贵州紫云县狗场地区地热资源特征及成矿模式

2020-10-31张小强孙平明杨先付

四川建材 2020年10期

张小强，孙平明，杨先付

(贵州省有色金属和核工业地质勘查局七总队，贵州贵阳 550005)

0 前言

研究区位于云贵高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，属于贵州省地热条件较差区域之一。贵州省地下热水的研究开始于20世纪90年代，而研究工作主要集中于贵阳市周边，紫云县地热资源勘查工作程度极低，研究极为匮缺。2017年贵州省政府为助推扶贫攻坚，加快“温泉省”建设，实现县县有温泉的目标。在地热条件比较差、勘查风险较高地区开展了十口地热井勘查工作，其中紫云县狗场地热勘查为其中之一。由贵州省有色金属和核工业地质勘查局七总队承担，通过开展地热地质调查、地球物理测量、地热钻探、测井等工作，在区内成功实施了一口探采结合地热井，实现了区内地热资源找矿突破。

笔者通过对紫云县狗场地热井地下热水形成条件、赋存规律及水化学特征等进行分析总结，以期对紫云地区地热水资源勘查和地热资源开发利用提供科学依据。

1 区域地质背景

研究区大地构造位置处于扬子陆块(Ⅱ级)-江南复合造山带(Ⅲ级)-黔南坳陷区(Ⅳ级)-都匀南北向隔槽式褶皱变形区(Ⅴ级)之西南部。构造形迹主要有近SN向、NE向、近EW向断层和近SN向褶皱(见图1)。最主要的构造为猫营断层(F1)、小桥断层(F4)和牛场坡背斜，猫营断层(F1)是区内主要的导热构造和导水通道,牛场背斜褶皱具有较好的聚热作用。区内广泛分布二叠系、三叠系和石炭系地层，二叠系主要出露中统猴子关组(P2h)、上统吴家坪组(P3w)，三叠系下统罗楼组(T1l)、中统新苑组(T2x)、边阳组(T2b)。区内碳酸岩盐岩溶、节理裂隙较发育，是主要的含水层，碎屑岩为区内主要隔水层，也是主要热储盖层。

图1为紫云县狗场地区地热地质略图。

图1 紫云县狗场地区地热地质略图

2 地热地质特征

2.1 典型断层特征

猫营断层(F1)：发育于猫寨背斜核部，长约20 km，走向近南北，地表倾向东，倾角75°，深部倾向折向西，上盘为石炭系至泥盆系地层，下盘为三叠系至二叠系地层，断距达800～1 000 m，为压扭性逆断层。断层两侧地层中牵引小褶曲及次级断层发育。严重破坏了猫寨背斜的褶皱形态以及对石板关向斜北西翼也形成了极大的改造和破坏。地球物理测量结果显示(见图2)，在氡浓度曲线图上，距断层约50 m东侧有异常晕RnG1此处表现为背景场；米地温曲线图上表现Ty1高温异常，说明该断裂有导热作用。

图2 紫云县狗场地区L02线物探综合剖面图

小桥断层(F3)：长约7 km，北端与猫营断层(F1)复合，走向335°～350°，略向北东呈弧形凸起，倾向北东东，地表倾角75°，深部倾角50°，断距约200～300 m，为压性逆断层。地热钻孔(ZK2)在1 155～1 375 m处揭露到该断层，破碎带宽约220 m，受其控制，造成威宁组(CP1w)地层重复。地球物理测量结果显示(见图2)，在CSAMT测量2D反演电阻率等值线表现为明显的带状低阻，浅部宽度约120 m，下部有变宽之势，最大达300 m以上，且两侧的电阻率面貌特征完全不同，断裂上盘以高阻为主，反演电阻率一般大于1 000 Ω·m，下盘以浅部以小于1 000 Ω·m的低阻为特征。在氡浓度曲线图上该断裂上方氡浓度呈相对高值，说明深部放射性衰变子体沿断裂破碎带发生了运移现象；米地温曲线图上表现为偏高温异常，说明断层存在一定的导热性。同时该断裂破碎带较大，具有较好的含水性。

2.2 地热异常显示分布特征

据调查，研究区无天然地热水出露，仅有人工揭露点1处，即紫云县狗场地热井，该地热井地质构造空间上位于牛场坡背斜西北翼、小桥断裂北东盘，并受其控制及影响。井深2 802.30 m，静止水位为49.8 m，涌水量3.69 L/s，井口水温48 ℃，地热水主要储集于威宁组(CP1w)、睦化组(C1m)、五指山组(D3C1wz)白云岩、灰岩和小桥断层破碎带内，具中低温层状和带状构造特点。区域内热流值在40～50 mW/m2，据测井资料，区内平均地热增温率2.52 ℃/100 m，属中低地温梯度背景区。结合区内地球物理测量结果，米地温曲线图上表现Ty1高温异常等。

2.3 地热水形成条件

贵州省地热资源主要以浅层地热能和水热型地热(地下热水)资源为主[1]。其地热水资源的形成一般需具备“储、盖、通、源”四个条件，即储热储水层、盖层(隔热隔水层)、导热导水通道、热源水源。

2.3.1 储热储水层及盖层

根据紫云县狗场地热地质调查成果、地层结构和岩性组合关系，并结合地热井揭露情况及区域资料综合分析[2-4]。区内主要见三个热储集单元(见表1)，热储层以碳酸盐岩和断裂破碎带为主，是区内地热水储存、运移良好空间，区内盖层以泥灰岩、含硅质灰岩、炭质页为主。其中第五热储集单元热储层在区内大面积裸露或埋藏较浅，不具备开发利用条件；第四热储集单元热储层在区内封闭条件较好，据钻探揭露，该热储层受小桥断层影响，威宁组(CP1w)底层重复，其埋藏深度在830～2 010 m，其保温层为平川组(P1p)泥灰岩、炭质页岩，保温条件较好，是区内开发利用最有利热储单元，根据地球物理测井资料显示，该热储层热储温度为45.33 ℃～50.48 ℃；第三热储集单元在区内全封闭，且埋藏较深，埋深在2 270～2 725 m，是区内具有较好开发利用价值的热储单元。

表1 紫云狗场地区热储结构特征表

2.3.2 导热倒水通道

区内猫营断层具有规模大、延伸远、切割深等特点，是区域内较好导热通道，同时也为区域内地热水的赋存提供了有利空间，也是区内地热水运移的有利通道，区内小桥断层(F3)与之联通，具有较好的热源沟通作用，据紫云县狗场地热井揭露，小桥断层(F3)破碎带位于钻探1 155～1 375 m，地球物理测井资料显示，该段井温45.33 ℃～50.48 ℃，声波时差和井径增大明显，电阻率相对围岩明显降低，具有明显的含水特征。

2.3.3 热源、水源分析

区内水化学组分中Na+和Cl-含量都较低，水质类型为HC03--Ca2+·Mg2+型水，与火山作用或第四纪岩浆侵入活动的所形成地热流体的差异很大，说明区内地下水的热源与岩浆侵入活动和火山作用无关。区内地热水热源为上地慢岩石中分布集中的放射元素衰变时释放的巨大热能[5]，因此，区内热源主要来自地幔热传导。研究区猫营断层是区内热源主要传导通道，并通过浅表小桥断层等次级断层向地表进行热传导。同时大气降水在重力作用下，以断裂破碎带、背斜核部密集裂隙带和碳酸盐岩节理裂隙为通道入渗补给储水层。

3 地热流体水化学特征

紫云县狗场地热井(ZK2)井口水温48℃，属低温地热资源。从表2可以看出，其地热流体pH值7.70，属偏弱碱性水；溶解性总固体274.5 mg/L，属淡水；总硬度158.15 mg/L，为较硬水；阳离子以Ca2+、Mg2+为主，阴离子以HCO3-为主，其水化学类型为HCO3--Ca2+、Mg2+型。紫云县狗场地热井地热水中F-、Sr、有益组分较丰富，具有较好的理疗价值，其中偏硅酸(H2SiO2)含量高于矿水浓度标准。

表2 紫云县狗场地热井地热流体水化学分析结果 mg·L-1

4 地热水资源成矿模式

如图3所示，研究区地热系统为隆起(褶皱)断裂对流型地地热系统。区内地热水补给水源主要为大气降水，补给方式主要有沿地表直接渗入和沿断裂、节理裂隙下渗向深部运移两种。补给区主要位于牛场背斜地区地表五指山组(D3C1wz)、睦化组(C1m)和威宁组(CP1w)碳酸盐岩出露区域，在平川组(P1p)、打屋坝组(C1dw)泥灰岩、炭质页岩等盖层的隔水、保温条件下，大气降水在重力作用下沿断裂破碎带和碳酸盐岩节理裂隙入渗补给热储集层。在较大的地下热流背景之下，地下水沿深大断裂和各热储层，在侧向径流和深部对流循环过程中加热，通过与热储层、围岩进行矿物质溶解和离子交换形成地热流体，构成地热水深循环系统，并储集于相对封闭的热储集层内，通过人工揭露形成有利开发价值的地热井，如狗场地热井(ZK2)。