瑞金市安子山地热水资源形成机理分析

左承鑫, 邹国瑶, 段文兵

(江西省勘察设计研究院，江西 南昌 330000)

研究区内以往地热勘查工作程度相对较低，仅对温泉的基本情况进行了调查描述，并作了简要成因分析。2016年7月始江西省勘察设计研究院在安子山地区开展野外地表调查、物探、地热钻探等工作，查明地热地质条件、温泉成因和地热水赋存与运移条件，同时通过开展抽水试验、孔内测温、采样、室内测试等，评价地热水可采资源量和质量以及开发利用前景，为地热水资源的开发利用提供科学依据。

1 研究区地质概况

1.1 地层

研究区出露的主要地层有第四系全新统联圩组、更新统莲塘组，白垩系上统圭峰群河口组、赣州群周田组，寒武系下统牛河角组，震旦系上统老虎塘组、坝里组等。

1.2 岩浆岩

岩浆岩主要分布于研究区西南一带，属珠兰埠岩体，呈复式岩体产出。岩性主要为晚三叠纪富城超单元花岗岩类。

1.3 构造

研究区内主要发育三条断裂，即走向北北东断裂(F1)、走向北东东断裂(F2)和走向北北西的断裂(F3)。

(1)北北东向断裂(F1)。F1断裂在区内呈舒缓波状(S形)展布，断裂以硅化破碎带形式产出，在地貌上发育断层崖及断层三角面。断裂经多期次活动，总体表现为上盘下降，下盘上升，力学性质较为复杂。

(2)北东东断裂(F2)。F2断裂位于研究区西北角，断层两侧地层表现为破碎。该断层为一基底断层，断层面呈舒缓波状，断层延伸约4 km。

(3)北北西断裂(F3)。F3断裂位于研究区西部，断层走向北北西，表现为硅化破碎带，岩性以紫红-灰白色硅质角砾岩为主，断层面平直，发育断层崖。

2 研究区地热水流场分布特征

2.1 地热水流场分布特征

地热区深部的热一方面通过岩石的热传导，另一方面依赖于载热的地下水的运动将热量传输至地表。由于热源与深断裂有密切的联系，断裂带有良好的含水性，载热的地下水易于沿断裂上升，因此，地热区地热水流场的分布特征主要取决于储热断裂的形态和地热水的运动途径。

(1)平面分布特征。研究区内共施工4个钻孔，除ZK04钻孔外其他钻孔均自流，4个钻孔均揭露了北北东向断裂带F1。以孔深200 m孔温等值线图(图1)为例，本地热区地热水流场在平面上的分布主要具有以下特征：①地热水流场在平面上的分布主要受北北东向断裂F1的控制，等温线基本呈北北东向走势，沿F1断裂走向延长；②本次施工的4个钻孔均揭露了北北东向断裂带F1，流场在平面上的分布受到地温梯度的影响，孔深越深，孔口水温越高；③沿F1断裂倾向方向，温度先降低后升高，分析认为这与红层厚度和F1断裂倾向发生变化有关；④地热水流场的平面分布特征反映和验证了F1断裂的产状，其延伸方向即为断裂的走向。

图1 孔深200 m孔温等值线图

总体上，本地热区地热水流场在平面上展现为主要沿北北东向断裂F1走向条带状延伸的流场。

(2)垂向分布特征。地热区内地热水流场垂向分布曲线的形态随地热区内的地质、水文地质条件不同而异。根据各个钻孔的孔底测温资料，绘制了本地热区钻孔孔底温度变化曲线图(图2)。从图2可以看出，钻孔孔底温度变化曲线大致分为以下三个阶段：①在遇到热储层之前，孔底温度变化曲线特征表现为随着钻孔深度加深，其孔温呈递增趋势；②钻遇热储层时，孔内温度具有突变，如ZK02孔277 m，ZK03孔577.4 m，ZK04孔456.35 m、646.87 m等处均有不同程度的温度突变；③揭穿热储层后，孔温不再随钻孔深度的加深而增加，地温梯度趋近于零。结合地质资料分析可知，钻孔中水温突然增高的部位多为节理发育或断层通过的位置，故该地热田主要受断裂构造的控制。

图2 钻孔孔底测温曲线图

2.2 热储盖层与通道

热储盖层主要为白垩系周田组、茅店组红层，岩性以泥质粉砂岩、砂砾岩为主，其裂隙不发育，富水性、透水性较差，因此，白垩系红层是本区较好的热储盖层。根据本次勘查钻探的简易水文数据，可以了解本区的地热水资源与断裂的关系，判别控热构造和导水构造。F1断裂既是本地热区的控热导水构造，也是地热水上升通道。F1断裂经多次构造活动，从力学性质上来看，张性断裂优于压性断裂，而先压后张的断裂最利于地下水的富集，且F1断裂的多期次活动使得原本的胶结变弱，岩体破碎，构造裂隙发育，能够为地热水运移和赋存提供良好的通道及存储场所。

3 研究区地热水形成机理分析

瑞金市安子山温泉的形成主要受区域地质构造、地形地貌、地层岩性等条件的控制。勘查区地处华南板块北东部，武夷山隆起带西侧，会昌断陷盆地内，构造运动强烈，花岗岩大范围侵入震旦系变质岩之中。北北东向F1断裂系寻乌—瑞金深大断裂与武夷山环状断裂复合断裂，该断裂具规模大、延伸远、切割深、发育硅化破碎带、裂隙发育等特点，具备了大气降水通过断裂裂隙和破碎带渗入地下，并深部径流同围岩热交换后形成地热水的条件。因此，地热水主要来源于深部大地热流传导供热，热源为大地热流。

安子山断裂带F1规模大，影响深远，尤其断裂后期活动为直接沟通深部热源提供了条件。F1断裂既是本地热区的导水构造，也是地热水上升通道，浅部地下水通过旁侧裂隙汇至断裂带，沿断裂带向深部地下运移，直接沟通深部热源，最终形成地下热水，自深部向浅部排泄，以泉形式排出地表或扩散到别处。

本区热储盖层主要为白垩系周田组、茅店组红层，岩性以泥质粉砂岩、砂砾岩为主，红层是本区较好的热储盖层。大气降雨是本区地下水的主要补给源。基岩裂隙水的侧向补给及局部第四系孔隙水的垂向补给是本区地热水的主要补给源。

从形成模式上来看，安子山地热区地热水资源类型为“断裂对流型”，表现形式为通过对流(控导热构造中地热水的相对运动)与扩散等传播方式，将深部地热能传输至地表浅部，并在地表及浅表形成地温异常场。

4 结论

(1)安子山地热区热水赋存于北北东向断裂F1及沿断裂裂隙、围岩接触面发育的裂隙之中，接受大气降水的补给，最终以温泉的形式排泄。

(2)地热水的形成受大气降雨入渗补给至第四系孔隙水和基岩裂隙水，汇集至地形低洼处，通过旁侧裂隙侧向补给至北北东向断裂带F1，直接沟通深部热源，自深部向浅部排泄，以泉和钻孔自流形式排出地表或扩散到别处。