黔中隆起邊緣地帶熱礦水特征分析

駱詩穎

摘要：黔中北溫泉帶屬深循環型中低溫熱礦水，研究區受不同方向的構造帶擠壓，形成“地壘式”熱儲構造；通過資料收集，數據對比，應用水文地質學、構造力學、地熱學等學科理論，總結區內的熱儲系統組成、熱流分布及其與構造應力規律等特征，對分析研究相似地區的熱儲結構，具有一定借鑒意義。

關鍵詞：熱礦水；熱儲；熱流；特征

息烽熱礦水的形成是現代斷裂活動導熱的直觀反映。本次研究對象為黔中息烽開陽一帶溫泉群，從水文地質學、地熱學、礦床學、構造力學等角度，分析研究區內的熱液埋藏、儲存、運移、排泄等條件，闡明地質構造分布特征，歸納、總結區內熱液水文地質條件規律、特征。

1.研究區概述

研究區位于黔中北息烽一開陽一帶，地勢南西高北東低，烏江、洋水河深切割，屬小起伏一中起伏中山，最高點位于研究區的南極頂，高程1749.6m；區內構造山、巖溶山地及大型巖溶槽谷地貌伴生呈現，崇山峻嶺、逶迤連綿，且山頭沿構造線呈多弧形或線性展布。

2.數據資料獲取

2.1溫泉基本理化性質

地熱區地下水的供給主要有冷水、溫水、和溫熱水，其化學特性因溫度而異。本次研究三處溫泉位于研究區中部，平面展布方向NNE，為深循環型中、低溫熱礦水（表1）。

不同年齡的巖石具有不同的地球化學特征，巖石礦物成分決定了熱礦泉水中各組分的形成特征，因此，在不同性質的巖石中形成不同類型的熱礦泉水，熱礦泉水的形成是地下水具體地質環境在一定溫度，靜水壓力和水動力條件下，經水巖長時間相互作用，離子交換吸附，生物地球化學等一系列物理化學作用，將巖石中的有益成分轉移到地下水中，并達到適當的濃度，從而形成不同化學組成分的熱礦泉水。

2.2熱儲溫度

利用Na-K-Mg三角關系，確定溫泉的水一巖平衡狀態為未成熟水區，并選擇Si02的濃度作為化學地熱溫標，通過Fournier等提出的熱儲溫度公式，計算得溫泉熱儲溫度（T）>99℃。

2.3循環深度

熱礦水循環深度（H）計算公式：

結合三處溫泉資料，估算出熱礦水循環深度為：3000m。

2.4地熱水年齡及補給區高程

1980年～1982年姚在永等獲得s1號溫泉的氡含量11.14馬赫/升～32.73馬赫/升，熱核試驗獲悉其循環時間大于30年。2013年宋曉慶等測得S1溫泉的δD_V-SMOW、δ¹⁸D_V-SMOW分別為-59.7‰和-8.82‰，并估算得補給區高程為1600m。

2.5主要沉積時序

區內經歷了主要沉積時序有3次（表2），構成區內熱儲系統的地層巖性主要為震旦系的燈影組白云巖和下寒武系的砂頁巖。

2.6地質構造條件

研究區地處黔中東西構造帶、川黔經向構造帶、新華夏系第三巨型隆起帶及息烽渦輪構造交接復合地區。

區內先后主要進行過6次構造運動：晉寧運動、廣西運動、安源運動、燕山運動、喜馬拉雅運動和新構造運動，其中南北逆沖向直扭的燕山運動，運動強度最大，具有定型區內的構造行跡和伴生熱液礦床的重大意義。

研究區域位于斷層與斷層的交界處，特別白堊系斷裂是區域性活動深斷層，斷層傾向南，傾角朝近東西，是正斷層南側的許多小的正斷層，形成斷層臺階或地面基底之間的對比，這是顯而易見的斷層帶，位于地熱區的南部邊界。

2.7地熱區的成因與分布

地熱區域的地熱水的主要來源是大氣降水，該山區受大氣降水和深層斷層的地表水補給，在水壓作用下，進行深部徑流，在移徙過程中遇熱源或受熱源作用的圍巖而加熱，并具有深循環加熱條件反應。地熱區有較厚的第四系保溫層，地熱流體在徑流中能不斷獲得熱能而保證沒有熱量的損耗，徑流到地質環地熱異常區存在于一個合適的位置。地熱區含水巖組是一種松散型含孔隙巖石群、碳酸鹽巖碳酸等含碳酸鹽巖變質巖裂隙型含水巖層，巖層形成各類水體的地熱區巖層水相對較弱，徑流條件較差，斷層的層狀斷層導致深部循環水被堵塞，這是位于五龍口斷裂與斷層交界處的迎水地段、區域很小的地熱區能夠保存下來的主要原因。

3.研究區熱礦水水文地質特征

3.1熱儲系統為第一儲集單元

研究區熱儲層為晚震旦世研究區相對隆起，海進旋回、海水動蕩，沉積的臺地相白云巖，富水性強的碳酸鹽巖。研究區熱儲蓋層為早寒武世淺海、短暫半淺海，陸源碎屑沉積的砂頁巖，厚度達701m，具有良好的隔水、保溫作用。

烏江南北構造帶、大關青禾東西構造帶交匯，安清楊家寨斷層抬升，形成研究區內相對隆起的三角“地壘”熱儲系統；燈影組白云巖含水層、牛蹄塘組一金頂山組砂頁巖隔水層和斷裂構造共同組成一個相對完整的儲水構造。

3.2新華夏系構造促進熱流體通道形成

研究區內的熱礦水均出露在新華夏系興隆場一鐵廠復式背斜近軸部的壓性斷層附近。強烈的擠壓作用，不間斷的新華夏系抬升運動，地應力集中、斷裂開啟，進一步促進了熱礦水的釋放排泄。溶蝕裂隙、構造裂隙為區內的主要通道，熱液沿斷裂構造帶上涌。

3.3地溫梯度是其熱源。且具有方向性

熱礦水化學成分與熱儲圍巖巖性控制，地溫梯度增溫是其熱源。

平面上，熱儲層地溫場分布與息烽渦輪構造方向一致。

渦輪構造輪葉尾部向右旋輻射散開，研究區熱儲層的地溫場趨勢亦為右旋“散熱”，與貴州省區域地溫梯度變化趨勢一致。剖面上，波峰、波谷呈階梯式“分層”。研究區熱儲系統的地溫等值線呈出3波峰（釋放點），且與地形線呈反向分布。

4.對熱礦水形成條件的研究

4.1鍶的形成

地下水主要取決于鍶元素在巖石浸出時間和溫度條件下的含量，沉積巖中以碳酸鹽尤其是深海相碳酸鹽含量最高的龍口地熱區主要為寒武系奧陶系海相湖相碳酸鹽，鍶含量較高，且有較好的徑流，含有地下水的條件，當與含鍶豐富的鍶巖石接觸時，大部分元素能在水中形成重碳酸鹽氯化物和硫酸鹽，這些是造成鍶地熱含量高的原因。

4.2偏硅酸的起源

硅酸鹽礦物在一定水文水壓下富含水分的長時間作用下，經過一系列化學反應后，形成硅酸鹽熱量，通過一系列化學反應形成礦泉水熱區深部變質巖的含量較高，巖芯中存在溶蝕空隙，說明地熱水是活的，在該過程中溶解的硅酸鹽礦物制成熱水硅酸鹽含量更高。

4.3氟的形成

高山隆起熱礦泉水主要分布在深部斷裂帶附近，發生巖性主要為碳酸巖漿巖和變質巖，熱礦泉水型主氟硅礦深部含螢石和方解石，角閃石黑云母和高溫礦物平原區的高壓環境，發生水巖相互作用，所以形成氟硅水，以弱堿為主。

5.總結

黔中北興隆場鐵廠復式背斜的熱礦水富水性良好，近軸部展布的斷層具有開啟性，在地形切割作用下，大地熱流得以釋放。熱儲構造具有相對封閉型，其熱流具有方向性。北部山區大氣降水由盤古寺斷層帶人滲到深部，經徑流深循環加溫后，沿著五龍口斷層帶及伴生的構造裂隙的迎水面上涌，并與圍巖中的礦物離子發生交換轉移等化學反應，形成各種水質類型的溫水、溫熱水。