铜陵市朱村地区水文地质条件及地热特征研究

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(安徽省地质矿产勘查局321地质队，安徽 铜陵 244033)

地热资源是一种宝贵的天然资源，它集能源、热源和水源为一体，可直接用于发电、取暖、洗浴、种植和养殖等行业，很早就被人们所关注，特别是在常规能源日益短缺的今天，其重要性不言而喻[1]。安徽省在地热资源开发利用，特别是地热地质条件研究方面也做了部分调查研究工作。研究认为安徽省地热的形成与断陷盆地、断块隆起带及深大断裂带等地质构造关系密切，地热类型主要为隆起山地对流型和沉积盆地两大类型，热储勘查类型主要有层状、带状、层状兼带状三种类型[2、3]；安徽省沿江地区属中低温地热的主要分布区，地热分布与构造关系密切，热储多是基岩裂隙、岩溶地层，热水主要接受大气降水补给[4、5]。铜陵市位于长江南岸，在地热资源开发利用了也进行了一些尝试，目前尚未取得有效突破。本研究结合实际工作开展情况，就铜陵市朱村地区地热地质条件进行了初步研究。

朱村地区位于铜陵市义安区顺安镇南侧，行政区划隶属于安徽省铜陵市义安区顺安镇与天门镇，距铜陵市市区12km，交通便捷，区位优越。

1 地热地质及水文地质概况

1.1 地层与构造

研究区地表及钻孔揭露地层自下而上有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、第三系和第四系，其中泥盆系中、下统缺失，仅发育上统五通组(D3w)，主要岩性以石英砂岩、粉砂岩为主；石炭系下统缺失，仅发育中统黄龙组(C2h)、上统船山组(C3c)，主要岩性以白云岩、石灰岩为主；二叠系主要发育下统栖霞组(P1q)、孤峰组(P1g)，上统龙潭组(P2l)、大隆组(P2d)。栖霞组主要岩性以灰岩为主，孤峰组以页岩为主，龙潭组以石英砂岩、粉砂质页岩为主，含煤二至三层，大隆组以硅质岩、泥灰岩为主；三叠系发育下统南陵湖组(T1n)、中统东马鞍山组(T2d)和铜头尖组(T2t)，其中南陵湖组与东马鞍山组以灰岩为主，铜头尖组主要为粉砂岩；第三系主要分布大通群(R)厚层状砾岩、砂砾岩；第四系主要以中更新统与全新统粘土、粉质粘土及砾石层为主。构造部位位于铜陵复式褶皱之朱村向斜盆地，发育南北向逆断层一组(郎坑—李家宕断层)，该断层走向150°～330°，倾向北东，倾角较陡，约70°左右，北东盘上升，属逆断层，研究区为第四系掩盖，该断层踪迹不清。经钻孔揭露，断层宽十几米～数十米，有石英二长闪长岩体贯入，并切穿铜头尖组。

图1 区域地质构造图

1.2 地热地质特征

朱村地区地形较平坦，盆地构造发育，盖层厚度大，下伏三叠系可溶性碳酸盐岩，区域燕山期岩浆活动强烈，断裂构造较发育，综合分析认为朱村盆地具备形成层状地热的地质背景条件。

1.2.1 盖层

大通群、铜头尖组地层，岩性以砂砾岩、砾岩、泥质粉砂岩、长石石英粉砂岩为主，岩体柔性相对较大，裂隙发育强度差，且多为泥质所充填，地层的隔水保温性能比较好，区域上视为隔水层。此外，赋存于三叠系中统东马鞍山组地层中的石膏矿，矿体呈似层状，产状与围岩近于一致，矿体总体形态与朱村向斜形态吻合，走向近南北，倾角20°～35°，相向倾斜，赋存标高顶板约-360～-460 m，底板-380～-820 m。矿体类型主要为硬石膏矿矿石，灰—灰白色，细粒结构，厚—巨厚层状，也可视为较好的隔水层，即盖层。上述地层由于其特殊的岩性决定了其透水性差，热导率低，有效地阻止了地热能的散失，构成了地热储热层良好的保温隔热层。

1.2.2 热储

区内“红层”下伏基岩三叠系中下统南陵湖组、东马鞍山组厚层～薄层灰岩，构成热储层。南陵湖组、东马鞍山组灰岩，蚀变后为大理岩，厚度大于250 m，在向斜两翼出露地表。铜陵地区东马鞍山组灰岩地层与铜头尖组陆相碎屑岩地层之间存在角度不整合面，这个不整合面曾暴露地表发育了古岩溶。在后期构造运动作用下，沿此不整合面上岩溶进一步发育。在铜头尖组陆相碎屑岩等下伏碳酸盐岩不整合面岩溶发育，含水丰富，且岩溶沿不整合面发育深度大大延伸。此不整合面是铜陵地区深部岩溶水富集层位之一[6]。另外，石膏矿矿体底板和东马鞍山组、南陵湖组灰岩接触面，岩溶发育，含水丰富。南陵湖组、东马鞍山组厚层～薄层灰岩，构成热储层。

1.2.3 热源及通道

研究区西部青山、东部城山等地石灰岩出露地表，岩溶发育，接受大气降水入渗补给。地下水通过层面、裂隙溶洞及断裂构造向下运移，到达深部。另外，研究区发育近南北向逆断层，形成稳定的隔水边界，有利用地下水的富集。由于径流路径较长，埋藏较深，在地壳正常增温下地下水水温度得到升高，并储存于三叠系灰岩热储中(图2)。

图2 研究区地热地质概念模型剖面示意图

1.3 水文地质概况

区内地下水类型有松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类岩溶水、基岩裂隙水三大类型。

1.3.1 松散岩类孔隙水

1)第四系全新统冲积含水层

由全新统冲积物组成，厚8～30 m，具二元结构，上部为粉质粘土，顺安及以北的地区夹淤泥质粉质粘土，厚2～10 m，下部为中粗砂、砂砾石，一般厚约5 m，部分地段1～2 m。地下水主要赋存于砂砾石层中，单井涌水量100～1 000 m3/d。

2)第四系中更新统冲洪积含水层

分布研究区大部，厚10～20 m，由中更新统冲洪积物组成，岩性为褐黄色、棕红色粉质粘土，含高岭土和铁锰质结核，局部含少量砾石。富水程度极弱，属相对隔水层。单井涌水量小于10 m3/d。

1.3.2 碳酸盐岩类岩溶水

1)碳酸盐岩类裂隙溶洞水

(1)裸露型

水量中等的：呈条带状分布于铜官山、青山等岩溶低山丘陵地区。含水岩组为三叠系中、下统南陵湖组、东马鞍山组灰岩、白云质灰岩，岩溶较发育。泉流量1～10 L/s，矿化度0.42～0.45 g/L，为HCO3-Ca型水。

(2)覆盖型

水量丰富的：含水岩组为三叠系中下统南陵湖组、东马鞍山组及二叠系下统栖霞组灰岩，岩溶水强烈地接受上部孔隙潜水的垂向补给和岩溶水的侧向补给，含水丰富，单井涌水量1 019～3 236.5 m3/d。

水量中等的：含水岩组为二叠系栖霞组、三叠系南陵湖组、东马鞍山组中厚层状灰岩、白云岩，岩溶发育，含裂隙岩溶水。单井涌水量500～1 000 m3/d。

2)碳酸盐岩夹碎屑岩类裂隙岩溶水

含水岩组为三叠系下统殷坑组、和龙山组钙质页岩夹泥质灰岩，间夹中厚层状灰岩。岩溶发育以溶沟、溶槽及溶蚀裂隙为主，其中裂隙发育不均，随深度减小，含溶蚀裂隙水。据钻孔抽水试验资料，单位涌水量0.002 21～0.047 7 L/s·m，富水程度弱。

1.3.3 基岩裂隙水

1)碎屑岩裂隙水

含水岩组为第三系大通群，三叠系铜头尖组砂岩、粉细砂质页岩，二叠系大隆组、龙潭组、孤峰组硅质岩、粉砂岩，志留系高家边组-泥盆系五通组石英砂岩、粉砂岩。表层风化带内风化裂隙较发育，岩石较破碎，含微弱风化裂隙水。泉流量一般小于0.1 L/s。

2)岩浆岩系裂隙水

区内岩体贫水。由燕山期侵入岩组成，岩性主要为闪长玢岩、辉石闪长岩、闪长岩等组成，裂隙不发育，地下水主要赋存于岩体浅部的风化裂隙中，含微量风化裂隙水，富水程度极弱，向深部岩石新鲜无水。

2 地质成果分析

2.1 地温场

2.1.1 恒温带深度及温度

根据狮子山矿区多个勘探孔一年内1月、4月、7月和10月4次温度实测结果统计，区域恒温带深度20 m(15～25 m)，恒温带温度17.55℃，略高于本区多年平均气温(16.3℃)。

2.1.2 地温梯度及地下水水温情况

根据周边矿区勘探钻孔测温统计[7]及研究区北侧边缘ZK82孔测井数据分析(图3)，区域平均地温梯度约为2.0℃/100 m。根据冬瓜山铜矿主井突水水温测量，-900 m位置突水水温达到39.5℃[7]。

图3 ZK82综合水文测井成果图

2.2 CSAMT勘查

CSAMT在地热资源勘查上运用广泛，取得了较好效果[8，9]。本研究布置了3条CSAMT测深电阻率剖面。在CSAMT测深电阻率剖面上(图4)，在剖面北西端有一倾向北西的低阻异常，剖面南东侧也有倾向南东的低阻异常，明显反映了构造的存在，推测为一正断层(F3)以及构造破碎带F1，F3可能为朱村向斜盆地边界；结合区域地质资料分析，剖面中部的高阻区域可能为以灰岩为主的三叠系地层和厚层石膏的综合反映，平均深度约1000余米；剖面深部的低阻层可能为地下水的富集层位，由于平均埋深较大，再加上区内有良好的热储层和盖层地层，为该地区的地热开发利用成为可能。

图4 1线CSAMT测深电阻率及推测

2.3 重力勘查

研究区内重力场总的趋势由南到北、由西到东逐渐增高。重力剩余异常值西南最小，2.5 mgl；东北最高，达9mgl。物探解译认为，研究区中东部重力高，推测下伏高密度地质体，可能为灰岩或岩浆岩；西部重力低，推测下伏低密度地质体，可能为砂砾岩。

3 找热可行性分析

研究区下伏三叠系中下统南陵湖组、东马鞍山组厚层～薄层灰岩，分布面积大，沉积厚度大，岩溶发育，具有有效孔隙和渗透性，构成良好的“层状热储”。区内盆地构造发育，地表覆盖较厚的红色碎屑岩地层。上覆三叠系中统铜头尖组，分布面积大，沉积厚度大，现有钻孔揭露厚度最大745.21 m(ZK142)，推测厚度最大可达900 m，不透水或弱透水，构成热储良好的“盖层”。另外石膏矿赋存于三叠系中统东马鞍山组顶部，矿体呈似层状，封闭性较好，也可以成为热储的理想盖层。

南陵湖组、东马鞍山组岩溶发育，破碎带、裂隙发育带和接触带附近岩溶增强。含溶洞裂隙水，为区域主要含水层。富水程度中等～强，单井出水量500～3 000 m3/d。根据ZK82综合水文测井成果，两段见地下水活动迹象，分别位于650～680 m段角度不整合面附近、980～1 000 m段矿体底板接触面附近，地下水呈横向扩散，流速相对较缓慢。表明“地热流体”来源丰富。

研究区钻孔平均地温梯度为2.0℃/100m。1 000 m深度实测地温达38℃，1 500 m深度推测地温可达48℃。

4 结语

(1)通过区域地质资料分析，朱村向斜盆地是区域上的蓄水构造，上覆三叠系铜头尖组地层厚度大，下伏三叠系东马鞍山组、南陵湖组灰岩岩溶发育，含丰富

地下水，水文测井见明显地下水活动迹象，具有可能形成“层状热储”的地质背景条件。

(2)找矿目的层有两层：其一为东马鞍山组灰岩地层与铜头尖组陆相碎屑岩地层之间角度不整合面至石膏矿层上接触面层状热储；其二为石膏矿层下部东马鞍山组与南陵湖组层状热储。上述两层层状热储，地下水活动迹象明显，含水丰富，单井出水量可达1 000 m3/d。1 000 m深度地温达38℃，1 500 m深度地温预测可达48℃，为下阶段预可行性勘查寻找层状地热资源的主要层位。

(3)建议在城山附近布置地热预勘查孔1孔，孔深1 500 m，设计钻孔揭露地层为第四系粉质粘土、三叠系铜头尖组砂砾岩、东马鞍山组灰岩、南陵湖组灰岩，推测揭露盖层厚度约880 m。

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