峨眉山高1井熱礦水成礦模式及水質成因分析

摘 要：峨眉山高1井位于峨眉山市高橋鎮。熱礦水含水巖層埋深1 600 m左右，屬于地壓型地熱資源，水化學類型為Cl-Na型水，Cl-、Na+濃度高，與區域水化學類型有明顯的差異。該文分析了巖性、構造等熱儲藏條件，論述了熱礦水成礦模式，并估算了補給區大氣降水入滲補給量及高1井徑流水資源量。在此基礎上分析了高1井熱礦水Cl-、Na+高濃度成因。

關鍵詞：熱礦水 成礦模式 水質成因

中圖分類號：P5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）08（a）-0133-03

1 熱儲藏條件及特征

高1井構造上地處揚子準地臺峨眉山斷拱之峨邊穹斷束北段，位于二峨山背斜北西翼，龍池向斜南東翼近核部，并緊鄰北西方向的龍池逆斷層和峨眉山逆斷層，處于龍池逆斷層下盤（圖1）。根據含水性，高1井揭露巖層自上而下可分為3段：上部含水巖組、中部隔水巖組和下部含水巖組。上部含水巖組為三疊系中統雷口坡組（T2l）及下統嘉陵江組（T1j）以灰巖為主的含水巖層。中部隔水巖組為三疊系下統飛仙關組（T1f）砂、泥巖、二疊系上統沙灣組（P3s）泥巖及峨眉山玄武巖（P3β）構成的隔水巖組。下部含水巖組為二疊系中統茅口組（P2m）灰巖及下統棲霞組（P1q）灰巖為主的含水巖層（圖2）。

高1井熱礦水含水層為上述下部含水巖組，埋深1 415～1 886 m。該巖組地下水順層徑流至高橋地區深部，受地壓增溫作用形成熱礦水。該地區常溫層溫度17 ℃左右，地溫梯度約為2.8 ℃/100 m，因此在深度1 600 m左右可形成62 ℃左右的熱水。中部隔水巖組為熱礦水提供了蓋層圈閉作用，阻隔上、下部含水巖組越流補給，起到保溫作用。

2 熱礦水補給、徑流、排泄條件

（1）補給條件。

熱礦水補給區位于高1井南東至以南二峨山一帶出露的下部含水巖組——茅口組和棲霞組區域，構造上處于二峨山背斜北西翼近核部，二峨山逆斷層上盤（見圖2）。背斜核部巖層發育平行于褶皺軸向的縱張裂隙，且灰巖巖溶裂隙發育，有利于大氣降水垂直入滲。

垂直補給公式： Q=F·α·X/365 （1）

式（1）中，Q為日平均降水入滲補給量（m3/d）；F為降水入滲的面積（m2）；α為年平均降水入滲系數；X為年平均降水量（m）。

補給區取二峨山背斜北西翼出露的茅口組和棲霞組范圍（見圖1），其圍繞高1井呈環形分布，面積約41 km2，高程850～1 909 m，故F取4.1×107 m2。根據1∶20萬水文地質區域資料，峨眉山地區碳酸鹽巖裂隙巖溶水徑流模數為12.54 L/s·km2，山區年平均降水量為1 958.8 mm，推算出該區域降水入滲系數為0.202。經計算，補給區垂直降水入滲補給量約為4.4×104 m3/d，因此補給量是非常充足的，能夠滿足高1井遠程補給的徑流水資源量。

（2）徑流條件。

補給區大氣降水入滲后，沿層間裂隙及巖溶裂隙往高橋方向做順層徑流。因補給區圍繞高橋呈環狀分布，南東及南方向的巖層傾向均大致指向高橋方向，故高1井正好處于下部含水巖組地下水順層徑流的匯集部位。地下水接受大氣降水補給后，沿層間裂隙往深部作順層徑流。大部分地下水通過隱伏斷裂排泄到臨江河或上部含水巖組，小部分繼續往深部徑流至高1井深部。在龍池逆斷層相對阻水作用下，地下水在此形成富集。

按下式估算高1井熱礦水徑流補給資源量：

Q=K·I·B·M （2）

式（2）中，Q為地下水徑流量（m3/d）；K為滲透系數（m/d）；I為地下水水力坡度；B為計算斷面的寬度（m）；M為承壓含水層的厚度（m）。

抽水試驗降深263.5 m，出水量為1 209.5 m3/d，按裘布依公式計算承壓完整井影響半徑為299 m，滲透系數為0.013 m/d。按抽水試驗確定（2）式K取0.013。

I按含水頂板高程差以最大水頭差計算：

I =（H補-H井）/L （3）

式（3）中，H補為補給區含水頂板最低高程；H井為高1井含水頂板高程；L為補給區至高1井徑流長度。B近似取抽水影響半徑形成的半圓長度，M為下部含水巖組厚度。式（2）計算得，Q=1 315 m3/d。

通過（2）式計算得到高1井熱礦水徑流補給資源量約為1 315m3/d，略大于抽水試驗出水量。說明在極限降深情況下，水資源量能夠滿足抽水試驗確定的出水量。進而推測，長期取水情況下，在不考慮開采中激發補給增量的條件下，下部含水巖組地下水仍可以處于穩定徑流狀態，高1井熱礦水能夠實現持續開采。

（3）排泄條件。

高1井附近無天然泉點分布，地下水在此區域排泄條件較差。深部地下水徑流至高1井深部鄰近區域，在上部隔水巖組和龍池逆斷層及峨眉山逆斷層阻水作用下，在此形成富集，并處于半封閉構造空間，徑流趨于緩慢狀態。地下水徑流至高橋地區前，補給區入滲的大部分地下水應通過隱伏斷裂排泄至臨江河或上部含水巖組，補給區地下水約5%資源量徑流至高橋地區富集。

3 高NaCl含量成因分析

經豐、平、枯水期分次采取水樣全分析化驗取平均值，高1井熱礦水主要陰離子濃度：Cl-為5 279 mg/L，約占陰離子總量的86%，SO42-為620 mg/L，HCO3-為271 mg/L；主要陽離子濃度：Na+為2 753 mg/L，約占陽離子總量的71%，Ca2+為639 mg/L，K+為322 mg/L，Mg2+為138 mg/L。可溶性固體10 109 mg/L。其中，Cl-、Na+明顯高于區域地下水及其它鉆井深層熱礦水濃度，而Ca2+、Mg2+、HCO3-等離子濃度與區域相當。

關于高1井熱礦水NaCl高濃度特征，有以下幾種解釋：一是上部含水巖組雷口坡組及嘉陵江組巖鹽地下水通過隱伏斷裂越流補給帶來了大量鹽分；二是下部含水巖組地下水在半封閉空間徑流緩慢，高溫下長期萃取圍巖中氯、鈉離子所致；三是熱礦水為海相成因沉積水。

該文通過研究對比，發現四川地區雷口坡組及嘉陵江組巖鹽主要分布在成都、川東北及川東南地區，在峨眉山未見分布，鄰近取水井采集的上部含水巖組地下水類型均為重碳酸鈣鎂型，NaCl含量低，因此第一種解釋理由并不充分。關于第二種解釋，在徑流緩慢和高溫作用下雖然可以促進水化學反應與圍巖進行離子交換，但下部含水巖組巖層在區域上不含巖鹽，圍巖中氯、鈉離子含量少，萃取形成如此高濃度的氯、鈉離子含量，是難以實現的。

因此該文考慮第三種解釋。Br-基本不參與巖石基質成巖作用，可用于判斷是否海相成因的沉積水。高1井熱礦水礦化度為10 g/L，Br-達69 mg/L。原始海水Br-為65 mg/L左右。按照奇斯托夫斯基判斷海水濃縮程度的方法，假設原海水礦化度為36 g/L，Br-為60 mg/L，則沉積水的原始礦化度為36×69÷60=41 g/L，但熱礦水礦化度（10 g/L）小于此濃度，應為徑流補給的低礦化度地下水稀釋了原生海相沉積水所致。另外，高1井承壓水頭高達千余米，說明原生海相沉積水并非處于完全封閉空間，如此則難以形成巨大承壓水頭，而是處于半封閉空間，接受了遠程地下水徑流補給，混合了淺部低礦化度地下水，使水頭增加，原始礦化度降低。

分析在晚二疊世，峨眉山地區為海洋環境，突然噴發的玄武巖覆蓋于中二疊世沉積的茅口組灰巖之上，當巖漿噴發在一些海洋洼地和裂縫處并迅速冷卻，便造成部分海水封閉在其內部空間。喜山期造山運動后，峨眉山地區形成疊瓦狀推覆構造，并在高橋地區形成向北東傾伏的龍池向斜構造，在高橋以北西及北東方向的斷裂阻水作用下，該地區構造上形成小型的斷陷盆地，處于地下水匯集區域，原生海相沉積水在此匯集，并接受二峨山一帶大氣降水遠程徑流補給，使得熱礦水礦化度及Cl-、Na+濃度較原生海水有所降低，但仍遠高于區域上其它熱礦水礦化度及Cl-、Na+濃度。

由于熱儲藏在徑流方向與地表連通性較好，可以不斷接受二峨山一帶淺部地下水補給，因此在長期的熱礦水開采過程中，熱礦水礦化度及Cl-、Na+濃度將可能降低。

4 結語

綜上分析，高1井熱礦水具有良好的熱儲藏條件，熱礦水為1 600 m左右深度的茅口組和棲霞組地下水，屬于地壓地熱型。上覆峨眉山玄武巖、沙灣組及飛仙關組泥巖為其地熱蓋層。補給區位于二峨山背斜近核部的茅口組和棲霞組出露地帶，大氣降水入滲后，沿層間裂隙及巖溶孔隙順層徑流至高橋地區深部形成熱礦水，并混合原生海相沉積水后，呈現礦化度及Cl-、Na+濃度較高的特征。預測開采過程中淺部地下水可進一步起到稀釋Cl-、Na+濃度的作用。經地下水的補給量及徑流量估算，推測熱礦水長期開采過程可以形成深部地下水穩定徑流，不會造成熱礦水枯竭。該研究對高橋及峨眉山地區熱礦水開發具有一定的參考意義。

參考文獻

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