隆回县金石桥断裂控热特征及形成模式

黄光锡 杨 青

(湖南省煤田地质局第二勘探队 湖南 株洲 412000)

地热水资源是一种无污染的新型能源，具有很好的环保经济效益。隆回县作为湖南省旅游强县，对于地下热水的需求愿望强烈。金石桥地区地热资源较为丰富，区内地下热水勘查及相关研究工作程度相对较低。本文在区内地质及水文地质条件研究的基础上，分析了断裂控热特征及地下热水形成条件，并对区内地热水的形成模式进行阐述，为地热资源开发利用提供基础依据，其研究对当地旅游经济，改善人民生活条件，发展工农业生产等方面发挥重要作用。

一、地质及水文地质特征

(一)地层、岩浆岩

据地质资料，工作区内除第四系全新统松散堆积层及小部分青白口系高涧群天井组(Ptt)外，大部分为燕山早期(γ52)、印支期(γ51)和加里东期(γ3)岩浆岩，该岩浆岩为白马山复式岩体主体部分。白马山复式岩体岩浆活动始自加里东期，历经了印支期，延续至燕山期。其中燕山早期花岗岩侵入于早三叠世金石桥序列之中；印支期花岗岩侵入于晚志留世七江序列花岗岩中，侵入的最新地层为泥盆纪沙河组至佘田桥组；加里东期花岗岩主要侵入于前寒武纪地层中，最新地层为早志留世两江河组，沉积覆盖本序列花岗岩之上的最早地层为中泥盆世跳马涧群大屋湾组，并被早三叠世至早侏罗世花岗岩所侵入。

(二)地质构造

工作区主要位于鸭田—金潭断裂带内，该断裂带属于北东向断裂，具有成群成组出现、分带展布之特点，主体位于望云山复式岩体中，断裂两端进入围岩则逐渐尖灭消失，断裂带延长约30km，宽约11km，断裂一般倾向北西，倾角60°左右，在金石桥热水井和司门前附近断裂带上有温泉出露。工作区及邻区发育的主要断层有金石桥断裂(F8)、黄家湾断裂(F10)、凤溪江断裂(F11)、苗田-象咀上断裂(F12)等(见图1)。

1.金石桥断裂(F8)

该断裂走向NE，断面倾向SE,倾角约60°，断裂规模长大于20km，宽约100m，为一逆断裂。沿断裂带附近见硅化破碎带，可见断裂面擦痕及断层泥等。F8号断裂带上有温泉(W1)出露，在其附近施工的钻孔(ZK9201)揭露，孔深48—58m，裂隙孔洞特别发育，裂隙多被微晶—细晶浊沸石半充填，浊沸石多呈网格状，地下水活动迹象明显。

2.黄家湾断裂(F10)

该断裂走向NE，断裂长16km，宽4～20m，断面倾向SE，倾角约75°，为逆断裂。断裂破碎带以发育硅化破碎带为表征，带内可见断层泥及构造角砾岩，角砾由硅化花岗岩、石英岩组成；角砾大小5～10cm，形态多呈次棱角状。断裂在工作区西南部造成次级断裂错动，在司门前断裂带附近有温泉(W2)出露。

3.凤溪江断裂(F11)

该断裂走向NE，断裂长24km，宽5～15m，断裂倾向320°，倾角约45°，为逆断裂。断裂见硅化破碎带，局部地段发育断层角砾岩，角砾成份以石英、长石、硅质岩块为主，大小2～20cm不等，多呈次棱角状，断面平直光滑，局部可见滑动擦痕。

4.苗田-象咀上断裂(F12)

该断裂走向NE，断裂规模长36km，宽10～200m，断裂倾向320°，倾角约 45°，为一条逆平移断裂。断裂以发育硅化破碎带为表征，局部可见石英岩呈角砾状和石英脉岩呈透镜状产出。构造岩石中石英颗粒破碎，多为压扁拉长状，颗粒内裂纹发育，并有扭变等现象，组成断裂带各断裂硅化带之间岩石受应力作用十分明显，表现为岩石有强蚀变现象。硅化带地貌上岩山脊延伸，断面平直光滑，其上可见擦痕，它切割山缘常形成断层三角面。北东段见其左行错移，错距约2.5km。

图1 工作区断裂构造简图

(三)水文地质条件

区内地下水补给以大气降雨渗入补给为主，浅层地下径流途径较短，地下水具有就地补给、就近排泄的特点。区内含水层主要为岩浆岩裂隙水，岩浆岩裂隙发育，表层普遍风化强烈。地下水赋存于风化裂隙中，岩浆活动具多期性，断层以NE向为主，伴随断层产生大量构造裂隙，含构造裂隙水。由于断层构造影响程度的不同，其富水性差异较大，一般水量贫乏；而局部地段，由于岩浆多期活动加剧了构造破碎程度，为地下水富集创造了良好条件，则水量丰富，如金石桥热水井泉流量为1.873L/s，司门前温泉泉流量为1.040L/s，其钻孔单位涌水量分别为6.881L/s．m、3.260L/s．m。

岩浆岩裂隙水通过表层松散堆积物和风化裂隙按受降水入渗补给后，由高处向低处运移汇集，一部分经过短途径流在低洼谷地或溪流岸边以下降泉或散浸形式排泄。另一部分则通过断层破碎带裂隙向深部运移，在压力差作用下，由高处向低处运移汇集，在标高相对较低或通道受阻情况下，则涌出地表或补给孔隙水。

三、断裂控热特征

图2 金石桥热水井水文地质剖面示意图

金石桥热水井位于隆回县金石桥镇北约2.5km处，呈线状排列出露在北东向溪流中及两岸，温泉直接从北东40～80°断层破碎带内的北西西、北东东两组裂隙中涌出，断层倾向南东，倾角60°左右，主泉(W1)流量1.873L/s，现已断流，水温48.5℃。物探资料表明有M1、M2两个北东向异常带。M1异常带宽度100～220m，推断是控制地热的断裂构造的反映；M2异常带位于M1异常带之东，推断是下降盘较厚的第四系覆盖层和花岗岩风化带的反映。经钻探验证，热水赋存于断层破碎带中，尤以压碎岩和碎块岩中水量较富(见图2)。在钻孔不同深度内均有细晶花岗岩脉穿插于破碎带中，裂隙十分发育，多被微晶～细晶的浊沸石充填，强烈之处可见到交代作用。

从地热异常和区域地质构造分析，在本地热异常区内岩浆岩，主要有白马山复式岩体分布其中，围岩蚀变现象普遍，为地热的形成创造了有利条件，且地热中含有标性元素偏硅酸，由此可知本区内岩浆岩余热为地下热水提供了热源。另外区内断裂构造异常发育，且规模较大，这些断裂不仅可成为地下水的良好通道和储水带，同时还成为深部热流上升的良好通道。

三、地热形成条件

(一)水化学成份分析

本次工作主要对区内金石桥热水井(ZK9201)及周边地下水进行调查，并对其取样进行了水质分析(见表1)。

表1 工作区部分水化学分析结果表

(二)地热水形成条件

地热水资源的形成一般包括热储、盖层、热源、水源及导水、控热构造等多因素，这些基本要素构成了地热水系统。本节在综合分析工作区地热地质条件及水化学成份的基础上，从上述几个方面分析了地热水资源形成的基本要素。

1.热储与盖层

从区内钻孔地下热水出水层段及揭露的地层岩性、构造分析，本区地下热水热储属对流型带状热储。区内岩性主要为花岗岩，构造破碎带、裂隙发育，断裂切割花岗岩体，在花岗岩体中形成断裂破碎带及构造裂隙发育带，岩浆岩与围岩接触处蚀变强烈，蚀变带结构松散，地下水沿岩浆岩的构造破碎带赋存和运移，岩浆岩的余热为地热的形成创造了条件，角砾岩、碎裂花岗岩、花岗压碎岩构成热储层及地热水运移的通道。

盖层是地热的隔热保温层，工作区热储类型属带状热储，其分布变化受构造断裂控制。工作区热储盖层为第四系不透水或弱透水残坡积层，第四系弱透水残坡积层覆盖在热储层上，大气降水通过盖层裂隙、孔隙入渗补给热储层，为热储层提供充足的热流量，地下水在水压力的作用下，沿断裂常以上升泉或泉群出露地表。

另处，岩浆岩接触带的硅化、角岩化围岩蚀变带及其它浅变质围岩对工作区地热能构成较为封闭隔水保温的水文地质环境。

2.热源与水源

3.导水、控热构造

区域资料显示，受多期构造运动影响，形成白马山复式岩体，产生大量的断裂构造。区内北东向断裂发育，具有成群成组出现、分带展布之特点。北东向断裂及岩浆岩风化裂隙为导水构造，构造复合部位为储水构造；北东向断裂为控热构造。

四、地热水形成模式分析

通过对工作区地下热水出露特征、水化学成份、地质构造条件等分析，工作区为一个深循环低温对流型地热系统。地热水补给主要来自大气降雨，花岗岩的高热率是工作区地热水形成的重要原因。据Birch(1968年)经验公式计算：湖南境内花岗岩生热率1.651～15.782μw/m3,为维氏值生热率(0.843μw/m3)的8.754倍。在常见的几种岩石中，花岗岩的热传导速度远高于其它岩石，其热导率高达2.721W/m℃。因而在工作区花岗岩体分布区域，地球深部向上的大地热流在地壳浅表岩层内的热传导呈非均匀分布。热导率高的花岗岩体成为了大地热流汇聚通道，而周围低热导率的岩层则成为相对隔热保温层，结果导致岩体内热流值相对周围其它地层增大，从而使岩体成为地球深部大地热流向地表扩散的主要通道。因此，受出露岩体影响，深部大地热流沿岩体自下而上聚汇于岩体顶部，从而形成“热流天窗”效应。

五、结论

工作区为一个深循环低温对流型地热系统。地热水补给主要来自大气降雨，中酸性花岗岩的高生热率、高热传导率是该区地热水形成的主要因素。由于岩浆多期活动加剧了构造破碎程度，为地下水富集创造了良好条件。断裂破碎带聚汇风化残积层孔隙裂隙水于带内，在势能差的作用下，地下水沿破碎带向下渗流进行深循环，在运移、径流过程中吸收围岩热能而增温，溶蚀围岩的可溶元素、矿物而使其化学组分变复杂，矿化度增高，从而成为地下热矿水的聚汇、运移储集排泄通道和空间，在地势低洼地带被侵蚀切穿而涌出地表形成温泉。