重慶市銅鑼峽背斜地熱地質特征

孫梽軒

（成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059）

地熱資源是一種清潔環保、資源量巨大的清潔能源，集熱、礦、水于一體，若能合理利用，能夠極大地推動低碳經濟發展。隨著經濟的不斷發展和人民生活需求的提高，越來越多的溫泉被開發并利用。根據地熱水分布及相關的地熱井鉆孔資料分析，可知重慶地區各背斜地熱水資源量豐富。李東升等對重慶地區的各背斜構造特征及地熱水補徑排等進行研究，并提出研究區各背斜的合理開采量[1]。王治祥等以熱儲法為手段對重慶巴南區地熱水的資源量進行計算與評估，得出區內熱儲總量為38.813×1015kJ[2]。羅云菊等通過研究地熱水化學特征、補徑排特征及資源量開采等方面對重慶南溫泉背斜進行評價[3-4]。漆繼紅、許模等研究銅鑼峽背斜與南溫泉背斜的構造條件、水化學特征及同位素特征，分析得出二者之間的縱向水力聯系較強，但是橫向水力聯系較弱[5]。

20世紀90年代，由于沒有合理的開采方案與勘查，導致重慶地區的多數溫泉因過量開采而出現斷流甚至干枯現象，如北溫泉水量、水位等出現下降，西溫泉斷流，南溫泉、南小溫泉甚至徹底干枯[1，6]。為了不讓這些現象持續下去，需要根據不同地區不同的地熱水資源特點，提出合理的開采方案和建議。銅鑼峽背斜地熱資源豐富，水化學性質穩定，地熱水含有偏硅酸、氟、鍶等多種對人體有益的微量物質。本文主要通過對重慶銅鑼峽背斜的地質構造、熱儲特征、成因模式等方面進行分析，為開采銅鑼峽背斜地熱水資源提供合理的科學依據。

1 區域地質特征

1.1 自然地理及氣候

銅鑼峽是川東平行褶皺嶺谷區的第二條山脈。北起達縣雷音鋪山北端，呈東北至西南走向，止于綦江北岸天臺山。銅鑼峽背斜全長約260 km，寬約10 km，南傾末端與南溫泉背斜的斜鞍相接，是典型的“箱狀構造”[6]。研究區地形走向與構造方向基本一致，為NE—NNE向，地勢自西北向東南逐漸降低（圖1）。

圖1 銅鑼峽背斜區域構造及地熱水分布圖（據文獻[6]修改）

研究區氣候溫和，雨量充沛，形成光、熱、水同季的現象，適宜植被生長。年平均氣溫為18.6℃，最熱月與最冷月分別是7月和1月，平均氣溫分別是34.4℃和4℃。年平均降水量1100 mm左右，夏季多雨，占年降水量的40%～50%；冬季少雨，只占年降雨量的4%～5%[7]。

1.2 熱儲構造特征

研究區的熱儲構造較為完整，熱儲層主要為下三疊統嘉陵江組和中三疊統雷口坡組，其巖性以碳酸鹽巖為主。熱儲蓋層主要為中三疊統雷口坡組、上三疊統須家河組碎屑巖層和侏羅系紅色碎屑巖層，熱儲蓋層有效地阻止了熱儲層中熱能的散失。隔水層主要為下三疊統飛仙關組碎屑巖夾碳酸鹽巖地層，頂部的黃綠色、灰綠色頁巖能起到隔熱保溫作用，防止熱量的散失。下部隔水層為泥頁巖層，因其孔隙度低、滲透率小、熱導率低而形成隔水底板[8-9]（圖2）。

圖2 銅鑼峽背斜熱儲構造特征（據文獻[10]修改）

2 研究區溫泉水特征

銅鑼峽背斜地熱資源豐富，背斜兩翼均有地熱水出露，溫泉出露地層巖性主要為下三疊統嘉陵江組（T1j）和中三疊統雷口坡組（T2l）碳酸鹽巖，各溫泉詳情見表1。研究區地熱水屬SO4-Ca型中低溫弱堿性微咸水，溫度為28℃～65℃，其pH值為7.16～7.30，水的溶解性總固體為2043～3325mg/L，屬于中低溫地熱資源[11-12]。

表1 銅鑼峽背斜地熱水概況

3 地熱系統成因模式分析

3.1 補給特征

地下水中氫氧穩定同位素的組成，可反映深部地下水的補給特征。Craig首先提出全球大氣降水線（Global Meteoric Water Line，GMWL）概念及大氣降水方程[13]：δD=8δ18O+10。李廷勇等通過分析重慶地區雨水的δD和δ18O的組成得出當地大氣降水方程[14]：δD=8.73δ18O+15.73。羅云菊采集了銅鑼峽背斜和南溫泉背斜地熱水樣品，氫氧同位素結果如表2所示，地熱水的氫氧同位素基本坐落在大氣降水線附近（圖3），說明區內地熱水的主要補給來源是大氣降水[4]。

圖3 銅鑼峽背斜δD-δ18O關系圖

表2 銅鑼峽背斜δD-δ18O數據

高程效應是指大氣降水中的氫氧穩定同位素隨著高程的增加而減少，通過測定δD和δ18O的值，求得研究區地熱水的補給高程。海拔每升高100m，δ18O減少0.26‰[15]。由此可以估算地熱水的補給高程：

式中，H為研究區補給高程，h為大氣降水的海拔，R為研究區地熱水的δD同位素值，r為雨水的δD值，ρ為大氣降水的δD同位素梯度值，本文取我國西南地區δD同位素梯度值-2.6‰/100 m為研究區雨水的δD同位素梯度值[15]。根據δ18O計算得出補給高程為680～1450 m，根據重慶市地形地貌特征和水文地質條件，判斷背斜核部的巖溶露頭區是地熱水補給區。

3.2 徑流特征

地熱水在深部運移過程中，會在構造運動形成的斷裂處泄流形成天然溫泉。銅鑼峽背斜的溫泉由背斜北端大巴山巖溶露頭區進行降雨補給，徑流方向總體沿背斜軸部自北向南，至溫塘河深切背斜形成的峽谷中排泄形成泉[16]。

3.3 熱源

一般情況下，溫泉水形成的熱源主要有以下三種，但本研究區地熱水的熱源不在這三種熱源之內。

（1）放射性元素衰變熱。研究區溫泉出露區域為放射性元素含量相對匱乏區，不足以支撐該區域的熱源，所以放射性元素衰變熱不是該區熱源。

（2）巖漿殘余熱。根據四川盆地基底構造圖顯示[17]，重慶地區基底為弱——無磁性的元古宙變質巖系，地層巖性以碳酸鹽巖為主，并未發現有花崗巖等巖漿巖出露，基底年齡較老，蓋層厚度大，近期未發生過巖漿活動。因此，巖漿殘余熱并非該區主要熱源。

（3）構造活動熱。該區近期未發生大的構造活動，小的構造運動產生的熱量也不足以成為研究區的熱源，所以排除該種熱源產生方式。

重慶地區地溫梯度為1.5℃～3.5℃/100 m，平均值為2.5℃/100 m，略低于全國同類地熱田（3.0℃/100 m）。根據前人統計的地熱田熱儲溫度資料分析，銅鑼峽地熱田熱儲溫度在60℃～90℃，結合熱儲溫度計算出地熱水循環深度為1579～2520 m。通過上述分析可得知，銅鑼峽背斜地熱主要受地熱增溫控制，大氣降水滲入至熱儲層，通過正常的地熱增溫和吸收水巖相互作用釋放的化學反應熱形成地熱水，但在上升過程中可能會有地下冷水的混入導致溫度部分降低（圖4）。

圖4 銅鑼峽背斜地熱水形成示意圖（據文獻[18]修改）

4 結論

（1）銅鑼峽地區地熱資源豐富，地熱水富集程度良好，是重慶市主要的背斜地熱資源之一。研究區的熱儲構造較為完整，基本沒有遭到破壞，熱儲層主要是三疊系雷口坡組與嘉陵江組的碳酸鹽巖，巖性主要以灰巖、白云巖為主。

（2）銅鑼峽背斜地熱水屬中低溫地熱資源，水溫在28℃～65℃之間，水質以SO4-Ca型為主，礦化度高、堿性弱，富含SO42-、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-等，為富含偏硅酸與偏硼酸的氟、鍶的優質理療熱礦水。

（3）地熱水形成的過程為雨水降落在背斜槽谷區并匯集，順巖層裂隙進入深部，向深部運移過程中，經正常的地熱增溫和水化學反應加熱后，在深部順背斜構造線方向自北向南運移，最終在河流切割或低洼地段碳酸鹽巖地區出露，形成天然溫泉。