安徽岳西溪沸地熱田地溫場特征及地熱形成機制探析

杜霏，潘國林

（安徽省地質礦產勘查局第二水文工程地質勘查院，安徽蕪湖 241000）

0 引言

岳西縣溪沸地熱田位于安徽省大別山腹地，該地熱田最早發(fā)現(xiàn)于上世紀80年代，由于熱泉出露于河床，在冬季河水干涸時，地下熱水以上升泉的形式產出于地表，熱氣上升，得名溪沸村，意指溪水沸騰。為了進一步推進當?shù)剜l(xiāng)村特色旅游產業(yè)的發(fā)展，有效地增加旅游產品的競爭力與吸引力，查明區(qū)內地熱田地質條件、地溫場特征、地熱田形成機制具有重要意義。

1 區(qū)域地下熱水分布概況

通過調查及資料收集，得出區(qū)域地下熱水分布的基本規(guī)律為：在區(qū)域上均處于大別山變質基底中，在新構造運動的影響下，處于斷塊隆起狀態(tài)，受北東向區(qū)域斷裂的影響，派生了一系列晚近期的次級斷裂和破碎帶，沿這些斷裂破碎帶往往有地下熱水以上升泉形式出露，形成以岳西縣湯池畈、霍山上土市和岳西溪沸為代表的地熱田（圖1）。

圖1 區(qū)域地下熱水分布示意圖Figure 1.Schematic diagram of regional underground hot water distribution

2 地熱地質條件

2.1 地層巖性

溪沸地熱田區(qū)地層除了沿河流兩側零星分布有全新統(tǒng)松散層外，其余則為安徽省最古老地層——上太古界，巖性以上太古界大別山巖群橋嶺組（Ar

q

）、劉畈組（Ar

l

）的灰白、灰褐色薄層中細粒黑云（白云）斜長片麻巖為主，夾淺粒巖、二長片麻巖、斜長角閃巖等，局部夾白云石英片巖及榴輝巖。工作區(qū)內還出露偉晶巖脈（ρ），侵入于太古界大別山巖群橋嶺組（Ar

q

）中，呈脈狀產出，受斷裂破碎帶控制，其走向為北東向，陡傾。

2.2 地質構造

2.2.1 褶皺

區(qū)內發(fā)育的褶皺僅是菖蒲復式向斜[28]，地熱田區(qū)位于該向斜的北東段，向斜全長13～20km，軸跡走向50°～140°，組成地層為上太古界大別山巖群程家河組（Ar

c

）、橋嶺組（Ar

q

）、劉畈組（Ar

l

），褶曲類型為斜歪、倒轉。

2.2.2 斷裂

區(qū)內斷裂構造主要有F1（菖蒲-黃柏斷層）及其次一級的F2、F3、F4斷層（圖2）。

圖2 溪沸地熱田及外圍構造地質圖Figure 2.Map of geology and structures in the Xifei geothermal field and its periphery

F1斷層（菖蒲-黃柏斷層）位于地熱田區(qū)南東部，全長約82km，斷層走向約70°，傾向約160°，傾角在75°左右。該斷層平直深切溝谷，動力變質強烈，普遍發(fā)育百米以上的碎裂巖及糜棱巖，斷層張性好，斷層碎裂帶內易充水。此斷裂在喜馬拉雅早期活動強烈。

F2斷層為逆平移斷層，全長約7.0km，傾向北西，傾角約60°，在地貌上表現(xiàn)為山埡口或溝谷，斷層兩側巖石破碎，見糜棱巖，并硅化，張性好，有偉晶巖、螢石脈充填；斷層內破碎巖石被硅質、鐵質膠結，蝕變破碎帶寬達百余米，斷層平直，具斜向擦痕。

F3斷層長度約1.2km，走向北東，傾向北西，傾角75°左右，沿斷層面巖石較破碎，常見偉晶巖脈、煌斑巖脈充填。

F4斷層為物探推測的性質不明斷層，激電測深顯示該斷層淺部電阻率呈低阻異常反映，中深部電阻率呈高阻隆起反映。

2.3 水文地質

據《安徽省岳西縣溪沸地熱資源預可行性勘查報告》資料，地熱田內地下水類型有松散巖類孔隙水、片麻巖類裂隙水、塊狀巖類裂隙水和斷層破碎帶低溫熱水四種類型。

受斷裂構造動力作用的影響，斷層帶及其影響帶內節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石受動力擠壓破碎，為地下水的賦存及運移提供了空間和通道，其富水性和斷層性質有關，張性斷層的富水性和導水性較好，特別是在斷層交匯處及地形有利地位，大氣降水沿張性斷裂向深部運移，逕流緩慢，在深部得到地球內部溫度的加熱，形成地下熱水，在深部遇到一定規(guī)模的張性斷裂破碎帶后，承壓的地下熱水則沿著破碎帶向上運移，主要以溫泉的形式出露地表。區(qū)內斷層破碎帶低溫熱水水質類型為SO-Na，溶解性總固體含量0.4～0.5g/L，pH值8.4～9.2，水溫25.3～44.0℃。

3 地溫場特征

3.1 地溫場平面分布特征

測溫淺孔及周邊民井、鉆孔測溫結果表明，地熱異常與斷裂構造關系極為密切，如圖3所示。淺層地溫受F3斷層控制，并以地熱流體的形式在地表顯現(xiàn)。區(qū)內出露溫泉1處、自流熱水鉆孔（井）5處，平面上大致分布于F3、F4斷層與偉晶巖（ρ）構成的“三角區(qū)”內，水溫25.3～44℃。地溫場平面特征主要表現(xiàn)為靠近F3斷層的地熱流體溫度最高，而遠離該斷裂則逐漸變低，這一現(xiàn)象表明F3斷層為本區(qū)的控熱構造，它不僅控制著深部地熱資源的形成與分布，同時也影響著淺層地溫場展布方向。

圖3 溪沸地區(qū)地熱田平面范圍圖Figure 3.Planar range of the geothermal field in the Xifei area

同時，物探氡濃度測量結果也進一步證實了F3斷層為該地熱田的控熱構造。根據物探氡濃度測量結果，物探線剖面上在F3斷裂構造與F4之間的

N

(α)值呈明顯的高值異常，基本都達到近2～3倍的背景值異常，α射氣濃度增大的區(qū)域與熱水出露區(qū)對應關系較好，反映F3斷裂構造與F4之間切割較深、裂隙連通性較好，表明該地熱田熱儲埋藏于北東向斷裂帶F3中。F3斷裂在地貌上反映為一溝谷地形，走向北東，傾角約75°。

3.2 地溫場垂向分布特征

通過對地熱田區(qū)內測溫淺孔CK3系統(tǒng)測溫及地熱勘探孔SK1綜合測井發(fā)現(xiàn)，區(qū)內地下熱水自流孔的垂向測溫數(shù)據都有一個溫度突變的階段。

3.2.1 測溫淺孔CK3測溫數(shù)據分析

根據測溫淺孔CK3終孔連續(xù)測溫結果顯示，孔內22～30m段水溫出現(xiàn)異常高值（圖4），在29m處水溫最高（29.8℃），而在30m以下水溫則明顯下降。

圖4 測溫淺孔CK3連續(xù)測溫曲線Figure 4.Continuous temperature measurement curve of shallow hole CK3

3.2.2 地熱勘探孔SK1物探綜合測井數(shù)據分析

根據地熱勘探孔SK1終孔后物探綜合測井（圖5）：鉆 孔 深 度 在52.6m、130.53m、196.8m、234m、312.5m、389.3m、392.5m、426m等附近視電阻率出現(xiàn)低值，說明上述地段存在較為明顯的出水點；而在130.53m時水溫有增高突變，表明該處有熱水涌入，水溫為46.7℃；130.53～12.5m段井溫曲線呈異常升高趨勢，在197m左右溫度最高（50.5℃）；389.3m、400m左右曲線驟然出現(xiàn)低值，400m處溫度最低（44.2℃），說明兩處出現(xiàn)裂隙冷水。

圖5 地熱勘探孔SK1視電阻率及井溫曲線Figure 5.Apparent resistivity and well temperature curve of geothermal exploration hole SK1

綜上所述，地熱田區(qū)平面上大致分布于F3、F4斷層與偉晶巖脈（ρ）構成的“三角區(qū)”內。地溫場平面特征主要表現(xiàn)為靠近F3斷層的地熱流體溫度最高，而遠離該斷裂則逐漸變低；因“三角區(qū)”內巖石破碎程度、裂隙的聯(lián)通程度、切割深度不一，故地熱田區(qū)垂向特征表現(xiàn)為地熱鉆孔出水深度有所差異。

4 地熱形成機制

4.1 熱儲

本地熱田區(qū)為帶狀熱儲。帶狀熱儲系指以對流傳熱為主、平面上呈條帶狀延伸、具有有效空隙和滲透性的斷裂帶構成的熱儲。根據岳西溪沸地熱形成模型（圖6），區(qū)內F3斷層破碎帶即為該地熱田的熱儲。

4.2 地熱流體通道

地熱流體通道為地下熱水在靜水壓力作用下，沿斷裂或斷裂破碎帶上涌至地表的通道，溪沸地熱田內，大氣降水通過F2斷層下滲至地下深處循環(huán)加熱后，在水頭壓力的作用下，熱水沿著地熱流體唯一的排泄通道（F3斷裂破碎帶）上升到地表。通過圖6可以看出：在F3斷裂破碎帶內均有地下熱水分布，而破碎帶外均未出現(xiàn)水溫高于25℃的熱反應。

圖6 岳西溪沸地熱形成模型Figure 6.Formation model of the Xifei geothermal field,Yuexi

4.3 熱源

供給熱儲中巖石和地熱流體熱的來源，可以是現(xiàn)代巖漿活動形成的巖漿房，也可以是來自地殼深部的熱傳導或來自溝通深部熱源的現(xiàn)代活動性斷裂的熱對流。區(qū)內F3斷層破碎帶是F1斷層（菖蒲-黃柏斷層）的派生產物，F(xiàn)1斷裂作為區(qū)域性斷裂，在喜馬拉雅早期活動強烈，該斷裂規(guī)模大，切割深，晚近期又有活動跡象，故能達到深部的巖漿熱源。

5 結語

通過對岳西縣溪沸地熱田的地質條件、地溫場特征及地熱形成機制等綜合研究分析，得出以下結論：岳西溪沸地熱田屬帶狀低溫地熱田，地熱田受斷裂構造控制，往往發(fā)育1條控熱斷裂和1條控水斷裂，受2條斷裂構造擠壓，斷裂間巖石極為破碎，在地下水補給條件好、地形有利地段形成了良好的、密閉的儲水空間，在靜水壓力作用下以溫泉形式排泄于地表。