石阡縣中壩地熱礦水控礦條件初探及建議

羅曉毅

（貴州省石阡縣水利局，貴州 石阡 551000）

1 概況

石阡縣中壩地熱礦水礦區位于石阡縣城南西約12Km，石阡——鎮遠縣級公路通過礦區，交通方便。地表出露地熱礦水泉點有2個（其鄰區有泉群出露），分布于中壩南西木瓜溪河床中，為低溫溫泉，水溫分別為21℃有地表水混入）、27℃。本文通過對該區地熱礦水特征、控礦條件等進行分析，初步探討其形成原因。

2 區域水文地質條件

2.1 構造

中壩地熱礦水礦區大地構造位于揚子準地臺黔北臺隆貴陽復雜變形區與風岡北北東向構造變形區過渡地帶、北北東向石阡斷裂與北東向紅石斷裂交接部位，構造發育。由一系列北東向，北北東向斷裂、褶皺組成。

2.1.1 褶皺

佛頂山背斜：礦區位于該背斜北東傾伏端，背斜軸向北東，兩翼地層傾角7-55°，軸部地層為巨厚的板溪群變質巖，南東翼受石阡斷層截切后在江河以南地區使寒武系下統地層與板溪群直接接觸，北西翼受紅石斷層截切，在平望以南，寒武系下、中統地層與板溪群接觸，傾伏端兩翼小規模撓曲構造發育。

塘頭向斜：位于地熱礦區北西，走向北北東，核部由二疊系、三迭系地層組成，兩翼由寒武系、奧陶系、志留系地層組成。該向斜兩翼及南西轉折端附近發育一系列北東向斷裂，其中北東向紅石斷裂斜切該轉折端并在其附近與近南北向石阡斷裂交匯。

2.1.2 斷層

紅石斷層（F1斷層）：為走向北東、傾向北西，延長規模大、切割深度大的區域性壓扭性斷層，斷層傾角80°，斷層兩側擠壓拖拉撓曲，破碎帶角礫巖，硅化發育，破碎帶寬兩米多，影響帶寬200-300m，斷距200-1500m，區域切割最老地層為板溪群。該斷層形成于雪峰期，此后長期活動，燕山期活動最強，干擾和切斷了一系列褶皺和斷裂，在礦區南西的木瓜溪及北東端見有低溫溫泉出露。

郭栗壓性斷層（F2斷層）：走向北東，傾向北西，傾角50-80°，在花橋與紅石斷層復合。

石阡斷層（F3斷層）：走向北北東，性質壓性，縱貫全區，亦具S性彎曲，石阡以北，多傾向北西西，傾角45-75°，石阡以南，傾向南東東，傾角70°左右。斷裂破碎帶寬20-150m，常見角礫巖，撓曲和派生小斷層。沿該斷裂及影響帶有5個溫泉出露點。該斷層在石阡南切割F1，F2兩斷層。

2.2 地層巖性

主要出露地層有板溪群至二疊系和第四系殘、坡、洪積層。由上至下分述如下：

2.2.1 第四系（Q）

由粘土、砂土、砂礫組成。厚0-10m，分布于Ⅰ、Ⅱ級階地上。

2.2.2 二疊系（P）

棲霞組（P1q）：灰，深灰色，中至厚層結晶石灰巖，含較多的燧石結核和團塊，并夾炭質頁巖。厚150m左右。

梁山組（P1l）：灰白色粉砂巖，碳質頁巖，夾劣質煤，厚10m左右。與下伏地層為假整合接觸。

2.2.3 志留系（S）

韓家店群（S2-3hn）：主要由砂巖及砂質、粉砂質頁巖組成，厚約300m。

石牛攔群（S2sh）：上為灰色中厚層狀含生物結晶灰巖夾頁巖；下部為灰綠色含云母鈣質頁巖夾灰巖團塊。厚約150m。與下伏地層為假整合接觸。

2.2.4 奧陶系（O）

十字鋪組（O2sh）：灰色中厚層含生物碎屑瘤狀灰巖夾泥灰巖，厚約11m。

寶塔組（O2b）：灰色中厚層龜裂紋狀含泥質灰巖，厚約60m。

湄潭組（O1m）：為灰色、黃綠色泥、砂質頁巖，鈣質頁巖，下部夾多層薄層（或透鏡狀）生物碎屑灰巖，厚度約300m。

紅花園組（O1h）：灰色厚層及塊狀結晶灰巖，含大量生物碎屑，厚50m左右。

桐梓組（O1t）：為灰色薄層至中厚層白云巖，厚約250m。

2.2.5 寒武系（∈）

婁山關群（∈2-3ls），石冷水組（∈2s）：淺灰色，薄至中厚層結晶白云巖夾少量白云質灰巖。厚約256-330m。

高臺組（∈2g）：灰黃色薄層白云巖及泥質砂質白云巖，厚約40m。

清虛洞組（∈1q）：上為淺灰色中厚層泥質白云巖；中為淺灰色中至厚層白云質灰巖，具豹皮狀結構；下為灰色薄層鈣質頁巖、薄層含泥質灰巖。厚200-300m。

把榔組（∈1p）：為一套淺灰、灰綠色頁巖，厚290-640m。

金頂山組（∈1j）：上為灰綠色薄至厚層狀細粒石英砂巖，云母質砂巖；下為黑色碳質、砂質頁巖。厚288-338m。

明心世組（∈1m）：為一套深灰色砂質、鈣質頁巖夾泥灰巖。厚71-378m。

牛蹄塘組（∈1n）：為薄層硅質頁巖、碳質砂質頁巖。厚約100m。

2.2.6 震旦系（Z）

燈影組（Z2d）：由灰色薄層狀白云巖，硅質粘土巖組成。厚60-131m。

南沱組（Z1n）：主要為冰磧礫巖夾含礫絹云母板巖、含礫石石英砂巖，厚約80-200m。與下伏地層為角度不整合接觸。

2.2.7 青白口系（Qb）

主要出露于佛頂山背斜軸部，由淺灰、灰色中厚層變余砂巖，灰綠色絹云母板巖，粉砂質板巖，變余砂巖組成，厚萬米以上

2.3 地下水的補、徑、排

區域上地下水以大氣降水補給為主，大氣降水至地面，以斷層及背斜軸沿張裂隙、溶隙、溶洞、落水洞及巖層古蝕面，以及兩翼斷層裂隙為下滲通道滲入地下，受構造控制向北東徑流，至紅石、石阡、郭粟三斷層交匯部，在此富集帶，地下水除下滲補給深部含水空間外，部分以井、泉、機井等方式排泄于地表，匯流于地表流。

3 地熱礦水控礦地質條件

3.1 斷層的挽近期活動

地熱一般與挽近期構造運動關系密切，本區也不例外。沿紅石斷層（F1）、郭栗壓性斷層（F2）、石阡斷層（F3）的破碎帶及影響帶和次級斷層與之交匯帶附近，見多處低、中溫泉出露。區內構造晚近期運動的活動跡象明顯,如斷層崖、斷層多期次磨擦面、成帶狀分布的溫泉群等等，為該區地熱礦水形成提供了有利的構造條件。

3.2 有利的構造配置和巖性組合

礦區處于區域性紅石斷層與石阡斷層兩條深大斷裂帶的交匯部位,具有良好的導熱條件和地下水循環補給條件。在區內發育一巨厚的碳酸鹽巖組合（∈1q-O1h），是很好的含水層；其上則為一套巨厚的泥砂質巖夾少量碳酸鹽巖組合（O1m-P1l），具很好的蓋層條件。因此，該區具備較好的地熱礦水“生、儲、蓋、通”構造組合條件。

3.3 地熱傳導構造

3.3.1 斷裂構造

礦區位于紅石斷層（F1）、郭栗斷層（F2）、石阡斷層（F3）三條區域性深大斷裂的交接部位，斷裂的相互切割，為本區地熱的傳導提供了通道。

3.3.1.1 紅石斷層

該斷層分布于黃平上塘——石阡佛頂山隆起（背斜）北西翼，為燕山期以來長期活動的壓扭性斷層，斷裂切割深度大，有利于地熱向上傳導。其旁側次生斷裂及破碎帶發育，為地下水的向下滲入提供了通道及循環條件，有利對深部熱源獲取。物探成果顯示該斷層傾向北西，破碎帶寬60-80m，北西盤600m深度極化率高達16%，極電阻值小，等極線稀少，為低阻異常，可推測為熱礦水較富集帶。因此，由于該斷層與石阡斷層構造復合，為熱礦水的補、儲、通、循具備了有利條件。

3.3.1.2 郭栗斷層：也為活動斷層，斷層傾向北西、傾角由北東的80°至南西漸變為50-55°。從該斷層面產狀變化特征分析：北東段深部導熱條件優于南西段。

3.3.1.3 石阡斷層：為一活動強、切割深，向上導熱條件好的斷裂構造。從區域上地熱礦水泉點分布可以看出，該斷裂對本區地熱傳導起著控制作用。

3.3.2 褶皺

礦區位于佛頂山背斜北東傾伏端，該傾伏端位于紅石斷層（F1）、郭栗斷層（F2）、石阡斷層（F3）、木瓜溪斷層（F4）四條斷層夾塊內，中壩鎮一帶為該傾伏端與十萬屯向斜復合部位，具備有地熱運移、儲存、循環、熱流線密集條件。

4 地熱礦水形成原因分析

4.1 地熱源

前已述及，地熱水形成的因素主要熱源、水源、蓋層、通道。該區及區域上挽近期沒有巖漿巖活動現，礦區處于揚子準地臺四級構造單元貴陽復雜構造變形區，是一個相對隆起的構造帶，地熱礦水泉點發育，其熱源應主要是來自地殼內地殼巖石中分布集中的放射性元素（U238、U235、Th232、K40等）衰變時釋放的巨大熱能的熱能，為本區主要熱源；其次也可能為巖石中的部分鐵、錳、鋅、銅、鉛、金、銀等金屬及富鉀、鍶、碘等產生的高礦化熱能。

4.2 地熱儲熱層

根據區域地層巖性分析，本區的紅花園組（O1h）、桐梓組（O1t）、婁山關群至清虛洞組（∈2-3ls-∈1q）、燈影組（Z2d）主要由碳酸鹽巖組成，該類巖組具有較理想的孔隙率，溶孔、溶裂隙較發育，頂底部存在古溶蝕面，熱導率相對較高（9-11.9cal/socmo℃），富水性良好，是本區的地熱儲熱層。

4.3 地熱隔熱層

韓家店群（S2-3hn）、石牛攔群（S2sh）、十字鋪組（O2sh）、寶塔組（O2b）、湄潭組（O1m）、把榔組（∈1p）、金頂山組（∈1j）、明心寺組（∈1m）、牛蹄塘組（∈1n）、南沱組（Z1n）、青白口系（Qb）主要由泥質巖類組成，該類地層巖性含水性較貧乏，熱導率相對低（4.7-6.2cal/socmo℃），富水性差，起保溫作用，是本區的隔熱層。

4.4 儲熱單元

據本區地層巖性組合結構及隔、含熱層空間分布特點，由上至下劃分為兩個儲熱單元。

（1）第二儲熱單元：隔熱層為梁山組（P1l）、韓家店群（S2-3hn）、石牛攔群（S2sh）、十字鋪組（O2sh）、寶塔組（O2b）、湄潭組（O1m）地層構成，結構較完整，厚度600-800m。儲熱含水層為紅花園組（O1h）、桐梓組（O1t）、婁山關群（∈2-3ls）、石冷水組（∈2s）、高臺組（∈2g）、清虛洞組（∈1q）地層組成，厚度大于1000m。

中壩一帶該儲熱單元地層組合結構完整，而且具備厚度大、封閉良好的隔熱層和巖溶構造發育、厚度大、儲水深度大、富水條件好的儲熱含水層。因此，該儲熱單元是本區主要的儲熱構造。

（2）第一儲熱單元：上部隔熱層為把榔組（∈1p）、金頂山組（∈1j）、明心寺組（∈1m）、牛蹄塘組（∈1n）；儲熱含水層為燈影組（Z1d）；下部隔熱層為南沱組（Zan），青白口系（Qb）。該儲熱單元地層組合結構完整，而且隔熱層厚度大于1000m，封閉良好，但儲熱含水層厚度僅百余米。因此，該儲熱單元是本區主要的次要儲熱構造。

4.5 地熱礦水熱循環機理

地熱的分布主要受地質構造的控制，根據板塊構造學說觀點，地熱異常帶主要分為板緣（板間）地熱帶和板內地熱帶兩大類型。板內地熱帶則進一步劃分為隆起斷裂帶型與沉降盆地型。根據礦區所處的大地構造位置，結合該區域地熱礦水控礦規律，分析認為：中壩一帶地熱礦水應屬板內（歐亞板塊）地熱帶隆起斷裂型，地熱礦水多沿構造帶呈帶狀分布。

地熱礦區位于區域性塘頭向斜南西轉折端與佛頂山背斜北東傾伏端的交接部位。大氣降水主要通過塘頭向斜暴露的含水層和斷裂破碎帶補給地下水，冷地下水一部份在含水層（熱儲層）中側向流動，另一部份則通過斷裂破碎帶向滲透后進行深部循環，逕流過程中不斷被大地熱流加熱成為熱礦水。熱礦水在深循環過程中，由于受到紅石斷裂南東盤系不透水巖層（佛頂山背斜）的阻隔，加上地熱礦水向上熱膨脹和受上部靜水壓力和巨厚隔水層阻壓，深部地熱礦水以古溶蝕面、紅石斷裂等為通道，在地壓作用下從覆蓋較厚的部位向覆蓋較薄的部位運移匯集，在北東紅石斷裂與北北東向石阡斷裂復合部，部分熱礦水與淺部水混合后以低溫溫泉出露地表，另一部分則沿第二單元含水層及古溶蝕面向北東循環徑流。從以上分析可以看出，該區地熱礦水的形成是水熱對流系統循環的結果。熱循環主要受北東郭栗、紅石、石阡三斷層及褶皺構造的聯合控制。構造復合部為較強富水區，因地下水不斷匯集，靜水壓力隨之不斷增加，經深部循環加熱形成的。

5 建議

從上世紀七十年代開始，先后有貴州工學院、貴州地礦局111和114地質大隊、中科院地化所等單位對石阡縣地熱資源開展過不同形式的調查工作，對中壩地熱水賦存特征的認識基本趨于一致。特別是我局114隊近年來所作的工作尤系統，對該區地熱水目的熱單元的埋藏深度、水量、水溫、水質等進行了初步分析。2008年，石阡縣政府自籌資金開展了中壩1號深井勘查工作，根據勘查結果，除井深超設計（設計960米、實際1200米）外，水溫、水量、水質等都達到了設計要求，從而驗證了前人對該區地熱資源特征的認識。

因此，應根據該區地熱控礦規律，加強對縣境內具有相同構造配置的區域開展地熱資源勘查工作，查明本縣地熱資源情況，摸清家底。根據資源賦存特征，合理進行地熱開發。同時也應將地熱資源開發產品系列化、多元化，擴大石阡地熱品牌的知名度，使這一優勢資源能充分促進地方經濟發展。

[1]石涵靜.地熱礦水資源開發引起的環境地質問題[J].城市地質.2008-06-15.