神農(nóng)架林區(qū)武山湖地?zé)岚l(fā)育規(guī)律與成因研究

肖友發(fā)，趙子良，秦志剛

(湖北省地質(zhì)局 第四地質(zhì)大隊(duì)，湖北 咸寧 437100)

武山湖地?zé)崽镂挥谏褶r(nóng)架林區(qū)陽日鎮(zhèn)西南的神農(nóng)架武山湖大坪村三組關(guān)門河一帶，隸屬陽日鎮(zhèn)行政管轄范圍。南距武山湖磷礦白埡礦區(qū)約1.8 km，東北直線距陽日鎮(zhèn)約4 km，有礦區(qū)運(yùn)輸?shù)氖勇分边_(dá)陽日鎮(zhèn)，2019年已開始建設(shè)旅游高速公路和高鐵，交通較便利。

2017年7月—2019年1月，湖北省地質(zhì)局第四地質(zhì)大隊(duì)對(duì)神農(nóng)架林區(qū)陽日鎮(zhèn)武山湖地區(qū)開展地?zé)峥辈?，通過專項(xiàng)地?zé)嵴{(diào)查、物探和鉆探工作，成功打出五口地?zé)峋瑴囟仍?5～45 ℃。本文分析研究武山湖地?zé)崽锏男纬蓹C(jī)制，旨在對(duì)今后神農(nóng)架林區(qū)的地?zé)豳Y源勘查和開發(fā)利用具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

勘查區(qū)出露地層主要為古生界及元古界，含(隔)水層大致可分為以下幾類：

(1)第四系全新統(tǒng)(Qhal+pl)孔隙潛水含水層。地層為沖洪積物，巖性為含礫粉質(zhì)粘土及砂礫石層，零散分布于關(guān)門河河床及沿岸，層厚一般為0.5～14 m。

(2)寒武系—奧陶系碳酸鹽巖巖溶裂隙潛水含水層。古生界奧陶系中—上統(tǒng)寶塔組(O2-3b):生物碎屑灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r；古生界奧陶系下統(tǒng)牯牛潭與南津關(guān)組并層(O1n-g)生物碎屑灰?guī)r、泥質(zhì)瘤狀生物屑灰?guī)r；溶蝕現(xiàn)象較發(fā)育，見有溶孔、溶槽，未見泉水出露，層厚9.23～120.01 m。

圖1 勘查區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)圖

元古界震旦系下統(tǒng)陡山沱組(Z1d)：該層為神農(nóng)架林區(qū)含磷主要層位，主要巖性為泥質(zhì)白云巖?？倢雍?99～574 m。鉆孔中未揭露該含水層，據(jù)對(duì)白埡磷礦區(qū)的訪問，礦硐曾有水向上涌出地表，具有承壓性，在地面調(diào)查中未發(fā)現(xiàn)泉點(diǎn)，巖石見少量溶孔及溶槽。

2 構(gòu)造

2.1 區(qū)域構(gòu)造格架

神農(nóng)架—保康地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，以青峰斷裂、陽日—九道斷裂、板橋斷裂、新華斷裂四條深大斷裂為基本格架，控制著區(qū)內(nèi)地層、巖漿活動(dòng)及礦產(chǎn)的分布(見圖2)。

圖2 區(qū)域構(gòu)造格架略圖

區(qū)內(nèi)出露的溫泉地?zé)狳c(diǎn)基本上分布在新華斷裂兩側(cè)，如?？邓缕旱?zé)?，泉點(diǎn)出露水溫34 ℃，中化地質(zhì)礦山總局湖北地質(zhì)勘查院2019—2020年進(jìn)行了勘查，施工了一個(gè)地?zé)峥辈榫?，為承壓水，水?9 ℃，日出水量約700 m3。保康縣馬橋鎮(zhèn)馬橋地?zé)?，水?4 ℃，日出水量1 067 m3。陽日鎮(zhèn)武山湖地?zé)?，水溫?4～45 ℃。該地?zé)嵛挥谛氯A斷裂西部，初步判斷武山湖地?zé)崽锓植荚谛氯A斷裂的次級(jí)斷裂上。

綜上所述，新華斷裂為區(qū)域上的深大斷裂，切割深度較深，成為深部地?zé)崃飨虻乇淼耐ǖ馈?/p>

2.2 勘查區(qū)構(gòu)造

勘查區(qū)位于北東走向背斜核部東翼，斷裂較發(fā)育，主要有5條斷裂，分別為近東西向、北西向、北東向和近南北向斷裂(見圖1)。

2.2.1近東西向斷裂

F2：為壓扭性斷裂，走向近東西向，穿過勘查區(qū)中部，與F3、F7有交叉現(xiàn)象，可見長(zhǎng)度1.2 km，斷面呈“S”型，斷面上部產(chǎn)狀200°∠42°，下部產(chǎn)狀208°∠71°。為阻水?dāng)嗔选?/p>

F4：發(fā)育于勘查區(qū)南西，走向93°，斷面產(chǎn)狀3°∠78°，沿構(gòu)造面見壓性角礫巖，角礫層呈次圓狀，成分為灰?guī)r。整個(gè)破碎帶寬度約2.5 m，可見長(zhǎng)度約500 m，為正斷裂。與其它斷裂未見有關(guān)聯(lián)。

2.2.2北西向斷裂

F3：發(fā)育于勘查區(qū)中部，為正斷層，走向310°，傾向北東，產(chǎn)狀40°∠32°，上盤下降約24 m，長(zhǎng)度約553 m。在武山湖水庫中沿F3方向有密集的冒泡現(xiàn)象，寬度為20～30 m。

斷層在東南段斜切燈影組，在神湯溫泉處與F2交叉，中北段切割牛蹄塘組及石牌組隔水層，在SHK05、SHK06中間與F7斜交。

地表可見破碎帶寬5～23 m，在東南段神湯溫泉附近見寬約20 m的硅帽，長(zhǎng)度約330 m。鉆孔內(nèi)硅化現(xiàn)象發(fā)育，揭露厚度160～230 m，巖石破碎，溶蝕裂隙極發(fā)育。

F3切割了蓋層和熱儲(chǔ)層，溝通了深部地?zé)幔蔀楸镜責(zé)崽锏闹饕獙?dǎo)熱斷裂。

2.2.3北東向斷裂

F7：該斷裂位于勘查區(qū)西南，正斷層，南西—北東向延伸至中部，并與F2、F3相交。南西面可見長(zhǎng)度約550 m，寬度40～50 m，中部寬度約30～80 m，斷層走向30°，產(chǎn)狀121°∠63°。構(gòu)造破碎裂隙被石英脈充填，兩盤見壓性碎裂巖，角礫呈次圓狀，成分為硅化碎裂白云巖。

2.2.4近南北向斷裂

該斷裂沿關(guān)門河近南北向發(fā)育，調(diào)查長(zhǎng)度761 m，性質(zhì)不詳，沿關(guān)門河兩岸發(fā)育有泉群，泉群水溫26～39 ℃不等，在河道中間及河岸兩邊多見冒泡現(xiàn)象。各鉆孔中均揭露斷裂破碎帶，全孔見強(qiáng)硅化白云巖，碎裂結(jié)構(gòu)，巖芯破碎。為導(dǎo)熱、導(dǎo)水構(gòu)造。

綜上所述，F(xiàn)2為壓扭性斷裂，斷裂帶未見明顯硅化現(xiàn)象及泉水出現(xiàn)，導(dǎo)水性不強(qiáng)，為阻水?dāng)嗔?。F7為石牌組蓋層層內(nèi)斷裂，未見有地?zé)犸@示。F5呈南北方向，延伸761 m，幾乎貫穿整個(gè)武山湖地?zé)崽?，切穿燈影組熱儲(chǔ)層及石牌組、牛蹄塘組蓋層，溝通了深度地?zé)?，?dǎo)致熱泉及鉆孔內(nèi)的地?zé)岙惓?，為主要?dǎo)水導(dǎo)熱構(gòu)造；F3發(fā)育于勘查區(qū)中部，為正斷層，為次要導(dǎo)水導(dǎo)熱構(gòu)造。

3 蝕變

武山湖東部山腰發(fā)育有厚度達(dá)10～20 m的硅化巖塊，呈黃褐色，具隱晶質(zhì)結(jié)塊狀構(gòu)造，堅(jiān)硬，刀刻不動(dòng)，呈強(qiáng)硅化狀態(tài)。鉆孔中均見硅化白云巖，灰白色，見鐵質(zhì)浸染，具中等硅化強(qiáng)度，厚度160～230 mm。

硅化蝕變現(xiàn)象是中低溫地?zé)崃黧w經(jīng)過巖石時(shí)發(fā)生的一種交代蝕變作用，一般伴隨著泉水的出露或淺部有溫泉。

4 泉水的出露方式

從出露的位置來看，泉水出露的方式可歸納為3種：

逸出泉地?zé)崴贔2(阻水)與F3(導(dǎo)水)交匯導(dǎo)水逸出成熱泉(神湯溫泉)。

斷層泉在石牌組隔水層分布區(qū)，由F5張扭性斷層導(dǎo)水形成的斷層泉，分布在F5斷裂帶沿關(guān)門河兩岸發(fā)育的泉群，泉群水溫26～39 ℃不等，在河道兩岸和河道中間多見冒泡現(xiàn)象，如Q004、Q005、Q007、Q1002等。泉群的發(fā)育，直接證明了斷裂構(gòu)造F5的發(fā)育方向和寬度。

接觸泉在燈影組與石牌組沿層面形成的接觸泉(Q1006)。

總的來說，熱泉的成因是大氣降水從該區(qū)域碳酸鹽巖沿節(jié)理裂隙、溶隙，向下滲透補(bǔ)給地下水，經(jīng)過深部循環(huán)吸取地下熱能，地下深部地?zé)崃黧w沿武山湖斷裂破碎帶及交匯復(fù)合地帶向上運(yùn)移，并溢出成泉。

5 地?zé)崽锍梢蚍治?/h2>

5.1 武山湖地?zé)崽锍梢蚰Ｐ蚚1]

根據(jù)勘查區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件，建立了地?zé)崽锍梢蚰Ｊ?，見圖3。

圖3 武山湖地?zé)崽锍梢蚰Ｐ?/p>

地?zé)崽镅a(bǔ)徑排條件：神農(nóng)架武山湖地?zé)崽镂挥谏褶r(nóng)架穹窿的北部，其補(bǔ)給區(qū)位于地?zé)崽锬蟼?cè)的神農(nóng)架山區(qū)，當(dāng)大氣降水進(jìn)入裸露地表的元古界碳酸鹽巖地區(qū)后向下滲，在重力的作用下，于碳酸鹽巖徑流系統(tǒng)中向北進(jìn)行深循環(huán)，在運(yùn)移過程中吸收了大地?zé)崃魉尫诺臒崮芏饾u增溫，當(dāng)徑流至武山湖關(guān)門河附近時(shí)，沿F3、F5、F7張性斷裂破碎帶的低洼地帶以及震旦系燈影組與寒武系牛蹄塘組接觸界面上涌，并以溫泉群或其它熱異常的方式顯示于地表，形成地?zé)崽铩?/p>

如地?zé)崴贔2(阻水?dāng)嗔?與F3(導(dǎo)水?dāng)嗔?交匯處逸出成熱泉(神湯溫泉)；在燈影組與石牌組沿層面形成接觸泉(Q1006)；在F5斷裂發(fā)育的河谷(侵蝕底洼地帶)形成泉群，如Q004、Q005、Q007、Q1002等，F(xiàn)5不僅切穿燈影組白云巖熱儲(chǔ)層，還切穿了相對(duì)隔水層石牌組、牛蹄塘組砂頁巖，體現(xiàn)出F5的導(dǎo)水性。

地?zé)崽锏臒崴瘜W(xué)類型為HCO3·Ca·Mg型水，礦化度為223.29～236.96 mg/L，與周邊地下水冷水的化學(xué)類型差不多，體現(xiàn)了近源補(bǔ)給的特點(diǎn)。

5.2 成因機(jī)制[2-3]

(1)熱源：從區(qū)域來說，新華斷裂為區(qū)域上的深大斷裂，切割深度較深，成為深部地?zé)崃飨虻乇淼耐ǖ溃瑪嗔褞蓚?cè)發(fā)育有寺坪地?zé)?、馬橋地?zé)幔醪脚袛嚓柸真?zhèn)武山湖地?zé)嵋彩苄氯A斷裂的控制，發(fā)育在新華斷裂的次級(jí)構(gòu)造上。

地下水在巖層通道中循環(huán)運(yùn)移并加溫后，沿著斷裂及巖溶裂隙通道向上涌，最終形成熱泉。通過δ18計(jì)算分析，武山湖地?zé)崽锏責(zé)崃黧w補(bǔ)給高程為621～1 388 m，說明該處地?zé)崃黧w除了有遠(yuǎn)程補(bǔ)給外，也有淺部地層巖溶地下水混合(見表1)。

表1 同位素分析一覽表

(2)蓋層：勘查區(qū)中部往北，地面以下3～120 m均為古生界寒武系下統(tǒng)石牌組粉砂質(zhì)頁巖及牛蹄塘組含炭泥質(zhì)灰?guī)r，層厚25～120 m。蓋層厚度由南向北，逐漸增厚。據(jù)鉆孔資料，在該巖層中基本無沖洗液消耗，隔水保溫性能較好，為下部地?zé)岬膬?chǔ)存提供了良好的隔水保溫蓋層。

(3)熱儲(chǔ)層：寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組含炭泥質(zhì)灰?guī)r下伏巖層為大面積震旦系上統(tǒng)燈影組硅質(zhì)白云巖及硅化碎裂巖巖溶裂隙含水層，熱儲(chǔ)層頂板埋深42～103 m，由南向北頂板埋深逐漸加大。巖石硅化現(xiàn)象強(qiáng)烈，巖層及層間節(jié)理裂隙及巖溶裂隙發(fā)育，為區(qū)內(nèi)地?zé)崴峁┝肆己玫膬?chǔ)水空間，成為該區(qū)域的熱儲(chǔ)層。

鉆孔未能穿過該巖層，揭露深度41～109 m。在鉆孔中該段巖石硅化強(qiáng)烈，巖芯較破碎，多呈短柱狀、塊狀、碎塊狀，局部呈碎屑顆粒狀，RQD值0～35%。其單位涌水量0.145～1.38 L/s·m,滲透系數(shù)0.107～0.932 m/d，屬中等—強(qiáng)富水含水層。鉆孔出水溫度較高，為35～45 ℃。各鉆孔在該巖層中水頭均高出含水層頂板33～125 m，具有一定的承壓性，為承壓含水層。

(4)地?zé)嵬ǖ溃嚎辈閰^(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，該地?zé)崽镏饕蹻3、F5、F7控制，斷裂的切割致使震旦系上統(tǒng)燈影組的白云巖十分破碎，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，為地下水運(yùn)移和熱水的富集提供了良好的通道。F5為主要導(dǎo)水導(dǎo)熱構(gòu)造，F(xiàn)3、F7為次要導(dǎo)水導(dǎo)熱構(gòu)造。

F3在神湯溫泉處與F2交叉，F(xiàn)2為壓扭性斷裂，局部具有一定的阻水性，地下熱水沿F3向上運(yùn)移，受F2壓扭性斷裂阻擋，在半山腰形成了神湯溫泉，F(xiàn)2的南部河道中均無熱泉出露和冒泡現(xiàn)象。

F5斷裂帶沿關(guān)門河發(fā)育有泉群，泉群水溫26～39 ℃，在河道中間多見冒泡現(xiàn)象。

F7為正斷層，東西向延伸，長(zhǎng)度約550 m，為導(dǎo)水?dāng)嗔?，與F3在鉆孔SHK05與SHK06之間相交，在交叉處有熱泉泉群發(fā)育。

6 地?zé)崃黧w特征

6.1 形態(tài)特征

武山湖地?zé)崽锔鶕?jù)主要導(dǎo)熱斷裂F3的分布范圍及形態(tài)，結(jié)合熱泉溫度和鉆探及物探成果，用內(nèi)插法進(jìn)行圈定，其走向350°，長(zhǎng)約1 260 m，寬約600 m，面積626 289 m2，即0.6 km2。其北到白埡磷礦地磅站，南到神湯溫泉以南220 m的白埡磷礦邊界，東西邊界包括關(guān)門河兩岸200～300 m的范圍。地?zé)崽锲矫嫘螒B(tài)為主軸南北向，呈橢圓形(見圖4)。

圖4 溫泉出露條件圖

6.2 垂直方向地?zé)崃黧w溫度變化特征

根據(jù)五個(gè)地?zé)峥?SHK01、SHK02、SHK03、SHK05、SHK06)測(cè)溫資料，在蓋層中，從上往下水的溫度隨著深度變化而逐漸增加，每相隔10 m增加0.1～1 ℃，揭穿蓋層后，水溫明顯升高3 ℃，水位也隨著明顯上升，充分顯示出構(gòu)造控?zé)岬奶卣鳌８骺椎牡販靥荻葹?.3～10.0 ℃/100 m(見表2)。

表2 蓋層厚度與溫度、地溫梯度一覽表

6.3 水平方向地?zé)崃黧w溫度變化特征

在水平方向上，由南向北逐漸增高，體現(xiàn)出隨著蓋層厚度的增加而溫度逐漸增加，而且地溫梯度逐漸增高，由4.3 ℃/100 m增加到10.0 ℃/100 m。

6.4 地?zé)崃黧w化學(xué)特征

地?zé)崃黧w的pH值在7.80～8.35，為弱堿性水；礦化度在223.29～236.96 mg/L，為淡水；地?zé)崽锏臒崴瘜W(xué)類型為HCO3·Ca·Mg型水，其中碳酸根離子濃度為187.17～238.45 mg/L，鈣離子為38～45 mg/L，鎂離子為18～22 mg/L。

礦物質(zhì)方面：偏硅酸含量為28.34～35.07 mg/L，為偏硅酸礦泉水；氟含量為1.159 mg/L，不適合飲用，適合洗浴。

SHK01—SHK06，主要成分偏硅酸含量為28.34～35.07 mg/L，氟離子含量為0.697～1.293 mg/L，有逐步增高的現(xiàn)象，說明淺部蓋層厚度小，有冷水滲入，偏硅酸和氟被稀釋，含量稍低；而向北蓋層厚度增大時(shí)，深部無冷水滲入，由南向北礦物成分緩慢增加。

6.5 地?zé)崃黧w動(dòng)態(tài)特征

各個(gè)地?zé)峋鏊疁囟缺容^穩(wěn)定，而且SHK03、SHK05、SHK06三孔自流，流量和溫度都比較穩(wěn)定，波動(dòng)非常小。

7 結(jié)論與建議

(1)勘查類型：研究區(qū)地?zé)岙惓］^明顯，呈帶狀分布，受褶皺和斷裂控制，沿河谷成泉群，以上升泉形式出露地表，地?zé)崽镆?guī)模為小型。根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T 11615—2010)，勘查類型屬Ⅱ-2型。

(2)構(gòu)造：F3、F5、F7切割了蓋層和熱儲(chǔ)層，溝通了深部地?zé)崴蔀樵摰責(zé)崽锏闹饕獙?dǎo)水?dāng)嗔选?/p>

(3)蓋層均為古生界寒武系下統(tǒng)石牌組粉砂質(zhì)頁巖及牛蹄塘組含炭泥質(zhì)灰?guī)r，層厚25～120 m。蓋層厚度由南向北，蓋層越厚，溫度越高。

(4)熱儲(chǔ)層為震旦系上統(tǒng)燈影組硅質(zhì)白云巖及硅化碎裂巖，硅化現(xiàn)象強(qiáng)烈，巖石破碎，地表有硅帽出露，巖溶裂隙水具承壓性。

(5)地?zé)崃黧w溫度35～45 ℃；動(dòng)態(tài)變化較為穩(wěn)定，波動(dòng)??；主要礦物質(zhì)為偏硅酸和氟，達(dá)到理療礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，其中偏硅酸含量28.34～35.07 mg/L，為偏硅酸礦泉水；氟含量為1.159 mg/L。

(6)從前期的勘查情況來看，該區(qū)沿著F5斷裂帶向北，地?zé)崽锷w層變厚，地?zé)崴疁囟仍礁?，因此該區(qū)沿著F5斷裂帶向北還可以打出更高溫的地?zé)崃黧w。由于前期的勘查未能完全查明F5斷裂的性質(zhì)、傾角和傾向，建議在今后的勘查過程中，應(yīng)側(cè)重利用物探剖面測(cè)量(垂直于F5斷層方向布設(shè)剖面)及鉆探手段，查明F5斷裂的性質(zhì)、斷層破碎帶的寬度及延伸長(zhǎng)度。

(7)開采過程中應(yīng)加強(qiáng)流量、水位、溫度和水質(zhì)的監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)變化情況，若發(fā)生水位下降速率過大，溫度降低較大，應(yīng)適當(dāng)減少開采量，避免過量開采而引發(fā)水質(zhì)變差、水位下降速率過大、溫度降低的情況或其它環(huán)境地質(zhì)問題。