貴州省赫章縣六曲河地區(qū)地熱地質特征及成因

田超

（成都理工大學地球科學學院，四川成都 610059）

地熱資源作為一種清潔而寶貴的礦產資源，被廣泛應用于采暖、熱供水、醫(yī)療、娛樂等方面。上世紀90年代以來，我國地熱資源向規(guī)?；a業(yè)化方向發(fā)展，對地熱資源的需求越來越大［1］。貴州省為助推扶貧攻堅，提出了加快“溫泉省”建設的相關政策，以實現縣縣有溫泉的目標［2］。研究區(qū)位于貴州省西北部，處于滇東高原向黔中山地丘陵過渡的傾斜地帶，海拔1533m～1503m，地形復雜，屬高寒高海拔地熱資源相對貧乏的地區(qū)。前人在區(qū)內開展過小比例尺的區(qū)域地質及水文地質調查研究，但對于地熱水的研究未見報道。2019年通過ZK1井的實施，成功打出一口水溫52℃，水量1320m3/d的自流井，井深1182.70m，水頭高度達+86m，摘掉了研究區(qū)無地熱水的帽子，為地方經濟社會的發(fā)展和助力脫貧攻堅輸入了新的動力。因此，本文旨在通過總結ZK1井取得的勘查成果，論述研究區(qū)地熱地質特征及其成因，為今后在貴州西部高寒高海拔地區(qū)開展進一步地熱勘查提供借鑒和參考。

1 地質背景

研究區(qū)大地構造上位于楊子準地臺黔北臺隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構造變形區(qū)［3］，為四川盆地邊緣褶皺帶的一部分，由大致呈北東45°方向平行斜向展布的皺褶和壓扭性斷層組成（圖1）。

圖1 研究區(qū)地質構造略圖

1.1 地層

研究區(qū)地表出露地層自新到老依次為第四系、侏羅系、三疊系、二疊系，根據2019年實施的ZK1地熱井揭露，鉆遇的隱伏地層有寒武系、奧陶系、石炭系。各地層巖性詳見（表1）：

表1 研究區(qū)地層巖性簡表

1.2 構造

研究區(qū)主要構造有畫眉背斜、六曲向斜、文家園向斜、畫眉斷層（FH）（圖1）。其中畫眉斷裂為挽近期區(qū)域性逆斷層，是研究區(qū)內導熱導水主斷裂，總體走向約60°，延伸長達約30km，地表傾向南東，傾角約80°，使畫眉背斜軸發(fā)生錯動，局部出現地層倒轉現象，并發(fā)育多組次級斷裂。斷層接觸帶附近具有擠壓現象，且兩側地層產生明顯滑動，牽引褶皺發(fā)育。通過物探對稱四極測深顯示，畫眉斷裂在深部產狀發(fā)生反轉，傾向北西，傾角65°，且有逐漸變緩的趨勢。根據物探資料顯示，按照畫眉斷層深部產狀推測，預計在2300m處打穿斷層達到目的。

根據ZK1勘探孔鉆進溫度記錄顯示，鉆進至1151.68m時，處于湄潭組地層粉砂巖（湄潭組底部深度1165.00m），泥漿溫度僅為25℃，自1165m～1175m時遇斷裂破碎帶，鉆進至1182.70m時，進入婁山關群白云巖，泥漿溫度驟升至38℃，溫度升高13℃，說明在該段有新的地熱流體進入鉆孔，因而認為畫眉斷層在800m處產生了分支斷裂（FH-1），該分支斷裂為區(qū)內導熱導水構造，位于寒武系婁山關群能干性強的白云巖與奧陶系湄潭組能干性弱的粉砂巖平行不整合面之間，具有層間滑動特征。

1.3 水文地質

區(qū)內地下水補給來源主要為大氣降水，地下水類型主要為碳酸鹽巖巖溶水，主要有中二疊統(tǒng)茅口組、棲霞組、中上寒武統(tǒng)婁山關群。巖性以灰?guī)r、白云巖為主，含水豐富，地下徑流模數6.5L/s.km2～7L/s.km2。其次為基巖裂隙水，以二疊系上統(tǒng)長興組、龍?zhí)督M、玄武（火山）巖組為主，巖性主要為頁巖、砂巖及玄武巖，多呈條帶狀分布，地下徑流模數0.5L/s.km2～1L/s.km2。

2 地熱地質特征

2.1 地熱異常特征

研究區(qū)內無地熱水天然露頭點，ZK1井地質構造上位于畫眉背斜西北翼，并受畫眉斷裂控制處于該斷層的北西盤的次級斷裂（FH-1），鉆孔深度1182.70m，井口水溫52℃，自流量約1320m3/d。

2.2 熱儲特征

根據地熱鉆探資料揭示，研究區(qū)內主要熱儲集單元為第五熱儲集單元、第四熱儲集單元、第二熱儲集單元，缺失第三熱儲集單元地層（見表2）。ZK1鉆孔施工到1182.70m深度時，因發(fā)生地熱水井噴，且水溫、水量均超出預期，故終止繼續(xù)施工，孔底地層巖性為婁山關群白云巖，并未完全揭穿第二熱儲集單元。

表2 ZK1鉆孔揭露熱儲單元結構特征表

3 地熱流體水化學特征

研究區(qū)地下熱水為溫熱水，具無色透明、輕微的硫化氫氣味。據地熱勘探井（ZK1）水樣采取和水質檢測分析：流體pH值7.48，屬弱堿性水；其中溶解性總固體含量為568.9mg/l，總硬度377.48mg/l，為硬水；水中陰離子HCO3-含量為156.85 mg/l，Cl-含量2.14 mg/l，SO42-含量258.32mg/l，F-含量為3.58mg/l，NO3-含量為1.55 mg/l。陽離子Ca2+含量為83.86mg/l，Mg2+含量為40.57 mg/l，K+含量為15.43 mg/l，Na+含量為5.37 mg/l；流體中含有對人體有益的主要成分為：偏硅酸（H2SiO3）35.30mg/l、鍶（Sr2+）9.654 mg/l、鋰（Li+）0.076 mg/l。水化學類型為HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型。

此外，溫泉水中尚含有一定量的硒、鉬、硼、鐵、錳、鋅、六價鉻、碘、鈧、銅、鈷、鋇、鋰、氟等少量及微量元素。溫泉水中限量元素和組分及污染物含量均在現行飲用天然礦泉水國家標準的限量指標范圍內。

4 地熱流體成因

貴州西北部地區(qū)地熱受挽近期繼承性的北東斷裂控制，研究區(qū)內地熱成因屬山地（隆起）斷裂對流型，即隆起區(qū)受到深斷裂控制的深循環(huán)熱礦水［4］，勘探類型屬中低溫層狀與帶狀組合類型（Ⅱ-3型）。地熱的形成須具備熱源、水源、導熱導水通道、儲熱儲水空間及對熱的保護(蓋層)等條件。

4.1 熱能的來源

研究區(qū)內及周邊無巖漿巖出露，也未見有隱伏巖體的相關報告，因此，區(qū)內不具備巖漿熱源及放射性熱源條件，故該地區(qū)地熱流體系統(tǒng)的形成主要受區(qū)域構造、地層巖性等因素的控制。根據貴州省地溫梯度分布，研究區(qū)正常地溫梯度為2.0～2.5℃/100m左右，按照正常地溫梯度計算，在ZK1井鉆探深度1182.7m范圍內不利于地熱資源的聚集和地熱水的富集，客觀上屬于地熱資源不豐富的地區(qū)。因此熱能主要來源于畫眉斷層（FH）及其次級斷裂帶（FH-1）連通的深部熱能。在奧陶系粉砂巖及黏土巖蓋層的阻擋下，熱能得以較好的保存［5］。

4.2 導熱條件

畫眉斷層（FH）為挽近期斷裂，切割深、規(guī)模大，為深部地下熱水能量交換提供了條件。受畫眉斷層影響，地殼深部的熱量經斷層熱傳導向上運移，成為導通深部熱源的主要通道。上覆較厚的奧陶系下統(tǒng)湄潭組泥頁巖，隔水效果良好，阻止了地熱流體繼續(xù)向上運移，起到良好的隔水保溫作用。

4.3 儲熱儲水條件

貴州省處在板塊內地帶，遠離板塊接觸帶，地熱成因具有明顯的板塊內特點。研究區(qū)地熱水主要賦存于第二儲熱單元寒武系婁山關群白云巖地層中，受畫眉背斜、畫眉斷層（FH）及其次級斷裂（FH-1）的影響，在長時間溶蝕作用、構造應力作用下，節(jié)理、裂隙和溶蝕孔洞發(fā)育，為地熱流體的儲存和運移提供了良好的空間條件。

4.4 隔熱條件

奧陶系湄潭組（O1m）由淺灰色粉砂巖，夾淺灰色粘土巖、粉砂質粘土巖夾淺灰色白云巖組成，厚度250m。其透水性與含水性較差、完整性較好，構成第二儲集單元有利的相對隔熱保溫層。

5 地熱成礦模式

地下熱水的補給徑流與排泄是在區(qū)域范圍內進行的，構成了區(qū)域性的地下熱水循環(huán)系統(tǒng)。研究區(qū)內經歷了多次構造作用，也就造成了不同期次的構造及其空間組合形式上的差別，同時也產生了前期構造對后期構造的控制和干擾，后期構造對先期構造的繼承、改造與疊加作用。其中畫眉斷裂及其褶皺系統(tǒng)成為了研究區(qū)構造運動的代表產物［6］。

區(qū)內早期受到北西-南東向應力作用，形成了六曲河向斜、畫眉背斜及文家園向斜等復合褶皺系統(tǒng)。致使能干性強的碳酸鹽巖發(fā)生脆性變形，第二儲集單元婁山關組白云巖受此影響產生破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，形成地下熱水運移和富集的良好場所；挽近期的區(qū)域性斷裂構造—畫眉斷層破壞了畫眉背斜的完整性，規(guī)模大、切割深，地殼深部的地熱水沿壓力薄弱的斷裂帶在向上運移，受上部奧陶系湄潭組（O1m）厚層的粉砂巖及粘土巖隔水層的阻擋，在寒武系婁山關群（∈2-3ls）破碎的白云巖中形成具有承壓性質的地熱水。

地熱流體的補給來源主要是寒武系婁山關群（∈2-3ls）在區(qū)域上接受大氣降雨后的遠程補給及上覆含水層的側向補給；其次是大氣降水滲入地下后，沿斷裂帶及裂隙向深部下滲，在下滲過程中，與來自地下深部的熱流發(fā)生熱交換而增溫，并與圍巖之間發(fā)生一系列的物質交換，礦物元素含量升高，成為有開發(fā)利用價值的地熱水，溫度升高的地熱流體密度降低，與持續(xù)下滲的、密度較大的冷水發(fā)生對流循環(huán)，在儲熱含水層中儲集起來（圖2）。

圖2 六曲河地區(qū)地熱模式

6 結論

（1）研究區(qū)內地熱成因屬山地（隆起）斷裂對流型，即隆起區(qū)受到深斷裂控制的深循環(huán)熱礦水，勘探類型屬中低溫層狀與帶狀組合類型（Ⅱ-3型）。

（2）六曲河地熱受斷裂控制，畫眉斷層(FH)是地下熱水的主要控制構造，起著導熱、導水和儲熱、儲水的作用。奧陶系湄潭組(O1m)粉砂巖及粘土巖具有相對的阻水和隔熱保溫作用是區(qū)內的熱儲蓋層；初步分析認為熱能來源主要是地殼深部的熱能。

（3）研究區(qū)地下熱水為溫熱水，具無色透明、輕微的硫化氫氣味。PH值7.48，弱堿性。熱水中含有等多種微量元素，其中氟含量3.58mg/L、偏硅酸含量35.30mg/L，達到醫(yī)療價值濃度標準和命名礦水濃度標準，具有多項優(yōu)良醫(yī)療熱礦水質量品位，為復合型醫(yī)療熱礦水。