荊門城區(qū)十里牌掩埋型地?zé)崽锏刭|(zhì)特征研究

李智民， 譚光超， 彭正華， 李?yuàn)檴櫍?趙德君

(湖北省地質(zhì)局 水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，湖北 荊州 434020)

荊門市十里牌地?zé)崽镂挥谇G門市中心城區(qū)，是沿南漳—荊門斷裂帶賦存的一個(gè)水熱形式的掩埋型地?zé)崽铩?016年實(shí)施的兩個(gè)鉆孔均為自流型地?zé)峋?，流量分別為2 555.52 m3/d、1 348.32 m3/d，水溫分別為50.2 ℃、49.2 ℃，是近年來(lái)鄂西地區(qū)罕見的溫度較高的高產(chǎn)地?zé)峋?/p>

1 區(qū)域地質(zhì)條件

1.1 氣象水文

研究區(qū)屬于亞熱帶溫暖季風(fēng)型氣候，冬冷夏熱，多年平均氣溫15.9 ℃；1月最冷，平均氣溫3.2 ℃；7月最熱，平均氣溫27.8 ℃。區(qū)內(nèi)水系不發(fā)育，最大的河流是穿越城區(qū)的漢江支流——竹皮河，屬間歇性季節(jié)河。

1.2 地形地貌與地層巖性

地?zé)崽锼幍那G門市城區(qū)位于江漢平原的西北側(cè)邊緣，地貌類型屬剝蝕丘陵—弱侵蝕堆積崗波狀平原地貌區(qū)，地勢(shì)北高南低，高程80～130 m。十里牌地?zé)崽锓秶鷥?nèi)大部分被第四系松散堆積物覆蓋，東北部出露白堊系粉砂巖夾泥巖。其地?zé)崽镂鞅薄辈恐饕雎吨玖粝怠B系的粉砂巖及頁(yè)巖、灰?guī)r、白云巖，西部平原區(qū)堆積有第四系松散堆積物。

1.3 區(qū)域構(gòu)造格架與斷裂構(gòu)造

研究區(qū)大地構(gòu)造屬于新華夏系第二沉降帶江漢盆地西北緣與淮陽(yáng)山字型構(gòu)造前弧西翼(即第三隆起帶荊山弧形褶皺帶)的交接地帶[1]，荊門斷裂是測(cè)區(qū)主控?cái)嗔?，以荊門斷裂為界，其東側(cè)為荊門斷凹，西側(cè)為荊當(dāng)盆地，北部居中部位為荊山弧形褶皺帶。

南漳—荊門斷裂縱貫測(cè)區(qū)中部。在十里牌以北，構(gòu)造行跡非常明顯；十里牌以南，被新生界地層所覆蓋成隱伏斷裂[2]。十里牌以北，斷裂沿古生界與白堊系紅層接觸處通過，斷層破碎帶寬20～30 m，最寬可達(dá)80 m，構(gòu)造巖由壓裂巖、壓碎巖、角礫巖、糜棱巖及斷層泥組成，斷層走向N20°W，傾向NE，傾角70°。十里牌以南，斷裂為中—新生界堆積物所覆蓋，成隱伏狀態(tài)，該段斷裂總體走向N20°W，傾向NE，斷層傾角>70°，斷裂帶寬度10余米至100 m，向下延伸深度>900 m，十里牌地?zé)崽锛次挥陔[伏斷裂帶附近。

1.4 地下水系統(tǒng)

區(qū)內(nèi)地下水的形成受地形、地層巖性和斷裂構(gòu)造控制。荊門斷裂以東，大面積分布的白堊系—古近系紅層隔水層，在與荊門斷裂交界處，形成NNW向，貫穿研究區(qū)中部的隔水邊界。以荊門斷裂和研究區(qū)中部的地表分水嶺為界，可將研究區(qū)地下水分為東、中、西等3個(gè)相對(duì)獨(dú)立的地下水系統(tǒng)。西部以碎屑巖裂隙水為主，水量相對(duì)貧乏，地下水總體由北東—南西徑流，最終向漳河水庫(kù)排泄；中部為區(qū)域內(nèi)主要含水層，富含巖溶水，地下水徑流總體呈“漏斗狀”，向東南部“咽喉”部位匯集；斷裂東部大面積分布的白堊系紅層富水性貧乏，尤其是深部地層孔隙、裂隙不發(fā)育，起到隔水作用，沿南漳—荊門斷裂帶構(gòu)成地下水相對(duì)富集帶，極具開發(fā)利用價(jià)值(圖1)。

圖1 研究區(qū)綜合水文地質(zhì)圖Fig.1 Comprehensive hydrogeological map of the study area1.松散巖類孔隙水——水量貧乏；2.碳酸鹽巖裂隙巖溶水——水量豐富；3.碳酸鹽巖裂隙巖溶水——水量中等；4.碳酸鹽巖夾碎屑巖裂隙巖溶水——水量中等；5.碳酸鹽巖夾碎屑巖裂隙巖溶水——水量貧乏；6.碎屑巖孔隙裂隙水——水量貧乏；7.碎屑巖裂隙水——水量貧乏；8.火成巖裂隙水——水量貧乏；9.相對(duì)隔水層；10.上升泉；11.地下水流向；12.地?zé)徙@孔。

研究區(qū)地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水，大氣降水通過裸露的碳酸鹽巖裂隙、構(gòu)造裂隙及斷裂帶下滲補(bǔ)給，地下水總體上由西北至東南徑流，在荊門斷裂處受白堊系紅層阻水，沿?cái)嗔褞判?，形成集中富水區(qū)。

2 地?zé)崽锏刭|(zhì)特征

2.1 熱儲(chǔ)模型

研究區(qū)位于荊山弧形褶皺帶南端，沿荊門斷裂呈條帶狀展布，北至十里牌林場(chǎng)，南至雙泉林場(chǎng)南約2 km處，寬約2 km，長(zhǎng)約3 km。

施工的ZK1和ZK2孔均是在揭穿侏羅系底部炭質(zhì)頁(yè)巖進(jìn)入三疊系嘉陵江組灰?guī)r中的溶洞時(shí)發(fā)生熱水噴涌，可見荊當(dāng)盆地內(nèi)沉積的巨厚層新近系泥灰?guī)r、粘土巖和侏羅系碎屑巖及底部的炭質(zhì)頁(yè)巖是良好的天然隔熱層，是熱儲(chǔ)層上部的蓋層，下部熱儲(chǔ)層為三疊系嘉陵江組灰?guī)r，荊門斷裂是區(qū)內(nèi)的控?zé)針?gòu)造(圖2)。

圖2 熱儲(chǔ)模型剖面圖Fig.2 Profile of thermal storage model

2.2 熱儲(chǔ)埋藏特征

十里牌地?zé)崽餆醿?chǔ)為沿荊門斷裂帶分布的三疊系碳酸鹽巖。研究區(qū)在第四系松散堆積物之下分布有三個(gè)含水層(組)，自上而下依次為：①上部為新近系掇刀石組(N2d)碳酸鹽巖夾碎屑巖含水層(組)，局部裸露于地表，厚度為50～180 m，由北向南逐漸增厚；②中部為侏羅系香溪群(J1X)碎屑巖含水層(組)，含水層頂板分布高程+50～-100 m，厚度為150～550 m，由北向南埋深增大、厚度增加；③下部為三疊系嘉陵江組(T1j)碳酸鹽巖含水層(組)，頂板分布高程-50～-650 m，由北向南埋深增大，厚度>270 m(荊23孔)，探測(cè)深度內(nèi)未見底(圖3)。

圖3 研究區(qū)侏羅系碎屑巖與三疊系碳酸鹽巖頂板等高線圖Fig.3 Contour map of the top plate of Jurassic clastic rocks andTriassic carbonate rocks in the study area.侏羅系碎屑巖含水層頂板等高線；2.三疊系碳酸鹽巖含水層頂板等高線；3.荊門斷裂；4.勘探鉆孔及編號(hào)。

2.3 熱異常特征

荊門十里牌地?zé)崽锏乇頍o(wú)熱異常顯示，根據(jù)鉆孔施工過程中測(cè)溫的結(jié)果分析，十里牌地?zé)崽锏臒醾鬟f形式主要為熱對(duì)流型，其介質(zhì)主要為地下水。在熱對(duì)流作用下，地溫梯度值較上覆巖石低，測(cè)溫曲線往往顯示下部斜率大于上部，在氣溫相對(duì)穩(wěn)定的情況下，水溫隨鉆孔深度的增加而上升(圖4)，這種傳遞形式主要發(fā)生在儲(chǔ)熱、導(dǎo)熱破碎帶、巖溶裂隙含水系統(tǒng)內(nèi)。

3 地?zé)崽锍梢蚝?jiǎn)析

通過地?zé)崽锏刭|(zhì)條件、水化學(xué)特征、同位素化學(xué)特征等分析，可以清晰地認(rèn)識(shí)到該地?zé)崽锸翘囟ǖ牡刭|(zhì)、水文地質(zhì)、地形等條件的產(chǎn)物。

按熱儲(chǔ)層巖性類型劃分，該地?zé)崽飳儆谔妓猁}巖儲(chǔ)熱類型；按形成的地質(zhì)構(gòu)造條件劃分，該地?zé)崽飳儆谇G當(dāng)盆地巖溶裂隙水深循環(huán)——荊門斷裂導(dǎo)水型；按照賦存與出露特征劃分，該地?zé)崽飳儆谘诼裥汀?/p>

該地?zé)崽锏叵聼崴某梢蚩筛爬椋旱叵滤谇G門市西北部肖堰—栗溪一帶中低山裸露的碳酸鹽巖區(qū)接受補(bǔ)給，補(bǔ)給高程400～500 m[3]；向南于荊當(dāng)盆地深部運(yùn)移至工作區(qū)，工作區(qū)下伏三疊系嘉陵江組灰?guī)r巖溶裂隙和構(gòu)造裂隙是地下熱水的運(yùn)移通道、儲(chǔ)存空間；荊門斷裂是地?zé)崽锏目責(zé)針?gòu)造，延伸長(zhǎng)170 km，切割深度上千余米，使得地下水能夠與地殼深部產(chǎn)生熱量交換，熱儲(chǔ)循環(huán)深度達(dá)1 180 m，并與巖體發(fā)生充分的水巖相互作用；地下熱水運(yùn)移至工作區(qū)一帶，上部受荊當(dāng)盆地侏羅系碎屑巖與新近系泥灰?guī)r、粘土巖覆蓋，東側(cè)受荊門斷凹沉積白堊系—第三系巨厚的紅色巖系阻擋，西側(cè)受荊當(dāng)盆地侏羅系砂頁(yè)巖阻擋，南側(cè)在曹家山一帶受侏羅系砂頁(yè)巖隆起的影響，徑流減緩，從而使得地下熱水在工作區(qū)處呈現(xiàn)狹長(zhǎng)條帶狀賦存、徑流緩慢的承壓水特征，當(dāng)鉆孔揭穿上部熱儲(chǔ)蓋層時(shí)，地下熱水噴涌而出。

4 結(jié)語(yǔ)

荊門市十里牌地?zé)崽镂挥谥行某菂^(qū)，區(qū)位優(yōu)勢(shì)非常明顯，在600～700 m即可揭露地?zé)崃黧w，水質(zhì)優(yōu)良，開采技術(shù)條件良好。地?zé)豳Y源的開發(fā)，將為荊門市增加新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，同時(shí)帶動(dòng)旅游等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，城市品位也必將得到很大提升。

荊門市十里牌地?zé)崽餅檠诼裥偷責(zé)崽?，地表無(wú)熱異常顯示。十里牌地?zé)崽锏男纬蓢?yán)格受南漳—荊門斷裂控制，并受到東部漢江夾道和南部江漢盆地碎屑巖隔水邊界控制。因此，加強(qiáng)該斷裂(尤其是隱伏段)研究，對(duì)地?zé)峥辈楹烷_發(fā)利用有著十分重要的意義。研究表明，在構(gòu)造掀斜作用下，沿荊門斷裂隱伏段由北向南，三疊系碳酸鹽巖熱儲(chǔ)埋深逐漸增大，但熱流體溫度增高明顯，在今后的勘查中，應(yīng)將沿荊門斷裂南段十里牌林場(chǎng)—團(tuán)林作為重點(diǎn)靶區(qū)開展研究，進(jìn)一步查明其地?zé)崽镞吔鐥l件，為地?zé)豳Y源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。