隴川縣勐約鄉(xiāng)地熱資源特征及成因模式分析

宰西,黃建國*,馬浩翔,徐世光,楊 壯

(1.昆明理工大學國土資源工程學院，昆明 650093;2.云南省地質礦產勘查開發(fā)局(云南省地質礦產局) ，昆明 650200)

1 引言

地熱作為集“水、熱、礦”三位一體的新型潔凈資源，既是清潔的能源，又是十分可貴的醫(yī)療礦水資源，具有廣泛的用途。我國地熱資源豐富，但分布不均。水熱區(qū)分布和水熱活動受地質構造控制，其中高溫熱液系統(tǒng)分布于滇、藏、臺，溫-低溫熱液系統(tǒng)主要分布于各沉積盆地。云南是地熱大省，地熱資源對省內經濟發(fā)展具有重要意義。省內高溫和低溫地熱資源均有涉及。其中，低溫地熱資源可用于醫(yī)療保健、住房供暖、溫泉洗浴、水產養(yǎng)殖等方面。

在該區(qū)地熱調查中多處自冒溫泉，水溫達38 ℃～70 ℃，屬低溫地熱，其水質基本滿足生活用水、天然礦泉水水質標準，為硫化氫、氟、硅醫(yī)療熱礦水。該區(qū)地熱利用率較低，野外溫泉沒有得到很好的保護和利用，首先需要調查當前地下冷水和地下熱水的資源分布情況，更新有關地熱田的動態(tài)特征數據，劃定地熱田的范圍。

2 研究區(qū)地熱地質概況

根據區(qū)域地質資料和野外實地調查，該區(qū)主要出露第四系和新近系松散巖、寒武系變質巖，局部分布有侵入巖脈，第四系主要出露于該區(qū)中部的龍江河床及兩岸，寒武系地層主要出露于該區(qū)東部。

該區(qū)位于龍江水系構造剝蝕沖刷的河谷地段，北東-南西向構造體系發(fā)育，晚近期活動劇烈，不僅有褶皺構造斷塊抬升成山，亦有相對陷落形成河谷。河谷中堆積200～1 000 m厚的Q-N河湖相砂礫含水層組，下伏片麻巖和花崗巖，由于風化裂隙構造較為發(fā)育，構成單一的貯水構造，富水性較均一。河谷四周山區(qū)接受大氣降水補給，地下水向河谷邊緣匯集，構成富水塊段；河谷外圍地下水與埋藏于深部的巖漿巖裂隙水常具水力聯系，形成承壓含水層。該類富水塊段處于或鄰近斷裂構造帶或褶皺裂隙密集帶上，有條件接受深部大地熱流加熱，形成溫泉，適當部位可鉆鑿出自流熱水孔。

2.1 地熱異常概述

由于受多組規(guī)模巨大的北東向構造帶的控制，自西而東有清平-廣卡斷裂、曼金斷層、等扎斷層、王子樹-南京里褶皺背斜、龍陵-瑞麗斷裂以及伴生的次級構造，構成橫縱交錯的斷塊型圖案。從歷史發(fā)展來看，瀾滄江深大斷裂帶和怒江斷裂帶控制了滇西的沉積構造格局，怒江斷裂帶的南段龍陵-潞西斷裂在緬甸曼德勒北側與實皆斷裂交匯，構成了三角斷裂地帶。這些深大斷裂的活動，派生了一系列北東向的右行張扭斷裂帶。如瓦德龍斷裂帶等，在這些斷裂帶上，形成隴川等滇西微盆地群。這些構造斷裂自下古生代至晚近地質時期均在不斷活動，例如新生代斷陷盆地的形成、地震活動頻繁等就是有力的佐證。據前人資料分析，該組斷裂可能與深部地層溝通，龍陵-潞西斷裂或其產生的次級斷裂，為深層熱流的上升創(chuàng)造了有利的條件。

熱水溫度的高低與多種因素有關，如熱流通道條件，儲熱層的封閉、保溫條件，以及所受淺循環(huán)水混合參與的多少等條件的差異等，所以各處水溫不同，溫泉顯示有高有低。勐約鄉(xiāng)人民政府在其開發(fā)的旅游小鎮(zhèn)處打一深約200 m的供水井Q01，其水溫在25℃～28℃，揭露下伏含水層為前寒武系花崗巖巖組；在勐約鄉(xiāng)以西2 km處，出露一自冒溫泉Q02，測得水溫在38 ℃～40 ℃，周邊出露巖性為片麻狀花崗巖；在鄉(xiāng)鎮(zhèn)以南西尺巴處溫泉，調查一熱水井Q03，測得水溫在65 ℃～70 ℃。這些溫泉出露點均顯示出研究區(qū)具有顯著地熱異常。

2.2 地溫場特征

研究地熱田的地溫場特征，主要是為了搞清地熱田內的地溫及地溫梯度的空間變化，圈定地熱異常范圍區(qū)，推算熱儲溫度，有利于對地熱異常的成因、熱儲結構特征、控熱構造及可能存在的熱源做出合理分析。地溫場受地表、地殼運動等因素的影響，尤其是水系和斷裂構造的控制，形成了若干個孤立的小異常。在水系分布帶上，地溫場值明顯降低，在斷裂構造帶上，地溫場值發(fā)生明顯變化，出現局部地熱高溫值。

地球內部所蘊藏的豐富熱能在溫度差的驅動下主要通過地層或斷層等介質向地表流動、散失，形成了地球的熱場，這個場稱為地熱場，或地球的溫度場，簡稱地溫場。

地球內部的熱能通過巖層熱傳導和地熱流體對流作用不斷向地球表面散失，其方向總是垂直于地面，通常用大地熱流來表示這種熱流傳遞狀況。在中國大陸地區(qū)地表觀測到的熱流值中包含著地殼放射性生熱率貢獻和來自深部的地幔熱流兩部分。大地熱流值可通過以下公式進行計算：

(1)

實測大地熱流一般是在鉆孔中測量地溫和采集相應層段的巖樣，然后分別確定其地溫梯度和在實驗室測定采集巖樣的熱導率，有了這兩個參數就可以利用上式計算熱流值。

實測大地熱流值是研究一個地區(qū)大地熱流分布特征的基礎。研究大地熱流必須同時給出熱流點的位置、深度范圍、地溫梯度、巖石熱導率和偏差。而實際要獲取一個大地熱流值是比較困難的，有時只能估算大地熱流值，即在缺乏系統(tǒng)測溫數據或巖石熱導率數據情況下所計算得到的熱流值。云南具有高地熱特征的地質發(fā)展歷史，吳乾蕃等通過實測獲得26口井的地熱數據，結合周真恒等人云南深部熱流研究，云南地熱橫向變化相當顯著，地熱場具有西高東低(西部騰沖最高)，并由西向東呈波浪式降低的趨勢，熱流的分布與地質構造單元有明顯的一致性(圖1)。

圖1 云南大地熱流等值線圖

根據地溫場特征分析及已有鉆孔相關測溫測井數據資料顯示，在該研究區(qū)只能得到各地熱泉點的平均地溫梯度，缺乏對應論證區(qū)各不同深度的巖石熱導率和相應的地溫梯度數據，因此實測大地熱流難以獲得。根據相關資料及對云南省的大地熱流分區(qū)的成果，以及結合收集到的地質資料，研究區(qū)屬于隴川盆地邊緣的低-中熱流區(qū)，其大地熱流值在90 mW/m2左右。

3 勐約溫泉的成因分析

3.1 研究區(qū)熱源

區(qū)內的花崗巖侵入體，有燕山期花崗巖體和前寒武系片麻狀花崗巖體，花崗巖體以巖株、巖脈、巖墻的方式侵入基巖，花崗巖體距今的時間已在100 Ma以上，因此不可能作為該地熱系統(tǒng)的特殊熱源。

綜上所述，熱田熱源主要來源于上地幔的巖漿，高熱巖漿囊構成本區(qū)熱源(圖2)。雖然上寒武系花崗巖距今時間久遠，不可能有殘余熱量，但巖漿巖中放射性元素衰變產生的熱能同樣是該區(qū)地熱異常的原因之一。

1.泉點；2.沖洪積層；3.花崗巖；4.風化界線；5.巖漿囊圖2 隴川縣地熱溫泉熱源圖

3.2 研究區(qū)熱儲層埋藏條件分析

按物探解譯，基底為前寒武系上統(tǒng)花崗巖巖層，該套巖層歷經多次構造運動，裂隙縱橫交錯極為發(fā)育，滲透性強，連通性好，地熱擴散條件亦好，加之厚度大、分布廣，因而構成了區(qū)內良好的儲熱層或溫水含水層。同時上覆有第三系上統(tǒng)粘土巖、砂礫巖和第四系松散層，厚度大，其導熱性差，屬相對保溫蓋層，因此，深部散發(fā)的熱流，通過斷裂帶上升，傳送到前寒武系上統(tǒng)地層里蘊藏起來，屬典型的脈狀型熱儲結構類型。同時區(qū)內熱儲層儲熱含水層的水源補給較為充沛，一是大氣降水補給，二是盆地邊緣的地下水補給，三是越流補給，后者主要是通過斷裂帶兩側含水層的越流補給。

在研究區(qū)西部2 km的溫泉自冒點Q02處，出露的前寒武系上統(tǒng)全-強風化花崗巖地層有熱水(水溫38 ℃～40 ℃),南西部尺巴處溫泉村附近的Q03鉆孔揭露的前寒武系上統(tǒng)花崗地層有熱水(水溫65 ℃～70 ℃)，類比推測勐約鄉(xiāng)河谷地段前寒武系上統(tǒng)全-強風化花崗巖地層可以打出熱水。

3.3 地熱成因

從地史發(fā)展、斷裂活動、地殼運動分析認為研究區(qū)位于龍江水系剝蝕沖刷的河谷地形內，沿其北西向展布一條褶皺構造(王子樹-南京里)(圖3)，其東側為龍陵-瑞麗大斷裂。相對而言，該區(qū)西部以褶皺構造為主，東部及北部主要為斷裂構造，區(qū)內斷裂繼承性活動頻繁，新生代以來斷裂活動與地殼抬升強烈，形成了一系列沿北東向斷裂帶發(fā)育的新生代斷陷河谷盆地。論證區(qū)調查的兩個地熱溫泉點(Q02、Q03)就位于此斷陷河谷盆地內。

圖3 研究區(qū)構造圖

(1) 地熱溫泉點(Q02)成因分析

泉點Q02位于龍江水庫區(qū)南西偏山腳的谷地內，地熱田熱儲結構垂向上主要存在一個熱儲層和一組隔熱隔水保溫蓋層(圖4)。

圖4 勐約鄉(xiāng)地熱溫泉(Q02、Q03)成因揭示剖面

淺部前寒武系花崗巖巖組含水層在地表大面積出露，龍江河谷及西岸部分存在的隔熱隔水性較好的新生界松散堆積物、新近系沉積巖蓋層和具有導熱能力的褶皺構造裂隙，為淺部前寒武系花崗巖熱儲層形成提供了有利條件。由于不整合面巖石松散、孔隙度大，且被構造斷層切割破壞，導致地下水交替循環(huán)迅速，構成了地熱泉水的主要運移通道。地表水沿斷裂及松散土層下滲被儲藏于巖層深部的熱流加熱后，地下水沿斷裂帶或交匯部上升溢出地表，故而形成溫泉或熱泉。

(2) 地熱溫泉點(Q03)成因分析

泉點Q03位于勐約鄉(xiāng)尺巴處溫泉村內(見圖3)，地熱田熱儲結構垂向上主要存在一個熱儲層和一組隔熱隔水保溫蓋層。

淺部前寒武系花崗巖巖組含水層在地表大面積出露，周邊河谷部分存在的隔熱隔水性較好的新生界松散堆積物、新近系沉積巖蓋層和具有導熱能力的褶皺構造裂隙，為淺部前寒武系花崗巖熱儲層形成提供了有利條件。由于不整合面巖石松散、孔隙度大，且被構造斷層切割破壞，導致地下水交替循環(huán)迅速，構成了地熱泉水的主要運移通道。地表水沿斷裂及松散土層下滲被儲藏于巖層深部的熱流加熱后，地下水沿斷裂帶或交匯部上升溢出地表，故而形成溫泉或熱泉。

根據上述分析，勐約鄉(xiāng)地熱溫泉成因模式可概括為：在高熱流區(qū)域熱背景下，盆地邊緣山區(qū)裸露的基巖含水層(組)接受大氣降水的補給后沿構造節(jié)理裂隙垂向下滲，然后水平運移進入各含水層(組)。地下水被半封閉或封閉于滲透性、富水性均較好的新近系巖層狀含水層之中。在向勐約浪河天然排泄區(qū)運移的過程中，隨著循環(huán)深度的增大不斷從圍巖吸取熱量使得水溫度升高。同時，深層熱儲層地下水被封存于地下，由于埋藏深，上覆有較好隔水隔熱保溫蓋層，含水層(組)接近巖漿熱源，不斷吸收地殼深部巖漿囊釋放的熱量，加之F13等超殼斷裂具有明顯的導熱作用，斷裂溝通深部巖漿熱源，使得水溫升高，形成深層熱儲。淺層前寒武系花崗巖組熱儲層主要通過巖層傳導加熱地下水，導熱斷裂亦促進了熱的傳遞，深層熱儲層地下熱水沿主要導水導熱斷裂帶有利部位涌至地表，部分以溫泉出露，部分賦存于淺層熱儲中，與淺層熱儲四周冷水不同程度的混合，向上傳輸的熱流被熱導率極低的第四系松散層封堵，使得熱儲層的地下水得以加熱與封存形成了勐約鄉(xiāng)地熱溫泉。

4 結論

(1) 地質推斷，巖性可能為花崗巖地層，但無論基底為何套地層，都存在可靠熱儲層，組成一個完整的熱儲構造，屬典型的脈狀埋藏型熱儲結構類型。

(2) 該區(qū)雖有活動頻率高的深大斷裂也有花崗巖等放射性酸性巖體出露，加之研究區(qū)大地熱流值只為中等偏高，但研究區(qū)熱儲層溫度不會很高。

(4) 從研究區(qū)溫泉出露點、表征異常點分布特點可得出：勐約鄉(xiāng)地熱溫泉分布于斷裂構造帶或褶皺裂隙密集帶上，離開構造帶附近，地熱資源形成條件較差，尋找難度較大，可能性較小。