四川省瀘縣玉蟾山地區(qū)地下熱礦水深循環(huán)模式淺析

韋玉婷，羅 敏，袁 偉，張 恒

（四川省地質(zhì)工程勘察院，成都610072）

0 引言

瀘縣位于四川省南部，北鄰隆昌、榮昌，東毗合江、永川，西臨富順，南接龍馬潭區(qū)?？h內(nèi)旅游資源豐富，如龍腦橋、玉蟾山風(fēng)景區(qū)等歷史久遠(yuǎn)，風(fēng)景秀麗。近年來(lái)隨著瀘縣旅游經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，其地?zé)豳Y源開發(fā)也同樣受到了關(guān)注。2012年底瀘縣地區(qū)成功實(shí)施了一口熱礦水井，井深1 918m，熱儲(chǔ)層為二疊系茅口組地層，且瀘縣周邊未見該地層出露地表。研究分析該層熱礦水深循環(huán)模式可為川南地區(qū)地下深層熱礦水的合理開發(fā)提供參考。

1 地質(zhì)背景概述

1.1 地貌

四川省瀘縣位于四川盆地南部的長(zhǎng)江和沱江匯合處以北，境內(nèi)地勢(shì)由東北向西南緩傾，絕大部分屬丘陵地帶，海拔高度218m至757.5m。其地貌類型包括沿河階地、淺丘寬谷、中丘窄谷、低山深谷等。

1.2 構(gòu)造條件

在大地構(gòu)造上位于為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)四川臺(tái)坳川東陷褶束瀘州穹褶束南段北部（圖1）。該穹褶束位于納溪東西向隱伏斷裂以北，重慶北碚以南，北東向華鎣山斷裂以東。區(qū)內(nèi)地表構(gòu)造以北東向?yàn)橹?，由長(zhǎng)條形高陡背斜與平緩開闊的向斜相間排列，形成“格擋式”褶皺，斷層多與褶皺伴生，位于背斜軸部或近軸部。

瀘縣境內(nèi)構(gòu)造主要為古佛山背斜、黃泥坡斷層和堆金灣斷層。

（1）古佛山背斜 其軸向 N30°—45°E，軸跡微向北西彎突，北西翼地層缺失不全，傾角陡，一般為12°～35°，局部陡達(dá)80°，甚至倒轉(zhuǎn)；南東翼傾角緩，一般為10°～25°。

圖1 大地構(gòu)造位置圖

（2）黃泥坡斷層 位于古佛山背斜北西翼，走向N40°E，在白云寺北微向南凸，傾向北西，傾角57°左右。上、下盤均伴有牽引褶曲，為逆沖斷層。

（3）堆金灣斷層 位于古佛山背斜北西翼近軸部，總體走向N40°E，在平面上微呈“S”形彎曲，局部地段轉(zhuǎn)彎較劇。斷面傾向NW，傾角50°～75°，為一走滑逆沖斷層。

1.3 地層巖性

調(diào)查區(qū)地層分區(qū)屬揚(yáng)子地層區(qū)四川盆地分區(qū)瀘州小區(qū)。根據(jù)地面調(diào)查和區(qū)域地質(zhì)資料，區(qū)內(nèi)出露地層主要有二疊系上統(tǒng)茅口組—侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組，其中缺失三疊系中統(tǒng)雷口坡組。

2 瀘縣地區(qū)水文地質(zhì)條件

瀘縣地區(qū)地下水主要有4種類型：紅層砂泥巖風(fēng)化帶孔隙裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、三疊系嘉陵江組碳酸鹽巖裂隙溶洞水和二疊系茅口組碳酸鹽巖裂隙溶洞水。前兩者出露于地表，后兩者深埋于區(qū)內(nèi)。

2.1 紅層砂泥巖風(fēng)化帶孔隙裂隙水

該類地下水在調(diào)查區(qū)廣泛分布于古佛山背斜兩翼，巖性以侏羅系（J）泥巖為主，夾砂巖的碎屑巖組成，砂巖分布極不穩(wěn)定。該含水層富水性差異較大，在調(diào)查區(qū)其單孔出水量小于100m3／d，一般井泉流量小于0.5L／s。礦化度小于0.6g／L，水化學(xué)類型為 HCO3—Ca、HCO3—Na·Ca、HCO3—Ca·Mg。其發(fā)育深度一般為20～50m，向深部風(fēng)化裂隙漸行消失，泥巖則成為隔水層。該類地下水動(dòng)態(tài)變化與氣象因素密切相關(guān)，其風(fēng)化帶孔隙裂隙水受降水的影響，水位和流量變幅較大且地下水徑流途徑較短，含水層相對(duì)不穩(wěn)定。

2.2 碎屑巖類孔隙裂隙水

主要分布于古佛山背斜核部，巖性為三疊系（T3xj）砂、頁(yè)巖與煤系地層，兩者間隔成層。該層地下水單孔涌水量一般為100～1 000m3／d，水質(zhì)為HCO3—Ca型水，礦化度0.1～0.3g／L。主要受降水補(bǔ)給，在露頭區(qū)接受補(bǔ)給后經(jīng)短距離徑流在當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面排泄地表，部分沿?cái)嗔褬?gòu)造向深部運(yùn)移，具有就近補(bǔ)給就近排泄的特點(diǎn)。

2.3 三疊系嘉陵江組碳酸鹽巖裂隙溶洞水

該類地下水廣泛分布于區(qū)內(nèi)，頂板埋藏于地下450～752m以下地層中，部分地區(qū)埋深達(dá)1 000m，含水巖組為三疊系嘉陵江組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾頁(yè)巖、鹽溶角礫巖、石膏。出水量可達(dá)107.43～1 000m3／d，井口水溫27.5～29℃，抽出水為油、氣、水混合物（油較少），水呈淺黃色，具有 H2S氣味，水質(zhì)類型為Cl·SO4—Na型和Cl—Na型。

2.4 二疊系茅口組碳酸鹽巖裂隙溶洞水

廣泛分布于區(qū)內(nèi)，含水巖組為二疊系茅口組灰?guī)r，據(jù)收集資料，該層含水巖組埋深1 741～2 000m，層厚168m左右，水量300～800m3／d，井口溫度40～53℃，水質(zhì)微渾濁，含有多種對(duì)人體有益的微量元素，為Cl—Na型水。該類地下水也是瀘縣地區(qū)熱礦水層。

3 熱礦水賦存條件分析

3.1 熱源

調(diào)查區(qū)內(nèi)無(wú)現(xiàn)代巖漿活動(dòng)，與熔融熱源無(wú)關(guān)，其地?zé)犷愋蛯俚貕旱責(zé)嵝?，地?zé)釡囟入S深度增加而增加，在常溫帶以下按一定梯度升高。據(jù)資料，瀘縣地區(qū)地溫梯度約為2.0～2.2℃／100m。

3.2 熱儲(chǔ)

根據(jù)鉆孔揭露，區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)層主要有兩層，分別為二疊系吳家坪組（P2w）泥晶灰?guī)r、頁(yè)巖和二疊系茅口組（P1m）灰?guī)r層，兩者均屬于古風(fēng)化殼的溶蝕孔洞、裂縫—洞穴型儲(chǔ)集層。

二疊系吳家坪組（P2w）泥晶灰?guī)r、頁(yè)巖層埋深1 505～1 600m，溶蝕孔洞發(fā)育，鉆探過(guò)程中多次遇到氣層和井漏，這些現(xiàn)象均表明了該地層易為水溶蝕，具有高孔隙率和滲透率。但是由于該熱儲(chǔ)層氣層較為發(fā)育，井內(nèi)氣壓較大，不利于后期熱礦水開發(fā)和安全管理，未將本層作為瀘縣玉蟾山熱礦水井開采層位。

圖2 四川盆地地溫梯度等值線圖

二疊系茅口組（P1m）灰?guī)r地層埋深1 741m以下，鉆探中多處發(fā)生漏失，且該層氣體經(jīng)自然逸散后氣壓減小至不影響后續(xù)操作，這種情況說(shuō)明了該熱儲(chǔ)層易為水溶蝕，形成巖溶通道，利于地下熱礦水的運(yùn)移和富集儲(chǔ)存，是富水性較大的地層，會(huì)在深部地?zé)嵩鰷刈饔孟屡c圍巖相互交融匯集而形成熱礦水，因此該層是玉蟾山熱礦水可有效開發(fā)利用的主要熱儲(chǔ)層。

3.3 蓋層

縣內(nèi)上覆三疊系銅街子組（T1t）、三疊系飛仙關(guān)組（T1f）和二疊系龍?zhí)督M（P2l）地層，總厚度近800m，為泥巖、頁(yè)巖，泥質(zhì)含量較重，為相對(duì)隔水層，共同構(gòu)成了一個(gè)厚大的隔水隔熱蓋層。

4 熱礦水深循環(huán)模式分析

瀘縣及其周邊均未見熱儲(chǔ)層（二疊系茅口組）出露地表，經(jīng)分析，其熱礦水循環(huán)補(bǔ)給模式主要有2種，分別為華鎣山、中梁山褶皺構(gòu)造裂隙縱向補(bǔ)給和南部及東南部川南山地橫向補(bǔ)給。

4.1 華鎣山、中梁山褶皺構(gòu)造裂隙縱向補(bǔ)給

瀘縣處于華鎣山褶皺構(gòu)造帶和中梁山褶皺構(gòu)造帶之間，喜山期褶皺帶大量發(fā)育，當(dāng)脆性的灰?guī)r受到側(cè)向擠壓力時(shí)產(chǎn)生大量與層面垂直和斜交的構(gòu)造裂縫，并形成低壓應(yīng)力環(huán)境，具有高勢(shì)的地下水就會(huì)進(jìn)入灰?guī)r中，并沿新產(chǎn)生的構(gòu)造裂縫流動(dòng)，溶解縫壁而形成沿構(gòu)造裂縫發(fā)育的溶蝕孔洞。二疊系茅口組灰?guī)r埋藏較淺的地區(qū)，地表水沿構(gòu)造裂隙向下運(yùn)移，對(duì)古侵蝕面以下的碳酸巖鹽層淋濾時(shí)，可形成各種溶蝕空隙，在原有孔隙和裂隙的基礎(chǔ)上進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大，形成蜂窩狀的溶蝕孔洞和溶蝕裂隙。

川東華鎣、鄰水、大竹等地區(qū)三疊系嘉陵江組地層和飛仙關(guān)組地層出露于地表，二疊系茅口組地層埋藏較淺，且斷裂、褶皺十分發(fā)育，易于受到地表水補(bǔ)給，而熱礦水井鉆探處二疊系茅口組地層埋藏較深（1 741m以下），受到壓力、斷裂與褶皺發(fā)育方向、地層走向的影響，地下水順著北東向發(fā)育的褶皺帶，沿溶蝕孔洞、裂隙向深部運(yùn)移，并被人工開采出熱礦水。

4.2 東南部川南山地橫向補(bǔ)給

瀘縣南部及東南部的川南山地區(qū)，如屏山縣城南部五角堡—樓東背斜核部，珙縣—興文復(fù)式背斜的翼部，以及云南鹽津—四川筠連的東西向構(gòu)造的米灘子背斜的翼部等地，二疊系下統(tǒng)茅口、棲霞灰?guī)r（P1m＋q）均大面積出露，出露區(qū)森林植被茂盛，十分有利于大氣降水及地表水體的入滲補(bǔ)給。入滲的水體沿著巖溶通道以及斷裂破碎帶，層面裂隙等向地下深處下滲形成地下水。地下水大部分在當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面附近大泉暗河向溝谷及低洼處排洩，另一部分則繼續(xù)沿巖溶通道、裂隙、斷裂帶、層面裂隙等向地下深部運(yùn)移參與地下水深循環(huán)。由于埋深大徑流速度緩慢，易溶解巖石圈中多種物質(zhì)成分，加之灰?guī)r熱導(dǎo)率較高，巖溶裂隙發(fā)育，存在地下水對(duì)流傳導(dǎo)作用，使巖溶水水溫增高，于是形成了即有一定溫度，又有相當(dāng)壓力，水量豐富含有多種有益元素的地下熱礦水，并在地下深部?jī)?chǔ)存、運(yùn)移。

5 氚同位素分析

地下水年齡是指研究水體自補(bǔ)給以來(lái)在地下所滯留的時(shí)間。氚的半衰期為12.43a，適于研究淺層年齡較小的地下水。

氚是氫的一種宇宙射線成因的放射性同位素。它是在大氣層上部10～20km的高空由于宇宙射線快中子轟擊穩(wěn)定的14N原子發(fā)生核反應(yīng)而產(chǎn)生的。

氚原子生成后，很快就同大氣中的氧原子化合而生成HTO水分子。然后HTO與大氣水混合并隨之而一起降落到地表，繼而隨普通水分子一起滲入地下，成為地下水的組成部分。氚在水中的濃度在不斷減低，特別是當(dāng)氚進(jìn)入地下以后，其濃度隨地下水埋藏時(shí)間的增加而減少。根據(jù)地下水中氚含量的這一特征，可以用氚來(lái)估算其地下水年齡。

表1 建立在氚含量基礎(chǔ)上的地下水近似年齡

根據(jù)表1氚（T）測(cè)試結(jié)果，2組熱泉氚值＜2.00TU。研究區(qū)屬于大陸地區(qū)，屬于次現(xiàn)代和最近補(bǔ)給的混合水。這從另一個(gè)側(cè)面反應(yīng)了該地區(qū)地下水屬于遠(yuǎn)距離深循環(huán)補(bǔ)給、徑流。

6 結(jié)語(yǔ)

如上所述，瀘縣地區(qū)地下熱礦水具有2種深循環(huán)模式：（1）縱向深循環(huán)，大氣降水和地表水在華鎣山、中梁山褶皺構(gòu)造帶通過(guò)淺表構(gòu)造裂隙補(bǔ)給淺埋藏的二疊系茅口組地層，從而在地層壓力下茅口組地層內(nèi)的地下水由淺埋藏區(qū)徑流至深埋藏區(qū)，進(jìn)而在瀘縣被鉆孔揭露。（2）橫向深循環(huán)，在川南山區(qū)含水層出露區(qū)接受大氣降水及地表水體入滲補(bǔ)給，通過(guò)遠(yuǎn)距離的沿巖溶裂隙、斷裂帶、層間裂隙徑流，經(jīng)深循環(huán)補(bǔ)給瀘縣地區(qū)熱儲(chǔ)層。