貴陽市龍洞堡地區(qū)地熱水成因及其特征研究

王 鴻，吳 斌，付君宜

(貴州正業(yè)工程技術(shù)投資有限公司/貴州省巖溶地基工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550005)

1 研究區(qū)概況

貴州省地熱資源豐富，全省有80多處天然溫泉出露[1]，具有分布面積廣、分布不均、溫度低等特點。多用于溫泉洗浴、農(nóng)業(yè)灌溉，以及醫(yī)療等。貴陽市溫泉旅游已有多年發(fā)展，利用烏當背斜、烏當斷層以及次一級構(gòu)造復合組成的復雜構(gòu)造區(qū)，已在新添寨片區(qū)成功開發(fā)多處溫泉旅游區(qū)景點，水量在600～800 m3/d，水溫在40℃左右。在紅楓湖及貴安新區(qū)等區(qū)域依據(jù)所處的地質(zhì)條件也成功實施多處地熱勘探鉆孔，紅楓湖片區(qū)鉆孔深度在2 000 m以上，水溫均大于45℃，目的層為震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbdn)[2]，而在貴安新區(qū)實施的地熱鉆孔出水量可達903 m3/d，井口水溫在53℃。

研究區(qū)位于貴陽市西南側(cè)，距離市中心6 km，是地熱水資源尚未開發(fā)的區(qū)域。本次研究中對該區(qū)實施地熱鉆井一口，并對其成因和水質(zhì)進行研究，分析結(jié)果能夠為該區(qū)后期的地熱水開發(fā)利用提供依據(jù)。

2 水文地質(zhì)環(huán)境概況

研究區(qū)地處黔中丘原盆地向黔南中山、低山過渡區(qū)域，地形呈山區(qū)溝谷地形。地勢總體西高、東低。區(qū)內(nèi)大面積分布三疊系大冶組碳酸巖地層，碳酸鹽巖分布區(qū)地貌形態(tài)主要為峰叢槽谷，溶蝕峰叢大多沿巖層走向延伸，巖溶谷地、洼地較寬淺，多與巖溶峰叢平行展布。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造綱要圖[3]

在構(gòu)造上研究區(qū)位于貴陽向斜東側(cè)，龍洞堡向斜西翼，如圖1所示。區(qū)內(nèi)有永樂堡斷層及云關(guān)斷層通過。其中永樂堡斷層位于研究區(qū)東部，呈北東向展布，長度約10 km，斷層傾向北西，傾角約60°，上下盤均為三疊系下統(tǒng)大冶組地層，為一張性斷裂。云關(guān)斷層位于研究區(qū)西部，走向近南北，傾向東，傾角40°～60°。斷層破碎帶寬10～30 m。斷層上盤為二疊系地層，下盤為上三疊統(tǒng)地層。

區(qū)內(nèi)地表主要出露的地層為三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d)、安順組(T1a)、中統(tǒng)花溪組(T2h)；二疊系中統(tǒng)棲霞組(P2q)、茅口組(P2m)、上統(tǒng)吳家坪組(P3w)、長興組—大隆組(P3c-d)；石炭系下統(tǒng)大塘—擺佐組(C1d-b)、中統(tǒng)黃龍群(C2hn)；泥盆系下統(tǒng)烏當組(D1w)、中統(tǒng)莽山組(D2ms)。

3 地熱成因分析

貴州省區(qū)域內(nèi)的地熱水主要貯藏于沉積巖中，在東部變質(zhì)巖區(qū)域也有一定的賦存條件[3]。地熱水的形成條件離不開熱儲層、蓋層、導熱通道，以及熱源，即地熱水的貯存空間，地熱水的保溫蓋層，熱循環(huán)的運移通道，以及供給地熱的熱源。根據(jù)不同地質(zhì)年代的熱儲層和蓋層，將區(qū)域內(nèi)劃分為五個熱儲單元[4]，見表1。結(jié)合本次研究區(qū)地熱鉆探勘查結(jié)果，研究區(qū)內(nèi)的地熱儲層可為分為兩個熱儲單元。第一熱儲單元的熱儲層由寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群(2-3ls)至奧陶系下統(tǒng)紅花園組(O1h)白云巖組成。上部蓋層為志留系下統(tǒng)后所組(S1h)至泥盆系中統(tǒng)莽山群(D2ms)石英砂巖所組成，厚度達到800 m具有較好的保溫效果。第二儲熱單元的熱儲層由泥盆系下統(tǒng)高坡場組(D3g)至石炭系中統(tǒng)黃龍組(C2hn)的白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r組成。上部蓋層為二疊系中統(tǒng)梁山組(P2l)粉砂巖，厚度僅為20 m保溫效果較差。

位于研究區(qū)西側(cè)的云關(guān)斷層是本區(qū)的主要斷層，由北向南貫穿整個研究區(qū)，斷層傾向正東，具有發(fā)育規(guī)模大延伸遠、切割深等特點。并且在該斷層北段有明顯的熱異常顯示。根據(jù)鉆探資料顯示該斷層深切割至寒武系地層，能夠為本區(qū)地熱水提供良好的熱運輸通道。

而研究區(qū)地熱水源主要來源于大氣降水，且大部分為經(jīng)過長期地下徑流的礦化度較高的古水，少部分為現(xiàn)代水。這部分古水主要來源于研究區(qū)東側(cè)黃絲背斜的核部，以及大谷冰背斜核部出露的寒武系地層[5]，距離研究區(qū)在40 km以上。

貴州省內(nèi)以二疊系、三疊系沉積巖類為主，缺少新近期的巖漿侵入活動，因此缺乏放射性熱源，主要熱源來源于深部地幔的熱傳導。

4 地溫場特征分析

通過地熱鉆孔測溫可以了解研究區(qū)內(nèi)隨深度增加地溫變化的情況，如圖2所示。地溫梯度與上部巖層的厚度有十分密切的關(guān)系，地溫梯度隨上部蓋層的減少而增大[6]。本次地熱鉆孔在終孔深度以上，保溫蓋層為志留系下統(tǒng)后所租(S1h)至泥盆系中統(tǒng)蟒山群(D2ms)的粉砂巖厚度達800余米。而從地溫曲線可以看出，淺部以灰?guī)r為主的二疊系地層富水性較強地下水豐富，地溫增加緩慢。而后隨著深度的加深地熱溫度穩(wěn)步上升，變化較小。地溫梯度在1.99℃/100m，低于烏當背斜核部的2.25～2.59℃/100m，但與該區(qū)域的2.0℃/100m地溫梯度基本一致，見圖3。

圖2 鉆孔柱狀示意圖及增溫曲線

圖3 貴州省地溫梯度圖

熱儲單元主要層位地層巖性第一熱儲單元第二熱儲單元第三熱儲單元第四熱儲單元第五熱儲單元蓋層寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組(1n)～金頂山組(1j)泥巖、粉砂巖熱儲層震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbdn)中厚層白云巖蓋層奧陶系下統(tǒng)湄潭組(O1m)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖熱儲層寒武系下統(tǒng)清虛洞組(1q)～奧陶系下統(tǒng)紅花園組(O1h)白云巖，白云質(zhì)灰?guī)r蓋層石炭系下統(tǒng)祥擺組(C1x)～舊司組(C1j)泥巖、石英砂巖熱儲層泥盆系上統(tǒng)(D3)～石炭系中統(tǒng)(C2)石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r蓋層二疊系中統(tǒng)灑志組(P2s)～梁山組(P2l)砂巖、泥巖、夾煤層熱儲層石炭系下統(tǒng)擺佐組(C1b)～上統(tǒng)馬平組(C2mp)灰?guī)r蓋層二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖(P2β)～三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)玄武巖、泥巖、煤層、粉砂巖熱儲層二疊系中統(tǒng)棲霞、茅口組(P2q-m)灰?guī)r

5 地熱水水化學特征

本次研究從地熱鉆孔中寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群的地熱水水質(zhì)取樣測試，分析結(jié)果見表2，其井口溫度為59.5℃。根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，陽離子Ca2+為主，達到400.8 mg/L，其次為Mg2+；陰離子則以SO42-為主，達到1 271.89 mg/L，其次為HCO3-。其水化學類型為SO4—Ca型水。其中溶解性總固體及硫酸根離子含量較高，這與地下水運移路徑較長水巖作用充分，貯藏環(huán)境較封閉以還原反應(yīng)為主有關(guān)。水質(zhì)成分中鍶、氟、偏硅酸等達到醫(yī)療價值濃度標準，硫酸根離子、氟、鐵等含量超過飲用水標準，因此該地熱水僅適用于溫泉理療保健的用途。

表2 鉆孔地熱水化學成分分析表 mg/L

6 結(jié)語

研究區(qū)深層地熱水經(jīng)過較長的路徑運移貯藏于寒武系婁山關(guān)群白云巖中，上部覆蓋較厚的砂巖作為保溫層，且有云關(guān)斷層深切割提供的導熱通道，為研究區(qū)提供了地熱水形成的基本條件。在地溫上，研究區(qū)主要依靠正常的地溫增溫對地下水加熱。水質(zhì)分析結(jié)果表明，該區(qū)地熱水水化學類型為SO4—Ca型水，其中鍶、氟、偏硅酸的含量較高，具有一定的理療效果。綜合分析結(jié)果可以看出，研究區(qū)地熱水貯藏條件良好水量充足，水溫、水質(zhì)適宜于溫泉洗浴的開發(fā)。

[1]毛健全.貴州省地熱資源特征、分布規(guī)律、開發(fā)現(xiàn)在及發(fā)展遠景[A].中國西部地熱資源開發(fā)戰(zhàn)略研究論文集[C].2001: 29-36.

[2]劉傳遠.貴州省清鎮(zhèn)市紅楓湖片區(qū)地熱資源特征[J].有色金屬文摘.2015.4(30):43-45.

[3]段啟杉,宋小慶,孟凡濤，等.貴州東部變質(zhì)巖區(qū)地熱水賦存規(guī)律研究[J].地下水.2015.4(37):37-39.

[4]邵林,李軍.淺談貴州省地下熱水資源類型及特征[J].地質(zhì)災害與環(huán)境保護.2011.2(22):92-98.

[5]沈志平,王鴻,吳斌，等.貴陽市龍洞堡地區(qū)地熱水資源開發(fā)利用前景淺析[J].地下水.2016.4(38):64-65.

[6]鄔立,趙璐,羅湘贛.貴陽市烏當區(qū)地熱田地溫場特征及大地熱流估算[J].勘察科學技術(shù).2012.3:41-43.