貴州紫云縣狗場地區地熱資源特征及成礦模式

2020-10-31 03:54:26張小強孫平明楊先付

四川建材 2020年10期

張小強，孫平明，楊先付

(貴州省有色金屬和核工業地質勘查局七總隊，貴州貴陽 550005)

0 前言

研究區位于云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，屬于貴州省地熱條件較差區域之一。貴州省地下熱水的研究開始于20世紀90年代，而研究工作主要集中于貴陽市周邊，紫云縣地熱資源勘查工作程度極低，研究極為匱缺。2017年貴州省政府為助推扶貧攻堅，加快“溫泉省”建設，實現縣縣有溫泉的目標。在地熱條件比較差、勘查風險較高地區開展了十口地熱井勘查工作，其中紫云縣狗場地熱勘查為其中之一。由貴州省有色金屬和核工業地質勘查局七總隊承擔，通過開展地熱地質調查、地球物理測量、地熱鉆探、測井等工作，在區內成功實施了一口探采結合地熱井，實現了區內地熱資源找礦突破。

筆者通過對紫云縣狗場地熱井地下熱水形成條件、賦存規律及水化學特征等進行分析總結，以期對紫云地區地熱水資源勘查和地熱資源開發利用提供科學依據。

1 區域地質背景

研究區大地構造位置處于揚子陸塊(Ⅱ級)-江南復合造山帶(Ⅲ級)-黔南坳陷區(Ⅳ級)-都勻南北向隔槽式褶皺變形區(Ⅴ級)之西南部。構造形跡主要有近SN向、NE向、近EW向斷層和近SN向褶皺(見圖1)。最主要的構造為貓營斷層(F1)、小橋斷層(F4)和牛場坡背斜，貓營斷層(F1)是區內主要的導熱構造和導水通道,牛場背斜褶皺具有較好的聚熱作用。區內廣泛分布二疊系、三疊系和石炭系地層，二疊系主要出露中統猴子關組(P2h)、上統吳家坪組(P3w)，三疊系下統羅樓組(T1l)、中統新苑組(T2x)、邊陽組(T2b)。區內碳酸巖鹽巖溶、節理裂隙較發育，是主要的含水層，碎屑巖為區內主要隔水層，也是主要熱儲蓋層。

圖1為紫云縣狗場地區地熱地質略圖。

圖1 紫云縣狗場地區地熱地質略圖

2 地熱地質特征

2.1 典型斷層特征

貓營斷層(F1)：發育于貓寨背斜核部，長約20 km，走向近南北，地表傾向東，傾角75°，深部傾向折向西，上盤為石炭系至泥盆系地層，下盤為三疊系至二疊系地層，斷距達800～1 000 m，為壓扭性逆斷層。斷層兩側地層中牽引小褶曲及次級斷層發育。嚴重破壞了貓寨背斜的褶皺形態以及對石板關向斜北西翼也形成了極大的改造和破壞。地球物理測量結果顯示(見圖2)，在氡濃度曲線圖上，距斷層約50 m東側有異常暈RnG1此處表現為背景場；米地溫曲線圖上表現Ty1高溫異常，說明該斷裂有導熱作用。

圖2 紫云縣狗場地區L02線物探綜合剖面圖

小橋斷層(F3)：長約7 km，北端與貓營斷層(F1)復合，走向335°～350°，略向北東呈弧形凸起，傾向北東東，地表傾角75°，深部傾角50°，斷距約200～300 m，為壓性逆斷層。地熱鉆孔(ZK2)在1 155～1 375 m處揭露到該斷層，破碎帶寬約220 m，受其控制，造成威寧組(CP1w)地層重復。地球物理測量結果顯示(見圖2)，在CSAMT測量2D反演電阻率等值線表現為明顯的帶狀低阻，淺部寬度約120 m，下部有變寬之勢，最大達300 m以上，且兩側的電阻率面貌特征完全不同，斷裂上盤以高阻為主，反演電阻率一般大于1 000 Ω·m，下盤以淺部以小于1 000 Ω·m的低阻為特征。在氡濃度曲線圖上該斷裂上方氡濃度呈相對高值，說明深部放射性衰變子體沿斷裂破碎帶發生了運移現象；米地溫曲線圖上表現為偏高溫異常，說明斷層存在一定的導熱性。同時該斷裂破碎帶較大，具有較好的含水性。

2.2 地熱異常顯示分布特征

據調查，研究區無天然地熱水出露，僅有人工揭露點1處，即紫云縣狗場地熱井，該地熱井地質構造空間上位于牛場坡背斜西北翼、小橋斷裂北東盤，并受其控制及影響。井深2 802.30 m，靜止水位為49.8 m，涌水量3.69 L/s，井口水溫48 ℃，地熱水主要儲集于威寧組(CP1w)、睦化組(C1m)、五指山組(D3C1wz)白云巖、灰巖和小橋斷層破碎帶內，具中低溫層狀和帶狀構造特點。區域內熱流值在40～50 mW/m2，據測井資料，區內平均地熱增溫率2.52 ℃/100 m，屬中低地溫梯度背景區。結合區內地球物理測量結果，米地溫曲線圖上表現Ty1高溫異常等。

2.3 地熱水形成條件

貴州省地熱資源主要以淺層地熱能和水熱型地熱(地下熱水)資源為主[1]。其地熱水資源的形成一般需具備“儲、蓋、通、源”四個條件，即儲熱儲水層、蓋層(隔熱隔水層)、導熱導水通道、熱源水源。

2.3.1 儲熱儲水層及蓋層

根據紫云縣狗場地熱地質調查成果、地層結構和巖性組合關系，并結合地熱井揭露情況及區域資料綜合分析[2-4]。區內主要見三個熱儲集單元(見表1)，熱儲層以碳酸鹽巖和斷裂破碎帶為主，是區內地熱水儲存、運移良好空間，區內蓋層以泥灰巖、含硅質灰巖、炭質頁為主。其中第五熱儲集單元熱儲層在區內大面積裸露或埋藏較淺，不具備開發利用條件；第四熱儲集單元熱儲層在區內封閉條件較好，據鉆探揭露，該熱儲層受小橋斷層影響，威寧組(CP1w)底層重復，其埋藏深度在830～2 010 m，其保溫層為平川組(P1p)泥灰巖、炭質頁巖，保溫條件較好，是區內開發利用最有利熱儲單元，根據地球物理測井資料顯示，該熱儲層熱儲溫度為45.33 ℃～50.48 ℃；第三熱儲集單元在區內全封閉，且埋藏較深，埋深在2 270～2 725 m，是區內具有較好開發利用價值的熱儲單元。

表1 紫云狗場地區熱儲結構特征表

2.3.2 導熱倒水通道

區內貓營斷層具有規模大、延伸遠、切割深等特點，是區域內較好導熱通道，同時也為區域內地熱水的賦存提供了有利空間，也是區內地熱水運移的有利通道，區內小橋斷層(F3)與之聯通，具有較好的熱源溝通作用，據紫云縣狗場地熱井揭露，小橋斷層(F3)破碎帶位于鉆探1 155～1 375 m，地球物理測井資料顯示，該段井溫45.33 ℃～50.48 ℃，聲波時差和井徑增大明顯，電阻率相對圍巖明顯降低，具有明顯的含水特征。

2.3.3 熱源、水源分析

區內水化學組分中Na+和Cl-含量都較低，水質類型為HC03--Ca2+·Mg2+型水，與火山作用或第四紀巖漿侵入活動的所形成地熱流體的差異很大，說明區內地下水的熱源與巖漿侵入活動和火山作用無關。區內地熱水熱源為上地慢巖石中分布集中的放射元素衰變時釋放的巨大熱能[5]，因此，區內熱源主要來自地幔熱傳導。研究區貓營斷層是區內熱源主要傳導通道，并通過淺表小橋斷層等次級斷層向地表進行熱傳導。同時大氣降水在重力作用下，以斷裂破碎帶、背斜核部密集裂隙帶和碳酸鹽巖節理裂隙為通道入滲補給儲水層。

3 地熱流體水化學特征

紫云縣狗場地熱井(ZK2)井口水溫48℃，屬低溫地熱資源。從表2可以看出，其地熱流體pH值7.70，屬偏弱堿性水；溶解性總固體274.5 mg/L，屬淡水；總硬度158.15 mg/L，為較硬水；陽離子以Ca2+、Mg2+為主，陰離子以HCO3-為主，其水化學類型為HCO3--Ca2+、Mg2+型。紫云縣狗場地熱井地熱水中F-、Sr、有益組分較豐富，具有較好的理療價值，其中偏硅酸(H2SiO2)含量高于礦水濃度標準。

表2 紫云縣狗場地熱井地熱流體水化學分析結果 mg·L-1

4 地熱水資源成礦模式

如圖3所示，研究區地熱系統為隆起(褶皺)斷裂對流型地地熱系統。區內地熱水補給水源主要為大氣降水，補給方式主要有沿地表直接滲入和沿斷裂、節理裂隙下滲向深部運移兩種。補給區主要位于牛場背斜地區地表五指山組(D3C1wz)、睦化組(C1m)和威寧組(CP1w)碳酸鹽巖出露區域，在平川組(P1p)、打屋壩組(C1dw)泥灰巖、炭質頁巖等蓋層的隔水、保溫條件下，大氣降水在重力作用下沿斷裂破碎帶和碳酸鹽巖節理裂隙入滲補給熱儲集層。在較大的地下熱流背景之下，地下水沿深大斷裂和各熱儲層，在側向徑流和深部對流循環過程中加熱，通過與熱儲層、圍巖進行礦物質溶解和離子交換形成地熱流體，構成地熱水深循環系統，并儲集于相對封閉的熱儲集層內，通過人工揭露形成有利開發價值的地熱井，如狗場地熱井(ZK2)。