新建青天嶺隧道對岳西地熱影響研究

[摘要]青天嶺隧道位于安慶岳西境內，距離地熱資源豐富的溫泉鎮湯池畈較近。為查明隧道建設對地熱資源的影響，文章在收集前人資料的基礎上，對岳西溫泉鎮水文地質及地熱區的補、徑、排條件進行研究。研究表明，青天嶺隧道段及比較線的青天嶺隧道施工、運行后，對湯池畈地熱區的補給條件、徑流條件和排泄條件均不構成影響，但隧道出口后的線路要穿過地熱區的補給區，局部開挖導致入滲量減小，但對深循環形成的地下熱水無影響；湯池畈地熱區對隧道工程亦無影響。

[關鍵詞]岳西；青天嶺隧道；地熱資源；影響

新建六安到安慶鐵路青天嶺隧道位于安慶岳西境內，設計隧道總長約20km，進口段位于岳西縣黃尾河，東南距岳西溫泉鎮20km，進口設計標高338.8m。出口段位于岳西縣溫泉鎮湯池畈以北的東沖村，出口設計標高339.7m。圖1中標注了擬建鐵路及隧道位置。為做好溫泉鎮的地熱資源保護工作，本文對青天嶺隧道段岳西縣溫泉鎮地熱區進行水文地質條件專題調查研究工作，重點查明岳西縣溫泉鎮地熱區的水文地質特征及溫泉鎮地熱區的補、徑、排條件。評價隧道段的開挖對岳西縣溫泉鎮地熱區地熱資源保護所造成的影響程度，得到明確結論。

1.區域地質概況

安慶岳西縣位于大別山東南腹地，地形以中、低山為主，僅局部分布河流谷地，地貌基本可分為山間河谷、褶斷侵蝕剝蝕低山和褶斷侵蝕中山等三種地貌類型，其中隧道段通過地段地貌類型主要為中低山，隧道段均位于侵蝕基準面以上[1]。青天嶺隧道所在區域屬揚子地層區、下揚子地層分區、岳西地層小區[2]。根據鉆探揭露，結合區域地質資料對比分析，隧道段地層較簡單，主要為大別山群水竹河組（Ar2s）、英山溝組（Ar2y）等[3]。第四系僅全新統蕪湖組、零星分布。區內構造單元屬揚子準地臺（Ⅲ）淮陽臺?。á?）岳西臺拱（Ⅲ12）；岳西臺拱占據了大別山的主體部分，也是中元古代以來的長期隆起區；在隆起過程中形成了褶皺和斷裂。區內及外圍巖漿巖較發育，主要有燕山期的二長花崗巖（ηγ53（2））和五臺-呂梁期第二次侵入的混合花崗巖（Mγ12），分布于北部及東部的中山區，巖石所侵入的圍巖為大別山群水竹河組（Ar2s）、英山溝組（Ar2y）片麻巖類[4]。區內混合花崗巖一般為肉紅色，也有灰白色，花崗變晶結構，礦物成分主要為鉀長石、斜長石、石英、黑云母及少量的磁鐵礦、榍石、磷灰石等副礦物組成。巖石中交代現象明顯，包含結構，有時出現蠕英石結構[5]。

2.地熱顯示的地質環境背景及特征

2.1地熱水分布概況

岳西地熱主要分布在蔡家河西側的湯池畈一帶，距擬建鐵路DK93+950約2.2km，與正線、比較線青天嶺隧道出口直線距離分別為3.6km、2.4km，地貌上位于蔡家河的河漫灘。地熱顯示呈近東西向帶狀在蔡家河右岸的河漫灘上，連大湯池在內沿線共有6個溫泉出露點，地熱田分布如圖1所示，水溫在27～58℃之間。1989年，于大湯池以東330m位置施工的地熱鉆孔（7號孔），孔深125.04m，水頭高出地面1.28m，降深40.58m時，流量為256.6.4m3/d，水溫54℃，抽水的同時，對已出露的溫泉（大湯池）進行連續觀測，實測自流量為107.4m3/d，水溫58℃，（小湯池）自流量為8.6m3/d，水溫42℃。2021年，開展水文調查工作，測得（大湯池）自流量為80.0m3/d，水溫54.6℃，而小湯池消失。近些年來，湯池畈地熱區內，當地居民及兩家服務業共施工了40余口地熱井（孔），年開采48.0～59.2℃地下熱水約為3.0×10⁴～6.5×10⁴m3（圖1）。

2.2地熱顯示的地質環境背景

岳西溫泉鎮地熱區在區域構造上處于淮陽臺隆蚌埠期構造層中，且同屬大別山區，在新構造運動的影響下，處于斷塊隆起狀態，受區域北東向斷裂的影響，派生了一系列的次級斷裂和破碎帶，多被巖脈充填，寬度幾十米左右，沿此破碎帶往往有地下熱水以上升泉方式出露，形成以岳西縣湯池畈為代表的地熱田。根據地面調查、遙感解譯及區域地質資料，地熱分布區內發育有3條斷層（F2、F3、F4）。根據地熱區地下水的賦存條件、水理性質、水力特征及空間分布，可將區內的地下水類型劃分為松散巖類孔隙水、塊狀巖類風化裂隙水及斷層脈狀低溫熱水三種類型。

（1）松散巖類孔隙水動態特征及其補、徑、排條件

地熱區松散巖類孔隙水的補給區和徑流區比較一致，其補給源主要為大氣降水和地表水，其徑流方向主要為從沖洪扇的上游向下游運移，側向排泄于河流之中，其動態變化特征季節性變化大。據收集的農科所水井觀測資料，其豐水期水位與枯水期水位變幅相差0.52m，水溫變化7.7℃。其水化學成份與地表水成分比較相近。

（2）塊狀巖類風化裂隙水動態特征及其補、徑、排條件

塊狀巖類風化裂隙水其補給來源主要為大氣降水，其次為地下熱水的補給。據收集的區域資料，泉流量變化特征季節性變化大，豐、枯水期其流量相差可達26m/d，水溫變化1.4℃，其徑流方向從高地向低地運移，在地形低洼處往往以泉的形式排泄。在熱水異常區，由于受地下熱水的補給，形成混合水，造成熱水的水頭下降并出現水溫降低現象，如老百姓地熱井在成井過程中，當套管未完全阻隔風化帶裂隙水（套管下入深度不夠），則該井的水溫往往只能在40℃左右，套管止水效果好（一般在36～42m之間，稍大于地熱田的風化帶厚度時），水溫一般在50～60℃之間。在抽水試驗的初期，觀測孔的水位出現先降、隨后不降反升的現象，說明抽出的地下水在抽水初期部分為風化帶裂隙水，風化帶裂隙水與地下水熱水（深層）具有一定的水力聯系。另從抽水時不同時間所采集水樣分析成果，具有地下熱水標志的化學組份（如F-、SiO2、Na+、pH值）含量均出現增加現象，且水溫也有漸升高現象，也論證兩含水層之間有一定的補給關系。

（3）斷層脈狀低溫熱水的動態特征及其補、徑、排條件

地熱田區斷層脈狀低溫熱水即地下熱水為深部地下水，主要分布于F2、F3、F4斷層形成的三角區域，具有承壓性，在地熱田具有一定的壓力水頭，說明其補給區對排泄區來說需有一定的高度，根據地形地貌特征及相關同位素的分析，其補給區應在北東方向的低山區，接受大氣降水及地表水的補給后，經深循環，遇導水構造帶在地形適宜的位置以泉的形式排泄于地表水中，對流經地熱田東部蔡家河上下游水溫的長期監測，上游的水溫低于下游水溫，且枯水季節更加明顯。豐、枯水期采集樣品的分析結果表明，豐水期時河流上、下段的組份基本相同，枯水期時，河流下段水中熱水標志性組份（Na+、F-、SO2-）的含量明顯高于河流上段。由于近幾年，當地群眾無序開采利用地下熱水，致使大湯池受其影響，其流量、水溫及化學組份明顯受地熱井抽采影響，其中F-、SO2-的含量下降明顯。

3.隧道沿線的地下水分布概況

根據對隧道沿線的地下水分布情況的調查，隧道沿線未見地熱異常點，所見的地下水均為常溫水，這些地下水點，均為下降泉，流量普遍<1.0L/s（表1、表2）。

4.隧道沿線地下水及隧道施工對地熱區補徑排條件的影響評價

4.1對補給條件的影響評價

根據隧道沿線的地下水情況的調查，隧道沿線未見地熱異常點，所見的地下水均為常溫水，這些地下水點，均為下降泉，流量普遍<1.0L/s。

湯池畈地熱區的地下熱水的控水斷層是F4，此斷層走向40°～50°，基本是沿蔡家河的河谷往北東延伸。根據氫氧同位素的測試結果（表3）分析推測：地下熱水的主要補給源為大氣降水形成的表面流，再通過孔隙裂隙入滲補給地下水，大部分補給淺循環地下水，少部分經深循環成為地下熱水，補給區高程約為500～700m之間，結合地形分析，補給區應在湯池畈北東方向的應沖一帶的低山區（圖2）。

主線隧道距補給區約1.2km，該處隧道段標高470m左右，地熱補給區高程約為500～700m之間，隧道段及線路在地熱補給區西南部穿過，但不經過地熱補給區，且隧道段和線路及地熱補給區位于地表分水嶺兩側，地下水徑流方向分別為南東、南西方向。隧道沿線所在區域均為變質巖類，除了見到一些裂隙外，并無巖溶洞隙或斷層與之溝通。因此，主線隧道段施工對湯池畈地下熱水的補給源區基本無影響。

比較線隧道距補給區約2.2km，隧道段標高460m左右，隧道距離地熱補給源區較遠，且補給條件和地下水徑流方向均所處不同區域和方向。因此，比較線隧道段施工對湯池畈地下熱水的補給源區無影響。

4.2對徑流條件的影響評價

湯池畈地熱區地下熱水的補給區在其上游5km以外的應沖一帶的山地及河谷，補給源為大氣降水形成的表面流，通過孔隙裂隙入滲補給地下水，大部分補給淺循環地下水，少部分經深循環成為地下熱水，總體徑流方向為南西向。主線隧道及比較線隧道均未穿過湯池畈地下熱水的徑流區域，僅擬建高鐵線路通過該徑流區（即F2斷層），均為分離式立交橋梁上跨通過，且橋梁基礎埋深較淺，對區域上降雨入滲不影響，加之地下熱水是地下水在深部循環的產物，地下熱水熱儲深度約895m，淺部工程無法影響其深部徑流條件。因此，主線及比較線隧道段施工均不會干擾地下水徑流通道，也不會改變湯池畈地熱區地下水補給的徑流條件。

4.3對排泄條件的影響評價

湯池畈地下熱水的排泄區在蔡家河的河漫灘上，地下熱水的自然排泄口標高均在390m以下，而隧道出口標高正線為461.3m，比較線隧道出口標高461.1m，這些隧道口施工段標高都比湯池畈地下熱水的自然排泄口標高要高出70m左右。另外，湯池畈地下熱水是沿近東西向斷裂破碎帶排泄，隧道及線路均未通過湯池畈地熱區的排泄區，且距排泄區較遠，與隧道距離分別為3.6km、2.4km，與線路距離為2.0km，均不會與湯池畈地下熱水的排泄區重合或相交，因此，主線隧道段和比較線隧道段在施工過程中對湯池畈地下熱水的排泄區都無影響。

5.地熱區對隧道工程的影響評價

通過對湯池畈地熱區補給、徑流、排泄條件分析，結合地熱區與隧道位置，地熱補給源區距離隧道較遠，且補給條件和地下水徑流方向均所處不同區域和方向；地下熱水是地下水在深部循環的產物，主線隧道及比較線隧道均未穿過湯池畈地下熱水的徑流區域，僅擬建高鐵線路通過該徑流區，均為分離式立交橋梁上跨通過，且橋梁基礎埋深較淺，淺部工程無法影響其深部徑流條件；湯池畈地下熱水是沿近東西向斷裂破碎帶排泄，隧道及線路均未通過湯池畈地熱區的排泄區，且距排泄區較遠。因此，湯池畈地熱區對隧道工程無影響。

綜上所述，主線和比較線隧道施工對湯池畈地熱區的補給、徑流、排泄區無影響；湯池畈地熱區對隧道工程亦無影響。

6.結論

通過對六安-安慶鐵路青天嶺隧道段的現場調查，結合湯池畈地熱區形成的地質背景分析，基本確定：主線青天嶺隧道段及比較線的青天嶺隧道施工及運行后，對湯池畈地熱區的補給條件、徑流條件和排泄條件均不構成影響，但隧道出口后的線路要穿過地熱區的補給區，局部開挖導致入滲量減小，但對深循環形成的地下熱水無影響；湯池畈地熱區對隧道工程亦無影響。

[參考文獻]

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[4]杜霏，潘國林.安徽岳西溪沸地熱田地溫場特征及地熱形成機制探析[J].安徽地質，2021，31（02）：165-168.

[5]刁天仁，杜菲.安徽省岳西縣溪沸地熱成因模式及地熱資源評價[J].地下水，2019，41（06）：27-28+31.