四川屏山灯盏窝温泉地球化学特征及成因

李晓,舒勤峰

(1.成都理工大学环境与土木工程学院，成都 610059；2.中国地质科学院探矿工艺研究所，成都 611734)

四川省屏山县位于四川南部，区域内地表主要分布中-新生带地层，以侏罗系地层为主，县域范围内没有天然温泉出露。1978年滇黔桂石油勘探局在云南水富县境内进行天然气勘探，在新滩坝打出了高温热水，揭示四川南部蕴藏着丰富的地热资源。关于四川南部盆地边缘地热的形成条件、水化学特征进行了较多的研究[1-5]。但对盆地边缘新生代覆盖区地热发育的规律研究尚比较少。屏山县与水富县一江之隔，2010年在屏山县灯盏窝钻探出高温热水，笔者参加了灯盏窝地热井井位确定的地质调查和论证。本文结合灯盏窝地热井及周边地区地热资源勘查，根据地热水分析成果,探讨了地热水地球化学特征和形成条件，对该区的地热进一步勘查其有一定的指导意义。

1 四川屏山灯盏窝地热地质概况

灯盏窝地热井地处屏山县书楼镇芭蕉村，为人工揭露的地热井。在大地构造上,灯盏窝地热井位于扬子准地台的上扬子台坳北段，Ⅲ级大地构造单元为川东南-滇东北坳褶带。地处华蓥山、峨眉-宜宾基底断裂带与东西向宜宾-合江构造带及南北向构造带多方向构造的交接复合部位。地热井井位在楼东背斜南东翼，糖房湾穹窿的顶部，构造控制温泉的构造为五指山-龙桥背斜与五角堡-楼东背斜(图1)。区内地层从二叠系到白垩系均有出露，二叠系-三叠系以海相为主，侏罗系-白垩系为红色陆相沉积。钻井揭露两个热水储层，一是二叠系下统栖霞茅口组(P1q+m)为灰岩，二是三叠系下统嘉陵江组( T1j)和中统雷口坡组( T2l)(地层)；热水含水层为二叠系阳新灰岩，上部二叠系上统龙潭煤系地层和三叠系下统飞仙关砂、泥岩地层是地热含水层良好的隔水顶板盖层；底板为二叠系梁山组泥页岩和志留系泥质岩层。

屏山灯盏窝地热井口高程642 m，开孔地层为须家河组上部。钻井揭露两个热水储层。623 m钻遇第一个热储雷口坡组、嘉陵江组岩性，为灰岩、白云质灰岩。在2 040 m揭露第二个热储。雷口坡热水储层主要出水段为埋深在623～1 111 m段，热水具有承压特征，静止水位246 m，抽水试验，水量为2 160 m3/d，水温为39℃。二叠系下统阳新灰岩热水储层，是灯盏窝地热井的主要出水层，岩性主要为灰白色、深灰色灰岩，其顶板埋深2 040m，钻探揭露底板位置2 612 m，钻厚达580 m，热水为承压水，静止水位218 m，抽水试验自流量为3 304 m3/d，水温为85℃。

2 温泉水文地球化学特征

2014年10月采集灯盏窝地区的水样(包括周边一些泉水、河水、地表泉点)13件样品，其分析结果见表 1, 样品分布位置见图1。

2.1 水化学组成特征

根据表1，结合地质-水文地质调查，对热水的水化学特征进行分析。

表1 研究区各水体水化学及同位素含量表(单位：mg/l)

1.屏山县师家埂清水溪幸福泉1；2.屏山县师家埂清水溪幸福泉2；3.屏山县师家埂芭蕉湾；4.屏山县石溪沟龙桥下；5.楼东一井；6.宜宾县高场；7.宜宾县高场镇蒋坝村；8.宜宾县解放村公路边；9.屏山县干沟；10.屏山县境内金沙江新滩码头；11.屏山县响水沱石子坝；12.灯盏窝地热井雷口坡-嘉陵江热水；13.灯盏窝地热井栖霞茅口组热水

(1) 灯盏窝地热井雷口坡组热水的水化学特征

(2) 灯盏窝地热井栖霞茅口组热水的水化学特征

(3) 灯盏窝地热井栖霞茅口组热水与楼东一井(西部大峡谷温泉)同在糖房湾穹窿，楼东一井在顶部，灯盏窝地热井糖房湾穹窿北东，相距1.6 km，水化学组成总体相似，属于同一热水系统，但灯盏窝地热井热水的Cl-(404.2 mg/l)和Na+(300 mg/l)含量高于楼栋一井Cl-(70 mg/l)和Na+(70.2 mg/l)，揭示热水系统向穹窿北东向交替循环条件减弱。

(4) 地热水与其冷泉水化学有明显差异，说明热水不是附近冷泉和金沙江水补给。

2.2 温泉水同位素特征

为研究地热地下水补、径、排条件，对金沙江、冷泉水和不同层位的热水采集了H、O同位素样品，均由中国地质科学院岩溶地质研究所同位素实验室测定，仪器为MAT253质谱仪和Quntulus1220 液闪仪，测定结果见表1。分析结果表明：

图2 地下热水δD(‰)与δ18O(‰)关系图

(1) 灯盏窝地热井栖霞茅口组热水和地表水、泉水、金沙江水的同位素落在降水线附近，揭示栖霞茅口组热水温泉来源于大气降水，属渗滤成因的深循环地下热水。灯盏窝地热井雷口坡组热水同位素组成与其他有显著区别，显示溶滤水与沉积水的混合特征。

(2) 栖霞茅口组地热水的δD为-64.8‰,δ18O为-10.9‰，雷口坡-嘉陵江组地热水δD为-47.50‰,δ18O为-7.7‰，两种热水的氢氧同位素组成有明显差异，说明其成因有明显差异(图2)。

(3) 栖霞茅口组热水矿化度δD、δ18O值明显低于区内地表水，金沙江水δD为-98.5.0‰, δ18O为-14.8.2‰，附近冷泉的同位素组成说明热水与泉水、地表水和金沙江水有明显区别，附近冷泉不是灯盏窝地热水的补给来源。

(4) 以δ18O的梯度值计算，灯盏窝地热井栖霞茅口组热水的补给高程为1 774.8 m，这一高程接近五角堡的高点(1 780 m)，说明地热水的补给区主要为五角堡地区，可能还有高程更高的区域的岩溶水的补给。

3 灯盏窝热水温泉成因

灯盏窝地热形成受岩性、构造控制，有利的地层组合及五角堡-楼东背斜对地下水运动的控制是灯盏窝地热形成的关键，灯盏窝地热形成模式如图3所示。

图3 四川屏山县灯盏窝地热井形成条件示意图

(1) 灯盏窝地热发育的岩性条件

灯盏窝地热井地表出露地层为三叠系须家河组地层，为一套相对隔水的地层。三叠系雷口坡-嘉陵江组为一套厚达776 m的碳酸盐岩地层，是区域上重要的含水地层。三叠系下统飞仙关组为一套碎屑岩沉积，厚度474 m，是一层较好的隔水层。二叠系上统龙潭组，为一套陆相河湖相沉积，厚度174 m；二叠系上统峨眉山玄武岩组，厚117 m，是一套结构致密的弱透水地层，为良好的保温盖层；二叠系中下统在两个水层之间有三叠系飞仙关组粉砂岩、泥岩、二叠系峨眉山玄武岩相对隔水地层。地层组合的有利、层上层下良好的隔水层及巨厚的保温盖层是灯盏窝地热井热水发育的条件。另外栖霞茅口组热水的发育还与顶部的古岩溶发育密切相关，根据钻探揭露情况分析，在揭穿峨眉山玄武岩底板时遇到大流量高温热水，再继续钻探，水量增加不大，由此分析，栖霞茅口组热水主要富集在古岩溶发育带。

(2) 五角堡-楼东背斜的控制作用

五角堡-楼东背斜位于屏山县新滩溪南约5 km处，主体呈NE向展布，与金沙江呈25°左右相交于楼东一带。平面形态为不规则椭圆状，地表延伸近30 km，其南西端以15°～20°倾没于绥江县庙子乡一带，北东段以10°～15°的倾角逐渐倾没于楼东与新滩坝之间，在楼东一带遭受北西西向的逆冲断层的破坏，造成轴迹的错开。背斜两翼不对称，北东翼岩层倾角41°～73°，北西翼岩层倾角34°～63°，轴面总体倾向北西。核部出露二叠系中下统栖霞茅口组灰岩约11.4 km2，并由二叠系上统乐平组和峨眉山组构成圈闭。背斜两翼主要为三叠系雷口坡、嘉陵江及飞仙关。五角堡-楼东背斜为地下水深循环提供了重要条件，是灯盏窝地热井热水发育的关键。

(3) 灯盏窝热水的补给区

通过调查，认为云南绥江县五角堡是灯盏窝栖霞茅口组热水的主要补给区，主要依据：①地质上分析，热水含水层阳新灰岩在绥江县五角堡有较大面积出露，分布高程800～1 780 m，构造上五角堡-楼东背斜轴部沿北东方向展布，五角堡背斜轴部构造裂隙发育，大峡谷温泉正好位于该背斜的南东翼。五角堡与灯盏窝栖霞茅口组灰岩地层高差3 000余m，具有地下水深循环的动力条件。②水化学组成分析，大峡谷温泉在化学组成上与产出于五角堡阳新灰岩地层的幸福泉成因上有联系。③同位素计算大峡谷温泉水的补给高程为1 774 m，与五角堡阳新灰岩出露分布的高程相吻合。

五角堡及盆地西侧的二叠系栖霞茅口组、三叠系雷口坡-嘉陵江组地层出露区是灯盏窝地热的补给区。五角堡-楼东背斜控制地下水运动方向，背斜轴部裂隙带为地下水的储存和运移提供了空间和通道，深部地下水总体从南西向北东方向运移，在深循环的过程中受地热增温形成地热流态。发育于该区的热水具有承压性，不是以天然泉或泉群的方式向地表排泄，必须以人工钻凿井(孔)方式揭露。

4 结论

(1) 灯盏窝地热井揭露两层热水，两层热水具有明显不同的化学组成特征，栖霞茅口组热水表现为低矿化度，水化学类型HCO3·Cl- Ca·Na，雷口坡组热水为高矿化度，水化学类型Cl·SO4- Na，揭示两组热水形成条件的差异。

(2) 灯盏窝热水发育受五角堡-楼东背斜核、糖房湾穹隆构造控制，五角堡-楼东背斜核的影响，使盆地边缘的地下水能形成深循环和长距离迁移，在屏山形成低矿化度热水。五角堡-楼东背斜在很大程度了上控制绥江-屏山地区二叠系、三叠系深部地下水的空间活动规律和运移，因此，在该构造影响范围内热水资源存在着较大的开发潜力。

[1] 肖汉全.川南地下热水资源研究及其开发利用[J].地质学报,2009,29(2)：180-183.

[2] 贾疏源.竹海温泉浅部热储的水文地球化学问题[J].成都理工学院学报，1997,24(S1):78-84.

[3] 陈菁，尹观.云南水富地热钻孔水的地质地球化学特征[J].矿物岩石地球化学通报, 2005，24(4):337-340.

[4] 闫秋实，高志友,等.四川宜宾金沙江河谷区地热资源成藏条件分析[J].地质与勘探，2012,48(4):847-851.

[5] 陈晶，郭旺.宜宾地区地热资源产出特征分析[J].科技创新导报，2015,(4):27-28