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產業技術研究

隆起斷裂型地下熱水及地熱成礦模式分析

隆起斷裂型地下熱水形成條件及地熱成礦模式分析

——以貴州茶花坪溫泉為例


李強*，易世友，涂明江，洪運勝，吉勒克補子
摘 要：以貴州茶花坪溫泉為例，結合區內實施的DR1號地熱井揭露地質結構特征，通過開展地質
測量、物探、地熱鉆探、測井、降壓試驗等工作，并進行了綜合分析研究，全面闡述了隆起斷裂型地下熱水的形成條件，分析了地熱成礦模式，對貴州其它相似區域地下熱水資源的勘查開發具有一定借鑒意義。
關鍵詞：隆起斷裂型；地下熱水；形成條件；成礦模式
中圖分類號：P618 文獻標識碼：A 文章編號：1004-5716(2020)04-0105-03


貴州地熱資源豐富，分布廣泛，地下熱水類型多樣、形成條件及地熱成礦模式各異。本文以貴州茶花坪溫泉為例，結合區內實施的DR1號地熱井揭露地質結 構 特 征 ，井 深 2601m，降 深 54.5m，涌 水 量 Q 為2556.28m3 /d，井底溫度 59.2℃，井口水溫 48.5℃，通過開展地質測量、物探、地熱鉆探、測井、降壓試驗等工作，進行綜合分析研究，全面闡述隆起斷裂型地下熱水的形成條件，分析了地熱成礦模式，對貴州其它相似區域地下熱水資源的勘查開發具有一定借鑒意義。
 
1.1 地層巖性
研究區發育地層主要為沉積巖，以石灰巖、白云巖為主的碳酸鹽巖與粉砂巖、砂質頁巖、泥巖為主的碎屑巖旋回沉積，其地表出露地層有第四系、三疊系、志留系、奧陶系、寒武系中上統，下伏地層有寒武系中下統、震旦系。
研究區在大地構造單元上位處鳳岡北北東向構造變形區，為構造應力集中區，以北北東向、北東向斷裂構造發育為主，且多為壓扭性。褶皺受北西、南東向構造控制，褶皺軸跡多呈北北東向展布,斷裂多發育在背斜軸部及其附近，并常受先成構造體系牽制，構成了區內復雜構造形跡。
1.3 熱異常顯示特征
研究區內地表出露溫泉1處（S1），水溫28℃，流量
4L/s（345.6m3 /d）,水化學類型為：SO42--Ca2+、Mg2+型水，K+為11.4mg/L，Na+為4.2mg/L,Ca2+為284.22mg/L,Mg2+為66.46mg/L,HCO3-為169.81mg/L,SO42-為820.0mg/L。DR1地熱井，井口水溫48.5℃；pH值7.38；總硬度 1132.66mg/L；陰離子 HCO3-為 154. 04mg/L，Cl-為 0.96mg/L，SO42-為 100.00mg/L，F-為 3.50mg/L，NO3- 為 0.81mg /L。陽離子 Ca2+ 為 309.78mg /L，Mg2+為86.85mg/L，K+為17.00mg/L，Na+為14.30mg/L；總硫化氫1.44mg/L、鍶5.74mg/L、偏硅酸22.29mg/L、鋰0.27mg/L；水化學類型為HCO3-、SO42--Ca2+、Mg2+型。
 
2 地下熱水的形成條件
 
地熱資源的形成必須具備“儲、蓋、通、源”四個條件，必須具備一定的阻水隔熱保溫層（蓋層）和儲水儲熱層（熱儲層）。其次，深埋地下未出露的地層中賦存的地下水資源，在較封閉的還原環境中，地下水經過氧
化還原作用、離子吸附作用、離子交換作用等綜合因素的影響，能量轉換致使深部地下水水溫增高，形成熱儲層。
 
2.1 儲、蓋層分析
區內熱儲構造為覃家坡背斜，DR1號地熱井揭露顯示，井深2601m，降深54.5m，涌水量Q為2556.28m3/d，井底溫度59.2℃，井口水溫48.5℃，受疊瓦狀逆沖斷層F4、F5、F6、F7斷層影響，地層重復，僅揭露第二儲集單元熱 儲 層（∈1q -∈2-3Ls）, 埋 深 728~2601m，厚 度 達1873m，滲透系數 K 為 0.0359m / d，單位涌水量 q 為0.544L/（s ·m）；保溫蓋層為寒武系下統金頂山組（∈1j），埋深562~728m，厚度為166m，相對較小，且在覃家坡背斜核部∈2-3Ls 白云巖已大面積暴露。總體上，區內熱儲層屬于“開放型”側向和垂向混合補給地熱區，地下熱水循環水文地質條件較好。
 
2.2 通道分析
“通”則指區域性大斷裂及其次生斷裂帶溝通深部熱源，區內發育的北北東向石盆沖斷層（F5、F6）和北東向白巖山斷層（F7）具有規模較大、切割深、延伸遠等特征，同時平面上，石盆沖斷層南端交接于挽近期活動斷裂—德江納雍走滑斷裂束，白巖山斷層北東端又與石
盆沖斷層交接，相互產生了熱聯系，形成了普查區導熱通道，ZK1號地熱勘探孔揭露的石盆沖斷層（F5、F6）埋深分別為 930m、1326m，白巖山斷層（F7）埋深 2410m，地 球 物 理 測 井 資 料 顯 示 ，斷 層 帶 電 阻 率 20977~40000Ω · m，電阻較高，表明斷層帶膠結緊密，含水性差，為壓性斷層，但石盆沖斷層（F5、F6）和白巖山斷層F7）上盤地層較為破碎，測井電阻率明顯降低，聲波時差增大較明顯，解釋的含水段大多分布于斷層上盤。
2.3 熱源、水源分析
區內熱源主要來自于地幔熱傳導。石盆沖斷層（F5、F6）、白巖山斷層（F7）深部溝通熱源，沿深大斷裂帶向地下深部下滲并賦存于儲熱含水層中的大氣降水與來自于地幔熱傳導的熱源匯合，并在與圍巖相互作用中溶濾、溶解了巖石和氣體中的化學組分而成為有開發價值的地熱水。對于無特殊熱源的中低溫對流型地熱系統，地下水深循環是形成地熱系統的主要因素，要求具備地下水得以進行的地質構造條件（即斷裂通道）外，充足的水源是關鍵，研究區地熱資源補給區為覃家坡背斜核部大面積出露的寒武系中上統婁山關群（∈2-3Ls）碳酸鹽巖分布區，而背斜核部應力集中，斷裂和構造裂隙發育，有利于大氣降水入滲補給，因此研究區地下熱水系統的補給水源較為充足。

3 地熱資源成礦模式
 
研究區地熱系統是一個完整的“褶皺隆起斷裂對流型”地熱系統，大氣降水沿覃家坡背斜核部碳酸鹽巖分布區斷裂、構造裂隙，由北西向南東進行深循環，地下水向深部下滲賦存于第二儲集單元熱儲層清虛洞組（∈1q）至婁山關群（∈2-3Ls）灰巖、白云巖中，區內發育的區域性大斷裂（石盆沖斷層F5、F6、白巖山斷層F7）將上地幔熱流溝通向上導熱，同時地下水不斷吸收沿深大斷裂從地殼深部向上傳輸的熱流，被加溫增熱的地熱流體上涌，因體積膨脹（密度變小）而產生浮力向上運動，上部的低溫流體因密度大在重力作用下向下運動，構成了區內地熱水深循環系統(圖1)，因此地熱資源主要富集于受石盆沖斷層（F5、F6）和白巖山斷層（F7）影響的上盤第二儲集單元熱儲層破碎帶。
 
地下熱水成礦模式
 
4 結語
（1）研究區地下熱水資源主要富集于北東向斷裂破碎帶與第二儲集單元熱儲層的交織復合部位，地熱成礦模式為典型的“褶皺隆起斷裂對流型”。
（2）研究區地下熱水的補給條件良好，具有側向和垂向混合補給的特點，為典型的深循環水文地質特征，地下熱水資源的保障程度較高。
（3）在貴州其它類似區域，結合區域地熱成礦地質條件，采用地質測量、綜合物探方法和深井鉆探施工工藝優化組合應用方案，探尋褶皺隆起和深大斷裂破碎帶的構造交織復合部位為最佳地熱水找礦方向。
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