贛南斷褶山地對流型地?zé)嵯到y(tǒng)特征及成因

王進(jìn) 肖則佑 侯懷敏

*收稿日期：20200306修訂日期：20200602責(zé)任編輯：譚桂麗

基金項目：江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局“江西省興國梅窖—寧都青塘盆地地下水資源調(diào)查評價——江西省石城縣楂山里地?zé)崴尚行钥辈椋ň幪枺黑M地勘字[2014]86號）”項目資助。

第一作者簡介：王進(jìn)，1990年生，男，工程師，主要從事水文地質(zhì)和地?zé)岬刭|(zhì)研究工作。Email：782711845@qq.com。

通信作者簡介： ， 年生， ，，。

摘要： 贛南地區(qū)構(gòu)造運動強(qiáng)烈，形成較多的地?zé)崴?，是我國地?zé)豳Y源開發(fā)利用的重點地區(qū)之一。文章以贛南石城縣楂山里地?zé)嵯到y(tǒng)為例，探討了贛南斷褶山地對流型地?zé)嵯到y(tǒng)的特征及成因，對尋找地?zé)豳Y源及開發(fā)利用清潔能源具有實際意義。石城縣楂山里地?zé)嵯到y(tǒng)為典型的贛南斷褶山地對流型地?zé)嵯到y(tǒng)，以NNE向斷裂提供的大地?zé)崃鳛闊嵩?，以受迫對流為機(jī)制，大氣降雨通過斷裂帶裂隙入滲并深循環(huán)，汲取圍巖熱量和深部巖漿巖放射性熱量后形成地?zé)崴?，在地形高差和水壓力差作用下形成環(huán)流，沿導(dǎo)水裂隙在地勢低洼地帶出露后形成溫泉。

關(guān)鍵詞： 贛南斷褶山地;對流型;地?zé)嵯到y(tǒng);楂山里地?zé)?/p>

中圖分類號：P314.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：20961871（2020）0438106

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對生活品質(zhì)和生態(tài)文明建設(shè)的追求越來越高，地?zé)崴Y源作為一種新型能源，清潔無污染，倍受人們密切關(guān)注[12]。

我國地?zé)豳Y源主要分布在西南邊陲、東南諸省及內(nèi)陸盆地（松遼盆地、華北盆地、江漢盆地及眾多山間盆地）[3]。夏邦棟[4]認(rèn)為南京湯山地?zé)嵯到y(tǒng)熱源主要來源于地?zé)嵩鰷芈?、現(xiàn)代火山及地下巖漿余熱和放射性元素的衰變及硫化物礦床的氧化作用。汪集旸[5]通過研究福建一帶溫泉特征，提出了“中低溫對流型地?zé)嵯到y(tǒng)”理論，認(rèn)為溫度低于150 ℃，地下深處無巖漿活動作為附加熱源，在正?；蚱叩膮^(qū)域地?zé)岜尘跋拢霈F(xiàn)在裂隙介質(zhì)或斷裂破碎帶的地下熱水環(huán)境系統(tǒng)均屬于中低溫對流型地?zé)嵯到y(tǒng)。田廷山等[6]認(rèn)為贛南地區(qū)地?zé)釤醿囟纫话銥?10～130 ℃，熱水循環(huán)深度不超過4 km。肖則佑等[7]通過總結(jié)贛南東部地?zé)崴卣骷俺梢?，認(rèn)為地下水熱源主要為地下水深循環(huán)熱及放射性元素衰變熱。目前，對贛南斷褶山地地?zé)崴到y(tǒng)研究相對較少。本文以石城縣楂山里地?zé)嵯到y(tǒng)為例，通過總結(jié)贛南斷褶山地20處溫泉的地?zé)岬刭|(zhì)特征和水化學(xué)相關(guān)參數(shù)特征，探討贛南斷褶山地對流型地?zé)嵯到y(tǒng)特征及成因，為該區(qū)下一步地?zé)豳Y源開發(fā)及利用提供參考。

1 地質(zhì)背景

贛南地區(qū)是環(huán)太平洋島弧的組成部分，經(jīng)歷了中新世地殼運動，特別是上新世—更新世，受菲律賓海板塊和歐亞板塊俯沖影響，中央山脈迅速隆起成為高山，同時發(fā)育臺灣海峽裂谷盆地，中國東部形成了一系列NE向中新生代裂谷盆地（圖1）。該區(qū)斷裂大多數(shù)為NNE向和EW向，地殼厚31.8～27.6 km，由西向東，地殼厚度趨于減小，大地?zé)崃髦禐?3.2～95.7 mW/m2[8]，該區(qū)存在較強(qiáng)的深部斷裂活動。

2 楂山里地?zé)嵯到y(tǒng)地質(zhì)特征

楂山里地?zé)崽镂挥谑强h城北東方向約8 km處，屬于亞熱帶季風(fēng)型濕潤性氣候區(qū)，溫暖潮濕，四季分明，雨量充沛。春季多雨，夏季炎熱，最高氣溫39 ℃;冬季寒冷，最低氣溫-2 ℃。全年無霜期275天，年平均降雨量約1 500 mm。

華東地質(zhì)2020年

第41卷 第4期

王 進(jìn)，等：贛南斷褶山地對流型地?zé)嵯到y(tǒng)特征及成因——以石城縣楂山里地?zé)嵯到y(tǒng)為例

2.1 地形地貌

楂山里地?zé)崽飳儆跇?gòu)造剝蝕低山丘陵地貌區(qū)，海拔240～680 m，最低點為西側(cè)溝谷。山脊總體呈NW向展布，山頂海拔290～680 m，相對高差為60～390 m。區(qū)內(nèi)總體地勢西低東高，南北高中間低，三面環(huán)山。

2.2 地層巖性

該區(qū)以近SN向斷裂為界，東部出露南華紀(jì)萬源巖組（Nhw），巖性為變余中細(xì)粒砂巖、變余長石石英砂巖、砂質(zhì)板巖、板巖，以變余長石石英砂巖為主，顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)，條紋構(gòu)造。巖石由石英、長石、綠泥石組成的條帶與由石英、長石、白云母和少量綠泥石組成的條帶相間產(chǎn)出，長石碎屑粒徑0.02～0.05 mm，呈鑲嵌狀定向排列。西部出露早白堊世火把山組（K1h），巖性為灰白色、灰綠色、紫紅色泥巖、粉砂巖、砂巖組合，以粉砂質(zhì)泥巖為主，含粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，方解石含量為10%，石英含量為20%，黏土礦物和泥質(zhì)物含量為70%。石英碎屑粒徑為0.02～0.05 mm;方解石呈碎屑狀、渾圓顆粒狀，零星分布，黏土礦物呈針狀、條帶狀分布于褐紅色泥質(zhì)中。南華系與白堊系為斷裂接觸，第四系分布于河流兩側(cè)及山間溝谷，由晚更新世坡洪積層組成，上部為耕作土，下部為含碎石粉砂質(zhì)土（圖2）。

2.3 斷裂

該區(qū)發(fā)育F1斷裂，出露于礦區(qū)中部，產(chǎn)狀總體較穩(wěn)定，呈近SN向展布，局部膨脹收縮，略具“S”型展布，由南向北貫穿研究區(qū)，延伸長度>4 km，寬度1～20 m，傾向260°～285°，傾角72°～75°。地表局部可見斷裂帶內(nèi)有螢石風(fēng)化流失后殘留的網(wǎng)格狀硅質(zhì)骨架（孔洞）和蛋白石化、褐鐵礦化、綠泥石化等蝕變現(xiàn)象，斷裂帶以強(qiáng)烈硅化和大量網(wǎng)脈狀硅質(zhì)脈體充填及螢石化為特征，裂隙發(fā)育不規(guī)則，巖心破碎，是地下水儲存的有利場所。白水燒湖附近有溫泉從該破碎帶溢出。

2.4 水文地質(zhì)特征

2.4.1 天然溫泉出露情況

該區(qū)著名的白水燒湖出露于山谷溪流旁（第四系厚度為50 cm），流量300 t/d，溫度48 ℃。區(qū)內(nèi)還見2處間歇性溫泉群，出露于中部坡洪積層低洼地帶的小池塘中，混合水溫29～31 ℃，有翻砂冒泡現(xiàn)象，冒泡間隔5～8 s，流量極?。▓D2）。

2.4.2 補(bǔ)給條件

研究區(qū)屬于低山丘陵地貌區(qū)，大氣降水為該區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源。大氣降水通過第四系松散層孔隙，碎屑巖、變質(zhì)巖裂隙，斷裂及裂隙滲入地下，是地下水的主要補(bǔ)給源。抽水試驗表明，鉆孔水位降低時，地表水水位也降低，說明地表水也是該區(qū)的重要補(bǔ)給來源。

2.4.3 儲存空間及導(dǎo)水通道

該區(qū)地?zé)崴饕獌Υ嬖跀嗔褞е?，呈近SN向展布，傾向273°，傾角72°～75°，破碎帶巖心呈黃褐色，硅化，裂隙發(fā)育，軸心夾角30°～40°，裂面凹凸不平，有熱液蝕變沉淀物充填，為張性裂隙。大部分巖心破碎呈砂礫狀，甚至形成空洞，是地?zé)崴烊坏膬Υ婵臻g和導(dǎo)水通道。斷裂帶地勢較低區(qū)或?qū)ǖ垒^好的地區(qū)（無第四系黏土層或隔水層覆蓋區(qū)）有利于地下水出露，地?zé)崴雎队谠搮^(qū)地勢較低的溝谷中。

2.4.4 蓋層

斷裂帶上盤與斷層下盤的南華系為斷裂接觸關(guān)系，主要為白堊紀(jì)紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，呈泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育少，且90%裂隙為閉合裂隙，在近地表5 m內(nèi)為強(qiáng)風(fēng)化中風(fēng)化帶，儲存基巖裂隙水。 紅層具有較好的含水性，是天然的阻水層，是楂山里地?zé)崽锏奶烊簧w層。由于地?zé)崴饕財嗔颜共?，因此每個鉆孔的蓋層厚度不一。

3 楂山里地?zé)嵯到y(tǒng)成因模式

3.1 熱源

楂山里地?zé)嵯到y(tǒng)的熱源為地下水深循環(huán)熱，斷裂熱水均分布于近SN向張性斷裂上。SN向斷裂張應(yīng)力強(qiáng)、形成時間晚、切割深度大、地下水循環(huán)較深，按正常地?zé)嵩鰷芈蔬M(jìn)行水循環(huán)，有利于形成地下熱水。地下熱水的水溫高低主要取決于熱水的埋藏深度。鉆孔系統(tǒng)測溫發(fā)現(xiàn)，地下水埋深越深，蓋層厚度越大，孔底水溫越高（表1）。

3.2 楂山里地?zé)嵯到y(tǒng)成因模式

研究區(qū)地下熱水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水和地表水。在地形高差造成的水壓差作用下，順著近SN向斷裂、裂隙、第四系孔隙滲入地下。地下水向深部徑流過程中，不斷吸收周邊圍巖釋放的熱量，水溫逐漸升高，比重小于一般地下水的比重，從而產(chǎn)生熱對流。地下熱水由下向上運動，冷水由上向下補(bǔ)充，循環(huán)不斷，形成地?zé)崴?，在楂山里山谷溪流旁出露成泉，即白水燒湖。斷裂東部低山區(qū)南華紀(jì)變質(zhì)巖裂隙發(fā)育且分布廣，為楂山里地?zé)崽锾峁┝顺渥闼?，SN向斷裂提供了良好的導(dǎo)水、導(dǎo)熱通道，白堊紀(jì)粉砂巖形成了良好的隔熱、隔水蓋層，是形成楂山里地?zé)嵯到y(tǒng)的必要條件。

4 討論

根據(jù)前人提出的對流型地?zé)崴碚摷伴嚼锏責(zé)嵯到y(tǒng)特征，結(jié)合贛南斷褶山地20處溫泉出露特征及相關(guān)水化學(xué)參數(shù)（表2），討論贛南斷褶山地對流型地?zé)嵯到y(tǒng)特征及成因。

4.1 贛南斷褶山地地?zé)嵯到y(tǒng)特征

（1）受NNE向斷裂影響，多條斷裂活動有利于溫泉水的出露。在21個溫泉（含楂山里溫泉）中，所有溫泉均受斷裂帶控制，大部分溫泉受NNE向斷裂影響強(qiáng)烈，其次為NE向和NW向斷裂，EW向斷裂影響最小。大部分溫泉出露于多個斷層的復(fù)合部位，一般情況下，NNE向斷裂為壓扭性斷裂，導(dǎo)水條件不好，但在其他斷裂影響下，可形成較好的地?zé)嵯到y(tǒng)，如于都縣公館溫泉，NNE向斷裂為控?zé)針?gòu)造，而NW向斷裂為導(dǎo)水構(gòu)造，二者相互作用后形成了公館地?zé)嵯到y(tǒng)。

（2）受地層巖性控制。21處溫泉中，大部分溫泉出露于巖漿巖地區(qū)，其中燕山期花崗巖對溫泉的出露影響最大，變質(zhì)巖對溫泉的出露影響次之，紅層對溫泉的出露影響最小。

（3）均為中低溫地?zé)嵯到y(tǒng)。統(tǒng)計的贛南斷褶山地21個溫泉中，孔口溫度最低35 ℃（安遠(yuǎn)新塘溫泉），孔口溫度最高為78 ℃（安遠(yuǎn)虎崗溫泉）。根據(jù)汪集旸[5]提出的中低溫對流型地?zé)嵯到y(tǒng)理論，贛南斷褶山地地?zé)嵯到y(tǒng)均為中低溫對流型地?zé)嵯到y(tǒng)。

（4）熱源為地下水深循環(huán)熱及放射性衰變熱。該區(qū)斷裂帶熱水均受斷裂控制，且斷裂經(jīng)過多次活動，切割深度大，地下水循環(huán)深度大。以楂山里溫泉為例，地下水循環(huán)深度為3～4 km，隨著鉆孔揭露深度的增加，孔口溫度也隨之增加，說明地下水深循環(huán)熱是主要的熱源之一。肖則佑等[7]通過研究贛南東部地區(qū)地?zé)崴乃瘜W(xué)特征，認(rèn)為地?zé)崴锈?、鐳、氡含量越高，地?zé)崴疁囟纫苍礁?。區(qū)內(nèi)大部分出露的溫泉與巖漿巖有關(guān)，巖漿巖中的放射性元素衰變是一種自然放熱過程，對地?zé)崴男纬捎欣?/p>

（5）補(bǔ)給源主要為大氣降雨和地表水。楂山里溫泉所處區(qū)域年平均降雨量約1 500 mm，地?zé)釁^(qū)地表水系發(fā)育，充沛的大氣降水和地表水為地?zé)崴峁┝顺渥愕难a(bǔ)給源。楂山里ZK01和ZK03鉆孔長觀資料表明：豐水期，地?zé)峋簧?，自流量增?枯水期，地?zé)峋唤档?，自流量減小。

（6）地?zé)崴话銥榈偷V化度的偏硅酸、氟醫(yī)療礦泉水。統(tǒng)計的20處溫泉中，大部分溫泉礦化度<1 g/L，所有溫泉的偏硅酸及氟含量達(dá)到醫(yī)療礦泉水標(biāo)準(zhǔn)。地?zé)崴械姆烤?20 mg/L，偏硅酸含量變化幅度較大，地?zé)崴疁囟扰cpH值、偏硅酸及氟含量關(guān)系不明顯。

（7）地?zé)嵯到y(tǒng)形成時間較長。對于正常區(qū)域熱流背景（60 mW/m2）供熱，循環(huán)深度為4.0 km，發(fā)育在裂隙中的地?zé)嵯到y(tǒng)大概需要10萬年才能形成[89]。贛南斷褶山地的地下水循環(huán)深度一般為3～4 km，因此，該地?zé)嵯到y(tǒng)的形成時間較長。

4.2 贛南斷褶山地地?zé)嵯到y(tǒng)成因模式

贛南斷褶山地地?zé)嵯到y(tǒng)成因模式如圖3所示。由垂直于斷裂帶的剖面（圖3（a））可知，大氣降水或地表水沿地表風(fēng)化裂隙或斷層裂隙進(jìn)入地下，形成地下水，由于斷裂帶切割深度大，延伸長，地形起伏大，在地形高差及水壓差作用下，地下水進(jìn)行深循環(huán)。由平行于斷裂帶的剖面（圖3（b））可知，地下水在徑流過程中不斷吸取圍巖中的熱量及放射性元素的衰變熱量，形成溫度不等的地?zé)崴?。隨著循環(huán)深度增加，水溫也越來越高，在斷裂交匯部位或構(gòu)造侵蝕有利部位以溫泉的形式出露地表，形成一個環(huán)流系統(tǒng)。

5 結(jié) 論

（1）贛南斷褶山地地?zé)嵯到y(tǒng)屬于中低溫對流型地?zé)嵯到y(tǒng)，受斷裂和巖性控制，以大氣降雨和地表水為主要補(bǔ)給源，以深循環(huán)熱及放射性元素衰變熱為熱源，地下水循環(huán)深度深，形成時間長，但礦化度低，且地?zé)崴械钠杷岷头锖烤_(dá)到醫(yī)療礦泉水標(biāo)準(zhǔn)。

（2）贛南斷褶山地接受大氣降水或地表水補(bǔ)給，沿地表風(fēng)化裂隙或斷層裂隙進(jìn)入地下并進(jìn)行深循環(huán)，汲取圍巖中的熱量及放射性元素的衰變熱量，形成溫度不等的地?zé)崴?，在斷裂交匯部位或構(gòu)造侵蝕有利部位以溫泉的形式出露地表，形成對流型地?zé)嵯到y(tǒng)。

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Characteristics and genesis of convective geothermal system in the faultfold mountains of Southern Jiangxi： A case study of Zhashanli geothermal system in Shicheng County

WANG Jin1，2， XIAO Zeyou2， HOU Huaimin2

（1. Jiangxi University of Science and Technology， Ganzhou 341000， China;

2. Gannan Geological Survey Party， Bureau of Geology and Exploration and Development of Mineral Resources of Jiangxi Province， Ganzhou 341000， China）

Abstract：Southern Jiangxi， characterized by strong tectonic movements and much geothermal water， is one of the key areas for geothermal resources development and utilization in China. Taking the Zhashanli geothermal system in Shicheng County as an example， the paper discusses the characteristics and genesis of convective geothermal system in the faultfold mountains of Southern Jiangxi， which is of practical significance to the search for geothermal resources and development and utilization of clean energy. The Zhashanli geothermal system takes the terrestrial heat flow provided by NNE fault as heat source， and forced convection as mechanism. Atmospheric rainfall penetrates through cracks and circulates in the deep fault zone， absorbing the heat of surrounding rocks and radioactive heat of deep magmatic rocks to form geothermal water， forming circulation under the effect of topographic elevation difference and water pressure difference， and forming hot springs along water flowing fissures in depressions.

Key words：faultfold mountains in southern Jiangxi; convective type; geothermal system; Zhashanli geothermal field