化學(xué)組成上與產(chǎn)出于五角堡陽新灰?guī)r地層的幸福泉成因上有聯(lián)系。③同位素計(jì)算大峽谷溫泉水的補(bǔ)給高程為1 774 m，與五角堡陽新灰?guī)r出露分布的高程相吻合。

五角堡及盆地西側(cè)的二疊系棲霞茅口組、三疊系雷口坡-嘉陵江組地層出露區(qū)是燈盞窩地?zé)岬难a(bǔ)給區(qū)。五角堡-樓東背斜控制地下水運(yùn)動(dòng)方向，背斜軸部裂隙帶為地下水的儲(chǔ)存和運(yùn)移提供了空間和通道，深部地下水總體從南西向北東方向運(yùn)移，在深循環(huán)的過程中受地?zé)嵩鰷匦纬傻責(zé)崃鲬B(tài)。發(fā)育于該區(qū)的熱水具有承壓性，不是以天然泉或泉群的方式向地表排泄，必須以人工鉆鑿井(孔)方式揭露。

4 結(jié)論

(1) 燈盞窩地?zé)峋衣秲蓪訜崴瑑蓪訜崴哂忻黠@不同的化學(xué)組成特征，棲霞茅口組熱水表現(xiàn)為低礦化度，水化學(xué)類型HCO3·Cl- Ca·Na，雷口坡組熱水為高礦化度，水化學(xué)類型Cl·SO4- Na，揭示兩組熱水形成條件的差異。

(2) 燈盞窩熱水發(fā)育受五角堡-樓東背斜核、糖房灣穹隆構(gòu)造控制，五角堡-樓東背斜核的影響，使盆地邊緣的地下水能形成深循環(huán)和長(zhǎng)距離遷移，在屏山形成低礦化度熱水。五角堡-樓東背斜在很大程度了上控制綏江-屏山地區(qū)二疊系、三疊系深部地下水的空間活動(dòng)規(guī)律和運(yùn)移，因此，在該構(gòu)造影響范圍內(nèi)熱水資源存在著較大的開發(fā)潛力。

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