隆回縣金石橋斷裂控熱特征及形成模式

黃光錫 楊 青

(湖南省煤田地質局第二勘探隊 湖南 株洲 412000)

地熱水資源是一種無污染的新型能源，具有很好的環保經濟效益。隆回縣作為湖南省旅游強縣，對于地下熱水的需求愿望強烈。金石橋地區地熱資源較為豐富，區內地下熱水勘查及相關研究工作程度相對較低。本文在區內地質及水文地質條件研究的基礎上，分析了斷裂控熱特征及地下熱水形成條件，并對區內地熱水的形成模式進行闡述，為地熱資源開發利用提供基礎依據，其研究對當地旅游經濟，改善人民生活條件，發展工農業生產等方面發揮重要作用。

一、地質及水文地質特征

(一)地層、巖漿巖

據地質資料，工作區內除第四系全新統松散堆積層及小部分青白口系高澗群天井組(Ptt)外，大部分為燕山早期(γ52)、印支期(γ51)和加里東期(γ3)巖漿巖，該巖漿巖為白馬山復式巖體主體部分。白馬山復式巖體巖漿活動始自加里東期，歷經了印支期，延續至燕山期。其中燕山早期花崗巖侵入于早三疊世金石橋序列之中；印支期花崗巖侵入于晚志留世七江序列花崗巖中，侵入的最新地層為泥盆紀沙河組至佘田橋組；加里東期花崗巖主要侵入于前寒武紀地層中，最新地層為早志留世兩江河組，沉積覆蓋本序列花崗巖之上的最早地層為中泥盆世跳馬澗群大屋灣組，并被早三疊世至早侏羅世花崗巖所侵入。

(二)地質構造

工作區主要位于鴨田—金潭斷裂帶內，該斷裂帶屬于北東向斷裂，具有成群成組出現、分帶展布之特點，主體位于望云山復式巖體中，斷裂兩端進入圍巖則逐漸尖滅消失，斷裂帶延長約30km，寬約11km，斷裂一般傾向北西，傾角60°左右，在金石橋熱水井和司門前附近斷裂帶上有溫泉出露。工作區及鄰區發育的主要斷層有金石橋斷裂(F8)、黃家灣斷裂(F10)、鳳溪江斷裂(F11)、苗田-象咀上斷裂(F12)等(見圖1)。

1.金石橋斷裂(F8)

該斷裂走向NE，斷面傾向SE,傾角約60°，斷裂規模長大于20km，寬約100m，為一逆斷裂。沿斷裂帶附近見硅化破碎帶，可見斷裂面擦痕及斷層泥等。F8號斷裂帶上有溫泉(W1)出露，在其附近施工的鉆孔(ZK9201)揭露，孔深48—58m，裂隙孔洞特別發育，裂隙多被微晶—細晶濁沸石半充填，濁沸石多呈網格狀，地下水活動跡象明顯。

2.黃家灣斷裂(F10)

該斷裂走向NE，斷裂長16km，寬4～20m，斷面傾向SE，傾角約75°，為逆斷裂。斷裂破碎帶以發育硅化破碎帶為表征，帶內可見斷層泥及構造角礫巖，角礫由硅化花崗巖、石英巖組成；角礫大小5～10cm，形態多呈次棱角狀。斷裂在工作區西南部造成次級斷裂錯動，在司門前斷裂帶附近有溫泉(W2)出露。

3.鳳溪江斷裂(F11)

該斷裂走向NE，斷裂長24km，寬5～15m，斷裂傾向320°，傾角約45°，為逆斷裂。斷裂見硅化破碎帶，局部地段發育斷層角礫巖，角礫成份以石英、長石、硅質巖塊為主，大小2～20cm不等，多呈次棱角狀，斷面平直光滑，局部可見滑動擦痕。

4.苗田-象咀上斷裂(F12)

該斷裂走向NE，斷裂規模長36km，寬10～200m，斷裂傾向320°，傾角約 45°，為一條逆平移斷裂。斷裂以發育硅化破碎帶為表征，局部可見石英巖呈角礫狀和石英脈巖呈透鏡狀產出。構造巖石中石英顆粒破碎，多為壓扁拉長狀，顆粒內裂紋發育，并有扭變等現象，組成斷裂帶各斷裂硅化帶之間巖石受應力作用十分明顯，表現為巖石有強蝕變現象。硅化帶地貌上巖山脊延伸，斷面平直光滑，其上可見擦痕，它切割山緣常形成斷層三角面。北東段見其左行錯移，錯距約2.5km。

圖1 工作區斷裂構造簡圖

(三)水文地質條件

區內地下水補給以大氣降雨滲入補給為主，淺層地下徑流途徑較短，地下水具有就地補給、就近排泄的特點。區內含水層主要為巖漿巖裂隙水，巖漿巖裂隙發育，表層普遍風化強烈。地下水賦存于風化裂隙中，巖漿活動具多期性，斷層以NE向為主，伴隨斷層產生大量構造裂隙，含構造裂隙水。由于斷層構造影響程度的不同，其富水性差異較大，一般水量貧乏；而局部地段，由于巖漿多期活動加劇了構造破碎程度，為地下水富集創造了良好條件，則水量豐富，如金石橋熱水井泉流量為1.873L/s，司門前溫泉泉流量為1.040L/s，其鉆孔單位涌水量分別為6.881L/s．m、3.260L/s．m。

巖漿巖裂隙水通過表層松散堆積物和風化裂隙按受降水入滲補給后，由高處向低處運移匯集，一部分經過短途徑流在低洼谷地或溪流岸邊以下降泉或散浸形式排泄。另一部分則通過斷層破碎帶裂隙向深部運移，在壓力差作用下，由高處向低處運移匯集，在標高相對較低或通道受阻情況下，則涌出地表或補給孔隙水。

三、斷裂控熱特征

圖2 金石橋熱水井水文地質剖面示意圖

金石橋熱水井位于隆回縣金石橋鎮北約2.5km處，呈線狀排列出露在北東向溪流中及兩岸，溫泉直接從北東40～80°斷層破碎帶內的北西西、北東東兩組裂隙中涌出，斷層傾向南東，傾角60°左右，主泉(W1)流量1.873L/s，現已斷流，水溫48.5℃。物探資料表明有M1、M2兩個北東向異常帶。M1異常帶寬度100～220m，推斷是控制地熱的斷裂構造的反映；M2異常帶位于M1異常帶之東，推斷是下降盤較厚的第四系覆蓋層和花崗巖風化帶的反映。經鉆探驗證，熱水賦存于斷層破碎帶中，尤以壓碎巖和碎塊巖中水量較富(見圖2)。在鉆孔不同深度內均有細晶花崗巖脈穿插于破碎帶中，裂隙十分發育，多被微晶～細晶的濁沸石充填，強烈之處可見到交代作用。

從地熱異常和區域地質構造分析，在本地熱異常區內巖漿巖，主要有白馬山復式巖體分布其中，圍巖蝕變現象普遍，為地熱的形成創造了有利條件，且地熱中含有標性元素偏硅酸，由此可知本區內巖漿巖余熱為地下熱水提供了熱源。另外區內斷裂構造異常發育，且規模較大，這些斷裂不僅可成為地下水的良好通道和儲水帶，同時還成為深部熱流上升的良好通道。

三、地熱形成條件

(一)水化學成份分析

本次工作主要對區內金石橋熱水井(ZK9201)及周邊地下水進行調查，并對其取樣進行了水質分析(見表1)。

表1 工作區部分水化學分析結果表

(二)地熱水形成條件

地熱水資源的形成一般包括熱儲、蓋層、熱源、水源及導水、控熱構造等多因素，這些基本要素構成了地熱水系統。本節在綜合分析工作區地熱地質條件及水化學成份的基礎上，從上述幾個方面分析了地熱水資源形成的基本要素。

1.熱儲與蓋層

從區內鉆孔地下熱水出水層段及揭露的地層巖性、構造分析，本區地下熱水熱儲屬對流型帶狀熱儲。區內巖性主要為花崗巖，構造破碎帶、裂隙發育，斷裂切割花崗巖體，在花崗巖體中形成斷裂破碎帶及構造裂隙發育帶，巖漿巖與圍巖接觸處蝕變強烈，蝕變帶結構松散，地下水沿巖漿巖的構造破碎帶賦存和運移，巖漿巖的余熱為地熱的形成創造了條件，角礫巖、碎裂花崗巖、花崗壓碎巖構成熱儲層及地熱水運移的通道。

蓋層是地熱的隔熱保溫層，工作區熱儲類型屬帶狀熱儲，其分布變化受構造斷裂控制。工作區熱儲蓋層為第四系不透水或弱透水殘坡積層，第四系弱透水殘坡積層覆蓋在熱儲層上，大氣降水通過蓋層裂隙、孔隙入滲補給熱儲層，為熱儲層提供充足的熱流量，地下水在水壓力的作用下，沿斷裂常以上升泉或泉群出露地表。

另處，巖漿巖接觸帶的硅化、角巖化圍巖蝕變帶及其它淺變質圍巖對工作區地熱能構成較為封閉隔水保溫的水文地質環境。

2.熱源與水源

3.導水、控熱構造

區域資料顯示，受多期構造運動影響，形成白馬山復式巖體，產生大量的斷裂構造。區內北東向斷裂發育，具有成群成組出現、分帶展布之特點。北東向斷裂及巖漿巖風化裂隙為導水構造，構造復合部位為儲水構造；北東向斷裂為控熱構造。

四、地熱水形成模式分析

通過對工作區地下熱水出露特征、水化學成份、地質構造條件等分析，工作區為一個深循環低溫對流型地熱系統。地熱水補給主要來自大氣降雨，花崗巖的高熱率是工作區地熱水形成的重要原因。據Birch(1968年)經驗公式計算：湖南境內花崗巖生熱率1.651～15.782μw/m3,為維氏值生熱率(0.843μw/m3)的8.754倍。在常見的幾種巖石中，花崗巖的熱傳導速度遠高于其它巖石，其熱導率高達2.721W/m℃。因而在工作區花崗巖體分布區域，地球深部向上的大地熱流在地殼淺表巖層內的熱傳導呈非均勻分布。熱導率高的花崗巖體成為了大地熱流匯聚通道，而周圍低熱導率的巖層則成為相對隔熱保溫層，結果導致巖體內熱流值相對周圍其它地層增大，從而使巖體成為地球深部大地熱流向地表擴散的主要通道。因此，受出露巖體影響，深部大地熱流沿巖體自下而上聚匯于巖體頂部，從而形成“熱流天窗”效應。

五、結論

工作區為一個深循環低溫對流型地熱系統。地熱水補給主要來自大氣降雨，中酸性花崗巖的高生熱率、高熱傳導率是該區地熱水形成的主要因素。由于巖漿多期活動加劇了構造破碎程度，為地下水富集創造了良好條件。斷裂破碎帶聚匯風化殘積層孔隙裂隙水于帶內，在勢能差的作用下，地下水沿破碎帶向下滲流進行深循環，在運移、徑流過程中吸收圍巖熱能而增溫，溶蝕圍巖的可溶元素、礦物而使其化學組分變復雜，礦化度增高，從而成為地下熱礦水的聚匯、運移儲集排泄通道和空間，在地勢低洼地帶被侵蝕切穿而涌出地表形成溫泉。