瑞金市安子山地熱水資源形成機理分析

左承鑫, 鄒國瑤, 段文兵

(江西省勘察設計研究院，江西 南昌 330000)

研究區內以往地熱勘查工作程度相對較低，僅對溫泉的基本情況進行了調查描述，并作了簡要成因分析。2016年7月始江西省勘察設計研究院在安子山地區開展野外地表調查、物探、地熱鉆探等工作，查明地熱地質條件、溫泉成因和地熱水賦存與運移條件，同時通過開展抽水試驗、孔內測溫、采樣、室內測試等，評價地熱水可采資源量和質量以及開發利用前景，為地熱水資源的開發利用提供科學依據。

1 研究區地質概況

1.1 地層

研究區出露的主要地層有第四系全新統聯圩組、更新統蓮塘組，白堊系上統圭峰群河口組、贛州群周田組，寒武系下統牛河角組，震旦系上統老虎塘組、壩里組等。

1.2 巖漿巖

巖漿巖主要分布于研究區西南一帶，屬珠蘭埠巖體，呈復式巖體產出。巖性主要為晚三疊紀富城超單元花崗巖類。

1.3 構造

研究區內主要發育三條斷裂，即走向北北東斷裂(F1)、走向北東東斷裂(F2)和走向北北西的斷裂(F3)。

(1)北北東向斷裂(F1)。F1斷裂在區內呈舒緩波狀(S形)展布，斷裂以硅化破碎帶形式產出，在地貌上發育斷層崖及斷層三角面。斷裂經多期次活動，總體表現為上盤下降，下盤上升，力學性質較為復雜。

(2)北東東斷裂(F2)。F2斷裂位于研究區西北角，斷層兩側地層表現為破碎。該斷層為一基底斷層，斷層面呈舒緩波狀，斷層延伸約4 km。

(3)北北西斷裂(F3)。F3斷裂位于研究區西部，斷層走向北北西，表現為硅化破碎帶，巖性以紫紅-灰白色硅質角礫巖為主，斷層面平直，發育斷層崖。

2 研究區地熱水流場分布特征

2.1 地熱水流場分布特征

地熱區深部的熱一方面通過巖石的熱傳導，另一方面依賴于載熱的地下水的運動將熱量傳輸至地表。由于熱源與深斷裂有密切的聯系，斷裂帶有良好的含水性，載熱的地下水易于沿斷裂上升，因此，地熱區地熱水流場的分布特征主要取決于儲熱斷裂的形態和地熱水的運動途徑。

(1)平面分布特征。研究區內共施工4個鉆孔，除ZK04鉆孔外其他鉆孔均自流，4個鉆孔均揭露了北北東向斷裂帶F1。以孔深200 m孔溫等值線圖(圖1)為例，本地熱區地熱水流場在平面上的分布主要具有以下特征：①地熱水流場在平面上的分布主要受北北東向斷裂F1的控制，等溫線基本呈北北東向走勢，沿F1斷裂走向延長；②本次施工的4個鉆孔均揭露了北北東向斷裂帶F1，流場在平面上的分布受到地溫梯度的影響，孔深越深，孔口水溫越高；③沿F1斷裂傾向方向，溫度先降低后升高，分析認為這與紅層厚度和F1斷裂傾向發生變化有關；④地熱水流場的平面分布特征反映和驗證了F1斷裂的產狀，其延伸方向即為斷裂的走向。

圖1 孔深200 m孔溫等值線圖

總體上，本地熱區地熱水流場在平面上展現為主要沿北北東向斷裂F1走向條帶狀延伸的流場。

(2)垂向分布特征。地熱區內地熱水流場垂向分布曲線的形態隨地熱區內的地質、水文地質條件不同而異。根據各個鉆孔的孔底測溫資料，繪制了本地熱區鉆孔孔底溫度變化曲線圖(圖2)。從圖2可以看出，鉆孔孔底溫度變化曲線大致分為以下三個階段：①在遇到熱儲層之前，孔底溫度變化曲線特征表現為隨著鉆孔深度加深，其孔溫呈遞增趨勢；②鉆遇熱儲層時，孔內溫度具有突變，如ZK02孔277 m，ZK03孔577.4 m，ZK04孔456.35 m、646.87 m等處均有不同程度的溫度突變；③揭穿熱儲層后，孔溫不再隨鉆孔深度的加深而增加，地溫梯度趨近于零。結合地質資料分析可知，鉆孔中水溫突然增高的部位多為節理發育或斷層通過的位置，故該地熱田主要受斷裂構造的控制。

圖2 鉆孔孔底測溫曲線圖

2.2 熱儲蓋層與通道

熱儲蓋層主要為白堊系周田組、茅店組紅層，巖性以泥質粉砂巖、砂礫巖為主，其裂隙不發育，富水性、透水性較差，因此，白堊系紅層是本區較好的熱儲蓋層。根據本次勘查鉆探的簡易水文數據，可以了解本區的地熱水資源與斷裂的關系，判別控熱構造和導水構造。F1斷裂既是本地熱區的控熱導水構造，也是地熱水上升通道。F1斷裂經多次構造活動，從力學性質上來看，張性斷裂優于壓性斷裂，而先壓后張的斷裂最利于地下水的富集，且F1斷裂的多期次活動使得原本的膠結變弱，巖體破碎，構造裂隙發育，能夠為地熱水運移和賦存提供良好的通道及存儲場所。

3 研究區地熱水形成機理分析

瑞金市安子山溫泉的形成主要受區域地質構造、地形地貌、地層巖性等條件的控制。勘查區地處華南板塊北東部，武夷山隆起帶西側，會昌斷陷盆地內，構造運動強烈，花崗巖大范圍侵入震旦系變質巖之中。北北東向F1斷裂系尋烏—瑞金深大斷裂與武夷山環狀斷裂復合斷裂，該斷裂具規模大、延伸遠、切割深、發育硅化破碎帶、裂隙發育等特點，具備了大氣降水通過斷裂裂隙和破碎帶滲入地下，并深部徑流同圍巖熱交換后形成地熱水的條件。因此，地熱水主要來源于深部大地熱流傳導供熱，熱源為大地熱流。

安子山斷裂帶F1規模大，影響深遠，尤其斷裂后期活動為直接溝通深部熱源提供了條件。F1斷裂既是本地熱區的導水構造，也是地熱水上升通道，淺部地下水通過旁側裂隙匯至斷裂帶，沿斷裂帶向深部地下運移，直接溝通深部熱源，最終形成地下熱水，自深部向淺部排泄，以泉形式排出地表或擴散到別處。

本區熱儲蓋層主要為白堊系周田組、茅店組紅層，巖性以泥質粉砂巖、砂礫巖為主，紅層是本區較好的熱儲蓋層。大氣降雨是本區地下水的主要補給源。基巖裂隙水的側向補給及局部第四系孔隙水的垂向補給是本區地熱水的主要補給源。

從形成模式上來看，安子山地熱區地熱水資源類型為“斷裂對流型”，表現形式為通過對流(控導熱構造中地熱水的相對運動)與擴散等傳播方式，將深部地熱能傳輸至地表淺部，并在地表及淺表形成地溫異常場。

4 結論

(1)安子山地熱區熱水賦存于北北東向斷裂F1及沿斷裂裂隙、圍巖接觸面發育的裂隙之中，接受大氣降水的補給，最終以溫泉的形式排泄。

(2)地熱水的形成受大氣降雨入滲補給至第四系孔隙水和基巖裂隙水，匯集至地形低洼處，通過旁側裂隙側向補給至北北東向斷裂帶F1，直接溝通深部熱源，自深部向淺部排泄，以泉和鉆孔自流形式排出地表或擴散到別處。