江西廬山溫泉地熱水熱儲特征及其埋藏條件分析

朱少華

(江西省勘察設計研究院，江西 南昌 330095)

溫泉地熱水資源是儲存在地球深部的可再生的清潔能源。該類型資源具有儲量大、分布廣和可開發利用價值大的特征，有加深深部水文循環的作用。地熱水中往往富含稀有、稀散礦物質，對人體具有良好的醫療作用。因此，如何可持續地、清潔、高效利用溫泉地熱水資源成為當前研究的熱點之一。廬山溫泉地熱水位于江西廬山溫泉鎮，該區域以旅游經濟為主，合理開發“溫泉療養院”有助于推動當地經濟發展，也有助于資源綜合利用、集約利用理念的推進。基于此，本文以廬山溫泉地熱水為研究對象，結合野外地質調查研究，分析了廬山溫泉地熱水的地質特征及構造分布規律，對地熱水的埋藏條件進行了探討，為該區域核實地熱水資源儲量提供基礎。

1 研究區地質概況

1.1 地層及巖漿巖

廬山溫泉地熱水礦區出露地層較為簡單，主要為分布于溫泉河及其兩岸、溝谷小平原地帶的第四系聯圩組(見圖1)，為一套洪沖積相組合，以河流沖積物為特征，少量山前沖洪積混合物堆積，上部灰褐色、淺黃色粉質黏土，可塑性，透水性弱，厚度1.95～2.90 m；下部為淺黃色碎石細砂及卵石層，透水性強，含孔隙潛水，厚度為1.20～3.42 m。下伏基巖主要為前震旦系板溪群歸宗寺變粒巖。

礦區巖漿巖較為發育，溫泉北東部外圍分布有玉京山二長花崗巖和觀音橋花崗片麻巖體，成巖時代為早白堊紀和新元古代。礦區脈巖極為發育，以花崗偉晶巖為主，空間展布方向以北東向、北西向為主，近南北向和近東西向次之，多順地殼上隆產生的裂隙貫入，屬燕山晚期產物。

圖1 廬山溫泉地熱水礦區地質簡圖

Qhl—聯圩組；Pt1xg—前震旦系板溪群歸宗寺變粒巖；1—地熱水礦區范圍；2—實測及推測斷層；3—鉆孔及編號

1.2 構造

廬山溫泉地熱水位于下揚子地塊中部，廬山隆起與鄱陽湖坳陷交匯部位，即北東向和緯向構造的復合部位，斷裂構造發育，主要有北東—北北東向、東西向、北西向三組。構造活動時期主要為印支—燕山期，喜山期仍有活動，具有多期活動特征。其中，北東—北北東向構造是贛江斷裂帶的重要組成部分，自北向南穿越廬山溫泉地熱水礦區范圍，斷層面產狀，一般傾向南東110°，傾角70°～80°，近直立，斷面呈舒緩波狀，沿斷裂面見有基性巖脈及花崗偉晶巖脈侵入，脈寬5～10 mm，構造帶明顯，分為硅化碎裂巖帶、擠壓構造透鏡體帶、構造角礫巖帶；東西向構造帶內發育構造透鏡體，斷層泥，由碳酸鹽、泥質膠結的角礫巖組成，見少量溫泉點分布；北西向構造影像呈直線狀，山脊沿走向被錯斷，具右行走滑跡象，帶寬約9.1 m，延長大于300 m，構造分帶明顯，可分為構造劈理化帶、構造弱碎裂巖帶、構造強破碎帶和構造弱碎裂巖帶。

2 溫泉出露概況

廬山溫泉天然露頭原來以上升泉的形式出現，原溫泉露頭點位于溫泉村近東西向的山間谷地中，呈近東西向展布在長80 m、寬20 m的范圍內，按其分布位置分為9個泉點。水溫62～66 ℃，1、5號泉水溫最高，分別達66 ℃和65 ℃。據1977年3月測量資料，1～7號泉總流量為342 m3/d。

熱泉水無色透明，有硫化氫氣味，泉口處堆積較多的白云母細片及細砂，泉水冒泡周期約為10～20 s。泉水群在空間上具有明顯的方向性，呈近東西向與北西向十字交叉分布。經1982年江西省水文地質大隊勘察證實，上述泉群的分布實際上受F21斷層(近東西向)和北西向斷裂的控制。1982年7月由于溫泉療養院ZK1號生產井的開采抽水后，原溫泉(上升泉)已不再涌水并干涸。

3 地熱田地熱場特征

3.1 基巖面地溫場平面形態及其特征

從圖1可以得出，地表地溫異常區形態呈不對稱橢圓形，面積約0.384 km2，其形態特征與地熱田區的構造組合框架基本一致，即主要位于F21斷層(近東西向)與北東(F38、F40)及北西向(F37)張性斷裂構造交匯部位。其分布范圍及形態特征基本反映了該地熱田控、導熱構造的組合關系。

3.2 地溫場水平方向變化特征

(1)斷層的控制：廬山溫泉地熱水受斷裂構造控制明顯，區域上北東向(F1為代表)為控熱構造，而北東向、北西向和近東西斷裂構造的交匯部位起導熱作用。廬山溫泉地熱水的空間分布形態為一個北西軸較長、北東軸較短而又向東南凸出的不對稱橢圓形。由此可見，斷層性質與熱水分布有密切關系。熱水顯然是從斷裂交匯處形成的熱水管道由深處向上運動，并沿斷裂帶擴散，延展到一定距離后溫度逐漸降低，直至達到和外圍正常溫度接近時為止。

(2)上部隔水層的控制：燕山期花崗巖由深部侵入到前震旦系板溪群變質巖中。由于前震旦系板溪群變質巖大部分由板巖、絹云母化片巖等組成，為相對隔水層，同時也為良好的隔熱層。隔水層的巖石組合類型、地層厚度、巖石裂隙發育程度以及分布狀態等均對地球深部地熱水的保溫、散熱條件有著明顯的影響作用，即對深部地熱水的水溫起控制作用。

(3)淺部冷水的控制：在一定深度內，淺層地下冷水對深部地熱水的影響較大，不僅表現在地熱水水平方向上的水溫變化，還體現在垂直方向上的水溫變化，主要原因在于深部地熱水沿著導熱構造向上運移過程中具有向四周擴散的趨勢，與地下冷水混合，使得地熱水溫度在水平方向和垂向上降低。

3.3 地溫場垂向變化特征

對鉆孔孔底測溫資料分析(圖2)，鉆孔隨深度增加溫度逐漸增高，但隨勘探孔所處的部位及深度不同，其溫度增加程度變化較大。其變化規律為：(1)在前震旦系鉆進過程中，水溫隨深度緩慢增高，一般由25 ℃逐漸上升到40 ℃，可稱為水溫漸變帶；(2)揭穿前震旦系變質巖進入花崗巖遇到裂隙帶后，水溫突然增至60 ℃以上，形成高溫熱礦水帶(或稱水溫突增帶)，如JK4、JK7孔于孔深168 m和150 m處，鉆孔突然出現漏水，水溫劇增，JK4孔由56 ℃突增達至62 ℃，而JK7孔由56 ℃突增達至64 ℃；(3)繼續鉆進，水溫又有所下降，但總的來說比較穩定，水溫保持在60 ℃左右，呈現波浪式擺動，變化幅度一般在1～2 ℃，可稱為水溫平衡或穩定帶，如JK4孔，孔深約185 m深度后水溫下降；(4)再次遇到裂隙帶后，水溫突然增至80 ℃以上，形成高溫熱水帶(或稱水溫突增帶)，如JK7孔于孔深480 m，鉆孔突然出現全漏水，孔底水溫劇增( JK7孔由69℃突增達至83 ℃)。

圖2 JK4和JK7鉆孔垂向測溫曲線圖

造成以上現象的原因為：鉆孔上部為淺層冷水含水層，水溫偏低，揭穿高溫熱水的導水管道時，水溫突然升高；當穿過破碎帶(熱水通道)后又受冷水擴散的影響，溫度上升緩慢，達到一定深度后，將因冷水補給逐漸減少，以致失去平衡關系而出現水溫穩定上升。

4 熱儲特征及其埋藏條件

4.1 熱源特征

根據廬山溫泉地熱水的地溫場特征以及區域地下水分布規律，結合區域水文地質循環條件，對比中新生代以來區域構造—巖漿演化過程，認為廬山溫泉地熱水的熱異常主要與深部隱伏的西崮山花崗體的余熱以及北東向活動斷裂帶的深循環熱關系密切。廬山溫泉范圍內燕山期花崗偉晶巖密布，總體上呈北東向、近東西向展布，且巖脈在垂向上具有膨大的趨勢，說明該期巖漿活動的成巖過程中具有多期次巖漿活動的特征，其深部可能仍存有尚未完全固結的殘余巖漿熔融體，是廬山溫泉地熱水礦區范圍內主要的熱源。

4.2 熱儲特征

廬山溫泉地熱水受構造控制明顯，其熱儲是通過對流與擴散的方式進行，即熱流是通過控熱構造和導熱構造中地熱流體的相對運動將深部地熱能傳輸至地表淺部的，并在地淺表構造有利位置(儲熱控制和保溫蓋層的交匯部位)形成地溫異常區。按照廬山溫泉地熱水的產出特征，結合資源勘查鉆孔資料中揭露，認為廬山溫泉地熱水的熱儲平面為一個由構造破碎帶組成的呈帶狀分布的近似橢圓分布的熱儲，空間上分布于近東西F21斷裂帶兩側，在垂向上為管狀裂隙導出地熱水。

4.3 熱儲模型分析

廬山溫泉地熱水位于近東西向的溝谷(即東西向斷裂帶)中，該斷裂帶呈近東西走向(86°左右)，斷裂面總體傾向北，傾角60°～85°，是一個嚴格受構造控制、熱儲呈帶(脈)狀對流型構造裂隙地熱水。地熱區北西側的低中山(廬山)變質巖及淺變質巖分布區巖石中的風化網狀構造裂隙容易匯集降水、地表水形成構造裂隙水。豐富的降雨量為構造裂隙水提供了水源保障。大氣降水順著風化變質巖及淺變質巖原次生裂隙及后期構造裂隙下滲到深部，匯集到寬大而深的控熱的北東向F1斷裂帶裂隙內，經斷裂深部循環加溫，并儲集在幾組斷裂交匯形成的構造破碎帶中；北西側廬山海拔高程與廬山溫泉區高差達400～1 400 m，隨著熱儲各部位的高程、地下水位等地理因素形成的壓力差，受花崗巖體的局部性阻水作用，促使熱儲內的地下熱水沿著F21與F37、F38、F40、F41等斷裂交匯復合部位(斷裂交匯處)的裂隙帶上升并與淺部風化裂隙水混合擴散。

5 結論

(1)廬山溫泉地熱水地表地溫異常區形態呈不對稱橢圓形，產于F21斷層與北東及北西向張性斷裂構造交匯部位，其分布范圍及形態特征基本反映了該地熱田控、導熱構造的組合關系。

(2)廬山溫泉地熱水的熱異常主要與深部隱伏的西崮山花崗體的余熱以及北東向活動斷裂帶的深循環熱關系密切，深部可能仍存有尚未完全固結的殘余巖漿熔融體，是廬山溫泉地熱水礦區范圍內主要的熱源。

(3)廬山溫泉地熱水是一個嚴格受構造控制、熱儲呈帶(脈)狀對流型構造裂隙的地熱水。