重庆市铜锣峡背斜地热地质特征

孙梽轩

（成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059）

地热资源是一种清洁环保、资源量巨大的清洁能源，集热、矿、水于一体，若能合理利用，能够极大地推动低碳经济发展。随着经济的不断发展和人民生活需求的提高，越来越多的温泉被开发并利用。根据地热水分布及相关的地热井钻孔资料分析，可知重庆地区各背斜地热水资源量丰富。李东升等对重庆地区的各背斜构造特征及地热水补径排等进行研究，并提出研究区各背斜的合理开采量[1]。王治祥等以热储法为手段对重庆巴南区地热水的资源量进行计算与评估，得出区内热储总量为38.813×1015kJ[2]。罗云菊等通过研究地热水化学特征、补径排特征及资源量开采等方面对重庆南温泉背斜进行评价[3-4]。漆继红、许模等研究铜锣峡背斜与南温泉背斜的构造条件、水化学特征及同位素特征，分析得出二者之间的纵向水力联系较强，但是横向水力联系较弱[5]。

20世纪90年代，由于没有合理的开采方案与勘查，导致重庆地区的多数温泉因过量开采而出现断流甚至干枯现象，如北温泉水量、水位等出现下降，西温泉断流，南温泉、南小温泉甚至彻底干枯[1，6]。为了不让这些现象持续下去，需要根据不同地区不同的地热水资源特点，提出合理的开采方案和建议。铜锣峡背斜地热资源丰富，水化学性质稳定，地热水含有偏硅酸、氟、锶等多种对人体有益的微量物质。本文主要通过对重庆铜锣峡背斜的地质构造、热储特征、成因模式等方面进行分析，为开采铜锣峡背斜地热水资源提供合理的科学依据。

1 区域地质特征

1.1 自然地理及气候

铜锣峡是川东平行褶皱岭谷区的第二条山脉。北起达县雷音铺山北端，呈东北至西南走向，止于綦江北岸天台山。铜锣峡背斜全长约260 km，宽约10 km，南倾末端与南温泉背斜的斜鞍相接，是典型的“箱状构造”[6]。研究区地形走向与构造方向基本一致，为NE—NNE向，地势自西北向东南逐渐降低（图1）。

图1 铜锣峡背斜区域构造及地热水分布图（据文献[6]修改）

研究区气候温和，雨量充沛，形成光、热、水同季的现象，适宜植被生长。年平均气温为18.6℃，最热月与最冷月分别是7月和1月，平均气温分别是34.4℃和4℃。年平均降水量1100 mm左右，夏季多雨，占年降水量的40%～50%；冬季少雨，只占年降雨量的4%～5%[7]。

1.2 热储构造特征

研究区的热储构造较为完整，热储层主要为下三叠统嘉陵江组和中三叠统雷口坡组，其岩性以碳酸盐岩为主。热储盖层主要为中三叠统雷口坡组、上三叠统须家河组碎屑岩层和侏罗系红色碎屑岩层，热储盖层有效地阻止了热储层中热能的散失。隔水层主要为下三叠统飞仙关组碎屑岩夹碳酸盐岩地层，顶部的黄绿色、灰绿色页岩能起到隔热保温作用，防止热量的散失。下部隔水层为泥页岩层，因其孔隙度低、渗透率小、热导率低而形成隔水底板[8-9]（图2）。

图2 铜锣峡背斜热储构造特征（据文献[10]修改）

2 研究区温泉水特征

铜锣峡背斜地热资源丰富，背斜两翼均有地热水出露，温泉出露地层岩性主要为下三叠统嘉陵江组（T1j）和中三叠统雷口坡组（T2l）碳酸盐岩，各温泉详情见表1。研究区地热水属SO4-Ca型中低温弱碱性微咸水，温度为28℃～65℃，其pH值为7.16～7.30，水的溶解性总固体为2043～3325mg/L，属于中低温地热资源[11-12]。

表1 铜锣峡背斜地热水概况

3 地热系统成因模式分析

3.1 补给特征

地下水中氢氧稳定同位素的组成，可反映深部地下水的补给特征。Craig首先提出全球大气降水线（Global Meteoric Water Line，GMWL）概念及大气降水方程[13]：δD=8δ18O+10。李廷勇等通过分析重庆地区雨水的δD和δ18O的组成得出当地大气降水方程[14]：δD=8.73δ18O+15.73。罗云菊采集了铜锣峡背斜和南温泉背斜地热水样品，氢氧同位素结果如表2所示，地热水的氢氧同位素基本坐落在大气降水线附近（图3），说明区内地热水的主要补给来源是大气降水[4]。

图3 铜锣峡背斜δD-δ18O关系图

表2 铜锣峡背斜δD-δ18O数据

高程效应是指大气降水中的氢氧稳定同位素随着高程的增加而减少，通过测定δD和δ18O的值，求得研究区地热水的补给高程。海拔每升高100m，δ18O减少0.26‰[15]。由此可以估算地热水的补给高程：

式中，H为研究区补给高程，h为大气降水的海拔，R为研究区地热水的δD同位素值，r为雨水的δD值，ρ为大气降水的δD同位素梯度值，本文取我国西南地区δD同位素梯度值-2.6‰/100 m为研究区雨水的δD同位素梯度值[15]。根据δ18O计算得出补给高程为680～1450 m，根据重庆市地形地貌特征和水文地质条件，判断背斜核部的岩溶露头区是地热水补给区。

3.2 径流特征

地热水在深部运移过程中，会在构造运动形成的断裂处泄流形成天然温泉。铜锣峡背斜的温泉由背斜北端大巴山岩溶露头区进行降雨补给，径流方向总体沿背斜轴部自北向南，至温塘河深切背斜形成的峡谷中排泄形成泉[16]。

3.3 热源

一般情况下，温泉水形成的热源主要有以下三种，但本研究区地热水的热源不在这三种热源之内。

（1）放射性元素衰变热。研究区温泉出露区域为放射性元素含量相对匮乏区，不足以支撑该区域的热源，所以放射性元素衰变热不是该区热源。

（2）岩浆残余热。根据四川盆地基底构造图显示[17]，重庆地区基底为弱——无磁性的元古宙变质岩系，地层岩性以碳酸盐岩为主，并未发现有花岗岩等岩浆岩出露，基底年龄较老，盖层厚度大，近期未发生过岩浆活动。因此，岩浆残余热并非该区主要热源。

（3）构造活动热。该区近期未发生大的构造活动，小的构造运动产生的热量也不足以成为研究区的热源，所以排除该种热源产生方式。

重庆地区地温梯度为1.5℃～3.5℃/100 m，平均值为2.5℃/100 m，略低于全国同类地热田（3.0℃/100 m）。根据前人统计的地热田热储温度资料分析，铜锣峡地热田热储温度在60℃～90℃，结合热储温度计算出地热水循环深度为1579～2520 m。通过上述分析可得知，铜锣峡背斜地热主要受地热增温控制，大气降水渗入至热储层，通过正常的地热增温和吸收水岩相互作用释放的化学反应热形成地热水，但在上升过程中可能会有地下冷水的混入导致温度部分降低（图4）。

图4 铜锣峡背斜地热水形成示意图（据文献[18]修改）

4 结论

（1）铜锣峡地区地热资源丰富，地热水富集程度良好，是重庆市主要的背斜地热资源之一。研究区的热储构造较为完整，基本没有遭到破坏，热储层主要是三叠系雷口坡组与嘉陵江组的碳酸盐岩，岩性主要以灰岩、白云岩为主。

（2）铜锣峡背斜地热水属中低温地热资源，水温在28℃～65℃之间，水质以SO4-Ca型为主，矿化度高、碱性弱，富含SO42-、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-等，为富含偏硅酸与偏硼酸的氟、锶的优质理疗热矿水。

（3）地热水形成的过程为雨水降落在背斜槽谷区并汇集，顺岩层裂隙进入深部，向深部运移过程中，经正常的地热增温和水化学反应加热后，在深部顺背斜构造线方向自北向南运移，最终在河流切割或低洼地段碳酸盐岩地区出露，形成天然温泉。