湖南省临武县书楼村地下热水成因分析

2022-06-17梁天利

新型工业化 2022年5期

关键词：运移岩溶裂隙

梁天利

湖南省矿产资源调查所，湖南郴州，423000

0 引言

郴州市位于湖南省南部，是湖南省的“南大门”，地热资源丰富，是华南地区地热资源最丰富的地区之一。临武县位于湖南省最南部，郴州市西南部，南岭山脉东段北麓，南部与广东省连州市接壤，临武矿产资源丰富，探明的矿物有9类32种。

1 地质背景

1.1 自然地理概况

区内总体地貌形态为以溶蚀为主的侵蚀—溶蚀丘陵、河流冲积阶地地貌，工作区内地形起伏较大，地形坡度一般为15°~25°，相对高差一般70.0~150.0m，山包呈浑圆状，植被发育，海拔最高处为书楼村东部的求雨岭山顶，海拔标高约419.8m；最低处武水河河面，海拔标高不到240.0m，总体地势南、西高，北、东低。

临武县境地处中低纬度区，气候温和，雨量充沛，光热充足。多年平均气温为17.9℃；年降雨量在1022.3~1917.4mm之间，平均降雨量为1421.8mm。

1.2 地质构造

该区区域上位于南岭东西向构造带与耒阳-临武南北向构造带复合交汇处，在地热构造上位于湖南省茶陵—临武区域性深大控热断裂的南东影响带。

区内和地下水水资源形成有关的主要构造有庄天田向斜、书楼村断层（F1）、土地圩逆断层（F20）、庄天田逆断层（F25）、老白寨正断层（F26）等。其中庄天田向斜，上覆二叠系上统滩洞组、二叠系下统当冲组砂页岩及硅质岩具有很好的隔热、阻热作用，庄天田向斜南部大面积出露的碳酸盐岩为地热异常区的补给区，地下水在深部地层进行热循环后形成温热水，在向斜北翼平江河谷处流出地表，形成热水异常区，为该区域的主要蓄水、储热构造[1]。

1.3 水文地质条件

区内和本次地热资源形成有关的地下水类型主要为基岩裂隙水和碳酸盐岩裂隙岩溶水（简称岩溶水）等四大类。

基岩裂隙水含水岩组地层主要为二叠系上统龙潭组（P2l）、滩洞组（P1t），二叠系下统当冲组（P1d），石炭系下统测水组（C1c），泥盆系上统桐木岭组（D2tm）等；岩性主要为石英砂岩、石英粉砂岩、砂页岩、钙质页岩等砂页岩，该含水岩组富水性贫乏，为相对隔水层，为该地热异常区的上部盖层。

碳酸盐岩裂隙岩溶水岩组地层主要为泥盆系上统、石炭系和二叠系中下统地层，其地层岩性主要为灰岩、白云质灰岩等可溶性碳酸盐岩；根据富水性不同可分为含水丰富、含水中等、含水贫乏等，其中富水性中等—丰富的该含水岩组为该地热资源形成的主要导水、含水岩组[2]。

2 地下热水资源分布特征

本次工作共施工2个地热钻孔，终孔后用测温仪对其进行测温，测温结果及分析如下：

ZK01在144.8m及201m各测温一次。在孔深144.8m测温时，井温最高为34℃；在孔深201m测温时，井温最高为34.5℃；ZK02孔深81.05m温度最高33.4℃（图1）。

根据收集的当地村民前期施工的钻孔资料及现场调查，圈定地下热水异常区面积约0.0456km2。

3 地下热水资源成因分析

3.1 热能的来源

根据本区的地质构造条件和地下热水温度变化分析，区内虽无岩浆岩出露，但根据5万区域地质资料，该区西北部约11km处香花岭、南部约15km南门口附近均有燕山期花岗岩出露，该区北部土地圩有顶面海拔标高为0米的燕山早期隐伏花岗岩体存在，初步分析认为本区热能来源主要是地层深部的隐伏花岗岩体岩浆余热沿向斜构造和书楼村断层破碎带传导（图2）[3]。

3.2 导热条件

该地热异常区主要导热构造为庄天田向斜和书楼村断层（F1）。庄天田向斜为地热异常区的蓄水、导热、储热构造，庄天田向斜南部的地下水在沿岩溶裂隙由浅部向深部运移的过程中，在地层深部进行一定的热交换而形成温热水，温热水沿向斜北翼的岩溶裂隙由深部向浅部运移，并在平江河谷一带出露地表，形成地热异常区。书楼村断层（F1）是地热异常区的另一部分导热构造，一部分地层深部的岩浆余热沿断层破碎带向上运移，庄天田向斜和书楼村断层（F1）为该地热异常区的导热构造。因此，庄天田向斜、书楼村断裂（F1）及土地圩断层（F20）是该地热异常区的主要蓄水、导水及导热、储热构造，控制着地下水的运移及地下水在地层深部的热循环[4]。

3.3 储热储水条件

该区地处庄天田向斜核部，庄天田向斜轴向总体北东东，核部地层以二叠系上统龙潭组、滩洞组砂页岩为主，两翼主要为石炭系船山组、上头坳组、石蹬子组的灰岩、白云质灰岩组成。区内碳酸盐岩分布区岩溶极为发育，洼地、溶洞、漏斗多见，溶洞、岩溶管道及裂隙系统为地下水和热能的储存提供了有利的空间[5]。

3.4 隔热条件

二叠系上统龙潭组、滩洞组由黄灰色薄层粉砂质页岩、钙质页岩、粉砂岩、钙质砂岩等组成，总厚度约为400m。其透水性与含水性较差、完整性较好，构成有利的相对保温层[6]。

3.5 地下热水补给、迳流和排泄条件

该地热异常区的主要补给来源是大气降水，地下热水的补给、径流、排泄与区内构造和裂隙密切相关（图3）。工作区南部的断裂、裂隙及各类溶蚀裂隙、孔洞为大气降水往深部补给地下热水创造了有利条件。地下热水的补给区为地热异常区南东侧大面积出露的石炭系、泥盆系碳酸盐岩分布区，大气降水沿断裂及岩溶裂隙渗入地下[7]。

在平面上，地下水由南向北径流，地下水通过纵横交错的裂隙系统，由浅部向深部运移，由分散到集中，由潜水逐渐转变成承压水；地下水在向斜南翼由浅向深运移的过程中，受深部隐伏花岗岩体岩浆余热扩散影响，温度逐渐增大，在向斜深部形成温热水，温热水沿向斜北翼的岩溶裂隙由深部向浅部运移，受庄天田向斜构造、书楼村断层及地表地势影响，地下温热水最终在地势低洼的平江河河谷一带天然产出，形成天然温泉（群）[8]。

地下水在沿庄天田向斜中的岩溶裂隙由地层浅部向深部运移过程中，裂隙岩溶水吸收深部花岗岩体余热，使地下水水温增高，向斜核部的二叠系上统龙潭组、滩洞组砂页岩起到相对保温作用，深部的温热水沿向斜北翼的岩溶裂隙由深部向浅部运移，在地势低洼的河谷一带天然产出，形成天然温泉[9]。

3.6 热储模型分析

初步分析认为，庄天田向斜、书楼村断层（F1）是该地热异常区的导热、储热构造，土地圩断层（F20）是地热异常区北部的边界，隔断了地热流体向北部扩散；呈条带状出露于庄天田向斜核部的二叠系上统龙潭组（P2l）、滩洞组（P1t）、下统当冲组（P1d）的砂页岩与硅质岩具有阻水、隔水、隔热作用；庄天田向斜南部大面积出露的碳酸盐岩地层为该地热异常区的补给区，为地下热水提供了丰富的补给来源。庄天田向斜内的岩溶裂隙水在由地层浅部向深部运移的过程中，温度较低的裂隙岩溶水与深部地层中的岩浆余热进行一定程度的热交换后，形成温热水，温热水沿向斜北翼的岩溶裂隙由地层深部向浅部运移，形成了地热异常区。热能来源主要为地层深部隐伏花岗岩体岩浆余热。