江西省通天寨地區(qū)地?zé)崴Y源賦存規(guī)律研究

戴云龍 趙蘭芝

摘 要：石城縣一帶賦存較為豐富的地?zé)崴Y源。石城—尋烏斷裂帶是通天寨地區(qū)的主斷裂帶，為活性斷層，規(guī)模大，分布廣。斷裂有溝通深部熱源的作用，是形成石城通天寨地?zé)崴Y源的根本條件。通天寨地?zé)崴x存規(guī)[z1]?律受地形地貌、大氣降水、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造的影響，其中主要受地質(zhì)構(gòu)造的影響。地?zé)崴男纬蓹C(jī)制為地表水沿?cái)嗔阎械牧严逗涂紫度霛B到地球深部，經(jīng)過熱流增溫和吸收巖石的熱量，沿著斷裂裂隙和巖石孔隙上升，最終儲(chǔ)存在熱儲(chǔ)層中形成地?zé)崴?/p>

關(guān)鍵詞：地?zé)崴?通天寨 賦存規(guī)律 成熱條件

Regularity of Geothermal Water Resources in Tongtianzhai Area， Jiangxi Province

DAI Yunlong¹ZHAO Lanzhi²

（1. College?of?Hydraulic?and?Ecological?Engineering，?Nanchang?Institute?of?Technology College， Nanchang， Jiangxi Province， 330099 China; 2. China Railway Water Conservancy & Hydropower Planning and Design Group Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi Province， 330029 China）

Abstract： Shicheng County area has abundant geothermal water. Shicheng-Xunwu fault， a large scale and widely distributed active fault， is the main fault of the study area. Communication between faults and the deep heat is the fundamental forming conditions of the Tongtianzhai geothermal water. Regularity of geothermal water resources are affected by topography， rainfall， lithology and geological structure. Geological structure is the main controlling factor. The mechanism of geothermal water is surface water along the fault in the cracks and pores infiltrating into the deep earth. By heat flux and heat absorption from rocks， along fractures and pores of the rocks， heat geothermal water ultimately formed in storage reservoir.

Key Words：Geothermal water; Tongtianzhai area; Regularity; Geothermal conditions

地下熱水作為高節(jié)能能源，它具有較高的開發(fā)利用價(jià)值以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值^[1]，并且在某些方面地?zé)崮芫邆涮柲?、風(fēng)能和潮汐能所不具備的特性，例如分布范圍廣和受季節(jié)變化影響小等^[2-3]。地下水資源可以直接利用且不會(huì)污染環(huán)境^[4]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)通天寨周圍的斷裂分布特征和地質(zhì)條件進(jìn)行了分析，總結(jié)出石城縣通天寨地?zé)豳Y源的地?zé)崽卣?、地?zé)豳x存規(guī)律和地?zé)岢梢驒C(jī)制等。研究成果不但可以豐富該區(qū)地?zé)崴Y源理論研究，而且具有實(shí)際應(yīng)用意義。

1區(qū)域地理與地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域氣象水文及地形地貌條件

研究區(qū)所在石城縣處于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，同時(shí)具有春季和夏季降雨充沛的特點(diǎn)。根據(jù)資料顯示，石城縣日平均日照時(shí)長為5.3h，全年平均溫度為15.3～19.0℃。無霜期較長，全年無霜期為246～283d。石城地區(qū)氣溫因受緯度、海拔和地形的影響而存在差異，高山地區(qū)比低山地區(qū)低1.4～2.1℃^[5]。

區(qū)域水資源以降雨補(bǔ)給為主，受降雨影響，豐枯懸殊。雨量在時(shí)間分布上以4～6月最為集中，占全年的35%左右，11、12月及翌年元月降雨量較少。多年平均蒸發(fā)量為1344.6mm，月相對(duì)濕度最大為83%，最小為6%。區(qū)內(nèi)年平均降雨量1690～1750mm。研究區(qū)地表水、地下水資源豐富，河水清澈見底，河水水質(zhì)良好。琴江為石城縣的主流，琴江上游河流寬度較窄，下游通過支流的交匯，河流寬度逐漸變大，河道主要支流有巖嶺河、大琴河、石田河、羅陂河等，有中型水庫1座、小型水庫9座。

區(qū)域最低高程為243m，最高高程為377m，高差134m。山體坡度為10°～46°，許多小溪流分布其間，水質(zhì)清冽甘甜。四周群山環(huán)繞，地勢(shì)較高，局部區(qū)域?yàn)槌练e盆地，地勢(shì)較低，地形較平坦，局部分布兩座低山，是典型的東南丘陵低山地貌地區(qū)。

1.2 區(qū)域地質(zhì)特征

區(qū)域出露地層主要有第四系沖積層及殘坡積層、白堊系贛州組紫紅色粉砂巖、侏羅系長石石英砂巖、震旦系下統(tǒng)中淺變質(zhì)巖、震旦系上統(tǒng)變質(zhì)巖。燕山期和加里東期巖漿巖以巖脈形式零星分布。研究區(qū)位于南嶺的東西向構(gòu)造帶與武夷山北北東向構(gòu)造帶的復(fù)合部位，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造狀況復(fù)雜多樣，斷裂構(gòu)造極其發(fā)育，區(qū)域內(nèi)的震旦系巖層廣泛分布，白堊系贛州組呈帶狀分布，斷裂構(gòu)造主要有北東向，次為東西向斷裂，這兩組斷裂控制了中生代地層的發(fā)展。受北東向和東西向斷裂影響，北東向斷裂和東西向斷裂為地下熱水的下滲和運(yùn)移提供了非常良好的場(chǎng)所^[6]。地層大體從上至下分布為第四系沖洪積層、白堊系砂礫巖層、構(gòu)造影響帶、硅化帶，基底為震旦系變質(zhì)砂巖。北東向主斷裂也可確定為控?zé)釋?dǎo)水構(gòu)造。

1.3 區(qū)域水文地質(zhì)特征

通天寨區(qū)域的地下水類型，根據(jù)賦存條件和儲(chǔ)存的形式，將研究區(qū)的地下水劃分為孔隙水、裂隙水兩種類型（見圖1）?？紫端饕植荚跊_積層中，土質(zhì)較松散層中的地下水，孔隙水主要分布在山間盆地、河流寬谷和山麓緩坡等邊緣地帶，松散層的成分主要分為礫、粘土類和礫石等。不同成因類型松散層中的富水程度，取決于巖性結(jié)構(gòu)、厚度、顆粒級(jí)配、顆粒分選性和磨圓度以及所處地形地貌等。一般以潛水產(chǎn)出，比如河流階地和沖洪積扇前緣等部位。

研究區(qū)的裂隙水主要分布在基巖當(dāng)中，基巖裂隙中水量較少，因?yàn)檠芯繀^(qū)斷裂構(gòu)造帶發(fā)育明顯，在斷裂構(gòu)造帶中水量豐富。研究區(qū)主要發(fā)育北東向斷裂，次一級(jí)斷裂較發(fā)育，互相交織在一起，并且斷裂構(gòu)造相互切割，造成巖石破碎的現(xiàn)象，形成裂隙水賦存的場(chǎng)所。研究區(qū)因?yàn)樽冑|(zhì)巖以及碎屑巖的構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙都較發(fā)育，易接受大氣降水補(bǔ)給。裂隙水又分為水量豐富區(qū)、水量中等區(qū)和水量貧乏區(qū)。

2通天寨地?zé)崴Y源賦存規(guī)律

2.1地形地貌與成熱關(guān)系分析

研究區(qū)分布白堊系地層區(qū)為構(gòu)造剝蝕單斜盆地地形，總體地形較平緩，地下水循環(huán)交替作用緩慢，出露地表的溫泉數(shù)量和流量較少，而變質(zhì)砂巖形成的侵蝕地貌當(dāng)中形成低山丘陵地貌形態(tài)，總體上山體比較陡峭，地下水的循環(huán)交替作用也比較強(qiáng)烈。研究區(qū)的溫泉出露位置大多數(shù)分布于河流和階地等地勢(shì)較低的地方，區(qū)內(nèi)的盆地和湖泊地區(qū)容易形成溫泉。

2.2大氣降水與成熱關(guān)系分析

研究區(qū)內(nèi)的降雨分布不均勻，降雨量的不同同時(shí)也控制著同一巖性富水性質(zhì)的差異，石城縣的北部降雨量較少，石城縣東部半山地區(qū)的年降雨量較大，為1600～1900mm，造成白堊系紫紅色粉砂巖和震旦系變質(zhì)砂中賦存地下水水量中等的構(gòu)造裂隙水，地貌形態(tài)為丘陵低山，地下水為水量較貧乏的構(gòu)造裂隙水。研究區(qū)地?zé)嵫a(bǔ)給主要以大氣降雨補(bǔ)給，降雨量的大小直接影響到地?zé)崴乃俊?/p>

2.3地層巖性與成熱關(guān)系分析

地層巖性是控制地?zé)崴植嫉闹匾蛩刂唬芯繀^(qū)大量分布有白堊系紫紅色粉砂巖和震旦系變質(zhì)砂巖，地層大體從上至下分布為第四系沖洪積層、白堊系砂礫巖層、構(gòu)造影響帶、硅化帶，基底為震旦系變質(zhì)砂巖。在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力的作用下，由于地層巖性的不同，地層的裂隙發(fā)育程度和顆粒充填的程度都不一樣，一般剛性基巖比柔性基巖的裂隙發(fā)育要好，而且剛性基巖張開程度較大，充填物較少，富水性能也比較好。在沉積巖碎屑巖地區(qū)，地?zé)醿?chǔ)存在基巖孔隙和裂隙當(dāng)中，其中的富水程度受粘粒含量的多少、礫石顆粒大小的影響，一般含礫巖、粗砂巖比粉砂巖和泥巖的富水程度好。研究區(qū)白堊系粉砂巖和砂礫巖富水程度一般，變質(zhì)砂巖的富水程度較弱。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造與成熱關(guān)系分析

通天寨發(fā)育北東向和東西向斷裂，斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，斷裂帶以北東向?yàn)橹鞯?，?jīng)實(shí)測(cè)地質(zhì)構(gòu)造剖面，對(duì)斷裂帶進(jìn)行了詳細(xì)的分帶，經(jīng)計(jì)算真厚度為81m，北東向斷裂帶為成硅化破碎帶和破碎帶兩帶，導(dǎo)水富水條件好，硅化破碎帶經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，力學(xué)性質(zhì)為壓性為主，局部為張性，破碎帶的力學(xué)性質(zhì)大致為張性，斷裂或斷層破碎帶是地下水賦存的良好場(chǎng)所，在硅化帶末端發(fā)現(xiàn)有云英巖化現(xiàn)象，可推斷該帶具有熱液接觸現(xiàn)象。斷裂帶總體傾向北西，傾角45°左右。通天寨北東向主斷裂厚度約在100～110m，傾角約55°，北東向主斷裂也可確定為控?zé)釋?dǎo)水構(gòu)造。

3通天寨地?zé)崴Y源賦存規(guī)律

通天寨熱水主要儲(chǔ)存于斷裂帶上，北東向斷裂和東西向斷裂交匯的地方有溫泉露頭，斷裂在盆地下部交匯，對(duì)引導(dǎo)深部熱能、匯集周圍地下水和熱儲(chǔ)的形成較為有利，區(qū)域內(nèi)地下熱水埋深一般。地下熱水的水源為大氣降水直接補(bǔ)給，地下熱水在上涌過程中伴隨近地表低溫地下水的混合作用，研究區(qū)地下熱水的熱源為正常的地?zé)嵩鰷?，沒有其他外加熱源，該區(qū)域主要含水層水溫與地域地溫場(chǎng)符合。通天寨地?zé)岢梢蚺c九寨地?zé)岢梢蛳嗨疲挥谕粩嗔褞?，而且兩地距離很近。

溫泉的熱源包括多種因素，巖漿巖供熱、放射性元素衰變供熱、火山型地?zé)峁?、斷裂?gòu)造運(yùn)動(dòng)供熱和地下水深循環(huán)供熱，研究區(qū)熱源主要為巖漿巖供熱。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)圖可知，石城縣北部有巖漿巖分布，花崗巖侵入現(xiàn)象，研究區(qū)周圍雖然沒有巖漿巖分布，也沒有花崗巖侵入現(xiàn)象，但是地球深部的巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，其活動(dòng)期為燕山期以前，研究區(qū)地?zé)釤嵩粗饕c巖漿巖供熱有關(guān)，來自地球深部的巖漿活動(dòng)產(chǎn)生的熱量為下滲的地下水提供大量的熱量。

石城縣內(nèi)大氣降水豐富，河流溪溝發(fā)育，研究區(qū)地處山間溝谷盆地，兩側(cè)均為連綿起伏的低山丘陵，中間為溝谷及河流，所以地下水主要通過溝谷以及河流區(qū)域接受大氣降雨的補(bǔ)給，豐富的降水資源補(bǔ)給坡地，為地表水下滲集聚提供了良好條件。發(fā)育的構(gòu)造裂隙和風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙為降水下滲形成構(gòu)造裂隙水提供了條件，補(bǔ)給的高程約為230～300m，主要通過地勢(shì)較低處補(bǔ)給。

4結(jié)語

通天寨地?zé)嶂饕臄嗔褳楸睎|向斷裂，同時(shí)有東西向斷裂，北東向斷裂貫穿全區(qū)，同時(shí)是研究區(qū)的主斷裂，屬于導(dǎo)熱斷裂。熱儲(chǔ)主要受走向北東的F1斷裂控制，地?zé)崴x存于斷裂兩盤的硅質(zhì)角礫巖及變質(zhì)砂巖裂隙中。大氣降水在低山丘陵區(qū)下滲補(bǔ)給，自西南向北東徑流，同深部基巖熱交換，最終出露形成溫泉，屬典型對(duì)流型地?zé)嵯到y(tǒng)。

參考文獻(xiàn)[1] 關(guān)健，方石.地?zé)嵯到y(tǒng)的概念與傳熱機(jī)制綜述[J].地質(zhì)與資源，2021，30（2）：207-213.