樂山市地熱資源分布特征及成因模式研究

黃澤森 任敬 祝小平 黃文 常一博

摘要：樂山市位于四川盆地西南邊緣，區內地熱資源豐富，但開發利用程度較低。從區域地質構造及地熱地質背景出發，對樂山市地熱資源類型以及其地質構造條件、分布、產出特征和成因模式進行研究。結果表明：① 樂山市區域內地熱資源分布明顯受區域大型分區構造控制，以豐都廟斷層為界，西側多為盆緣斷塊型地熱，東側多為盆內自流斜坡型地熱。② 樂山市區域內地下熱水“補徑排”系統完善，其中補給主要為大氣降水及地表水；徑流嚴格受地下儲層分布以及深循環儲水構造控制；排泄主要受剛性斷層控制，地下熱水沿導礦斷裂上升至地面或相鄰含水層，其次為深循環形成的熱礦泉水儲存在熱儲層之中，處于承壓停滯狀態由鉆孔揭露。研究成果可為該地區地熱資源合理開發利用提供依據。

關鍵詞：地熱類型； 成因模式； 分布規律； 樂山市

中圖法分類號： P314

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S1.020

0引 言

樂山市位于四川盆地西南邊緣，大地構造位置處于峨邊穹斷束、威遠-龍女寺臺穹、自貢臺穹結合部。其中峨邊穹斷束位于盆地周緣，區內構造運動具多旋迥、多期性特點，構造作用強烈且復雜；威遠-龍女寺臺穹、自貢臺穹位于盆地內，受構造作用相對較弱，主要多表現為寬緩的褶皺。樂山市內深部賦存有豐富的地熱水、熱礦水和熱鹵水，這些地下熱水均屬沉積盆地型地熱資源［1-2］。樂山市區域內共已發現19處地熱資源，地熱資源豐富，但開發利用程度較低［3］，目前主要用于洗浴、保健和旅游等。本文針對樂山市地熱資源類型、分布及成因模式進行研究，以為今后改善樂山市地熱資源的利用率，尋找可接替地熱資源提供依據。

1地熱地質背景

1.1地形地貌

研究區內地形復雜，總體趨勢是西高、東低，南西高、北東低。區內最高為峨眉山萬佛頂，標高3 098.8 m，從峨眉山向南、東方向延伸，標高逐漸降低，在10～30 km距離內，標高降至1 200～2 000 m；再向北東、南方向延伸，標高更加降低，形成廣闊的低山區（標高800～1 000 m）、丘陵區（標高310～500 m）及河谷平原區（標高520～306 m）。

1.2地層巖性

研究區基底為元古界晉寧期峨眉山花崗巖，西側峨邊、金口河一帶為中元古界前震旦系峨邊群變質沉積碎屑巖及碳酸鹽巖，夾基-酸性變質火山巖，厚約4 000 m?；字系貙影l育較齊全，震旦系至第四系除缺失志留、泥盆、石炭系外，其他各系地層均有，沉積總厚度近10 000 m。晚震旦世至中三疊世為海相碳酸鹽、碎屑巖沉積，晚三疊世后為陸相碎屑巖沉積。

1.3地質構造

研究區位于峨邊穹斷束（Ⅳ1）、威遠-龍女寺臺穹（Ⅳ2）、自貢臺凹（Ⅳ3）的接合部位（圖1）。其中峨邊穹斷束（Ⅳ1）及威遠-龍女寺臺穹（Ⅳ2）以豐都廟斷層為界，西側為峨邊穹斷束（Ⅳ1），構造活動強烈，褶皺緊湊，斷層構造發育；威遠-龍女寺臺穹（Ⅳ2）位于樂山中部，呈向北傾斜的平緩單斜斜坡構造，出露侏羅系、白堊系紅層；自貢臺凹（Ⅳ3）位于樂山市南東部，北西與威遠-龍女寺臺穹相鄰，西與峨邊穹斷束為鄰?？傮w構造為一傾向東的寬緩斜坡構造，次級構造線西部為南北向，沐川以北，岷江以西為近東西向，岷江以東轉為北東向，沐川以南構造線由近東西向轉為北西。主要褶皺構造有馬邊向斜、大窩頂隆起、孝姑向斜、麻柳場背斜、五指山背斜和天宮堂背斜等，區內總的特點是背斜構造緊湊，向斜構造寬緩，斷裂構造不發育。

2水文地質條件

依據地下水的賦存條件、水動力特征，樂山市境內地下水主要可分為松散巖孔隙水、碳酸鹽巖溶水、碎屑巖及碳酸鹽裂隙巖溶水、基巖（火成巖、碎屑巖）裂隙水等4個類型。

松散巖類孔隙水：賦存于第四系更新統（Q1-3apl、Q1-3fgl）沖洪積層、冰水堆積層及全新統（Q4apl）沖洪積層的砂卵石層之中。出露分布于大渡河、青衣江及岷江兩岸，組成Ⅰ級階地及河漫灘區；峨眉山、眉山-峨眉槽谷區組成內疊及上疊型階地。

碳酸鹽巖溶水：賦存于三疊系中統雷口坡組（T2l），下統嘉陵江組上亞組（T1j2），二疊系下統矛口組（P1m）、棲霞組（P1q）及震旦系上統燈影組（Zbd）地層之中。巖性為石灰巖、白云巖、泥灰巖、膏鹽巖。出露主要分布于樂山地區西部、大渡河兩岸及峨眉山區。地表常見溶蝕形成的槽谷、陡崖、漏斗、落水洞、溶洞等巖溶地貌，并見暗河及巖溶大泉地下水露頭。該類型地下水，據其徑流特點，在研究區內可分為淺循環及深循環系統。

碎屑巖及碳酸鹽裂隙巖溶水：賦存于寒武系∈2-3地層之中。巖性以白云巖為主，其間有砂巖、粉砂巖及頁巖。出露分布于樂山市西部，大渡河兩岸及峨眉山區。白云巖層巖溶現象順層發育，并與裂隙走向有關。由于巖性差異，含水層與隔水層相間產出。該層地下水受降雨、溪溝水及河水補給，受構造控制，順層徑流，淺部在溝谷底部呈泉水排泄。

基巖（火成巖、碎屑巖）裂隙水：賦存于峨眉山花崗巖（rz）、震旦系喇嘛崗（Zbl）、奧陶系下統（O1）、二疊系上統峨眉山玄武巖組（P2β）、宣威組（P2x）、三疊系下統飛仙關組（T1f）、上統須家河組（T3xj）、侏羅系中下統自流井組（J1-2z）、中統沙溪廟組（J2s）、上統遂寧組（J3sn）、蓬萊鎮組（J3p）、白堊系上統夾關組（K2j）及灌口組（K2g）地層之中。巖性為砂巖、粉砂巖、砂質黏土巖、黏土巖、煤層及花崗巖、玄武巖。出露分布于樂山市中部、東部廣大地區，按裂隙成因又分為構造裂隙孔隙水及風化裂隙水。

3地下熱水特征及賦存規律

3.1分布特征

研究區位于四川盆地西南邊緣，峨邊穹斷束（Ⅳ1）、威遠-龍女寺臺穹（Ⅳ2）、自貢臺凹（Ⅳ3）的接合部位，以豐都廟斷層為界，西側多為盆緣斷塊型地熱，共發現11處，東側多為盆內自流斜坡型地熱，共發現8處；從地熱分布區域來看，樂山市各區縣均有地熱資源分布，但峨眉山市、馬邊縣、犍為縣明顯較多，開發利用率也相對較高［4-6］（表1、圖2）。

3.2控水構造特征

樂山市西部發育盆緣斷塊型溫泉，峨眉山附近地熱資源受峨眉山背斜和范店背斜主控。在其兩翼及兩翼附近，發育有多個復背向斜（牛背山背斜、掛花場向斜、四峨山背斜、平等背斜等）構造，是局部地段熱礦泉水形成的控水構造。該區內新構造運動表現為劇烈上升，導致地面隆升，標高大都在1 000 m以上，最高達3 000 m。在該區內熱水儲層裸露，主要接受補給。背斜軸走向，大多為南北向及北西向，傾沒端多數向北，少數向東，熱礦泉水也易順軸傾沒方向徑流。峨眉山背斜東翼較為完整，西翼破壞較大，從而控制了區內地下水徑流方向，主要向東及北東方向流動。次級的小背向斜，則控制局部地段熱礦泉水的形成及徑流方向；峨邊黑竹溝溫泉斷裂構造控制明顯，溫泉出露整體受老鷹咀向斜控制，地下水受金巖斷層壓扭性斷裂阻隔，無法徑流，在官料河附近出露地表［7］；馬邊附近雪口山溫泉、沙匡溫泉受苦竹壩-沙匡斷層壓扭性斷層控制，斷層切穿陳子巖背斜核部，斷裂為控礦及導礦構造。

樂山市東中部分布有泉水背斜、老龍壩背斜、鐵山背斜等次級褶皺構造，形成近東西向的隆起，其軸向大都為北東或近東西向，近東西向隆起控制著北部及南部沉降區熱礦泉水的徑流方向及熱礦泉水的儲存，隆起區內小背斜軸部地段一般無熱礦泉水分布。

樂山市北部及南部為沉降區，形成由南西向北東及東傾斜的斜坡構造，隨之主要含水地層則形成向北東及東傾斜的層間自流水斜地。該斜地局部地段尚受近東西向及北東東向的次級小背斜、向斜形態控制，從而使熱礦泉水儲存分布存在一定的差異性，如五指山背斜、馬邊向斜。

樂山市境內存在多個主要的控水構造，如樂山自流斜坡、犍為自流斜坡、高橋自流斜坡、牛背山背斜及桂花場向斜翼部自流斜坡、馬邊-沐川帚狀構造之五指山背斜自流斜坡等控水構造。

3.3熱源、水量、水溫特征

（1） 熱源。研究區內熱礦水主要為深部循環水地壓增溫型［1-2］。地下深處熱量以熱傳導為主，熱儲溫度直接受地溫梯度控制。不同年代地層地溫梯度差異明顯，這與不同時代地層巖性、區域地質構造等因素有關，整體趨勢以豐都廟斷層為界，盆內自流斜坡型地溫梯度較高，向西側逐漸降低，特別是犍為孝姑井附近存在熱異常，地溫梯度最大超過3℃/100 m［6］（表2）。

（2） 水量、水溫特征。由表1可知，盆緣斷塊型地熱資源水量高于盆內自流斜坡型，盆緣斷塊型中最高水量為馬邊沙匡溫泉、馬邊雪口山溫泉，均大于10 000 m3/d，盆內自流斜坡型中最高水量為犍為孝姑井，出水量為1 560 m3/d。盆緣斷塊型地熱水溫基本在22～57 ℃之間，盆內自流斜坡型地熱水溫基本在22～47 ℃之間。

3.4熱儲層特征

樂山地區分布有3個儲熱水層位，即上熱儲層包括三疊系中統雷口坡組及下統嘉陵江組上亞組；中熱儲層為二疊系下統（P1），包括茅口組（P1m）和棲霞組（P1q）；下熱儲層為震旦系上統燈影組（Zbd）及寒武系下統麥地坪組（∈1m）。之外尚有寒武系中上統（∈2-3）在局部地段也可以形成熱儲層［8-10］。

3.5熱儲層蓋層

研究區內熱儲層主要為白堊、侏羅系厚度大的紅色砂巖、泥巖互層；二疊系上統沙灣組泥巖、峨眉山玄武巖組和三疊系下統飛仙關組砂巖、泥巖、寒武系筇竹寺組巨厚層砂巖、泥巖互層。由于層間黏土物質和泥巖等相對隔水層的存在，其相互間沒有明顯的水力聯系，構成了樂山地區地熱水良好的保溫隔水蓋層，一般蓋層厚度大、完整性較好，隔熱保溫作用好。

3.6熱礦水補給、徑流、排泄條件

（1） 補給。3個熱儲層的露頭區為其補給區，均分布在研究區的南西部及西部，下、中、上 3個熱儲層，由西向東依次分布出露。主要接受大氣降水及地表水補給。在補給區內地勢較高，地形切割強烈，地表水體流經熱儲層補給區（包括大渡河），利于向下滲透補給。區內降水豐沛，年均降水量達1 300 mm以上，地表溝谷交叉分布，匯集了區內降水，對熱儲層地下水進行補給。而熱儲層位的巖溶裂隙特別發育，極易接受大氣降水及地表水補給，局部地段出現地表溝水向下滲流，導致地表水斷流。

（2） 徑流。熱礦泉水的徑流嚴格受深循環儲水構造控制。但局部受小背斜及斷裂影響，其徑流方向也不同，但徑流方向嚴格受熱儲層分部與區域構造展布特征控制。

（3） 排泄。地下水通過補給徑流經深循環形成熱礦泉水后，一般繼續向深部循環，當含熱礦泉水層位被斷層錯斷時，若斷層屬剛性的導水斷層帶，在一定的水動力條件下熱礦泉水會沿斷層帶上升，補給相鄰含水層，甚至上升到地表（一般在溝谷低勢點）形成溫泉排泄，例如峨眉山市的柿1井、荷3井、荷5井、峨眉山兩河口氡水溫泉、W16 號及梅子灣溫泉、峨邊黑竹溝溫泉及馬邊沙匡溫泉。其次為深循環形成的熱礦泉水則儲存在熱儲層之中，處于承壓停滯狀態。少量經鉆孔揭露，則沿鉆孔上升，流出地表，以熱礦泉水井形式排泄。例如沙灣區的老龍1井、樂山市中區的鐵10井及犍為縣的孝姑井、川14井等。

3.7水化學特征

研究區內3個熱儲層中水化學類型多為HCO3-Ca+Mg型，向深部循環漸變為SO4-Ca及Cl-Na型。Ca2+、Na2+及SO42-、Cl-離子含量與徑流距離及深度有關，隨流距增長及深度增加而含量增加，其中上熱儲層礦化度由最初的0.21 g/L，逐漸向上升至12.3 g/L；中熱儲層礦化度由最初的0.09 g/L，逐漸向上升至4.13 g/L；下熱儲層礦化度由最初的0.18 g/L，逐漸向上升至0.89 g/L。

4典型地區地熱形成條件及模式分析

4.1盆緣斷塊型（以峨邊黑竹溝溫泉為例）

峨邊黑竹溝溫泉大地構造位置位于峨邊穹斷束（Ⅳ1），形成于老鷹咀向斜東翼，溫泉熱儲層為震旦系燈影組白云巖，上部蓋層為巨厚層的寒武系和奧陶系砂泥巖建造。熱儲層向斜核部埋深約2 000 m以上，向斜西翼出露地表較高，大氣降水補給，熱儲層溶系、裂縫發育，降雨入滲后，受重力影響，往向斜核部運移，形成深循環巖溶地下水，當深循環的熱礦水運移至官料河附近時，受金巖斷層（壓扭性斷層，阻礦構造）影響，地下水沿上盤白云巖構造破碎帶及巖溶裂縫上升，以上升泉群形式出露地表（圖3），現場測試黑竹溝泉群最高水溫57℃，合計流量大于1 000 m3/d。

4.2盆內自流斜坡型（以馬邊縣民建1井為例）

馬邊縣民建1井大地構造位置位于自貢臺穹（Ⅳ3），區域上臨近馬邊向斜西翼，構造線走向為近南北走向，地層傾向北西，傾角12°～20°，呈平緩單斜構造，斷裂構造不發育。

含水層上、下均有良好的隔水頂、底板，從而形成了一個向北西傾斜的單斜承壓層間儲水構造，并利于地下水的徑流及匯集。蓋層為白堊系、侏羅系砂巖、泥巖、砂質泥巖、粉砂巖，層厚大于1 000 m，此內蓋層透水性弱，且巨厚，有良好的隔熱保溫作用。補給區位于民建1井西側為三疊系中統雷口坡組（T2l）及下統嘉陵江組二段（T1j2）地層，在水碾村、天花水村出露，受區域構造作用影響，呈近南北向分布，補給區地層發育落水洞、溶蝕溝壑、山前洼地及層間溶蝕裂隙，其下溶蝕溶洞通道發育及貫通度較好，有利于地下水滲透、徑流，形成深循環巖溶地下水（圖4）。區內熱儲構造簡單、完整，沒有大的斷層和起伏，地下水的縱橫向通道良好，有利于地熱水的形成、匯集、保存。民建1井在1 682 m鉆遇雷口坡組（T2l），在2 322 m鉆穿嘉陵江組二段（T1j2），熱儲層厚642 m，根據測井結果，其產水段厚15 m，底板深2 167.8 m，經抽水試驗測得其最大流量為3.767 m3/h，抽水穩定后測得井口水溫保持在 47 ℃。

5結 論

（1） 依據樂山市區域地質構造及地熱地質背景特征，可將樂山市的地熱資源劃分為盆緣斷塊型和盆內自流斜坡型兩種成因模式。

（2） 樂山市區域內地熱資源分布明顯受區域大型分區構造控制，以豐都廟斷層為界，西側多為盆緣斷塊型地熱，東側多為盆內自流斜坡型地熱

（3） 結合研究區區域地熱地質背景和區內典型地熱資源成因模式研究。區內蓋層為白堊、侏羅系、二疊系、寒武系巨厚層黏性物質及泥巖等相對隔水層；儲層有三疊系中統雷口坡組及下統嘉陵江組上亞組；中熱儲層為二疊系下統（P1），包括茅口組（P1m）和棲霞組（P1q）；下熱儲層為震旦系上統燈影組（Zbd）及寒武系

下統麥地坪組（∈1m）。之外尚有寒武系中上統（∈2-3）在局部地段也可以形成熱儲層；熱儲層中水化學類型多為HCO3～Ca·Mg型，向深部循環漸變為SO4-Ca及Cl-Na型。樂山市區域內熱地下水“補徑排”系統完善，其中補給主要為大氣降水及地表水補給，徑流嚴格受地下儲層分布以及深循環儲水構造控制。排泄主要受剛性斷層控制，熱地下水沿導礦斷裂上升至地面或相鄰含水層；其次為深循環形成的熱礦泉水儲存在熱儲層之中，處于承壓停滯狀態由鉆孔揭露。

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（編輯：劉 媛）