贵州东部变质岩区地热水赋存规律研究

2015-12-15段启杉宋小庆孟凡涛曹振东

地下水 2015年4期

段启杉，宋小庆，孟凡涛，曹振东

(1.贵州省地质矿产勘查开发局111地质大队，贵州贵阳550008;2.贵州地质工程勘察设计研究院，贵州贵阳550008)

贵州省地热水勘探开发主要集中在中西部沉积岩分布区域，由于变质岩地区地热水勘探开发技术难度较大，因而极少有勘探工程活动。贵州东部变质岩分布面积大(约7 800 km2)，天然温泉出露少、地热勘查开发力度小，与社会经济发展需要相比，地热水资源供需矛盾突出。

我国变质岩系分布广泛，近年来变质岩方面的地质研究较多，但大多局限于固体矿产领域[1-12]，地热水的相关研究极少。变质岩区地热水勘探是地热开发利用的薄弱环节，研究变质岩区地热水形成条件和赋存规律，对丰富地热水成矿理论、提高勘探技术水平、降低勘探风险、提高勘探与开发利用效率有十分重要的意义，同时为促进贵州省东部旅游和相关产业发展具有显著的经济效益和社会效益。

1 区域地质

1.1 地层

贵州元古宇变质岩主要分布在黔东和黔中，尤其黔东南地区(见图1)。层状浅变质岩系是构成贵州省元古宇地层的主体，伏于寒武系梅树村阶之下，属区域动力变质作用产物。贵州东部变质岩以浅变质硅质陆源碎屑岩为主，岩性主要为变余砂岩、变余凝灰岩、粉砂质板岩及砂质板岩。

1.2 构造

贵州变质岩主要分布在扬子板块与江南造山带过渡区，随着扬子古陆、华夏古陆的汇聚碰撞形成华南板块。贵州东部地区经历了多期强烈的构造运动[13]，形成了以北东、北北东向断裂和褶皱为主的新华夏系构造体系。

2 地热异常特征

贵州东部变质岩区出露温泉3处，分别为开阳下翁丑温泉(S1)、浪洞温泉(S2)、剑河温泉(S3)，水温 27.5℃ ～50℃，流量2.5～10.0 L/s。地热成井7口，其中3口位于变质岩裸露区，井口水温43℃ ～62℃，单井涌水量3.5～17.4 L/s;4口为隐伏变质岩区，井口水温42℃ ～71℃，单井涌水量 6.3～17.5 L/s(图1)。

图1 贵州变质岩区地质构造略图

变质岩区的地热水形成与分布与地壳浅层构造相关，并受区域性深层大断裂控制，属中低温断裂对流型地热系统。贵州变质岩区温泉均出露于深大断裂附近，成功实施的地热井也多以断裂带为勘探目的层。

3 典型地热异常区成因分析

3.1 剑河温泉

剑河温泉出露于前震旦系上板溪群变质岩分布区，由6个泉点构成温泉群，水温36℃ ～50℃，涌水量总计6.0 L/s。水化学类型为HCO3-Na型，pH值8.50，呈弱碱性，水中偏硅酸含量60.63 mg/L，为硅水[14]。区域上，剑河温泉处于华南褶皱带西南缘，北西与扬子地台接壤。温泉出露于北东向崇梭溪背斜近核部区域，南东侧为北东向革东挽近期活动断裂(见图2)。

剑河温泉所处区域远离板块边缘，属板内地热区，区内地热不具岩浆热源和放射性热源条件，主要以区域大地热流量提供热能。根据贵州省地矿局111地质大队地质调查和CSAMT地球物理勘探结果，崇梭溪背斜轴部节理裂隙发育，热储含水层沿背斜轴延伸，具有带状发育特征。多期活动的革东断层构造裂隙十分发育，具有较好的含水性和透水性，革东断层不仅是导热通道，也是区域地下水深循环的主要途径。作为热能载体的深循环地下水沿革东断层向上运移并向崇梭溪背斜构造区汇集，于背斜轴部裂隙带溢出地表形成剑河温泉。

图2 剑河温泉地质构造略图

3.2 瓮安老坟嘴地热钻井

瓮安老坟嘴地热井勘探深度1 354.22 m，以红石断层为目的构造，成井地层为前震旦系上板溪群清水江组凝灰岩、板岩等浅变质岩。井温57℃，井口水温42℃，允许开采量845 m3/d，水化学类型为HCO3-Na型，水中锶和锂达到矿泉水标准，偏硅酸达到医疗价值浓度(见图3)。

构造上，老坟嘴地热井处于扬子地台黔北台隆和黔南台陷结合部。根据区域地质分析和地热地质调查结果，红岩断层发育深大，具多期活动迹象，是区内主要的控热构造。受多期构造运动影响，红石断裂带岩性脆硬的板岩、凝灰岩岩体十分破碎，具有很好的含水性、透水性，为地热流体的运移、富集提供了条件。红石断层在老坟嘴区域发育深度和宽度较大，形成以断裂带为构造背景的带状热储，根据成井效果分析，该带状热储地热资源丰富、有较大的开发利用潜力。

4 地热水成矿作用与赋存规律

4.1 变质岩的含水性、透水性

贵州变质岩岩性以变余砂岩、变余凝灰岩、粉砂质板岩及砂质板岩为主，富水性差，不仅地热水，浅层地下水的成井率也很低。根据区域水文地质资料统计，在构造条件简单的区域变质岩的渗透系数在0.02 m/d左右。因此，变质岩的含水性、透水性是非常差，在地质构造不发育的区域难以形成热矿水资源。

4.2 断裂的成矿作用

变质岩区断层两盘完整性较好的岩层具隔水性，但断层破碎带一般节理、裂隙发育，为地下水的富集和运移提供了条件。区域性断裂构造具有发育深度大、破碎带宽、节理裂隙发育的特点，在变质岩区地热资源形成中起到了至关重要的作用:(1)深大断裂深切地壳，形成地热流体向地表运移的主要通道;(2)区域性断裂往往是变质岩区主要含水构造，具有相对较好的含水性和透水性，为地下水深循环提供了条件;(3)补给区降雨和地表水入渗后，在静水压力作用下地下水沿断裂带向深部渗流，汲取热能的高位能、低密度热矿水向浅部运移，从而形成热矿水资源(图4)。