貴州遵義白沙井ZK1地熱井地質特征及成因淺析

袁振文 ，錢富武

(貴州省有色金屬和核工業地質勘查局一總隊，貴州 清鎮 551400)

遵義白沙井ZK1位于貴州遵義市播州區泮水鎮，地熱井深2898m，井口地熱流體水溫51℃。儲熱含水層為震旦系燈影組白云巖及發育于其中的平壩斷裂帶(F6)，通過對地熱井水質分析檢測，地熱流體均為低溫地熱資源的溫熱水，適宜作為理療熱礦水。對白沙井ZK1號地熱井地熱地質特征及成因分析，闡述區內地熱資源賦存規律，推進地熱資源開發利用，助推泮水鎮旅游資源發展。

1 研究區地質背景

區域地質構造位于羌塘-揚子-華南板塊，揚子陸塊，上揚子陸地塊，黔北隆起區-織金穹盆構造變形區和畢節弧形褶皺帶交接處，構造中等發育，褶皺為近東西向；斷裂構造集中發育于中部及南東部，形態特征清楚，主要褶皺構造：長崗向斜、巖孔背斜、安底穹隆、鴨溪向斜、菠蘿海向斜；斷層構造有：回龍斷裂(F1)、平壩斷裂(F6)。(圖1)。

圖1 研究區地質簡圖Fig 1.Geological Sketch Map of Study Area1-三疊系上統二橋組；2-三疊系中統獅子山組；3-三疊系中統松子坎組；4-三疊系下統茅草鋪組；5-三疊系下統夜郎組；6-二疊系上統龍潭組；7-二疊系中統長興組；8-二疊系中統棲霞組；9-二疊系中統茅口組；10-二疊系中統梁山組；11-奧陶系上統湄潭組；12-奧陶系上統桐梓-紅花園組；13-寒武系中上統婁山關組；14-寒武系中統高臺組；15-寒武系下統清虛洞組；16-寒武系下統金頂山組；17-寒武系下統明心寺組；18-寒武系下統牛蹄塘組；19-斷層；20-褶皺；21-地熱孔

1.1 地 層

研究區地表主要出露寒武系中上統婁山關群(∈2-3ls)至寒武系下統金頂山組(∈lj)，其中寒武系中上統婁山關群(∈2-3ls)大面積分布，據ZK1地熱鉆探實際揭露，下伏地層為寒武系下統明心寺組(∈lm)、牛蹄塘組(∈ln)、震旦系燈影組(Zbdn)和陡山沱組(Zbd)，從新至老簡述見(其中寒武系中統、下統及震旦系燈影組為區內實施鉆孔實際揭露資料)表1：

表1 研究區實施鉆孔巖性水文地質特征表Tab 1.Lithological Chracters，Hydrogeological Characteristics of Study Area Drilling Hole

1.2 構 造

(1)褶皺構造

巖孔背斜：區域上長達200km，寬數十千米。軸面傾向北西，為一斜歪褶皺，軸跡受斷裂影響時隱時現。背斜北段、西段較為寬緩，中端相對較為狹窄，核部最老地層為板溪群清水江組(Ptbnq)一套紫紅色淺變質巖系，核部地層傾角受應力作用強度的不同，背斜北段、中段、南段表現有所差異，總體上北、南兩段地層傾角較陡。兩翼為寒武系、奧陶系、二疊系構成，巖層產狀20°～25°，中段核部產狀5°～15°。

菠蘿海向斜：軸部位于研究區北東部，由菠蘿海進入研究區東部，在爛泥田被F5切割消失。軸部走向近東南向，呈近直線形展布。兩翼地層傾角變化較大，北翼15°～39°、南翼12°～44°。軸部出露寒武系中上統婁山關組(∈2-3ls)中上部灰色白云巖；為一不對稱寬緩向斜。

(2)斷裂構造

回龍斷裂(F1)：全長約70km。走向北東-南西，傾角65°～75°。巖孔一帶斷面南傾，傾角67°～81°的正斷層。斷層之南東盤發育窖匠溝斷層及坪子上斷層，兩條斷層走向北西，與回龍斷層所夾銳角指向西，指示回龍斷層北西盤向西移動。新構造期地貌表現為線性溝谷，其中楓香及芭蕉等地有溫泉出露，楓香溫泉36℃，金沙附近有多次地震記錄，最大震級5.75級。挽近期可能仍為張扭性。

平壩斷裂(F6)：區域上長約69km。走向北東-南西，楓香一帶斷面傾向北西，傾角75°左右，楓香西至金沙一線斷面傾向南東，傾角75°左右。西端在回龍斷層與平壩斷層之間發育兩條壓扭性斷層，走向北西，與平壩斷層所夾銳角指向東，表明平壩斷層南東盤向東平移。新構造期活動明顯，地貌上呈線性溝谷，斷層挽近活動性質可能仍為張扭性。

1.3 水文地質條件

區內地下水補給源主要為大氣降水，地下水主要通過裂隙、溶洞徑流，徑流方向總體為北西向南東徑流。地下水含水巖組主要有兩類：碳酸鹽巖含水巖組和碎屑巖含水巖組。

碳酸鹽巖含水巖組：震旦系上統燈影組、寒武系中上統婁山關群至下統清虛洞組，巖性為白云巖、灰巖等。清虛洞組含水介質為溶洞、裂隙，泉流量一般7.0 L/s～13L/s，枯季徑流模數7.04 L/s·km2～7.30L/s·km2，富水性強；婁山關群、高臺組、震旦系燈影組含水介質為裂隙、溶孔，含水巖組泉流量一般2.3L/s～5.0L/s，枯季徑流模數3.11L/s·km2～5.16L/s·km2，富水性中等。

碎屑巖含水巖組：寒武系金頂山組、牛蹄塘組和震旦系陡山坨組，巖性為頁巖、頁巖夾灰巖，砂質頁巖等。含構造裂隙水和風化裂隙水，枯季徑流模數0.5L/s·km2～1L/s·km2，富水性貧乏。

2 地熱地質特征

2.1 地熱異常特征

根據以往地質資料，結合本次ZK1勘查成果，區內地表未出露天然溫泉。但同一構造帶上出露多處溫泉及地熱井，如研究區南西西側金沙縣境內巖孔鎮街上溫泉、水口寺溫泉及西洛地熱井；北東東側遵義縣楓香溫泉及地熱井。中部平壩斷裂南西盤ZK1號地熱勘探終孔孔深2898m，測井井底溫度58.4℃，實抽涌水量603.33m3/d，井口水溫51℃。

2.2 地熱水化學特征

表2 遵義縣泮水鎮白沙井地熱化驗檢測結果表Tab 2.Geotherma Testing of Baishajng Well in Panshui Town，Zunyi

2.3 熱儲構造特征

(1)熱儲結構：通過采用可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)及大地電場巖性探測法兩種地球物理勘探方法，根據測井參數綜合解譯出本次勘探目的層震旦系燈影組共有4個含水段，見表3。經在研究區內實施的ZK1號地熱勘探孔揭露地層結構表明，區內儲熱構造主體為巖孔背斜，帶狀熱儲主要為平壩斷裂(F6)，ZK1號鉆孔在2636m處揭露平壩斷裂(F6)，含水層為震旦系上統燈影組(Zbdn)，埋深2250m～2822m，含水層厚度572m，共四層。據井溫測量資料，其熱儲溫度58.4℃。保溫蓋層(∈1j～∈1n)埋深1440m～2250m，厚810m，巖性為灰、灰綠色云母質頁巖、粘土巖、含砂質頁巖夾灰巖、泥質灰巖，粉砂質頁巖及砂巖，頂部有一層石英砂巖、灰黑色頁巖，炭質頁巖，底部夾硅質巖，保溫良好。

表3 遵義縣泮水鎮白沙井地熱ZK1號鉆孔測井解釋結論表Tab 3.Interpretation of Baishajing Geothermal Drilling Hole ZK1 in Panshui Town，Zunyi

(2)導熱構造：根據地球物理勘探資料，平壩斷裂(F6)斷層傾向南，傾角75°左右，深部有變緩趨勢，地熱鉆探揭露顯示，平壩斷裂(F6)埋深2628m～2636m，斷層破碎帶寬8m，震旦系燈影組(Zbdn)中上部與中下部直接接觸，斷距小于50m，巖性雜亂，且地層缺失，測井顯示此段放射性、自然電位異常增大，深淺雙測向異常偏小，整體反映為F6斷層帶，井溫55.1℃，此段無含水顯示；但在此段之下2558m～2563m，鉆進過程中鉆時變快，且井口伴隨有溢流現象，溢流量1m3/h～2m3/h；測井資料顯示，該段井溫54.1℃～54.3℃，聲波時差增大，電阻率相對較低，孔隙度2.0%～5.1%，含水飽和度81%～100%。綜合反映為斷層上盤影響帶。表明平壩斷裂(F6)與深部熱源產生了熱聯系，控制著研究區地熱資源的形成與富集。

3 地熱成因分析

3.1 形成條件

地熱資源的形成一般需要具備“儲(層)、蓋(層)、通(導)、(熱)源”等四個條件控制，即儲水儲熱層、隔熱保溫層、導熱導水通道、熱源。

研究區內熱儲構造(儲(層)、蓋(層))為巖孔背斜，熱儲層由震旦系燈影組(Zbdn)白云巖、灰巖組成，ZK1號鉆孔揭露顯示熱儲層埋深2250m～2822m，厚度達572m；阻水隔熱保溫蓋層為寒武系下統金頂山組(∈1j)至寒武系下統牛蹄塘組(∈1n)碎屑巖組成，ZK1號鉆孔揭露的保溫蓋層厚度810m，具有良好的保溫效果。區內的熱儲封閉條件較好，震旦系燈影組(Zbdn)白云巖、灰巖為地熱資源的儲存提供了良好的“儲”條件，寒武系金頂山(∈1j)至牛蹄塘組(∈1n)的碎屑巖為地熱資源的儲存提供良好的“蓋”條件。

研究區內發育的挽近期繼承性活動平壩斷裂(F6)，規模較大，切割深、延深遠，切穿了熱儲層，破壞巖孔背斜，溝通了熱儲深部地熱流體，是區內的導熱導水構造，斷裂走向北東-南西，沿斷裂帶巖石破碎，張扭性裂隙等形成的節理裂隙為地熱流體賦存提供了空間，而且為地熱流體的運移提供了有利通道，因此平壩斷裂(F6)為地熱形成中的“通(導)”。

研究區內熱源主要來自于地幔熱傳導，水源來源于大氣降水補給。平壩斷層(F6)深部溝通熱源，沿深大斷裂帶向地下深部下滲并賦存于儲熱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濾、溶解巖石和氣體中化學組分而成為有開發價值的熱礦水。來自地幔的熱源即為地熱的“(熱)源”。

3.2 成因類型

研究區地熱系統是一個完整的“褶皺隆起斷裂對流型”地熱系統(圖2)，大氣降水沿北側巖孔背斜核部碳酸鹽巖分布區斷裂、構造裂隙由北向南進行深循環，地下水向深部下滲賦存于第一儲集單元熱儲層震旦系燈影組白云巖中，區域性大斷裂平壩斷層(F6)將上地幔熱流溝通向上導熱，同時地下水不斷吸收沿深大斷裂從深部向上傳輸的熱流，加溫增熱的地熱流體上涌，體積膨脹(密度變小)而產生浮力向上運動，上部的低溫流體因密度大在重力作用下向下運動，構成了區內地熱水深循環系統。同時，因地下深循環地熱水與圍巖經溶濾、沉淀、離子交換等各種物理化學作用，水中含有豐富的偏硅酸、鍶、氟等有益人體組分。

圖2 遵義縣泮水鎮白沙井地區地熱成因模式Fig 2.Geothermal Genesis Model of Baishajing Area in Panshui Town，Zunyi

4 結 論

遵義泮水白沙ZK1號地熱井成因類型為褶皺隆起斷裂對流型，熱源來源于地幔導熱，熱儲層由震旦系燈影組(Zbdn)白云巖組成，隔熱保溫蓋層為寒武系下統金頂山組(∈1j)至寒武系下統牛蹄塘組(∈1n)碎屑巖組成，導熱導水構造為北東-南西向平壩斷層(F6)及其次生斷裂。地熱水賦存于震旦系燈影組白云巖以及發育于其中的平壩斷裂帶(F6)中，為地下深循環地熱水，該區地熱資源總體賦存較好。其地熱水質中含鍶、偏硅酸，其中溫度指標達到命名濃度標準，可命名為溫礦(泉)水，地熱流體均為低溫地熱資源中的溫熱水，適宜作為理療熱礦水，不易作為飲用礦泉水，經過處理后可作為農業用水、漁業用水。