贵阳市龙洞堡地区地热水成因及其特征研究

王 鸿，吴 斌，付君宜

(贵州正业工程技术投资有限公司/贵州省岩溶地基工程技术研究中心，贵州 贵阳 550005)

1 研究区概况

贵州省地热资源丰富，全省有80多处天然温泉出露[1]，具有分布面积广、分布不均、温度低等特点。多用于温泉洗浴、农业灌溉，以及医疗等。贵阳市温泉旅游已有多年发展，利用乌当背斜、乌当断层以及次一级构造复合组成的复杂构造区，已在新添寨片区成功开发多处温泉旅游区景点，水量在600～800 m3/d，水温在40℃左右。在红枫湖及贵安新区等区域依据所处的地质条件也成功实施多处地热勘探钻孔，红枫湖片区钻孔深度在2 000 m以上，水温均大于45℃，目的层为震旦系上统灯影组(Zbdn)[2]，而在贵安新区实施的地热钻孔出水量可达903 m3/d，井口水温在53℃。

研究区位于贵阳市西南侧，距离市中心6 km，是地热水资源尚未开发的区域。本次研究中对该区实施地热钻井一口，并对其成因和水质进行研究，分析结果能够为该区后期的地热水开发利用提供依据。

2 水文地质环境概况

研究区地处黔中丘原盆地向黔南中山、低山过渡区域，地形呈山区沟谷地形。地势总体西高、东低。区内大面积分布三叠系大冶组碳酸岩地层，碳酸盐岩分布区地貌形态主要为峰丛槽谷，溶蚀峰丛大多沿岩层走向延伸，岩溶谷地、洼地较宽浅，多与岩溶峰丛平行展布。

图1 区域地质构造纲要图[3]

在构造上研究区位于贵阳向斜东侧，龙洞堡向斜西翼，如图1所示。区内有永乐堡断层及云关断层通过。其中永乐堡断层位于研究区东部，呈北东向展布，长度约10 km，断层倾向北西，倾角约60°，上下盘均为三叠系下统大冶组地层，为一张性断裂。云关断层位于研究区西部，走向近南北，倾向东，倾角40°～60°。断层破碎带宽10～30 m。断层上盘为二叠系地层，下盘为上三叠统地层。

区内地表主要出露的地层为三叠系下统大冶组(T1d)、安顺组(T1a)、中统花溪组(T2h)；二叠系中统栖霞组(P2q)、茅口组(P2m)、上统吴家坪组(P3w)、长兴组—大隆组(P3c-d)；石炭系下统大塘—摆佐组(C1d-b)、中统黄龙群(C2hn)；泥盆系下统乌当组(D1w)、中统莽山组(D2ms)。

3 地热成因分析

贵州省区域内的地热水主要贮藏于沉积岩中，在东部变质岩区域也有一定的赋存条件[3]。地热水的形成条件离不开热储层、盖层、导热通道，以及热源，即地热水的贮存空间，地热水的保温盖层，热循环的运移通道，以及供给地热的热源。根据不同地质年代的热储层和盖层，将区域内划分为五个热储单元[4]，见表1。结合本次研究区地热钻探勘查结果，研究区内的地热储层可为分为两个热储单元。第一热储单元的热储层由寒武系中上统娄山关群(2-3ls)至奥陶系下统红花园组(O1h)白云岩组成。上部盖层为志留系下统后所组(S1h)至泥盆系中统莽山群(D2ms)石英砂岩所组成，厚度达到800 m具有较好的保温效果。第二储热单元的热储层由泥盆系下统高坡场组(D3g)至石炭系中统黄龙组(C2hn)的白云岩和白云质灰岩组成。上部盖层为二叠系中统梁山组(P2l)粉砂岩，厚度仅为20 m保温效果较差。

位于研究区西侧的云关断层是本区的主要断层，由北向南贯穿整个研究区，断层倾向正东，具有发育规模大延伸远、切割深等特点。并且在该断层北段有明显的热异常显示。根据钻探资料显示该断层深切割至寒武系地层，能够为本区地热水提供良好的热运输通道。

而研究区地热水源主要来源于大气降水，且大部分为经过长期地下径流的矿化度较高的古水，少部分为现代水。这部分古水主要来源于研究区东侧黄丝背斜的核部，以及大谷冰背斜核部出露的寒武系地层[5]，距离研究区在40 km以上。

贵州省内以二叠系、三叠系沉积岩类为主，缺少新近期的岩浆侵入活动，因此缺乏放射性热源，主要热源来源于深部地幔的热传导。

4 地温场特征分析

通过地热钻孔测温可以了解研究区内随深度增加地温变化的情况，如图2所示。地温梯度与上部岩层的厚度有十分密切的关系，地温梯度随上部盖层的减少而增大[6]。本次地热钻孔在终孔深度以上，保温盖层为志留系下统后所租(S1h)至泥盆系中统蟒山群(D2ms)的粉砂岩厚度达800余米。而从地温曲线可以看出，浅部以灰岩为主的二叠系地层富水性较强地下水丰富，地温增加缓慢。而后随着深度的加深地热温度稳步上升，变化较小。地温梯度在1.99℃/100m，低于乌当背斜核部的2.25～2.59℃/100m，但与该区域的2.0℃/100m地温梯度基本一致，见图3。

图2 钻孔柱状示意图及增温曲线

图3 贵州省地温梯度图

热储单元主要层位地层岩性第一热储单元第二热储单元第三热储单元第四热储单元第五热储单元盖层寒武系下统牛蹄塘组(1n)～金顶山组(1j)泥岩、粉砂岩热储层震旦系上统灯影组(Zbdn)中厚层白云岩盖层奥陶系下统湄潭组(O1m)泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩热储层寒武系下统清虚洞组(1q)～奥陶系下统红花园组(O1h)白云岩，白云质灰岩盖层石炭系下统祥摆组(C1x)～旧司组(C1j)泥岩、石英砂岩热储层泥盆系上统(D3)～石炭系中统(C2)石灰岩、白云质灰岩盖层二叠系中统洒志组(P2s)～梁山组(P2l)砂岩、泥岩、夹煤层热储层石炭系下统摆佐组(C1b)～上统马平组(C2mp)灰岩盖层二叠系上统峨眉山玄武岩(P2β)～三叠系下统飞仙关组(T1f)玄武岩、泥岩、煤层、粉砂岩热储层二叠系中统栖霞、茅口组(P2q-m)灰岩

5 地热水水化学特征

本次研究从地热钻孔中寒武系中上统娄山关群的地热水水质取样测试，分析结果见表2，其井口温度为59.5℃。根据水质分析结果，阳离子Ca2+为主，达到400.8 mg/L，其次为Mg2+；阴离子则以SO42-为主，达到1 271.89 mg/L，其次为HCO3-。其水化学类型为SO4—Ca型水。其中溶解性总固体及硫酸根离子含量较高，这与地下水运移路径较长水岩作用充分，贮藏环境较封闭以还原反应为主有关。水质成分中锶、氟、偏硅酸等达到医疗价值浓度标准，硫酸根离子、氟、铁等含量超过饮用水标准，因此该地热水仅适用于温泉理疗保健的用途。

表2 钻孔地热水化学成分分析表 mg/L

6 结语

研究区深层地热水经过较长的路径运移贮藏于寒武系娄山关群白云岩中，上部覆盖较厚的砂岩作为保温层，且有云关断层深切割提供的导热通道，为研究区提供了地热水形成的基本条件。在地温上，研究区主要依靠正常的地温增温对地下水加热。水质分析结果表明，该区地热水水化学类型为SO4—Ca型水，其中锶、氟、偏硅酸的含量较高，具有一定的理疗效果。综合分析结果可以看出，研究区地热水贮藏条件良好水量充足，水温、水质适宜于温泉洗浴的开发。

[1]毛健全.贵州省地热资源特征、分布规律、开发现在及发展远景[A].中国西部地热资源开发战略研究论文集[C].2001: 29-36.

[2]刘传远.贵州省清镇市红枫湖片区地热资源特征[J].有色金属文摘.2015.4(30):43-45.

[3]段启杉,宋小庆,孟凡涛，等.贵州东部变质岩区地热水赋存规律研究[J].地下水.2015.4(37):37-39.

[4]邵林,李军.浅谈贵州省地下热水资源类型及特征[J].地质灾害与环境保护.2011.2(22):92-98.

[5]沈志平,王鸿,吴斌，等.贵阳市龙洞堡地区地热水资源开发利用前景浅析[J].地下水.2016.4(38):64-65.

[6]邬立,赵璐,罗湘赣.贵阳市乌当区地热田地温场特征及大地热流估算[J].勘察科学技术.2012.3:41-43.