湖南省臨武縣書樓村地下熱水成因分析

梁天利

湖南省礦產(chǎn)資源調(diào)查所，湖南郴州，423000

0 引言

郴州市位于湖南省南部，是湖南省的“南大門”，地熱資源豐富，是華南地區(qū)地熱資源最豐富的地區(qū)之一。臨武縣位于湖南省最南部，郴州市西南部，南嶺山脈東段北麓，南部與廣東省連州市接壤，臨武礦產(chǎn)資源豐富，探明的礦物有9類32種。

1 地質(zhì)背景

1.1 自然地理概況

區(qū)內(nèi)總體地貌形態(tài)為以溶蝕為主的侵蝕—溶蝕丘陵、河流沖積階地地貌，工作區(qū)內(nèi)地形起伏較大，地形坡度一般為15°~25°，相對高差一般70.0~150.0m，山包呈渾圓狀，植被發(fā)育，海拔最高處為書樓村東部的求雨嶺山頂，海拔標高約419.8m；最低處武水河河面，海拔標高不到240.0m，總體地勢南、西高，北、東低。

臨武縣境地處中低緯度區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，光熱充足。多年平均氣溫為17.9℃；年降雨量在1022.3~1917.4mm之間，平均降雨量為1421.8mm。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

該區(qū)區(qū)域上位于南嶺東西向構(gòu)造帶與耒陽-臨武南北向構(gòu)造帶復合交匯處，在地熱構(gòu)造上位于湖南省茶陵—臨武區(qū)域性深大控熱斷裂的南東影響帶。

區(qū)內(nèi)和地下水水資源形成有關(guān)的主要構(gòu)造有莊天田向斜、書樓村斷層（F1）、土地圩逆斷層（F20）、莊天田逆斷層（F25）、老白寨正斷層（F26）等。其中莊天田向斜，上覆二疊系上統(tǒng)灘洞組、二疊系下統(tǒng)當沖組砂頁巖及硅質(zhì)巖具有很好的隔熱、阻熱作用，莊天田向斜南部大面積出露的碳酸鹽巖為地熱異常區(qū)的補給區(qū)，地下水在深部地層進行熱循環(huán)后形成溫熱水，在向斜北翼平江河谷處流出地表，形成熱水異常區(qū)，為該區(qū)域的主要蓄水、儲熱構(gòu)造[1]。

1.3 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)和本次地熱資源形成有關(guān)的地下水類型主要為基巖裂隙水和碳酸鹽巖裂隙巖溶水（簡稱巖溶水）等四大類。

基巖裂隙水含水巖組地層主要為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P2l）、灘洞組（P1t），二疊系下統(tǒng)當沖組（P1d），石炭系下統(tǒng)測水組（C1c），泥盆系上統(tǒng)桐木嶺組（D2tm）等；巖性主要為石英砂巖、石英粉砂巖、砂頁巖、鈣質(zhì)頁巖等砂頁巖，該含水巖組富水性貧乏，為相對隔水層，為該地熱異常區(qū)的上部蓋層。

碳酸鹽巖裂隙巖溶水巖組地層主要為泥盆系上統(tǒng)、石炭系和二疊系中下統(tǒng)地層，其地層巖性主要為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等可溶性碳酸鹽巖；根據(jù)富水性不同可分為含水豐富、含水中等、含水貧乏等，其中富水性中等—豐富的該含水巖組為該地熱資源形成的主要導水、含水巖組[2]。

2 地下熱水資源分布特征

本次工作共施工2個地熱鉆孔，終孔后用測溫儀對其進行測溫，測溫結(jié)果及分析如下：

ZK01在144.8m及201m各測溫一次。在孔深144.8m測溫時，井溫最高為34℃；在孔深201m測溫時，井溫最高為34.5℃；ZK02孔深81.05m溫度最高33.4℃（圖1）。

根據(jù)收集的當?shù)卮迕袂捌谑┕さ你@孔資料及現(xiàn)場調(diào)查，圈定地下熱水異常區(qū)面積約0.0456km2。

3 地下熱水資源成因分析

3.1 熱能的來源

根據(jù)本區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造條件和地下熱水溫度變化分析，區(qū)內(nèi)雖無巖漿巖出露，但根據(jù)5萬區(qū)域地質(zhì)資料，該區(qū)西北部約11km處香花嶺、南部約15km南門口附近均有燕山期花崗巖出露，該區(qū)北部土地圩有頂面海拔標高為0米的燕山早期隱伏花崗巖體存在，初步分析認為本區(qū)熱能來源主要是地層深部的隱伏花崗巖體巖漿余熱沿向斜構(gòu)造和書樓村斷層破碎帶傳導（圖2）[3]。

3.2 導熱條件

該地熱異常區(qū)主要導熱構(gòu)造為莊天田向斜和書樓村斷層（F1）。莊天田向斜為地熱異常區(qū)的蓄水、導熱、儲熱構(gòu)造，莊天田向斜南部的地下水在沿巖溶裂隙由淺部向深部運移的過程中，在地層深部進行一定的熱交換而形成溫熱水，溫熱水沿向斜北翼的巖溶裂隙由深部向淺部運移，并在平江河谷一帶出露地表，形成地熱異常區(qū)。書樓村斷層（F1）是地熱異常區(qū)的另一部分導熱構(gòu)造，一部分地層深部的巖漿余熱沿斷層破碎帶向上運移，莊天田向斜和書樓村斷層（F1）為該地熱異常區(qū)的導熱構(gòu)造。因此，莊天田向斜、書樓村斷裂（F1）及土地圩斷層（F20）是該地熱異常區(qū)的主要蓄水、導水及導熱、儲熱構(gòu)造，控制著地下水的運移及地下水在地層深部的熱循環(huán)[4]。

3.3 儲熱儲水條件

該區(qū)地處莊天田向斜核部，莊天田向斜軸向總體北東東，核部地層以二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M、灘洞組砂頁巖為主，兩翼主要為石炭系船山組、上頭坳組、石蹬子組的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r組成。區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖分布區(qū)巖溶極為發(fā)育，洼地、溶洞、漏斗多見，溶洞、巖溶管道及裂隙系統(tǒng)為地下水和熱能的儲存提供了有利的空間[5]。

3.4 隔熱條件

二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M、灘洞組由黃灰色薄層粉砂質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖、粉砂巖、鈣質(zhì)砂巖等組成，總厚度約為400m。其透水性與含水性較差、完整性較好，構(gòu)成有利的相對保溫層[6]。

3.5 地下熱水補給、逕流和排泄條件

該地熱異常區(qū)的主要補給來源是大氣降水，地下熱水的補給、徑流、排泄與區(qū)內(nèi)構(gòu)造和裂隙密切相關(guān)（圖3）。工作區(qū)南部的斷裂、裂隙及各類溶蝕裂隙、孔洞為大氣降水往深部補給地下熱水創(chuàng)造了有利條件。地下熱水的補給區(qū)為地熱異常區(qū)南東側(cè)大面積出露的石炭系、泥盆系碳酸鹽巖分布區(qū)，大氣降水沿斷裂及巖溶裂隙滲入地下[7]。

在平面上，地下水由南向北徑流，地下水通過縱橫交錯的裂隙系統(tǒng)，由淺部向深部運移，由分散到集中，由潛水逐漸轉(zhuǎn)變成承壓水；地下水在向斜南翼由淺向深運移的過程中，受深部隱伏花崗巖體巖漿余熱擴散影響，溫度逐漸增大，在向斜深部形成溫熱水，溫熱水沿向斜北翼的巖溶裂隙由深部向淺部運移，受莊天田向斜構(gòu)造、書樓村斷層及地表地勢影響，地下溫熱水最終在地勢低洼的平江河河谷一帶天然產(chǎn)出，形成天然溫泉（群）[8]。

地下水在沿莊天田向斜中的巖溶裂隙由地層淺部向深部運移過程中，裂隙巖溶水吸收深部花崗巖體余熱，使地下水水溫增高，向斜核部的二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M、灘洞組砂頁巖起到相對保溫作用，深部的溫熱水沿向斜北翼的巖溶裂隙由深部向淺部運移，在地勢低洼的河谷一帶天然產(chǎn)出，形成天然溫泉[9]。

3.6 熱儲模型分析

初步分析認為，莊天田向斜、書樓村斷層（F1）是該地熱異常區(qū)的導熱、儲熱構(gòu)造，土地圩斷層（F20）是地熱異常區(qū)北部的邊界，隔斷了地熱流體向北部擴散；呈條帶狀出露于莊天田向斜核部的二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P2l）、灘洞組（P1t）、下統(tǒng)當沖組（P1d）的砂頁巖與硅質(zhì)巖具有阻水、隔水、隔熱作用；莊天田向斜南部大面積出露的碳酸鹽巖地層為該地熱異常區(qū)的補給區(qū)，為地下熱水提供了豐富的補給來源。莊天田向斜內(nèi)的巖溶裂隙水在由地層淺部向深部運移的過程中，溫度較低的裂隙巖溶水與深部地層中的巖漿余熱進行一定程度的熱交換后，形成溫熱水，溫熱水沿向斜北翼的巖溶裂隙由地層深部向淺部運移，形成了地熱異常區(qū)。熱能來源主要為地層深部隱伏花崗巖體巖漿余熱。

4 結(jié)語

（1）該地熱異常區(qū)地下熱水的運動、儲存主要受莊天田向斜、書樓村斷層（F1）、土地圩斷層（F20）的控制。

（2）地下熱水的補給來源主要為大氣降水，在地面接受補給后，經(jīng)過深部循環(huán)，吸收深部隱伏花崗巖巖漿余熱后形成溫熱水，在向斜北翼的平江河低洼地段出露地表，形成地熱異常區(qū)。

（3）該地熱異常區(qū)實測鉆孔地下熱水最高溫度為34.5℃，按規(guī)范標準劃分屬低溫地熱資源的溫水，圈定出地熱異常區(qū)的熱異常面積為0.0456km2。