川東褶皺帶地熱系統的空間載體
——相互連通的斷裂系統:以四川廣安牟家鎮地熱井為例

郭 鏡, 夏時斌

(1. 成都理工大學地球科學學院, 四川 成都 610059; 2. 中國地質調查局成都地質調查中心, 四川 成都 610081)

0 引言

隨著碳達峰、碳中和“雙碳目標”的提出,能源結構調整和發展低碳能源勢在必行。 地熱能是一種穩定可靠的清潔能源。 川東褶皺帶發育眾多天然溫泉,有著豐富的地熱資源(羅云菊等,2006)。目前,溫泉旅游開發是川東褶皺帶地熱資源的主要形式,而川東褶皺帶地熱資源利用以重慶市為代表。 截至2012 年,重慶市共查明106 處溫泉,其中包括天然溫泉26 處,坑道溫泉16 處,鉆井溫泉64處(曾敏,2013)。 水溫在20℃ ~40℃之間有45 處,40℃ ~60℃之間有60 處,60℃ ~80℃之間有1 處,屬中低溫水熱型地熱資源,溫泉流量多數<50 L/s。水化學類型主要為SO4—Ca 型,可能與深部的石膏層有關(三疊系嘉陵江組、寒武系龍王廟組)。

地熱水的氫氧同位素呈現大氣降水特征,說明大氣降水可能是地熱水的重要補給(李東升和劉東升,2011;周訓等,2015)。 根據熱模擬,巖漿巖的冷凝時間<1Ma(毛小平等,2018)。 而研究區缺少新近紀以來的巖漿活動,因此大氣降水深循環加熱可能是本區地熱水增溫的主要形式(陳榮華,1988)。通過對溫泉勘探過程中得到的地溫場、水動力、水化學等方面進行詳細研究,論證了三疊系嘉陵江組碳酸鹽為良好熱儲層,大氣降水為地熱水的主要補給(李鴻舉,1987)。 后來者,用更詳盡的地球化學手段,為這一結論提供了支撐,如統景溫泉水離子濃度明顯高于巖溶地下水和地表水,認為溫泉水流經碳酸鹽巖熱儲層并發生強烈的水巖作用(余琴等,2017);鍶同位素比值(約在0.708 左右)與S 同位素(約在32.5‰)與三疊系嘉陵江組二段硬石膏的同位素組成相似,說明地下熱儲的水巖作用主要在三疊系嘉陵江組二段(肖瓊,2012);通過水化學類型推測地熱水大致的循環深度,對地熱類型進行分類(Ta et al.,2020);通過水化學溫度計計算深部碳酸鹽熱儲溫度(Yang et al.,2019;Ta et al.,2019);利用這一碳酸鹽巖熱儲層結論,通過數值模擬為合理的溫泉開發提供建議(羅云菊等,2007)。 因此,川東褶皺帶的碳酸鹽巖熱儲模式越來越深入人心:三疊系嘉陵江組灰巖地層是有利的熱儲層;其上覆地層須家河組碎屑巖為蓋層,下覆地層飛仙關組碎屑巖為良好的隔水層;大氣降水沿背斜巖溶槽谷等向熱儲層補給,深循環加熱后成為地熱水資源。

然而,以嘉陵江組為地熱勘查目標體,往往存在一些疑惑。 在勘查方面,某些鉆孔的出水地層并不是嘉陵江組,且即便打穿嘉陵江組也未見該地層出水,導致以嘉陵江組為目標體的勘查模式,地熱勘查成功率不高。 在成因方面,川東褶皺帶內的地熱水H-O 同位素顯示了大氣降水的特征(李東升和劉東升,2011),而四川盆地嘉陵江組地層水明顯發生了O 漂移(林耀庭和熊淑君,1999),暗示大氣降水不太可能沿嘉陵江組補給,否則這在地球化學上是矛盾的;若大氣降水是沿斷裂補給,那么斷裂必然切穿須家河組,這又與須家河組是良好蓋層的認識不一致。 因此,川東褶皺帶的地熱成因機制還需深入研究。……