曲靖市德澤鄉(xiāng)溫泉特征及成因

屈元會，徐世光，黃建國

(1.昆明理工大學國土資源工程學院，昆明 650093；2.云南地礦工程勘察集團公司，昆明 650041)

德澤位于云南省曲靖市沾益區(qū)駐地西北70 km處，東臨宣威熱水，西連會澤田壩，北交會澤上村。區(qū)域內地層較全，含水層主要為泥盆系宰格組(D3zg)、寒武系漁戶村組(∈1y)、震旦系燈影組(Zz2dn)。區(qū)域內冷熱泉均有出露，地熱顯示較明顯，筆者參與了德澤鄉(xiāng)區(qū)內熱水井的水溫測量、水資源量計算以及地熱資源調查等工作。本文結合區(qū)內已有資料以及地熱資源調查成果，探討地熱水資源的特征和形成條件，對該區(qū)地熱資源的進一步開發(fā)利用有一定的指導意義。

1 區(qū)域地質條件

1.1 地質構造

研究區(qū)地質構造屬于揚子準地臺南緣的滇東臺褶帶。受地殼演化過程中多期次構造運動的影響，地層普遍發(fā)生了不同程度的褶皺和斷裂變形，尤其是斷裂比較發(fā)育，多由北東向壓性、壓扭性斷裂、東西向、北西向的小斷層組成。論證區(qū)所在區(qū)域內構造發(fā)育，包括：務德斷裂、魯納斷裂、得德卡斷裂、尖山坡背斜、白石巖-小河水大向斜等。

1.2 地層巖性

論證區(qū)內地層出露較全，其中，震旦系燈影組、寒武系漁戶村組、泥盆系宰格組、石炭系上統(tǒng)、石炭系中統(tǒng)、石炭系擺佐組、石炭系大塘組、石炭系巖關組、二疊系棲霞茅口組、三疊系關嶺組上段，地層巖性以碳酸鹽巖為主；薊縣系鵝頭廠組以板巖、石英砂巖為主；震旦系南沱組、陡山沱組、寒武系滄浪鋪組、筇竹寺組、泥盆系?？诮M、二疊系梁山組、宣威組、三疊系飛仙關組、關嶺組下段地層巖性為頁巖、泥巖、砂巖等碎屑巖；二疊系玄武巖組巖性為火山噴出巖(玄武巖)；第四系為粘土夾砂卵礫石層等松散堆積物。

2 水文地質條件

根據水文地質條件及成井資料進行綜合分析，熱水井取水層為震旦系燈影組(Zz2dn)碳酸鹽巖，區(qū)域內水文地質單元為熱水塘-羅家坡水文地質單元(Ⅰ)、熱水村-袁家地水文地質單元(Ⅱ)、小岔河-費沖水文地質單元(Ⅲ)、大營盤-松毛山水文地質單元(Ⅳ)。燈影組(Zz2dn)碳酸鹽巖含水層主要出露于熱水塘-羅家坡水文地質單元，接受大氣降雨補給，是開采井的主要取水單元。燈影組(Zz2dn)碳酸鹽巖含水層出露于單元的西南方，成南西-北東向條狀分布。補給來源主要為大氣降雨補給和其他含水層的側向補給，徑流方向為北東向，在盆地及其周邊以泉的形式排泄，形成微承壓地下水。宰格組(D3zg)碳酸鹽巖含水層為主要補給水源，出露于區(qū)域東北向、東南部，東南部灰?guī)r區(qū)的地下水徑流受地下暗河系統(tǒng)的控制，徑流方向為東南、東西向；東北部灰?guī)r區(qū)徑流方向由南向北，地層傾角較大，地下水向深部運移，形成高承壓地下水。水文地質單元劃分詳見圖1。

3 水質評價

論證區(qū)水樣經云南地質工程勘察設計研究院測試研究所檢測，水中陰離子以重碳酸根HCO3-、硫酸根SO42-為主，陽離子以鈉(Na+)為主，pH值7～7.1地下水化學特征為HCO3-·SO42--Na+型。

(1) 醫(yī)療熱礦水評價

論證區(qū)現有熱水井井口水溫最近一次測量為27.5 ℃，深部水溫34.5 ℃，按《地熱資源地質勘查規(guī)范》(GB/T1615-2010)表分4級，屬中低溫地熱資源中的溫水，熱水中含有Fe、Sr、Li及H2SiO3、Zn等近10種對人體有益的化學組分，具有一定的醫(yī)療保健作用，適合作為理療天然礦泉水開采利用。

(2) 飲用天然礦泉水評價

論證區(qū)地下熱水中鍶、鋰及偏硅酸含量達到《飲用水天然礦泉水》(GB8537-2008)中的界限指標。5組溫泉水水樣中S01、S02、S18三個泉點水質中鍶、鋰及偏硅酸均達標，#01及S05僅鍶達標。其中#01和S18砷含量分別為0.018 mg/l、0.037 mg/l，超過飲用天然礦泉水標準0.01 mg/l，不能直接作為天然礦泉水飲用。關鍵元素對比見表1。

表1 關鍵元素對比

4 地熱成因

4.1 蓋層

蓋層為下寒武系漁戶村組(∈1y)泥質白云巖、磷塊巖、含磷硅質巖、硅質巖及粉砂巖，底部時有頁巖地層，裂隙不發(fā)育，屬于相對隔水隔熱蓋層；寒武系筇竹寺組(∈1q)泥質頁巖夾粉砂巖，上部夾薄層砂巖，底部為粉砂巖或頁巖以及寒武系滄浪鋪組(∈1c)白云母粉砂質頁巖、粉砂巖、夾薄層砂巖，礫石英砂巖，裂隙不發(fā)育，屬于較好的隔水隔熱蓋層；第四系松散層導熱性差，屬相對保溫蓋層。因此，深部散發(fā)的熱流，傳送到燈影組(Zz2dn)地層里蘊藏起來，形成一個較好的地下熱庫。

圖1 水文地質單元劃分圖

4.2 熱儲

論證區(qū)的熱儲層為震旦系燈影組(Zz2dn)地層，巖性為一套淺灰色塊狀、厚層狀白云巖，中下部含藻類，局部頂部含磷，具硬、脆、碎的特征，歷經多次構造運動，裂隙縱橫交錯極為發(fā)育，滲透性強，連通性好，地熱擴散條件亦好，加之厚度大、分布廣，因而構成了區(qū)內良好的儲熱層。據區(qū)域地質資料，儲熱層厚度289～422 m，由北向南變薄。向南由于埋深小或直接出露地表，水溫降低而失去儲熱條件。

A-A′剖面(圖2)顯示，F3斷層在熱水塘村一帶上覆有良好的保溫蓋層，熱儲層中的熱液沿該斷裂上升出流，在地表形成溫泉，其中S18溫泉溫度45 ℃，水量較大。C-C′剖面(圖3)直觀地反應出該區(qū)燈影組地層是良好的熱儲層，但因蓋層較薄，鉆孔抽水人為加劇地下水循環(huán)，進而導致降雨入滲混入熱儲層造成論證區(qū)熱儲層溫度不會太高。

4.3 熱源

論證區(qū)內地熱水雖受地層巖性、蓋層厚度、地下水活動及構造等因素的影響，但區(qū)內沒有活動頻率高的深大斷裂，也沒有花崗巖等酸性巖體出露，因此論證區(qū)熱儲層地熱來源為地幔熱流和上地殼放射性元素衰變產生的地殼熱流自然增溫。論證區(qū)地溫梯度變化也相對穩(wěn)定，其地熱增溫級的特點為：位于儲熱層以上的覆蓋層，一般隨深度增加而遞增，揭露熱儲層后，隨深度加深溫度不增加或增加很少。根據汪緝安(1990)和徐青(1992)對云南省的大地熱流分區(qū)(圖4)的成果，論證區(qū)屬于滇東低-中熱流區(qū)，其大地熱流值在53 mW/m2左右。

圖3 C-C′剖面

圖4 大地熱流值

4.4 熱通道

溫泉溢出帶均位于南北向務德斷裂F3上，該斷裂為德澤盆地內的主干斷裂，且靠近斷裂帶附近溫泉溫度較高。務德斷裂穿過論證區(qū)，在德澤區(qū)域被第四系覆蓋，斷裂破碎帶發(fā)育，對熱流形成起主導作用。

4.5 地熱成因模式

綜合分析地質、水溫、水質及鉆孔等資料，認為區(qū)內地下熱水主要受斷裂構造的控制，其次為熱流傳導。溫泉溢出帶均位于南北向務德斷裂上，該斷裂為德澤盆地內的主干斷裂，且靠近斷裂帶附近溫泉溫度較高。務德斷裂穿過論證區(qū)，在德澤區(qū)域被第四系覆蓋，斷裂破碎帶發(fā)育，對熱流形成起主導作用。它可能溝通了地殼深部熱源，成為深部熱源向上傳輸的主要通道，地下水通過斷裂向上運移進行熱擴散，使斷裂帶及兩側地層升溫，從而使地下水循環(huán)運動得以加溫，形成地下熱水。熱儲層上覆的第四系松散層、寒武系筇竹寺組、寒武系滄浪鋪組等地層構成相對較好的隔水隔熱蓋層。部分地熱水沿斷裂帶上升出露地表形成溫泉，在斷裂帶上出露的溫泉帶有硫磺味也佐證了該斷裂導通地殼深部熱源并將深部熱源的物質帶出。成因模式見圖5。

1.熱流方向;2.熱儲層；3.砂質頁巖(蓋層)；4.頁巖(蓋層);5.砂巖(蓋層)；6.含礫砂巖(蓋層)；7.石英砂巖(蓋層)；8.斷層；9.熱流出露；10.大氣降水圖5 地熱成因模式

5 結論

(1) 德澤鄉(xiāng)溫泉特征明顯，溫泉出露較為集中，偏硅酸等有益元素含量較高，溢出帶均位于南北向務德斷裂F3上，且靠近斷裂帶附近溫泉溫度較高，該斷裂為德澤盆地內的主干斷裂。

(2) 德澤鄉(xiāng)熱水發(fā)育主要受斷裂構造控制，斷裂溝通了地殼深部熱源，成為深部熱源向上傳輸的主要通道，地下水通過斷裂向上運移進行熱擴散，使斷裂帶及兩側地層升溫，從而使地下水循環(huán)運動得以加溫，形成地下熱水。

(3) 野外調查證實務德斷裂(F3)為一正斷層，斷層下盤地層較單一，燈影組地層上覆只有第四系和寒武系漁戶村組保溫性能差，水溫較低，測井后水溫在34 ℃。斷層上盤(論證區(qū)東部)，燈影組上覆有第四系沖洪積、殘坡積粘土、砂、卵礫石，寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組(∈1c)頁巖、粉砂巖，寒武系下統(tǒng)筇竹寺組(∈1q)泥質頁巖夾粉砂巖巖層可作為良好的保溫蓋層，下寒武漁戶村組(∈1y)白云巖、磷塊巖地層可作為相對隔熱隔水蓋層，且在此處還存在一背斜構造，斷層和背斜核部裂隙帶一并導通深部熱源，傳送到燈影組(Zz2dn)地層里蘊藏起來，有條件形成一個很好的地下熱庫。