重慶市銅鑼峽背斜地?zé)岬刭|(zhì)特征

孫梽軒

（成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

地?zé)豳Y源是一種清潔環(huán)保、資源量巨大的清潔能源，集熱、礦、水于一體，若能合理利用，能夠極大地推動低碳經(jīng)濟發(fā)展。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人民生活需求的提高，越來越多的溫泉被開發(fā)并利用。根據(jù)地?zé)崴植技跋嚓P(guān)的地?zé)峋@孔資料分析，可知重慶地區(qū)各背斜地?zé)崴Y源量豐富。李東升等對重慶地區(qū)的各背斜構(gòu)造特征及地?zé)崴a徑排等進(jìn)行研究，并提出研究區(qū)各背斜的合理開采量[1]。王治祥等以熱儲法為手段對重慶巴南區(qū)地?zé)崴馁Y源量進(jìn)行計算與評估，得出區(qū)內(nèi)熱儲總量為38.813×1015kJ[2]。羅云菊等通過研究地?zé)崴瘜W(xué)特征、補徑排特征及資源量開采等方面對重慶南溫泉背斜進(jìn)行評價[3-4]。漆繼紅、許模等研究銅鑼峽背斜與南溫泉背斜的構(gòu)造條件、水化學(xué)特征及同位素特征，分析得出二者之間的縱向水力聯(lián)系較強，但是橫向水力聯(lián)系較弱[5]。

20世紀(jì)90年代，由于沒有合理的開采方案與勘查，導(dǎo)致重慶地區(qū)的多數(shù)溫泉因過量開采而出現(xiàn)斷流甚至干枯現(xiàn)象，如北溫泉水量、水位等出現(xiàn)下降，西溫泉斷流，南溫泉、南小溫泉甚至徹底干枯[1，6]。為了不讓這些現(xiàn)象持續(xù)下去，需要根據(jù)不同地區(qū)不同的地?zé)崴Y源特點，提出合理的開采方案和建議。銅鑼峽背斜地?zé)豳Y源豐富，水化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，地?zé)崴衅杷?、氟、鍶等多種對人體有益的微量物質(zhì)。本文主要通過對重慶銅鑼峽背斜的地質(zhì)構(gòu)造、熱儲特征、成因模式等方面進(jìn)行分析，為開采銅鑼峽背斜地?zé)崴Y源提供合理的科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

1.1 自然地理及氣候

銅鑼峽是川東平行褶皺嶺谷區(qū)的第二條山脈。北起達(dá)縣雷音鋪山北端，呈東北至西南走向，止于綦江北岸天臺山。銅鑼峽背斜全長約260 km，寬約10 km，南傾末端與南溫泉背斜的斜鞍相接，是典型的“箱狀構(gòu)造”[6]。研究區(qū)地形走向與構(gòu)造方向基本一致，為NE—NNE向，地勢自西北向東南逐漸降低（圖1）。

圖1 銅鑼峽背斜區(qū)域構(gòu)造及地?zé)崴植紙D（據(jù)文獻(xiàn)[6]修改）

研究區(qū)氣候溫和，雨量充沛，形成光、熱、水同季的現(xiàn)象，適宜植被生長。年平均氣溫為18.6℃，最熱月與最冷月分別是7月和1月，平均氣溫分別是34.4℃和4℃。年平均降水量1100 mm左右，夏季多雨，占年降水量的40%～50%；冬季少雨，只占年降雨量的4%～5%[7]。

1.2 熱儲構(gòu)造特征

研究區(qū)的熱儲構(gòu)造較為完整，熱儲層主要為下三疊統(tǒng)嘉陵江組和中三疊統(tǒng)雷口坡組，其巖性以碳酸鹽巖為主。熱儲蓋層主要為中三疊統(tǒng)雷口坡組、上三疊統(tǒng)須家河組碎屑巖層和侏羅系紅色碎屑巖層，熱儲蓋層有效地阻止了熱儲層中熱能的散失。隔水層主要為下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組碎屑巖夾碳酸鹽巖地層，頂部的黃綠色、灰綠色頁巖能起到隔熱保溫作用，防止熱量的散失。下部隔水層為泥頁巖層，因其孔隙度低、滲透率小、熱導(dǎo)率低而形成隔水底板[8-9]（圖2）。

圖2 銅鑼峽背斜熱儲構(gòu)造特征（據(jù)文獻(xiàn)[10]修改）

2 研究區(qū)溫泉水特征

銅鑼峽背斜地?zé)豳Y源豐富，背斜兩翼均有地?zé)崴雎?，溫泉出露地層巖性主要為下三疊統(tǒng)嘉陵江組（T1j）和中三疊統(tǒng)雷口坡組（T2l）碳酸鹽巖，各溫泉詳情見表1。研究區(qū)地?zé)崴畬賁O4-Ca型中低溫弱堿性微咸水，溫度為28℃～65℃，其pH值為7.16～7.30，水的溶解性總固體為2043～3325mg/L，屬于中低溫地?zé)豳Y源[11-12]。

表1 銅鑼峽背斜地?zé)崴艣r

3 地?zé)嵯到y(tǒng)成因模式分析

3.1 補給特征

地下水中氫氧穩(wěn)定同位素的組成，可反映深部地下水的補給特征。Craig首先提出全球大氣降水線（Global Meteoric Water Line，GMWL）概念及大氣降水方程[13]：δD=8δ18O+10。李廷勇等通過分析重慶地區(qū)雨水的δD和δ18O的組成得出當(dāng)?shù)卮髿饨邓匠蘙14]：δD=8.73δ18O+15.73。羅云菊采集了銅鑼峽背斜和南溫泉背斜地?zé)崴畼悠?，氫氧同位素結(jié)果如表2所示，地?zé)崴臍溲跬凰鼗咀湓诖髿饨邓€附近（圖3），說明區(qū)內(nèi)地?zé)崴闹饕a給來源是大氣降水[4]。

圖3 銅鑼峽背斜δD-δ18O關(guān)系圖

表2 銅鑼峽背斜δD-δ18O數(shù)據(jù)

高程效應(yīng)是指大氣降水中的氫氧穩(wěn)定同位素隨著高程的增加而減少，通過測定δD和δ18O的值，求得研究區(qū)地?zé)崴难a給高程。海拔每升高100m，δ18O減少0.26‰[15]。由此可以估算地?zé)崴难a給高程：

式中，H為研究區(qū)補給高程，h為大氣降水的海拔，R為研究區(qū)地?zé)崴摩腄同位素值，r為雨水的δD值，ρ為大氣降水的δD同位素梯度值，本文取我國西南地區(qū)δD同位素梯度值-2.6‰/100 m為研究區(qū)雨水的δD同位素梯度值[15]。根據(jù)δ18O計算得出補給高程為680～1450 m，根據(jù)重慶市地形地貌特征和水文地質(zhì)條件，判斷背斜核部的巖溶露頭區(qū)是地?zé)崴a給區(qū)。

3.2 徑流特征

地?zé)崴谏畈窟\移過程中，會在構(gòu)造運動形成的斷裂處泄流形成天然溫泉。銅鑼峽背斜的溫泉由背斜北端大巴山巖溶露頭區(qū)進(jìn)行降雨補給，徑流方向總體沿背斜軸部自北向南，至溫塘河深切背斜形成的峽谷中排泄形成泉[16]。

3.3 熱源

一般情況下，溫泉水形成的熱源主要有以下三種，但本研究區(qū)地?zé)崴臒嵩床辉谶@三種熱源之內(nèi)。

（1）放射性元素衰變熱。研究區(qū)溫泉出露區(qū)域為放射性元素含量相對匱乏區(qū)，不足以支撐該區(qū)域的熱源，所以放射性元素衰變熱不是該區(qū)熱源。

（2）巖漿殘余熱。根據(jù)四川盆地基底構(gòu)造圖顯示[17]，重慶地區(qū)基底為弱——無磁性的元古宙變質(zhì)巖系，地層巖性以碳酸鹽巖為主，并未發(fā)現(xiàn)有花崗巖等巖漿巖出露，基底年齡較老，蓋層厚度大，近期未發(fā)生過巖漿活動。因此，巖漿殘余熱并非該區(qū)主要熱源。

（3）構(gòu)造活動熱。該區(qū)近期未發(fā)生大的構(gòu)造活動，小的構(gòu)造運動產(chǎn)生的熱量也不足以成為研究區(qū)的熱源，所以排除該種熱源產(chǎn)生方式。

重慶地區(qū)地溫梯度為1.5℃～3.5℃/100 m，平均值為2.5℃/100 m，略低于全國同類地?zé)崽铮?.0℃/100 m）。根據(jù)前人統(tǒng)計的地?zé)崽餆醿囟荣Y料分析，銅鑼峽地?zé)崽餆醿囟仍?0℃～90℃，結(jié)合熱儲溫度計算出地?zé)崴h(huán)深度為1579～2520 m。通過上述分析可得知，銅鑼峽背斜地?zé)嶂饕艿責(zé)嵩鰷乜刂?，大氣降水滲入至熱儲層，通過正常的地?zé)嵩鰷睾臀账畮r相互作用釋放的化學(xué)反應(yīng)熱形成地?zé)崴?，但在上升過程中可能會有地下冷水的混入導(dǎo)致溫度部分降低（圖4）。

圖4 銅鑼峽背斜地?zé)崴纬墒疽鈭D（據(jù)文獻(xiàn)[18]修改）

4 結(jié)論

（1）銅鑼峽地區(qū)地?zé)豳Y源豐富，地?zé)崴患潭攘己茫侵貞c市主要的背斜地?zé)豳Y源之一。研究區(qū)的熱儲構(gòu)造較為完整，基本沒有遭到破壞，熱儲層主要是三疊系雷口坡組與嘉陵江組的碳酸鹽巖，巖性主要以灰?guī)r、白云巖為主。

（2）銅鑼峽背斜地?zé)崴畬僦械蜏氐責(zé)豳Y源，水溫在28℃～65℃之間，水質(zhì)以SO4-Ca型為主，礦化度高、堿性弱，富含SO42-、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-等，為富含偏硅酸與偏硼酸的氟、鍶的優(yōu)質(zhì)理療熱礦水。

（3）地?zé)崴纬傻倪^程為雨水降落在背斜槽谷區(qū)并匯集，順巖層裂隙進(jìn)入深部，向深部運移過程中，經(jīng)正常的地?zé)嵩鰷睾退瘜W(xué)反應(yīng)加熱后，在深部順背斜構(gòu)造線方向自北向南運移，最終在河流切割或低洼地段碳酸鹽巖地區(qū)出露，形成天然溫泉。