貴州石阡中壩ZK2號(hào)地?zé)峋疅岬V水成因分析

穆照猛,吳 嵐

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊(duì)，貴州遵義563000；2.貴州淺層地溫能開發(fā)有限公司，貴州貴陽550000）

1 概述

1.1 概況

中壩ZK2號(hào)地?zé)峋挥谫F州省銅仁市石阡縣中壩鎮(zhèn)江坡，中壩鎮(zhèn)是石阡縣建設(shè)的溫泉旅游小鎮(zhèn)，距離石阡縣城約8km，交通便利，區(qū)位優(yōu)越。該地?zé)峋_孔地層為志留系中至上統(tǒng)韓家店群（S2-3Hn），終孔地層為前震旦系板溪群（PtBnb），井深2060.37m，井口水溫46.5℃，實(shí)抽最大涌水量1081.81m3/d，熱儲(chǔ)含水層為奧陶系下統(tǒng)紅花園組至寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組（O1h-∈2g）白云巖、灰?guī)r。通過對(duì)地?zé)峋疅岬V水進(jìn)行水質(zhì)檢測，地?zé)崃黧w適宜作為理療熱礦水，其中礦化度664.31mg/L、溫度46.5℃兩項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到《天然礦泉水資源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T 13727-2016）理療天然礦泉水水質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，可命名為淡水、溫礦水。因此，對(duì)中壩ZK2號(hào)地?zé)峋疅岬V水成因進(jìn)行分析，有助于研究該區(qū)地?zé)豳Y源賦存規(guī)律，推進(jìn)該區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用，助推中壩溫泉小鎮(zhèn)綠色建設(shè)。

1.2 自然地理

1.2.1 地形地貌

研究區(qū)地處湘西丘陵向云貴高原過渡的梯級(jí)大斜坡地帶，區(qū)內(nèi)地勢總體南西部高，北東部低。海拔最高處為南西的鳳凰山，標(biāo)高1627m，最低處為北東龍地壩，標(biāo)高494m，相對(duì)高差1133m。地貌類型主要為侵蝕低山地貌、溶蝕地貌及河流侵蝕地貌，受河流的切割、侵蝕、堆積作用，河谷兩岸形成Ⅰ-Ⅱ級(jí)河谷階地，階地較平坦，主要堆積物為亞粘土、砂、砂石層及含礫亞粘土。

1.2.2 氣象水文

研究區(qū)屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤，雨量豐沛，氣候宜人。年平均氣溫16.8℃，七月最熱，平均溫度27.7℃，元月最冷，平均溫度5.1℃；年平均日照1232.9h，無 霜 期290～303d；年 平 均 降 雨 量1156.60mm，枯季為11月至次年3月，豐季為4～7月，平季為8～10月。

研究區(qū)河流屬長江流域?yàn)踅?，區(qū)內(nèi)主要河流為玉虹河，該河由西向東貫穿中壩鎮(zhèn)，河道較平緩，平均坡降5‰～6‰，河流于雙溪附近轉(zhuǎn)北，最終匯入石阡河，石阡河最終匯入烏江。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

2.1 地層巖性

研究區(qū)域出露地層由老到新從元古界至第四系，除缺失泥盆系、石炭系、侏羅系、白堊系、第三系外，均有出露。出露地層由老到新有：前震旦系板溪群（PtBnb），震旦系下統(tǒng)南沱組（Zan）、上統(tǒng)燈影組（Zbdn），寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組（∈1n）、下統(tǒng)明心寺組（∈1m）、下統(tǒng)金頂山組（∈1j）、下統(tǒng)清虛洞組（∈1q）、中統(tǒng)高臺(tái)組（∈2g）、中上統(tǒng)婁山關(guān)群（∈2-3Ls），奧陶系下統(tǒng)桐梓組（O1t）、下統(tǒng)紅花園組（O1h）、下統(tǒng)湄潭組（O1m）、中統(tǒng)十字鋪組（O2sh）、中統(tǒng)寶塔組（O2b）、上統(tǒng)臨湘組（O3l）、上統(tǒng)五峰組（O3w），志留系下統(tǒng)龍馬溪群（S1Ln）、中統(tǒng)石牛欄組（S2sh）、中上統(tǒng)韓家店群（S2-3Hn），二疊系中統(tǒng)梁山組（P2l）、中統(tǒng)棲霞組（P2q）、中統(tǒng)茅口組（P2m），各地層巖性特征詳見表1。

表1 研究區(qū)地層簡表

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)構(gòu)造單元屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱鳳岡北北東向構(gòu)造變形區(qū)，由一系列北東向、北北東向褶皺、斷裂組成，地質(zhì)條件復(fù)雜。主要褶皺構(gòu)造有佛頂山背斜，主要斷裂構(gòu)造有北東向紅石樞紐斷裂、郭粟樞紐斷裂及次級(jí)張性斷裂，北北東向的石阡樞紐斷裂以及次級(jí)張性斷裂，見圖1。

2.2.1 褶皺構(gòu)造

佛頂山背斜：該背斜軸向呈北東向，兩翼地層傾角7°～55°，軸部地層為巨厚的板溪群變質(zhì)巖，南東翼受石阡樞紐斷裂截切后在江河以南地區(qū)寒武系下統(tǒng)地層與板溪群直接接觸，北西翼受紅石樞紐斷層截切，在平望以南，寒武系下、中統(tǒng)地層與板溪群直接接觸。北東端在中壩以南受紅石樞紐斷裂與石阡樞紐斷裂的破壞，軸跡不明顯，北西翼地層保存相對(duì)較為完整。在中壩一帶區(qū)域，志留系與寒武系下統(tǒng)直接接觸。

2.2.2 斷裂構(gòu)造

紅石樞紐斷裂（F1）：走向北東，是區(qū)域上規(guī)模最大、影響最大的壓扭性斷裂，區(qū)域上在紅石至花橋傾向南東，傾角45°～75°，表現(xiàn)為逆斷層性質(zhì)；在花橋西南傾向北西，傾角80°左右，表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)；在中壩至中壩南西一線，傾向北西，北西盤地層為二疊系至寒武系中上統(tǒng)，南東盤為寒武系下統(tǒng)至板溪群，表現(xiàn)為北西盤相對(duì)下降，南東盤相對(duì)上升的正斷層?？傆^北西盤往南西扭動(dòng)，南盤往北東扭動(dòng)。斷裂兩側(cè)巖層擠壓拖動(dòng)撓曲、破碎帶、角礫巖、硅化、方解石發(fā)育。在中壩一帶可見波狀起伏的壓扭性斷裂面，破碎帶寬2m多，影響帶200～300m。斷距200～1500m，區(qū)域切割最老地層為板溪群。紅石樞紐斷裂形成于雪峰期，此后長期活動(dòng)，燕山期活動(dòng)最強(qiáng)，干擾和切斷了一系列褶皺和斷裂，沿?cái)嗔褞厝雎?，說明該斷裂近期仍有活動(dòng)，是一挽近期活動(dòng)斷裂束。

郭粟樞紐斷裂（F2）：走向北東，性質(zhì)壓扭性，在郭粟至花橋區(qū)域，傾向北西，傾角50°～80°，表現(xiàn)為正斷層；在花橋至茶寨區(qū)域，傾向南東，傾角80°左右，表現(xiàn)亦為正斷層性質(zhì)。

石阡樞紐斷裂（F3）：走向北北東，縱貫全區(qū)，與佛頂山背斜形影相伴，具“S”型彎曲。在石阡以北，多傾向北西西，傾角45°～75°。石阡縣以南，傾向南東東，傾角70°左右。斷裂破碎帶寬20～150m，常見角礫巖、撓曲和派生小斷裂，有不同程度的方解石化、硅化等，主要表現(xiàn)為張性正斷層性質(zhì)。

3 地?zé)岬刭|(zhì)特征

3.1 地?zé)岙惓Ｌ卣?/h3>

研究區(qū)內(nèi)有明顯的地?zé)岙惓ｏ@示，在西部中壩鎮(zhèn)木瓜溪出露2處溫泉，水溫分別為24℃、28℃，流量為2.0L/s、1.83L/s，溫泉出露于玉虹河右岸河漫灘，構(gòu)造上位于佛頂山背斜傾次級(jí)構(gòu)造傾伏端、紅石斷裂支斷裂帶上；在南部實(shí)施的ZK1號(hào)地?zé)峋?，?gòu)造上位于紅石樞紐斷裂北西盤（上盤），孔深1256.35m，井口水溫42.2℃，自流涌水量4.40L/s，成井實(shí)抽最大涌水量695m3/d。

3.2 地?zé)崴瘜W(xué)特征及同位素特征

3.2.1 地?zé)崴瘜W(xué)特征

通過對(duì)ZK2號(hào)地?zé)峋疅醿?chǔ)層熱礦水水質(zhì)進(jìn)行分析與檢測，其主要化學(xué)特征：井口水溫46.5℃，屬低溫地?zé)豳Y源；流體pH值7.7，屬弱堿性水；總硬度104.23mg/L；水中陰離子HCO3-含量為436.8mg/L，Cl-含量4.69mg/L，SO42-含量35.00mg/L，F(xiàn)-含量為0.18mg/L，NO3-含量為1.55mg/L；陽離子Ca2+含量為23.64mg/L，Mg2+含量為10.88mg/L，K+含量為1.50mg/L，Na+含量為135.50mg/L；流體中含有對(duì)人體有益的主要成分為：總硫化氫含量0.06mg/L、氟含量0.18mg/L、鍶含量0.05mg/L、偏硅酸含量20.59mg/L；水化學(xué)類型為HCO3--Ca2+型水。

3.2.2 同位素特征

根據(jù)ZK2號(hào)地?zé)峋疅岬V水水樣的δD、δ18O、3H、δ13C等檢測結(jié)果（詳見表2），表明本井地?zé)崴疄楦缫郧暗拇髿饨涤耆霛B補(bǔ)給；利用3H的放射性衰減公式結(jié)合3H檢測結(jié)果計(jì)算出ZK2號(hào)地?zé)峋責(zé)崴赡転?954年以前的降水入滲補(bǔ)給，經(jīng)長時(shí)間、長距離、深循環(huán)后受斷裂控制而形成的；根據(jù)檢測成果報(bào)告，ZK2號(hào)地?zé)峋責(zé)崴?4C測定年代為17210a±100a。

表2 ZK2號(hào)地?zé)峋|(zhì)D、18O、3H、13C測定年代指標(biāo)與檢測結(jié)果表

3.3 地?zé)嵩鰷匾?guī)律分析

從地表以下，一般將地殼中地溫分為三個(gè)帶，即：可變帶、常溫帶和增溫帶。可變帶由于受太陽輻射的影響，其溫度有晝夜、年份、世紀(jì)、甚至更長周期性變化，其厚度一般為15～20m；常溫帶溫度變化幅度甚小，深度一般為20～30m；增溫帶位于常溫帶以下，溫度隨深度增加而升高。在增溫帶每一單位深度內(nèi)增加的數(shù)值稱為地溫梯度，一般以℃/100m表示。根據(jù)ZK2號(hào)地?zé)峋疁販y量資料（表3），采用公式：地溫梯度（℃/100 m）=[井底溫度（℃）-年平均氣溫（℃）]÷[熱儲(chǔ)深度（m）-地下常溫層深度（m）]×100，計(jì)算出ZK2號(hào)地?zé)峋責(zé)嵩鰷芈蕿?.50℃/100m。

表3 ZK2號(hào)地?zé)峋疁販y量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

4 成因分析

4.1 形成條件

地?zé)豳Y源的形成一般需具備“儲(chǔ)、蓋、通、源”四個(gè)條件，即儲(chǔ)水儲(chǔ)熱層、隔熱保溫蓋層、導(dǎo)熱導(dǎo)水通道、熱源。

研究區(qū)主要熱儲(chǔ)構(gòu)造為佛頂山背斜，熱儲(chǔ)層主要由奧陶系下統(tǒng)紅花園組至寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組（O1h-∈2g）灰?guī)r、白云巖組成，ZK2號(hào)地?zé)峋衣堵癫厣疃?62.06～1337m，厚度874.94m；阻水隔熱保溫蓋層由奧陶系下統(tǒng)湄潭組至志留系中上統(tǒng)韓家店群（O1m-S2-3Hn）頁巖、泥巖、砂質(zhì)頁巖等碎屑巖組成，地?zé)峋衣逗穸?40.83m，具有良好的隔熱保溫作用。綜上，區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)封閉條件較好，紅花園組至高臺(tái)組（O1h-∈2g）灰?guī)r、白云巖為地?zé)豳Y源的儲(chǔ)存提供了良好的“儲(chǔ)”條件，湄潭組至韓家店群（O1m-S2-3Hn）碎屑巖為地?zé)豳Y源的儲(chǔ)存提供了良好的“蓋”條件。

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的挽近期活動(dòng)斷裂紅石樞紐斷裂（F1）及其次生斷裂斜切復(fù)合，切穿了熱儲(chǔ)層，破壞了佛頂山熱儲(chǔ)構(gòu)造背斜，溝通了熱儲(chǔ)深部地?zé)崃黧w，是區(qū)內(nèi)的導(dǎo)熱導(dǎo)水構(gòu)造。斷裂走向北東，沿?cái)嗔褞r石破碎，張裂隙、扭裂隙及分枝狀斷裂發(fā)育，形成的節(jié)理裂隙不但為地?zé)崃黧w的賦存提供了有利空間，而且為地?zé)崃黧w運(yùn)移提供了有利通道，形成了區(qū)內(nèi)導(dǎo)熱導(dǎo)水系統(tǒng)。因此，紅石樞紐斷裂（F1）及其次生斷裂為地?zé)嵝纬蓷l件中的“通”。

研究區(qū)熱源來源于地幔熱傳導(dǎo)，水源來源于大氣降水補(bǔ)給。紅石樞紐斷裂（F1）有斷距大、切割深度深特點(diǎn)，這有利于溝通來自于地幔熱傳導(dǎo)的熱源，使沿?cái)嗔选⒘严断虻叵律畈肯聺B并賦存于儲(chǔ)熱含水層中的大氣降水與紅石樞紐斷裂溝通來自于地幔熱傳導(dǎo)熱源匯合，并在與圍巖相互作用中溶濾、溶解巖石和氣體的化學(xué)組分而成為有開發(fā)價(jià)值的熱礦水。則來自地幔的熱源成為地?zé)岬摹霸础薄?/p>

4.2 成因類型

研究區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源形成類型為褶皺隆起斷裂對(duì)流型（圖2），區(qū)內(nèi)的大氣降水因密度大在重力作用下向下運(yùn)移，并通過地表裂隙入滲賦存于佛頂山背斜奧陶系下統(tǒng)紅花園組至寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組（O1h-∈2g）碳酸鹽巖含水層中，含水層中的地下水沿?cái)嗔?、?gòu)造裂隙通道向地下深部運(yùn)移，由上向下進(jìn)行地下深循環(huán)，而紅石樞紐斷裂（F1）溝通了地下深部地幔，地幔熱流沿?cái)嗔淹ǖ郎嫌?，熱?chǔ)層中的地下水吸收地幔熱流熱量，地?zé)崃黧w溫度升高體積膨脹在浮力作用下向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)上部的低溫流體因密度大在重力作用下向下運(yùn)動(dòng)，形成了該地區(qū)地?zé)崴h(huán)系統(tǒng)。同時(shí)，因地下深循環(huán)地?zé)崴c圍巖經(jīng)溶濾、沉淀、離子交換等多種相互作用，水中有益組分豐富，含有偏硅酸、鍶、氟等人體有益組分。

5 結(jié)論

石阡中壩ZK2號(hào)地?zé)峋疅岬V水成因類型為褶皺隆起斷裂對(duì)流型，熱源來源于地幔熱傳導(dǎo)，熱儲(chǔ)層為奧陶系紅花園組至寒武系高臺(tái)組（O1h-∈2g）白云巖、灰?guī)r，隔熱保溫蓋層為奧陶系湄潭組至志留系韓家店群（O1m-S2-3Hn）頁巖、泥巖、砂質(zhì)頁巖等碎屑巖，導(dǎo)熱導(dǎo)水構(gòu)造為紅石樞紐斷裂（F1）及其次生斷裂。

石阡中壩ZK2號(hào)地?zé)峋責(zé)崴x存于紅石樞紐斷裂（F1）及其次生斷裂與奧陶系下統(tǒng)紅花園組至寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組（O1h-∈2g）熱儲(chǔ)層結(jié)合部位，為地下深循環(huán)地?zé)崴?，地?zé)崴c圍巖相互作用，水中有益組分得以富集，總硫化氫含量（0.06mg/L）、氟含量（0.18mg/L）、鍶含量（0.05mg/L）、偏硅酸含量（20.59mg/L），井口水溫46.5℃，涌水量1081.81m3/d?？傮w上，該區(qū)地?zé)豳Y源賦存條件好，水質(zhì)適宜作為理療熱礦水，可助推石阡中壩溫泉小鎮(zhèn)的建設(shè)。