湖南省宜章县用口地区地热流体特征及成因浅析

刘声凯，景营利

(湖南省地勘局四一六队，湖南株洲412003)

湖南省宜章县用口在地热构造上位于茶陵～临武区域性深大控热断裂的南东影响带，处于湖南省低温地热资源区。区内出露天然温泉5处，夏季流量2.15～15.80 L/s，泉点总流量2572.13m3/d，夏季水温38～45℃;冬季流量1.42～11.80 L/s，冬季水温36～41℃，泉点总流量为1787.18m3/d。区内温泉具无色透明、轻微的硫化氢气味，温热水中偏硅酸含量为45.83～47.81 mg/L，远超矿水浓度，水温达到有医疗价值的温度，可以作为理疗洗浴、采暖等方面开发利用。

1 地热地质概况

研究区位于湖南省郴州市宜章县五岭乡用口村的用口、吊钟岭、蓝家一带，区域上位于南岭东西复杂构造带中段、坪石构造盆地北缘、骑田岭岩体和诸广山岩体的夹持地带(见图1)。在地热构造上位于湖南省茶陵～临武区域性深大控热断裂的南东影响带，处于湖南省低温地热资源(温水—温热水)区。

区域上出露地层有上古生界泥盆系、石炭系，中生界白垩系，其中泥盆系、石炭系以碳酸盐为主，局部为碎屑岩;白垩系以紫红色块状至厚层状砂砾岩，含砾砂岩为主。

区内主要发育北北东～北东向构造和近南北向构造。主要有良田折岭向斜、枫木井倒转背斜等褶皱。断裂以压扭性为主，主要有沙坪～瑶溪湾压扭性断裂(F1)小溪～祖栗冲压扭性断裂(F2)、用口张扭性断裂(F4)、观音岩～平和压扭性断裂(F4)，详见构造略图(图1)。

区域上岩浆活动具有多期多次特征，用口北西约6.5 km有印支期(γ5

1)骑田岭岩体出露，出露面积约530 km2。用口南东约18.0 km有燕山期()诸广山岩体出露，出露面积近2000 km2。研究区内虽无岩浆岩出露，但位于诸广山岩体和骑田岭岩体的夹持地带，深部可能有隐伏岩体存在。

图1 宜章县用口地区构造略图

2 地热流体特征

2.1 地下热水空间分布特征

2.1.1 地下热水在平面上的特征

区内5处温泉出露均于章水河河谷附近。区内温泉具有南西侧温泉水温较高、北东侧温泉水温较低的特点(见图2)。用口一带的温泉水温为41～45℃，北东侧上篮家温泉水温为36～38℃，分析认为上篮家靠近地下水的补给源，离热源相对较远，而用口靠近热源，距离热源相对近些。地下水总体流向是由北东至南西，热能方向是由南向北～北西扩散，使得处于地下水上游、热能下游的上篮家一带的温泉水温较低，处于地下水下游、热能上游的用口一带的温泉水温较高。

2.1.2 地下热水在垂直方向的特征

据2012年12月26日对布置于吊钟岭的ZK2钻孔测温资料:ZK2最高温度位于孔深170m(+28.62m)处，水温为40.1℃，孔深170m处为地下热水的含水底板。ZK2在孔深170m以内水温随孔深而升高(见图3)，孔深170～275m段水温缓慢降低，孔深275～320段水温又逐渐升高。该钻孔在80m内的地温梯度为20.93℃/100m;热储段孔深80～170m段地温梯度为5.78℃/100m;孔深170～275m段的地温梯为负数;孔深275～320m段地温梯度趋于正常值，为1.78℃/100m。

图3 ZK2钻孔测温曲线图

2.2 地热流体水化学特征

2.2.1 地热流体水化学组分特征分析

用口地区地下热水为温热水，具无色透明、轻微的硫化氢气味。据用口村的L035号温泉及吊钟岭的ZK2号钻孔样品分析:PH值6.62～6.66，呈中性;矿化度492.23～516.27 mg/L，总硬度407.82～437.49 mg/L，属低矿化硬水;水化学类型为HCO3·SO4－Ca。F－含量为 0.04 mg/L，锂含量 0.00144～0.00147 mg/L，锶含量为0.743～0.7791 mg/L，偏硅酸含量45.83～47.81 mg/L，还含有其它微量元素及放射性元素(表1)。阳离子中以Ca2+为主，占摩尔总数的81.87%～85.59%;其次为Mg2+，占摩尔总数的12.09%～15.94%;Na+占总摩尔数的1.16～1.25%;K+占总摩尔数的1.02～1.06%。阴离子以HCO3－和为主占摩尔总数的50.36%～51.79%;占摩尔总数的46.30%～46.92%;Cl－占总摩尔数的1.79～2.15%总摩尔数的0.09～0.55%;F－总摩尔数的0.02～0.14%。

总体而言，区内地下热水中 K+、Na+、Ca2+、离子较普通地下水的含量要高;地下热水较普通地下水及地表水的PH值相对偏低;地下热水的矿化度及总硬度大幅高于普通地下水及地表水。

根据GB11615－2010附录E《理疗热矿水水质标准》进行理疗热矿水评价，区内地下热水偏硅酸含量高达45.83～47.81 mg/L，远超矿水浓度，水温达到有医疗价值的浓度，可以作为理疗洗浴、采暖等方面开发利用。

表1 地下热水水化学特征统计表

2.2.2 氢氧同位素特征及分析

一般情况下，地下热水与围岩接触发生氧同位素交换而使水的δ18O值增高，δ18O值的增高主要取决于围岩中碳酸盐矿物的含量，碳酸盐矿物的含量高，地下水中的δ18O值就高。

稳定同位素氘(D)与氧(18O)在地下水的循环历程中，由于同位素的分馏作用，使轻重同位素发生分异，利用地下水重同位素与轻同位素含量的比值与标准平均海水(SMOW)的比值相比较，分别求出δD与δ18O的千分偏差值，根据δD和δ18O值，了解地下水的起源。

对ZK2、L035(长城温泉)地下热水进行了取样分析，δD含量为－34.7～ －36.9‰，δ18O含量为－5.64～ －5.67‰(见表2)。

我国南方季风影响区域的降水线方程为:δD=7.83δ18O+8.16，本次勘查所取水样分析结果接近该方程的线性关系(见表2)，故其主要补给来源为大气降水。

表2 δD、δ18O含量统计表

2.2.2 热储温度及地下热水循环深度分析

(1)热储温度估算

图2 用口温泉分布图

经过计算分析区内地下热水中相对K+、Na+而言Mg2+较高，反映了水—岩反应的平衡温度不高，地下热水有发生混合作用的可能，原则上用阳离子地热温标估算的这些未成熟水样点平衡温度不合理，适合用二氧化硅地热温标来估算热储温度，其计算公式:

式中，t为热储温度，单位为摄氏度(℃);C为热水中溶解的H4SiO4形式的SiO2(35.25－36.78 mg/L)含量;根据本次所采的ZK2、L035(长城温泉)水样分析结果，代入上式计算的热储温度为86.18～88.01℃，平均为87.10℃，属热水。

(2)地下水循环深度估算

地表以下随着深度的专家，地温将逐渐增加，如果一个地区的地温梯度已知，即可算出地下水的循环深度。热水循环深度按基础热储温度及地温梯度公式估算，其计算公式:

式中，T为基础热储温度(87.10℃)，t为恒温层温度(取区内平均气温18.3℃)，H为热水循环深度(m)，h为恒温层距地面厚度，本区约50m，gγ为热储地温梯度5.78℃/100m。经计算，用口地区热水循环深度约为1 240m。

3 地热流体成因浅析

地下热水的形成须具备热源、水源、导热导水通道、储热储水空间及对热的保护(盖层)等条件。

3.1 热能的来源分析

研究区内虽无岩浆岩出露，但位于诸广山岩体和骑田岭岩体的夹持地带，深部可能有隐伏岩体存在。

据1:20万桂阳幅《区域水文地质普查报告》资料，用口温泉北西约6.5 km有骑田岭岩体出露，该岩体呈岩基产出，为印支期(γ5

1)侵入岩，出露面积约530 km2，岩性主要为细粒至粗粒黑云母花岗岩、黑云母二长花岗岩。用口温泉至骑田岭岩体之间有沙坪～瑶溪湾压扭性断裂(F1)、小溪～祖栗冲压扭性断裂(F2)等区域压扭性断裂发育，据区域资料上述断层在用口西部一带不富水、具有一定的隔水作用;呈条带状的石炭系下统岩关组上段(C1y2)及石炭系下统大塘组统测水段(C1d2)的砂页岩等隔水层出露于该带之间，加之该岩体形成时代较老，据此分析认为本区地热田热源是骑田岭岩体岩浆余热的可能性较小。

据1:20万郴县幅《区域水文地质普查报告》资料，诸广山岩体在用口温泉南东约18 km处呈楔状出露，该岩体呈岩基产出，为燕山期(γ5

2)侵入岩，区域出露面积近2000 km2，岩性主要为细粒至粗粒黑云母花岗岩。该岩体形成后，构造运动依然很活跃，在岩体内和接触带附近有细粒花岗岩岩脉、正长岩岩脉、二长岩岩脉和伟晶岩岩脉沿断裂侵入。岩浆岩脉在侵入过程中对周围岩石产生巨大的热能并长期储存起来，诸广山岩体附近温泉出露较多，其中尤以湖南省汝城县热水圩为著，水温高达88～98℃，水量达36.6 L/s(3 136m3/d)。用口地区地下热水中锂含量0.体形成，构～0.00147 mg/L，偏硅酸含量45.83～47.81 mg/L，表明其成因与花岗岩有密切关系。用口张扭性断裂(F3)可能在深部沟通了诸广山岩体或其岩脉的余热，分析认为本区热能来源主要是诸广山岩体岩浆余热。

3.2 导热条件分析

地下热水区地质构造发育，用口断裂(F3)是地热田的导热、控热、导水构造，其产状为160°∠37°～63°，深部倾角可能较小，使得其在延伸方向上更加接近诸广山岩体，为热能传递提供了良好的通道。用口断裂及其次级断层破坏了岩石的完整性，在断层带及附近产生大量的裂隙，利于地下水的侵蚀和溶蚀，使其空间逐步扩大。因此，用口断裂(F3)及其上盘的次一级断裂、张性、张扭性裂隙系统，在深部起着导热作用，在浅部起导热、导水和储存热能及热水资源的作用。

3.3 储热储水条件分析

测区地处枫木井倒转背斜南西近倾伏端。枫木井倒转背斜轴向北东，核部地层以泥盆系棋子桥组、佘田桥组白云岩、灰岩为主，两翼为锡矿山组的灰岩、砂页岩及岩关组灰岩、砂页岩组成。区内碳酸盐岩分布区岩溶极为发育，洼地、溶洞、漏斗多见，用口至平和一带碳酸盐岩分布面积约60.0 km2，发育地下河11条，发育345个岩溶洼地，岩溶洼地总面积约4.488 km2，面岩溶率约为7.5%。溶洞、岩溶管道及裂隙系统为地下水和热能的储存提供了有利的空间。

3.4 隔热条件分析

泥盆系上统锡矿山组上段(D3x2)由黄灰色薄层粉砂质页岩、钙质页岩、粉砂岩、钙质砂岩含铁石英砂岩及粉砂质白云岩、灰岩、泥质灰岩、泥灰岩、碳质灰岩组成。其透水性与含水性较差、完整性较好，构成有利的相对保温层。

综合上述，用口断裂(F3)沟通了深部岩浆余热，深部热能沿F3断层带上升到一定部位后，又沿其它裂隙或次级断层上升，在上升过程中遇到富含岩溶水的富水段后，岩溶水吸收热能使地下水水温增高，锡矿山组上段砂页岩起到相对保温作用，不使热能及时散发而形成温热水。

4 结语

(1)用口地热田为一受断裂控制的带状热储，用口断裂(F3)是地热田热源及地下热水的主要控制构造，其次一级断裂和张性、张扭性裂隙系统，起着导热、导水和储热、储水的作用;泥盆系锡矿山组上段(D3x2)砂页岩具有相对的阻水和隔热保温作用是区内的热储盖层;初步分析认为热能来源主要是诸广山岩体的岩浆余热。

(2)用口地热田共有天然温泉5处出露，夏季流量2.15～15.80 L/s，泉点总流量2572.13m3/d，夏季水温38～45℃;冬季流量1.42～11.80 L/s，冬季水温36～41℃，泉点总流量为1787.18m3/d。用口地热田温泉具无色透明、轻微的硫化氢气味。温泉中阳离子以Ca2+为主、阴离子以和为主;PH值6.62～6.66，呈中性;矿化度492.23～516.27 mg/L，总硬度407.82～437.49 mg/L，属低矿化硬水，水化学类型为HCO3·SO4－Ca。温泉含 Li、Sr、Zn、Cu、As、F 等微量元素，温热水中偏硅酸含量为45.83～47.81 mg/L，远超矿水浓度，水温达到有医疗价值的温度，可以作为理疗洗浴、采暖等方面开发利用。

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