貴州省晴隆縣光照鎮地熱成因及化學特征研究

張 新，趙振遠，杜 江

(貴州有色地質工程勘察勘察公司，貴州 貴陽 550000)

貴州省晴隆縣位于貴州省南西部，行政隸屬貴州省黔西南布依族苗族自治州，距貴陽178 km，晴隆縣在貴州屬地熱地質條件相對較差的區域，以往沒有開展過地熱資源勘查工作，地表無天然出露溫泉，亦無地熱井分布，屬典型的“地熱空白區”。研究晴隆縣光照鎮的地熱地質條件及成因模式，對今后該區的地熱開采及規劃具有指導意義。

1 區域地質條件

1.1 地層巖性

區內出露的地層由新到老依次為三疊系中統的法郎組(T2f)、楊柳井組(T2y)，下伏地層依次為中統關嶺組(T2g)、嘉陵江組(T1j)、飛仙關組(T1f)。法郎組(T2f)上段巖性為中厚層泥灰巖夾粘土巖，下段巖性為中厚層夾薄層的泥晶灰巖夾瘤狀灰巖及泥質灰巖；楊柳井組(T2y)巖性以白云巖為主，頂部為白云質灰巖，底部為泥質白云巖；關嶺組(T2g)第二段以為中厚層石灰巖為主，第一段為泥質白云巖夾泥巖；嘉陵江組(T1j)上部為微晶白云巖夾泥質白云巖，中下部灰巖、白云質灰巖夾鈣質粘土巖；飛仙關組(T1f)以粉砂巖、粉砂質泥巖為主。

1.2 地質構造

研究區處于興義穹盆構造變形區，區內褶皺斷裂發育，此外受北東向挽近期活動碧痕營斷裂束貫穿研究區，區內發育多條北東向的斷層，發育少量的北西向斷裂，形成復雜的構造圖像(見圖1)。

圖1 研究區構造綱要圖

(1)羅家屯斷層(F1)：該斷層出露于普查區的南部，貫穿整個普查區，區域內延伸長度約15 km，發育于羅家屯—包包寨—涼水營一帶，被北東向的斷層切割。該斷層在羅家寨附近，斷層傾向北東，傾角40°，在涼水營一帶，斷層傾向南西，傾角40°，為壓扭性斷層。

(2)高寨斷層(F2)：該斷層出露于普查區的中部，該斷層區域上延伸長度約3 km，貫穿整個普查區。該斷層發育于三疊系中統法郎組竹桿坡段(T2f1)的泥灰巖、瘤狀灰巖中。該斷層出露段地貌上呈一溝谷，在高寨出露，可見斷層的破碎帶寬約20 m，受此影響，斷層兩側巖石節理裂隙發育，該斷層為張性斷層，通過物探解譯，該斷層向下延伸深度較淺。

(3)花魚井斷層(F3)： 花魚井斷層是碧痕營走滑斷裂束的一段，位于普查區的中部。區域上，該斷層區內延伸長度大于40 km。斷層走向北東向，傾向北西向，傾角70°，該斷層切割二疊系及三疊系的地層。通過在哈馬莊附近該斷層的出露較好，斷層兩盤均為楊柳井組(T2y)的白云巖、角礫白云巖、灰巖等，在斷層帶上，巖石擠壓破碎明顯，巖石較破碎，可見明顯的斷層角礫巖，并且牽引構造發育，斷層破碎帶寬約30 m。該斷層的北西盤相對上升、南東盤相對下降，為正斷層，兼右行走滑性質。花魚井斷層為松桃碧痕營走滑斷裂束中的一段，為挽近期活動斷裂，且通過物探解譯，該斷層向下發育深度較深，對研究區的地熱水運移起到控制作用。

2 地熱地質條件及成因模式

2.1 地熱成因條件

2.1.1 “儲、蓋”層條件

熱儲層為三疊系下統嘉陵江組(T1-2j)的灰巖、白云巖等；蓋層為三疊系中統關嶺組一段(T2g1)的泥巖、泥質白云巖，底部為綠豆巖。在區域內，嘉陵江組(T1-2j)與關嶺組一段(T2g1)構成一個儲集單元。

2.1.2 “通”道條件

區內的花魚井斷層(F3)為挽近期活動斷裂，區內的巖層受地質營力作用的影響，巖石的節理裂隙發育，為區內地熱水的賦存提供了有利的空間，而且為對熱資源的運移提供了有利的通道。區內發育的北東向花魚井斷層(F3)，其規模大、切割深、發育深度深，有利于溝通深部熱源，為普查區內地熱資源形成條件中的“通”。

2.1.3 “熱源、水源”條件

根據已有研究資料表明，第四紀巖漿侵入活動火山作用有關的地下熱水水化學類型主要為HCO3·Cl-Na、Cl-Na和Cl·SO4-Na型水，礦化度0.5～10 g/L或更高，而區內地熱水化學組分中Na+和Cl-含量都較低，水質類型主要為HCO3-Ca、HCO3· SO4-Ca·Mg型水，礦化度均一般小于1 g/L，以上可知本區的水質類型與火山作用或第四紀巖漿侵入活動所形成的地熱水差異很大，說明研究區地熱水的熱源與巖漿侵入活動和火山作用無關。此外，研究區地質調查及鉆孔揭露均未發現花崗巖侵入，即缺乏放射性熱源的物質基礎，也不存在放射性熱源。因此，區內的熱源主要來自于地幔熱傳導，花魚井斷層(F3)深部溝通熱源，沿深大斷裂帶向地下深部下滲并賦存于熱儲含水層中的大氣降水與來自于地幔熱傳導的熱源匯合，并與圍巖相互作用中溶慮、溶解巖石和氣體中的化學組分而成為有開發價值的地熱水。

研究區位于法郎向斜的西翼，區內出露三疊系中、下統的碳酸鹽巖，而向斜軸部應力集中，斷裂和構造裂隙發育，有利于大氣降水下滲補給。因此，區內水源充足。

2.2 成因分析

研究區內熱礦水補給主要為大氣降水通過裂隙、孔隙以及斷裂構造破碎帶入滲補給，由于地下水的富集，靜水壓力隨之不斷增加，而沿斷裂向深部滲流，隨著不斷下滲，獲取熱能不斷增加，深部地熱流向上膨脹，受斷裂的阻擋和上部靜水壓力，斷裂(F3)為導熱通道，由低向高向法郎向斜匯集運移上升，上部的地溫流體因密度大在重力作用下向下運動，構成研究區地熱水深部循環系統(見圖2)。

圖2 研究區地熱成因模式圖

2.3 地溫場特征

根據研究區內CK1地熱井的地球物理測井成果資料，按鉆孔揭露垂向地質結構中各地層分層深度與井溫及分層井溫梯度計算結果編制了普查區內地溫場的垂向變化特征曲線圖(見圖3)。

圖3 CK1地熱勘探孔地溫場的垂向變化特征曲線圖

根據地熱井測井資料，在熱儲層(T1-2j)埋深在1 228～1 700 m，因此以1 700 m處的60.16℃作為熱儲層(T1-2j)的熱儲溫度，并在此基礎上，計算地熱增溫率：地熱勘探孔地溫梯度為2.76℃/100m。

2.4 地熱資源勘查類型

據研究區CK1地熱勘探孔的地球物理測井資料、編錄資料等綜合分析研究：鉆孔揭露花魚井斷層(F3)，具有較好的導水性，與第六層狀儲集單元熱儲層嘉陵江組(T1-2j)的組合，控制了普查區內經濟深度范圍內的地熱能與地熱流體資源的賦存和運移。因此，研究區內地熱水資源的勘查類型為層狀與帶狀熱儲(Ⅱ-3型)。

3 地熱水化學特征

地熱流體的化學成分主要取決于循環過程中得圍巖和構造環境，一方面深大斷裂會帶給地熱流體深部的化學成分，另一方面地熱流體在深部循環過程中，受到高溫、高壓的影響，加強了地下水與圍巖介質中礦物成分的溶濾作用；在碳酸鹽地區，溶解碳酸鹽中灰巖(CaCO3)、白云巖(以MgCO3為主)，燧石結合或條帶、團塊(SiO2)、石膏夾層(CaSO4)和其中含有其它一些硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽等礦物質，這些礦物質一般均隨著溫度的升高、壓力的增大，其溶解度增大。地下水在溶濾-滲入過程中，溶解的礦物質增多、礦化度增大，水中溶解了較多對人體有益的微量元素。

因此，地熱流體的地球化學特征與圍巖地質背景和構造環境關系密切相關，地熱流體的形成是地下水與周圍介質相互作用、化學元素遷移、演變和再分配的結果。通過對研究區勘探孔地熱流體水質分析與檢測，其主要化學特征為：井口水溫36℃，低溫地熱資源之溫水；pH值為7.78，按酸堿度分類為中性水；總硬度值為426.62 mg/L，按硬度分類為硬水。水中陰離子以HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-為主，HCO3-含量為225.53 mg/L，SO42-含量為171.92 mg/L，Cl-含量為9.78 mg/L，NO3-含量為15.06 mg/L；陽離子以Na+、Ca2+、Mg2+為主，Na+含量為21.09 mg/L、Ca+含量為95.21 mg/L、Mg2+含量為23.93 mg/L；流體中對人體有益的主要成分為：溶解性總固體572.2 mg/L，偏硅酸27.99 mg/L，鍶29.3 mg/L。按舒卡列分類法，其水化學類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型水。

通過與研究區內淺層地下水水樣水質分析與檢測成果(主要化學組成)進行對比、分析，CK1地熱勘探孔水質與淺層地下水中的鉀(K+)、鈉(Na+)、鈣(Ca2+)、鎂(Mg2+)、硫酸根(SO42-)、重碳酸根(HCO3-)的離子含量基本相當。因此，研究區地熱水圍巖的地質背景為碳酸鹽巖地層(見表1)。

表1 區內地熱水和淺層地下水化學特征對照表

4 結語

(1)研究區地熱資源的賦存和運移受控于三疊系中下統嘉陵江組(T1-2j)和花魚井斷層(F3)，地熱勘查類型屬Ⅱ-3型。

(2)根據測井資料，研究區地熱增溫率2.76℃/100m。

(3)研究區地熱流體pH值為7.78，為中性水；溶解性總固體為572.2，屬淡水；總硬度值為426.62 mg/L，為硬水。水化學類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型。