湖南宜章縣一六地區(qū)地?zé)豳Y源特征及成因研究

陳志永 朱天林

摘 ?要 ?通過對(duì)宜章一六地區(qū)地?zé)豳Y源區(qū)域地質(zhì)背景、地質(zhì)及化學(xué)特征的分析研究，發(fā)現(xiàn)該區(qū)地?zé)豳Y源為斷裂型地?zé)豳Y源，地?zé)崮軄碓从谏畈康膸r漿巖體。深部的熱能沿深大斷裂上升到地殼淺部的熱儲(chǔ)層中，以大氣降水為主要來源的地?zé)崴诖渭?jí)斷裂、節(jié)理和巖溶裂隙等通道的作用下循環(huán)加熱和升溫，最終形成了該區(qū)豐富的地?zé)崴Y源。

關(guān)鍵詞 ?地?zé)崴?地質(zhì)特征;化學(xué)特征;成因

中圖分類號(hào)：P641.7 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on Geological Features and Genesis of Geothermal Resources in Yiliu District， Yizhang County， Hunan Province

Chen Zhiyong ， Zhu Tianlin

（Southern Hunan Institute of Geology and Survey， Chenzhou Hunan 423000）

Abstract： The regional geological background， geological features and chemical characteristics of Yiliu District， Yizhang County， Hunan Province were studied and analyzed. The results show that the geothermal resources in the area belong to the fracture-type. Geothermal energy comes from deep magma rocks. The thermal energy from the deep-seated rises along the deep-large fault to the thermal reservoirs in the shallow part of the crust. Atmospheric precipitation is the main source of geothermal water and it is heated and warmed by the circulation of secondary fractures， joints and karst fissures and other channels.The rich geothermal water resources are formed finally.

Keywords： geothermal water; geological feature; chemical feature; genesis

地?zé)豳Y源作為綠色能源之一，已被廣泛應(yīng)用于采暖、熱供水、醫(yī)療、旅游、娛樂及養(yǎng)殖等領(lǐng)域和行業(yè)中[1， 2]。湖南省自顯生宙以來中新生代特殊的地質(zhì)構(gòu)造背景，形成了豐富的地下水資源[3]。湖南宜章地區(qū)作為湖南省內(nèi)地?zé)豳Y源異常區(qū)之一，其地?zé)崴嗍軘嗔芽刂?，多?shù)地?zé)崴Y源均可作為溫泉療養(yǎng)開發(fā)利用，具有巨大的開發(fā)利用前景[4]。

基于此，筆者在從事湖南省宜章縣一六地區(qū)地?zé)崴Y源勘查過程中（項(xiàng)目名稱：湖南省宜章縣一六地下熱水資源預(yù)可行性勘查，項(xiàng)目編號(hào)：201203089），認(rèn)為該區(qū)熱異常明顯，有良好的勘查潛力。因此，筆者在結(jié)合相應(yīng)地質(zhì)工作及采樣分析數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)該區(qū)地?zé)崴牡刭|(zhì)特征、化學(xué)特征及成因進(jìn)行了較詳細(xì)的探討，以期為后續(xù)該區(qū)的相關(guān)勘查工作及開發(fā)利用提供某些啟示。

1 ?區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于南嶺東西向復(fù)雜構(gòu)造帶的北端，加里東隆起帶與印支—燕山凹陷帶的交匯地[5]。在漫長的地質(zhì)歷史時(shí)期中，多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的復(fù)合、疊加和改造作用導(dǎo)致區(qū)內(nèi)構(gòu)造條件錯(cuò)綜復(fù)雜，形成了以北北東向斷裂構(gòu)造和褶皺為主的區(qū)域構(gòu)造格架。區(qū)內(nèi)出露的地層由老至新包括寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系及第四系。在巖性特征上，寒武系主要為一套石英砂巖夾板巖，泥盆系和石炭系均為一套碳酸鹽巖（以白云巖為主）夾砂巖和頁巖，二疊系為一套灰?guī)r、粉砂巖及頁巖夾煤層，三疊系為一套砂巖夾頁巖及煤層，白堊系為一套陸相沉積的砂礫巖夾頁巖，以及第四系的殘坡積松散堆積物。

區(qū)內(nèi)出露的巖漿巖體主要為分布于潭源洞—通天蠟燭—天井山一帶的大東山巖體，為燕山早期形成的中深成巖基侵入體，距區(qū)內(nèi)地?zé)嵩醇s8 km。在巖性上，大東山巖體中心相為粗粒斑狀角閃石黑云母花崗巖，過渡相為粗粒黑云母花崗巖，邊緣相是細(xì)粒斑狀（或細(xì)粒）花崗巖和中粒斑狀（或中粒）花崗巖，其中以中心相分布面積最大。大東山巖體作為主要的熱源，為區(qū)內(nèi)地?zé)崴男纬商峁┝藷嵩础４送猓瑓^(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源相對(duì)匱乏，金屬礦產(chǎn)和非金屬礦產(chǎn)資源少，僅在大東山巖體與圍巖接觸帶附近有硅灰?guī)r分布，在泥盆系和石炭系地層中有石灰石礦分布。

2 ?地?zé)崽锏刭|(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)有出露溫泉十三處，從巖體的中心至巖體和圍巖的接觸帶，以至巖體的西邊和北邊的紅層盆地中或灰?guī)r褶皺中都有出露，均圍繞大東山花崗巖巖體分布（圖1）[6]。此外，研究區(qū)內(nèi)地?zé)崴话闶艿貙訋r性、地質(zhì)構(gòu)造等諸多因素的控制，斷層和巖性通常為地?zé)釁^(qū)的邊界條件。規(guī)模較大的斷裂帶及其上盤的張性、張扭性裂隙系統(tǒng)在深部起著導(dǎo)熱作用，次一級(jí)斷裂帶在淺部起著導(dǎo)熱、導(dǎo)水和儲(chǔ)存熱能、熱水的作用。通過項(xiàng)目區(qū)的40 km2 1：1萬水文地質(zhì)測(cè)量、900個(gè)綜合物理點(diǎn)、600 m淺孔測(cè)溫、1200 m地?zé)徙@探等工作，結(jié)合已有地質(zhì)資料，獲得以下地?zé)崽锏刭|(zhì)特征認(rèn)知。

2.1 ?地層巖性

研究區(qū)內(nèi)出露地層主要為泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系及第四系。中泥盆統(tǒng)東崗嶺組（D2d）和上泥盆統(tǒng)（D3）為一套淺海碳酸鹽巖組合;下石炭系統(tǒng)巖關(guān)階孟公坳段（C1ym）、大塘階石磴子段（C1ds）、測(cè)水段（C1dc）、梓門橋段（C1dz）、上石炭統(tǒng)壺天群（C2h）為一套以白云巖為主的淺海相碳酸鹽巖夾細(xì)碎屑巖及煤層組合;二疊系下統(tǒng)（P1）和上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）均為一套淺海碳酸鹽巖及碎屑巖夾煤層組合;上三疊統(tǒng)小坪群（T3xp）為一套砂巖夾頁巖及煤層組合;上白堊統(tǒng)南雄群（K2n）為一套陸相粗碎屑巖組合;第四系（Q）為殘坡積層或沖積層，位于丘陵谷地或沿沖溝分布。研究區(qū)內(nèi)地?zé)崴臒醿?chǔ)層主要包括孟公坳段（C1ym）、梓門橋段（C1dz）、壺天群（C2h）、龍?zhí)督M（P3l）、小坪群（T3xp）、南雄群（K2n）及大東山巖體（γ52）內(nèi)。

2.2 ?地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造極為發(fā)育，主要表現(xiàn)為褶皺和斷層構(gòu)造。區(qū)內(nèi)主要褶皺有天堂復(fù)向斜、觀音寺向斜和馬頭廟倒轉(zhuǎn)復(fù)背斜。天堂復(fù)向斜位于區(qū)內(nèi)西側(cè)獅子嶺一帶，由二疊系地層組成向斜核部，石炭系地層組成兩翼，兩翼發(fā)育有次級(jí)平行褶皺。觀音寺向斜位于區(qū)內(nèi)中部觀音寺一帶，由下石炭統(tǒng)大塘階梓門橋段組成向斜核部，下石炭統(tǒng)大塘階測(cè)水段和石磴子段、巖關(guān)階孟公坳段和上泥盆統(tǒng)地層組成兩翼。褶皺北東段兩側(cè)皆伴生有走向斷裂，形成單斜構(gòu)造。馬頭廟倒轉(zhuǎn)復(fù)背斜位于區(qū)內(nèi)東側(cè)馬頭廟一帶，由中泥盆統(tǒng)東崗嶺組地層組成背斜核部，上泥盆統(tǒng)和下石炭統(tǒng)地層組成兩翼。區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造發(fā)育，斷層縱橫交錯(cuò)，組合復(fù)雜。斷層走向主要呈北西向、北東向及北東東向三組。

2.3 ?巖漿巖體

研究區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈、頻繁，巖漿巖體主要為酸性的大東山巖體。巖漿活動(dòng)時(shí)期主要為燕山早期。巖性特征主要為斑狀角閃石黑云母花崗巖及粗粒—細(xì)粒黑云母花崗巖。主要的礦物組合為石英、鉀長石、斜長石和黑云母，次要礦物為角閃石，副礦物為磁鐵礦、磷灰石、鋯石及榍石等。

2.4 ?水文地質(zhì)條件

根據(jù)水文地質(zhì)條件分析結(jié)合研究區(qū)內(nèi)的地層組合、巖性特征及地下水賦存條件，可將地下水劃分為松散的孔隙水、巖溶水及基巖裂隙水三種類型。首先，孔隙水主要分布于河流階地和河漫灘內(nèi)，由第四系沖積含水層組成。上部主要為棕紅色黏土、亞黏土;下部為砂礫卵石層。該層泉水出露少。其次，研究區(qū)內(nèi)巖溶水含水巖組包括泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組、泥盆系上統(tǒng)、石炭系下統(tǒng)孟公坳組、石磴子段、梓門橋段、石炭系中上統(tǒng)壺天群、二疊系和白堊系上統(tǒng)南雄群灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖和礫巖，為覆蓋型巖溶分布區(qū)，巖溶發(fā)育深度可達(dá)250 m左右，深部溶洞多為黏土、粉質(zhì)黏土充填，區(qū)域內(nèi)地下熱水多賦存于該含水巖組。最后，基巖裂隙水含水巖組為寒武系下組、石炭系下統(tǒng)測(cè)水段、三迭系上統(tǒng)小坪群的石英砂巖、砂巖和燕山期花崗巖。該類含水層泉水出露少，含水量貧乏。

3 ?地?zé)崃黧w化學(xué)特征

通過對(duì)項(xiàng)目區(qū)40 km2 1：1萬水文地質(zhì)測(cè)量和水質(zhì)分析（溫泉水質(zhì)化學(xué)全分析，由湖南省礦產(chǎn)測(cè)試研究所承擔(dān)），以及通過地?zé)徙@探孔按規(guī)范執(zhí)行抽水試驗(yàn)和地下水長期觀測(cè)獲取的溫泉水溫資料，獲得以下地?zé)崃黧w化學(xué)特征認(rèn)知。

3.1 ?地?zé)崃黧w特征

研究區(qū)內(nèi)地?zé)崴a(bǔ)給主要來源為大氣降水，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造和節(jié)理裂隙為地?zé)崴难a(bǔ)給、徑流和排泄提供了良好的通道。深大斷裂帶在深部起著導(dǎo)熱作用的同時(shí)，次一級(jí)的淺層斷裂在淺部起著導(dǎo)熱、導(dǎo)水、儲(chǔ)存熱能及熱水的作用。此外，碳酸鹽巖地層中較為發(fā)育的溶洞和巖溶裂隙等也為地下水和熱能的儲(chǔ)存提供了有利的空間。通過對(duì)研究區(qū)內(nèi)地?zé)崴拈L期觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，其水位、水量和水溫變化均不大，均屬于穩(wěn)定性。

在研究區(qū)內(nèi)的十三處溫泉中最高溫度為47℃。其中，40℃以上的有六處，40～30℃的占五處，23～30℃的有二處。這些溫泉都不同程度地與地表水及地下水相混，表現(xiàn)出水量增大而溫度相應(yīng)下降的特征。一般在流量7.0L/S以下的溫度較高，當(dāng)流量大于7.0L/S時(shí)則溫度較低。另一方面，地?zé)崴幕瘜W(xué)性質(zhì)亦隨其出露條件及與地下水、地表水相混程度的有所不同。出露于大東山花崗巖幾中或與龍?zhí)督M灰?guī)r接觸帶的為HCO3—Ca型水，礦化度﹤0.2 g/L，二氧化硅含量45～90 mg/L，氟含量﹥4 mg/L;離開巖體在灰?guī)r或在紅層中的為HCO3—Ca（Mg）型（西部）或SO4·HCO3-Ca·Mg型水（西北部），礦化度﹥0.2 g/L，在北部﹥0.7 g/L，最高達(dá)1.62 g/L，二氧化硅含量為15～53 mg/L（個(gè)別達(dá)90 mg/L，氟含量﹤6.0 mg/L）。一般而言，水溫較高的溫泉，其中二氧化硅及氟的含量較高。

3.2 ?地?zé)崃黧w化學(xué)成分

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)地?zé)崴臏囟?，可將其化學(xué)成分分為兩種類型，即較高溫度的地?zé)崴统氐責(zé)崴?。較高溫地?zé)崴乃瘜W(xué)類型以SO4·HCO3—Ca·Mg為主，SO42-含量特別高，為378.62～815.14mg/L。其次為HCO32-、Ca2+、Mg2+、H2SiO3和F-，分別為189.16～360.02 mg/L、84～286 mg/L、16.29～48.31 mg/L、11.89～43.31 mg/L和0.22～1.35 mg/L。對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行分類，屬于極硬水。同時(shí)，地?zé)崴羞€含有高含量的Sr（2.26～5.93 mg/L）和溶解性總固體（908.26～1418.58 mg/L）。

常溫地下水化學(xué)類型以HCO3—Ca為主，除HCO32-含量較高外（85.43～311.2 mg/L），其余Ca2+（43.76～143.8 mg/L）、Mg2+（3.47～17.14 mg/L）、SO42-（15.14～217.37 mg/L）、F-（0.08～0.24 mg /L）、H2SiO3（6.91～8.03 mg/L）等含量均較低。此外，地?zé)崴幸脖憩F(xiàn)出較低含量的Sr（0.139～0.209 mg/L）和溶解性總固體（302.72～816.6 mg/L）。

4 ?地?zé)崴梢蚍治?/p>

4.1 ?熱源

從大地構(gòu)造位置上看，研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造和巖漿活動(dòng)頻繁。區(qū)內(nèi)巖漿巖體主要為大東山花崗巖基，且區(qū)內(nèi)出露的十三處地?zé)崴饕植加趲r體內(nèi)或巖體于圍巖的外接觸帶附近。表明在大東山花崗巖基形成后，該區(qū)的熱帶活動(dòng)仍然頻繁且強(qiáng)烈，并在深部可能存在較高溫度的燕山晚期侵入體，使地下水在深部循環(huán)過程中受巖漿巖體的余熱升溫，并沿?cái)鄬悠扑閹нw移至地表。此外，對(duì)該區(qū)地?zé)崴M(jìn)行鐳含量采樣分析。分析結(jié)果顯示地?zé)崴需D含量較低，為2.29×10-13 ～54.46×10-13g/L，指示放射性元素衰變釋放熱能對(duì)地?zé)崴募訜嶙饔貌皇呛苊黠@。因此，上述分析表明大東山花崗巖基是區(qū)內(nèi)地?zé)崴疅崮艿闹饕獊碓础?/p>

4.2 ?構(gòu)造條件

研究區(qū)自顯生宙以來經(jīng)歷了加里東運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)及喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)等多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的復(fù)合、疊加作用，形成了極為發(fā)育的構(gòu)造條件。野外調(diào)查和已有地質(zhì)資料顯示，研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要發(fā)育有北西向、北東向及北東東向三組。北北東向?yàn)橹鞯纳畲髷嗔炎鳛檫B接深部熱源的通道，對(duì)地?zé)崴鹬难h(huán)和加熱的作用。北西向和北東向的次一級(jí)斷裂為地?zé)崴难a(bǔ)給、徑流、排泄、導(dǎo)熱、導(dǎo)水及儲(chǔ)存熱能等方面提供了有利的空間和通道。

4.3 ?成因模式

基于上述研究分析，本文對(duì)湖南宜章一六地區(qū)地?zé)崴Y源提出如下成因模式（圖2）。

北北東向的深大斷裂作為區(qū)內(nèi)的導(dǎo)熱構(gòu)造，將深部的巖漿巖體熱能傳遞到地殼淺部的次一級(jí)斷裂構(gòu)造并進(jìn)入地殼淺部的熱儲(chǔ)層中。同時(shí)，以大氣降水為主要來源的地下水隨基巖裂隙、巖溶孔隙和斷層破碎帶下滲到下石炭系統(tǒng)巖關(guān)階孟公坳段（C1ym）、大塘階石磴子段（C1ds）、上石炭統(tǒng)壺天群（C2h）、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）、上三疊統(tǒng)小坪群（T3xp）、上白堊統(tǒng)南雄群（K2n）以及大東山巖體內(nèi)等熱儲(chǔ)層中。地下水在這些熱儲(chǔ)層中沿著次一級(jí)斷裂和裂隙構(gòu)循環(huán)流動(dòng)過程中，不斷吸收熱能使水溫升高。最后，以砂巖及頁巖為主的下石炭統(tǒng)大塘階測(cè)水段（C1dc）和地殼表層的黏土及砂礫石層作為穩(wěn)定的隔水層，對(duì)地?zé)崴鸬奖刈饔玫耐瑫r(shí)，也有效阻止了地?zé)崴牧魇А?/p>

5 ?結(jié)論

湖南宜章一六地區(qū)地?zé)崴Y源明顯受斷裂構(gòu)造的控制。北北東向的深大斷裂將深部的巖漿巖體熱能傳遞到地殼淺部，以大氣降水為主的地表水沿著節(jié)理、斷裂構(gòu)造以及巖溶裂隙進(jìn)入到相應(yīng)的熱儲(chǔ)層中循環(huán)、加熱和升溫，形成地?zé)崴?。同時(shí)，在下石炭統(tǒng)大塘階測(cè)水段（C1dc）和地殼表層的黏土及砂礫石層作為隔水層的作用下，對(duì)地?zé)崴鸬奖睾透羲饔?，形成了該區(qū)豐富的地?zé)崴Y源。

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