綏寧縣寨市鄉地下熱水的潛力分析

黃馨瑩，鄧新平，姚騰飛，鄭鵬飛，王 璨

（湖南省地質災害調查與監測所，長沙 410007）

地熱資源是一種可再生的清潔能源。湖南省面臨缺煤、少氣、無油的能源現狀，大力開發利用地熱資源可有效緩解能源短缺的局面。在綏寧縣寨市苗族侗族鄉（簡稱寨市鄉）進行地下熱水資源可行性勘查時，施工鉆孔2個，終孔溫度顯示，孔內水溫呈遞增趨勢。根據ZK1、ZK2鉆孔抽水試驗，允許開采量均大于500 m3/d，富水性屬豐富級[1]。區域地質條件分析表明，3組斷裂交匯部位地下1 700～2 000 m處可能存在地熱資源。本文通過研究寨市鄉地質背景，對區域地下熱水進行潛力分析，為下一階段地熱鉆探提供依據。

1 地層巖性分析

研究區的構造框架總體表現為“一向斜三斷裂”，黃桑坪-綏寧向斜軸向為北偏東20°，西翼傾向為110°，傾角為45°～70°，東翼傾向為290°，傾角為60°～70°，兩翼均遭斷層破壞，其中黃桑坪以南有向西北倒轉特征。向斜兩翼沿軸向分別發育有F1、F2兩條主要斷裂，二者均為壓扭性逆斷層，產出特征基本與向斜兩翼產狀一致；F3斷裂與軸近60°斜交[2]，傾向為170°，傾角為60°～65°，破碎帶露頭最寬約為20 m，將F1、F2斷裂錯開約320 m。

出露地層由老至新為元古界震旦系、下古生界寒武系，震旦系包括南沱冰磧巖組、陡山沱組和燈影組，巖性總體為硅質板巖、炭泥質板巖、板巖和冰磧礫巖等，寒武系僅出露牛蹄塘組，以板巖、變質砂巖、灰巖和泥灰巖多見，局部變質砂巖與板巖互層。

2 地溫場特征分析

2.1 平面特征

本次勘察工作共測定16個地下水監測點的溫度，其中，水井有6個，出露泉有10個[3-4]。本次工作野外調查時間為11月，平均夜間氣溫為9 ℃左右，平均日間氣溫為17 ℃左右。本次調查水點溫度最低為15.2 ℃，16個點的平均溫度為16.8 ℃，可見大部分水點的溫度位于正常的地下水溫度范圍內。其中，J04點水溫為19 ℃，明顯高于其他調查點[5]，且其出露于工作區西部F3斷裂所在河谷南側陡坎上。經初步分析，J04點位于F2斷裂附近（上盤），其可能為F2斷裂破碎帶含水層的露頭，系深部循環的上升泉。

2.2 垂直特征

本次工作共施工ZK1、ZK2兩孔，終孔后分別對全孔進行了測溫，結果如圖1所示。從結果可知，工作區恒溫層溫度保持在15 ℃左右。按照50 m以下測溫曲線的平均斜率計算方法，ZK1孔的地溫梯度為3.81 ℃/100 m，ZK2孔的地溫梯度小于ZK1孔，為3.07 ℃/100 m。

圖1 鉆孔測溫成果（120 m）

2個鉆孔終孔后分別做了抽水試驗，其中，ZK1孔靜止水位埋深為3.50 m。孔深73.00～121.80 m為F3斷裂的主要含水段。最大水位降深為21.73 m，相應涌水量為5.08 L/s（438.91 m3/d），經推測，最大涌水量為907.2 m3/d。抽水時，水溫為16 ℃。ZK2孔靜止水位埋深為2.12 m。該孔揭露了2個斷裂（F1、F3），系主要含水段。最大水位降深為4.02 m，相應涌水量為6.989 L/s（603.85 m3/d），經推測，最大涌水量為1 004.6 m3/d，抽水時，水溫為16～17 ℃。

3 地下熱水潛力分析

研究區地貌類型為構造剝蝕中山，地下水系統具有典型的山區特點。地下水主要來源于大氣降水，其排泄受到地形及構造條件控制，其集中在地勢較低洼處或阻水斷層、巖層界面處出露。受地質構造控制，斷裂帶、褶皺轉折端和相變帶是地下水排泄點[6]。在多期構造作用及風化作用下，工作區出露地層地表巖石裂隙發育，為降雨入滲提供了有利條件。在構造發育區，降水會沿著構造裂隙滲入深部形成構造裂隙水，形成富水帶。

從構造來看，研究區處于黃桑坪-綏寧向斜核部，受西北向應力擠壓作用，區內向斜兩翼各發育近平行向斜軸線的主斷裂F1（傾向東，傾角約77°）和F2（傾向西，傾角約75°）。受西北向應力的剪切作用，后期又發育東北向張性斷裂F3（傾向南，傾角約66°）。F1、F2、F3這3條斷裂基本構建了研究區地下水系統的基本框架。

在褶皺形成的過程中，山體應力集中于褶皺軸部，常形成縱張裂隙和X形剪切壓扭性裂隙，特別是工作區質地較脆的砂質板巖、硅質板巖和砂巖等。巖層彎曲時，褶皺軸部可能出現巖層加厚、擠壓破碎現象，或者層面滑動，在褶皺軸部形成空隙。因此，向斜核部的深部可能存在富水層，該含水層可能是未來地熱勘查工作的重要靶區。

據調查，研究區未發現隱伏的巖漿巖體，但位于雪峰山推覆構造帶和邵陽凹陷的交界帶上，從構造演化的角度分析，研究區周邊三疊紀受印支運動的影響強烈，金屋塘和城步南山均發育較大規模的三疊紀巖漿巖體。經初步分析，東西向F3斷層初步形成于印支期（也可能為更老斷裂的重新活動）。進入侏羅紀以后，受燕山運動的影響，研究區形成褶皺和逆斷層帶（F1、F2），同時F3斷裂受東西向主應力的影響，由逆斷層發育為走滑斷層。研究區周邊侏羅紀巖漿巖體分布較少，但在研究區東部42 km的新寧縣黃金瑤族鄉有分布。進入早白堊世中期后，受四川運動的影響，地層受東北向主應力的擠壓。在此背景下，F3斷裂再次轉為具有壓扭性的逆斷層，而F1、F2反而往張性斷層方向轉變。

由上述可知，研究區經歷了多次構造運動，其深部是否存在巖漿巖體還有待更深一步工作驗證。從區內的構造組合模式來看，研究區地下水系統是非常典型的向斜-斷裂構造控制地下水系統，為對流型地熱系統提供了較好的形成條件。斷裂F1、F2傾向相反，產狀較陡，經初步計算，兩者在深部1 700～2 200 m交匯，具有形成深部對流型地熱系統的基本條件，地下水循環模式如圖2所示。

圖2 工作區地下水循環模式示意圖

在向斜形成的過程中，可能會出現縱橫張斷裂、層間裂隙、層間滑脫和斷層等一系列儲水空間及過水通道，這種層間儲水構造與平行于向斜軸的F1、F2斷裂也可能構成一種特殊的對流型地熱系統。研究區牛蹄塘組下段（∈1）底部為灰黑色薄層板巖夾灰黑色薄層硅質巖或二者互層，燈影組（Z1d）上部為灰至黑色中至中厚層硅質板巖，這兩個相鄰巖層可以作為這種對流型地熱系統的靶區地層。

根據以上分析，研究區具備地下水深部循環的基本條件，同時地表所測地溫梯度較高，地下熱水深部成礦條件較好。因此，向斜核部牛蹄塘組硅質巖、燈影組上部硅質板巖是重要的地熱靶區地層，同時F1、F2、F3斷裂深部交匯帶也作為地熱資源的靶區帶。本研究初步選定黃桑坪以南約700 m的河流峽谷區作為勘查靶區。根據F1、F2、F3斷裂以及區內寒武系地層的厚度，估計地下熱水埋深在1 700～2 000 m，孔底溫度保持在42 ℃左右，出水溫度保持在32 ℃左右。單井涌水量保持在500 m3/d左右。

4 結論

研究區出露泉、水井的水溫最低為15.2 ℃，最高為19 ℃，平均溫度為16.8 ℃，大部分監測點的水溫處于正常的地下水溫度范圍內。水溫與地下水循環條件密切相關，受季節性影響的風化裂隙地下水溫度變化較大，受構造控制的地下水溫度相對穩定。經鉆孔測定，ZK1孔的地溫梯度為3.81 ℃/100 m，ZK2孔的地溫梯度為3.07 ℃/100 m，循環溫度保持在50 ℃以上。研究區地下水系統是非常典型的向斜-斷層構造控制地下水系統，具有對流型地熱系統的形成條件。地熱循環深度為1 700～2 000 m，孔底溫度為42 ℃左右，出水溫度為32 ℃左右，單井涌水量為500 m3/d。總體來看，研究區地下水資源比較豐富，地下熱水潛力較好。