赣南东部地热水特征及成因分析

肖则佑， 王 进， 侯怀敏

(赣南地质调查大队，江西 赣州 341000)

地热水资源作为一种新型能源，丰富清洁无污染，近几年倍受人们密切关注(李心玉等，2016；王贵玲等，2017)。分析地热水资源的化学特征及成因是开发利用地热水资源的基础。我国地热资源主要分布在西南边陲地区、东南诸省以及内陆盆地区，如松辽盆地、华北盆地、江汉盆地、渭河盆地以及众多山间盆地区(詹恕明，2016；石涵静等，2017；闫岩，2017)。云南地区地热水温度、流量、水的化学组份比较稳定,不随季节变化，热源为深部岩浆，地质构造、地层岩性、水文地质条件、地震和岩浆活动等直接控制着地热水的分布(方丽萍等，1997；郭婷婷，2013；刘红战等，2014；林木森，2015)；庞忠和等(2010)根据水化学分析和热储预测分析，提出新疆塔县盆地地热系统的成因模式为高温对流型；牛树银等(2001)分析了华北地区地热资源，指出华北地区地热展布面积大、梯度高、类型多，华北断陷区地热分布受控于华北地幔亚热柱，外围造山带区地热主要受控于幔枝构造的控制。而关于赣南东部地区地热水资源研究还比较匮乏，文章通过对赣南东部地区地热水化学特征及成因进行了分析，为该地区地热资源开发提供了理论基础。

1 区域构造及地热水出露特征

赣南东部主要包含石城县、瑞金市、会昌县及寻乌县4个县市，赣南东部位于华南板块北东部，武夷山构造带的南段，著名的邵武-河源深断裂贯穿测区，历经澄江-加里东构造旋回、华力西—印支构造旋回和燕山—喜马拉雅构造旋回等三个大构造旋回。以加里东运动、印支运动和燕山运动最为强烈，尤其是印支—燕山运动构造复杂，岩浆活动频繁，使区内发育一系列褶皱、断裂和推覆构造。

区内地热水沿石城至寻乌深断裂带控制及出露，共出露15个地热水点，水温28～76 ℃。石城-寻乌断裂带是邵武-河源深大断裂带的中段，处于武夷山脉西侧，由一系列斜冲断裂作侧列状排列组成，是一条重要的导热发震断裂带。自北向南有赣南的石城、瑞金、会昌、寻乌一线。断裂带控制石城、瑞金-会昌-寻乌一串小型晚白垩世-古近纪断陷盆地，又切割盆地边缘，并在寻乌一带形成动力热流变质带。沿线分布加里东期片麻状花岗岩、燕山期花岗岩和石城-寻乌温泉带。可分为3条形态各异、特征不同的较大断裂带，北段为石城-瑞金断裂带，中段为会昌环形构造, 南段为罗塘-丘坊断裂带。它们并非首尾衔接，而呈左列式断续排列，3条主断裂明显反映出水平左行扭动的主导性。受3条形态及特征不同的断裂影响，其地热水出露特征也不一样(图1，表1)。

2 地热水出露特征

赣南东部地热水主要沿石城-寻乌深断裂带出露，石城-寻乌深断裂分为3条主断裂，3条主断裂受构造活动形态及活动期次影响，沿其出露的地热水出露特征也不一样。

2.1 石城-瑞金断裂带

以石城盆地东缘烧湖里断裂为主干，耸立于盆地东缘的大型硅化带宽约 200 m, 走向呈舒缓波状。烧湖里温泉旁硅化带中有北东向的斜列透镜体交代残块，并发育2组有力学性质转化的扭裂面，其中NEE向压扭性扭裂面尤为发育；断裂带上盘红层中有 20 m宽的挤压叶理带，下盘震旦系变粒岩中有20～30 m宽的挤压片理和小褶皱发育的

地层陡立带，近断面处褶皱轴与断面平行，稍离断面褶皱轴转成NE向，表明断裂呈水平左行扭动。断裂东侧平行分布一系列压性兼扭动断裂破碎带，多处见近水平擦痕，压性兼扭性构造透镜体发育, 其活动时期应在白垩纪及其以后。

沿石城-瑞金断裂带主要在石城境内出露4处地热水点，地热水出露特征表现在沿多期次活动的断裂构造出露，具有代表性的有石城楂山里地热水(图2)。

石城县楂山里地热水点出露地层为白垩系红层及南华纪万源岩组变余砂岩，断层接触，断层走向近南北向。该点共有8个钻孔揭露到地热水，其中有6个钻孔为萤石矿勘查施工的。通过对该点进行勘查得出F1断裂构造为导水导热构造，但F1断裂在深部出现分支，浅孔揭孔穿红层后开始涌水，但深孔揭穿白垩系红层后进入断裂构造后未揭露到地热水，钻孔施工到该断裂构造的另一条分支后才揭露到地热水。

该地热水点在进行萤石矿勘查时也发现萤石矿也成多期次成矿的特点，说明F1断裂经历了多期次活动，在红层盆地形成后还经历了多期次活动，断裂带经过多次活动后有利于地下热水的赋存和沟通深部热源。

2.2 会昌环形构造

会昌环形构造又称为桃溪环形构造、桃溪穹隆等。会昌环形构造主体分布于福建省境内，江西省内只出露其西部一部分，于瑞金以南及白垩纪周田盆地以东地区，发育有核、剥离断层及拉张盆地(刘荣洪，2013)。核主要由寻乌岩组与新元古代、加里东期、印支期侵入岩和部分震旦系、寒武系组成。剥离断层带由一组总体走向均呈弧状弯曲环绕内核分布，断层面均背向核部，倾角较陡的断层组成。随隆升滑脱构造进一步发展，沿滑脱断层带发育月牙形的会昌晚白垩世断陷盆地。

沿会昌环形构造出露5个地热水点，地热水出露特征表现为深度越大，温度越高。瑞金咸水村地热水点地表出露温度为37 ℃(图3)，在对该点进行勘查时发现，ZK01号钻孔孔深385.85 m，孔口水温为38 ℃仅增加了1 ℃，ZK02号钻孔孔深766.5 m，孔口水温43 ℃，说明深度越大，温度越高(表2)。

表1 赣南东部地热水出露特征一览表

图2 江西省石城县楂山里地热水点地形地质图Fig.2 The topographic geological map of Zhashanli geothermal water in Shicheng City, Jiangxi Province1．第四系坡洪积层黏土；2.白垩系下统火把山组泥岩、粉砂岩、砂岩夹酸性火山岩；3.南华纪万源岩组变余砂岩、变粒岩；4.断层及编号；5.第四系界限；6.地质界限；7.地热水点；8.上为地热水点温度，下为流量升/秒;9.热水钻孔及其编号；10.左上为热水孔流量升/秒，下为孔深，右为热水孔空口温度

图3 江西省瑞金市咸水村地热水点地质图Fig.3 The geological map of geothermal water in Xianshui village of Ruijin City, Jiangxi Province1.第四系；2.白垩系地层；3.二叠系地层；4.断裂构造带；5.地层界线；6.地层出露点；7.温度及涌水量；8.钻孔；9.分析为流量，分母为孔深，尾部为温度

另外在环形构造的伴生构造上出露的地热水也表现出该特征。瑞金深塘地热水点在进行萤石矿勘查时共有5个钻孔揭露到地热水，各钻孔揭露情况见表2。

表2 瑞金深塘地热水点水温随深度变化统计表

2.3 罗塘-丘坊断裂带

断裂总长50多公里，整个带宽约250 m，属左行压扭性斜冲断裂展布于盆地两侧，西侧为留车断裂、东侧为丘坊断裂，局部见寒武系砂岩逆冲于白垩系红层之上。留车断裂呈压性兼扭性，伴生构造齐全并有力学性质转化，其中NWW向张性断裂充填有基性脉岩,NNW向张性兼扭性断裂和NEE向扭性兼压性断裂均被白垩系红层不整合覆盖,这表明断裂带白垩纪前及其以后都有活动。

沿罗塘-丘坊断裂共出露6个地热水点，均分布在寻乌县境内。沿该断裂带出露的地热水出露特征：地热水大部分出露于控热构造的次生构造或次生构造与近东西及北西方向的断裂构造交汇部位，沿控热构造出露的地热水点只有热汤嶂地热水点，热汤嶂地热水点水温只有38 ℃，是6个地热水点中温度及水量最低的一处。寻乌磷石背、横迳、河角地热水点均表现出该特征。

图4 江西省寻乌县南桥横迳地热水点地形地质图Fig.4 The topographic geological map of hengjin geothermal water in Nanqiao Town, Xunwu City1．白垩系上统赣州群紫红色巨厚层粗砂砾岩；2.侏罗系中统菖蒲群火山碎屑岩；3.燕山早期岩浆旋回第二阶段第二次中粗粒似斑状黑云母花岗岩；4.断层及其编号；5.推测断层及其编号；6.地热水点；7.上为地热水点温度，下为流量

寻乌磷石背地热水点地热水出露于控热构造的次生北东向构造F3与北西向F4断裂构造的交汇部位，并且地热水出露受北西向F4断裂构造的控制。寻乌横迳地热水点出露于控热构造的次生构造F2与近东西向的F3断裂的交汇部位，并且地热水出露受近东西向F3断裂构造的控制(图4)。寻乌河角地热出露于北东向构造的次生北北东向F2断裂构造中，地热水出露F2断裂构造控制。以上三个地热水点充分说明沿罗塘-丘坊断裂带出露的地热水点与次生构造及其他方向构造关系密切。

3 地热成因分析

根据目前掌握的资料分析，形成热水的热源来自于以下两方面：

(1)地下水深循环。区内断裂带热水全部分布于北东-北北东向的压型、压扭性断裂带上，该方向断裂受压应力较强，形成时代晚，且不少断裂经历过多次活动，断裂切割深度大。瑞金深塘地热水点沿武夷山环状断裂的伴生构造出露，该构造发育深度大，地下水循环较深，有利于地热水的形成，沿会昌环形构造出露的5个地热水点，温度随深度的升高而增高，可以推断，地下水深循环形成为地热水热源来源之一，以楂山里地热水形成为例，见图5。

图5 楂山里地热田地下水深循环剖面图Fig.5 The underground water depth cycle profile in Zhashanli geothermal field

(2)放射性元素衰变。区内大部分地热水点周边均有岩浆岩，其地热成因与岩浆岩关系较大。岩浆岩一般含有放射性元素，放射性元素衰变为一自然放热过程(伯慧等，2015)。由于放射性元素的不断衰变，放热过程的持续进行，并逐步积累，遇有断裂构造和裂隙中的地下水，即可不断对其进行加温，使常温地下水变为地下热水。同时出露于武夷山环状构造上的咸水村地热水及赤沙堆地热水点，前者出露于花岗岩区，后者出露于变质岩区，因此前者水温比后者高了15 ℃，从两个地热水点的放射性元素分析结果，咸水村的放射性元素比赤沙堆高，同时水温也高；从表3中可以看出，随着地热水温度的升高，地热水中铀、镭、氡的含量也升高，呈正比关系，说明水温与放射性元素有关，并存在正相关的联系。

4 结论

表3 环状断裂带地热水点放射性含量对比表

赣南东部地热水主要沿石城-寻乌深断裂带的三条主断裂(石城-瑞金断裂带、会昌环形构造、罗塘-丘坊断裂)出露，沿石城-瑞金断裂带主要出露4处地热水点，地热水出露特征表现在沿多期次活动的断裂构造出露；沿会昌环形构造出露5个地热水点，地热水出露特征表现为深度越大，温度越高。沿罗塘-丘坊断裂共出露6个地热水点，均分布在寻乌县境内，地热水大部分出露于控热构造的次生构造或次生构造与近东西及北西方向的断裂构造交汇部位。通过放射性分析，地热水的热源主要来源于地下水深循环及放射性元素衰变。文章通过赣南东部地热水特征分析及形成成因的揭示，为以后该地区地热水开发利用提供了理论依据。