云南省元江县某热泉群成因及地热水特征研究

2018-09-21，，，，

地下水 2018年5期

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(中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南昆明 650051)

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源，但寻找地热的高风险在一定程度上阻碍了地热的发展[1]。因此研究某个地区热泉成因、热储温度、热水循环深度、地热水年龄等可为该地区地热资源研究、开发利用提供基础资料，降低该地区寻找地热的风险，提高地热开采的成功率。云南省元江县某热水塘有热泉群一处，泉水自冒、水温高、水量大，该热泉群位于清水河西岸山麓地带，泉群沿河谷与斜坡交界处自冒，地貌分区属于中等切割中山地形，由于受到河流的切割和侵蚀作用，两岸的斜坡较陡，河谷为“V”字型。

1 地层岩性及富水性

热泉群出露地层为元古界哀牢山群小羊街组的下亚组(Ptxa)，该套地层呈北西～南东条带状展布；该套地层南部分布有中生界三迭系中统(T2)、中生界三迭系上统(T3)、古界志留系下中统？(S1-2)及零星的燕山期(∑52(1))超基性岩，也呈北西～南东条带状展布；该套地层北部为元古界哀牢山群小羊街组的上亚组(Ptxb)、元古界阿龙组上、下亚组(Ptab、Ptaa)，也呈北西～南东条带状展布；热泉群所在清水河内分布有新生界第四系全新统冲洪积层(Q4)卵砾石层及粘性土，各地层岩性及富水性简述如下：

(1)元古界小羊街组(Ptxb、Ptxa)：呈北西～南东条带状展布。岩性为各种片岩、片麻岩、变粒岩、糜棱岩等，层段厚337～1 139 m以上，裂隙率2%～15%。地下径流模数1～8 L/s·km2，常见泉水流量0.2～0.5 L/s，地下水化学类型为HCO3-Na·Ca型、HCO3-Ca型、HCO3·SO4-Na型，矿化度0.05～0.2 g/L。

(2)元古界阿龙组上亚组(Ptab)：岩性为石榴黑云斜长片麻岩、大理岩夹斜长角闪岩、混合岩等，厚1 429 m，裂隙率15%以上，地下径流模数大于5 L/s·km2，泉水流量1～3 L/s，断裂带附近达16.92 L/s，地下水化学类型为HCO3-Ca型，矿化度0.2～0.3 g/L。

(3)元古界阿龙组下亚组(Ptaa)：呈北西～南东条带状展布。岩性为混合岩、片麻岩、变粒岩夹角闪岩、大理岩透镜体，厚2 390 m。裂隙率10%～15%。地下径流模数2～4 L/s·km2，常见泉水流量0.2～0.5 L/s，地下水化学类型为HCO3-Ca·Na型，矿化度0.05～0.22 g/L。

(4)中生界三迭系中统(T2)：岩性为灰黑色钙质板岩夹泥岩、变质砂岩和千枚岩等，厚度大于2 000 m。面裂隙率2%～3%，富水性中等。地下径流模数1 L/s·km2，常见泉水流量1～3 L/s，地下水化学类型HCO3·SO4-Na、HCO3-(K+Na)·Ca型，矿化度0.04～0.11 g/L。

(5)中生界三迭系上统(T3)：岩性为灰黑色板岩、片岩、千枚岩、扭碎砂岩等，厚度大于997 m。裂隙发育，富水性强。枯季沟水和泉水地下径流模数8～11 L/s·km2，枯季泉点流量大于0.5 L/s者居多，地下水化学类型HCO3-Na型，矿化度小于0.3 g/L。

(6)古生界志留系下中统(S1-2)：呈北西-南东向展布，岩性灰白、黑灰色石英砂岩、绢云板岩、半片岩、千枚岩等。厚度大于1 486.3 m，面裂隙率2%～13%，富含裂隙水，富水性中等。枯季沟水和泉水地下径流模数1～5 L/s·km2，枯季泉点流量0.45～0.8 L/s，地下水化学类型HCO3-Ca、HCO3·SO4-(K+Na)·Ca型，矿化度0.04～0.16 g/L。

(7)燕山期燕山期(∑52(1))：风化裂隙发育，含风化裂隙水，风化带厚度10～56 m，富水性较好，尤以火成岩与围岩接触带富水性更佳，泉水流量0.5～2.0 L/s，最大达5～8 L/s，钻孔简易抽水单位涌水量0.004～0.966 L/s·m。地下水化学类型HCO3-Mg、HCO3-Mg·Na型，矿化度小于0.2 g/L。

(8)新生界第四系全新统冲洪积层(Q4)：分布于清水河河谷及两岸，一般厚度15.66～98.20 m，上部为厚4.32～5.2 m的含砾粘质砂土；下部为砂砾石层，厚11.34～94.75 m，砾石成分复杂，以片麻岩及紫红色砂岩为主，磨圆度较好粒径一般1～8 cm，其间一般被砂充填。地下水位，埋深0.21～2.13 m，变幅小于1 m，富水性中等-丰富，砂砾石层的涌水量432 m3/d，水量中等。

2 地质构造

热泉群位于“歹”字型构造体系中段，经历了多次构造变动，构造行迹比较复杂，与热泉群有关的构造分述如下：

2.1 红河断裂

为“歹”字型构造东侧边缘构造，大致沿红河西岸发育，作北西-南东向延伸，主要倾向北东，倾角60°～70°，沿断裂带有数百米至千余米的糜棱岩带，红河西岸山坡多见断裂三角面，为一压扭性的断裂，据物探航测及地层接触关系分析，该断裂后期存在以张性或张扭性复活的迹象。

2.2 哀牢山断裂带

位于哀牢山脉分水岭沿线，与红河深大断裂大致平行，断裂线波状弯曲，断面主要倾向北东，倾角60°～70°，有由碎棱岩、糜棱岩组成的挤压破碎带，宽1～3 km不等，为一经受了强烈挤压的深大断裂，据有关资料论述，该断裂仍有后期以张性或张扭性复活的迹象。

2.3 哀牢山褶皱

介于红河断裂和哀牢山断裂之间，呈北西南东向延展，宽5～10 km不等，为片麻岩、变粒岩等组成的新变质带，岩层大部倾向东，倾角50°～70°，局部达80°，其中多见次级背、向斜及断裂发育。

3 热泉群成因分析

3.1 边界条件

该热水塘地热田，热储呈带状，受哀牢山断裂构造控制，哀牢山断裂是形成时代最早、继承性活动强烈的一条断裂，结构面性质为早期压性、后期张性、深度大、沟通深部热源的断裂，断裂型的地热田规模小，地面多温热泉出露。

按white等(1975)的计算方法，在一个地热区仅出露一个孤泉或地热显示面积很小且缺乏其他证据的情况下，估算热储面积的方法是沿构造线方向由泉眼向两边各延伸0.75 km，在垂直构造线的方向由泉眼两侧各延展0.5 km，为热储面积。故该热水塘以泉群为中心南北各延伸0.75 km，东西宽各0.5 km，热储面积为1.5 km2。

3.2 热储层和盖层

热泉群地处哀牢山褶皱带，属于带状热水，热水主要储层在哀牢山断裂带和挤压带形成的破碎带和裂隙之中，其地层岩性为元古界小羊街组下段(Ptxa)二云片岩、二云角闪片麻岩、糜棱岩化岩石。

热储层上部覆盖的地层也为元古界小羊街组下段(Ptxa)二云片岩、二云角闪片麻岩、糜棱岩化岩石，其具有隔热隔水作用，因此也是良好的盖层。

综上所述，热储层和盖层都属于元古界小羊街组下段(Ptxa)二云片岩、二云角闪片麻岩、糜棱岩化岩石。

图1 热储模型图

3.3 热储模型

该热水塘处于哀牢山褶皱区，哀牢山褶皱区是一个由断裂、挤压带和褶皱共同组成的构造带。出露的地层岩石主要为元古界哀牢山群小羊街组下亚组(Ptxa)的二云片岩、二云角闪片麻岩、糜棱岩化岩石等。其水热活动区受哀牢山深大断裂控制，该断裂是长期活动性断裂，早、中期具压性或压扭性，但在晚近的喜山运动末期和新构造运动期间，却又具有张性或张扭性的特色，这就为水热活动提供了优越的构造条件，它既是热水的水源通道又是深部热源通道。

热储模型见图1，大气降雨及地表水体沿断裂破碎带渗入地下后，经过深部复杂的循环，使地下水具有较高的温度和压力条件，在特殊的地质和地球化学环境下，促进地下水对围岩进行溶滤，不断溶解出围岩中可溶性组分；然后运移到深部断裂带附近，沿断裂影响带输向地表，形成带状的自冒热泉群。