赣东德兴市万村地热资源找矿潜力分析

林日松，张学东，张 雷

(贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队，贵州 清镇 551400)

研究区属江西省上饶市德兴市万村乡管辖，区内共发现10个天然温泉点，沿河床及冲积阶地分布，水温28℃，热泉的总流量达10174.3m3/d。从2005年至2018年间，不少地勘单位对研究区的中部进行过地热水资源勘查工作，积累了较多的地质资料。为了进一步利用地热水资源，促进德兴市经济发展，根据已有的地质资料成果综合分析，对该区的东部进行地热水找矿潜力分析，圈定了有利热储水地段，为下一步地热水勘查提供依据。

1 成矿地质背景

1.1 区域地质

研究区处于怀玉山褶皱断裂隆起带的西北部，受北东向构造控制，中元古界双桥山群变质岩组成了北东东向的褶皱基底，北东向的赣东北深大断裂带贯穿市区，温泉分布区位处该深大断裂带的西南端附近，距该断裂西南端约8.0Km 左右，断裂构造以北北东及北东向为主，性质多为压性及压扭性，北西向断层规模小且不发育。

1.2 研究区地质

1.2.1 研究区地层

对区内地热水勘查涉及到地层由新到老包括第四系、侏罗系、二叠系、石炭系、双桥山组下亚群及花岗岩体等，叙述如下：

(1)第四系全新统冲积层(Q4al)：分布于福泉河两岸，构成冲积阶地，冲积层厚一般6m～10m，上部为灰黄色粉质粘土，下部为砂砾卵石。

(2)侏罗系下统(J1)可划分为林山组和多江组

侏罗系下统林山组(J1l)：岩性为灰白色长石石英粗砂岩夹细砂岩、炭质页岩及砂砾岩。

侏罗系下统多江组(J1d)：岩性为灰色炭质粉砂岩夹长石石英砂岩、含砾粗砂岩，底部夹玄武岩。

(3)二叠系下统(P1)可分为安洲组和栖霞组

二叠系下统安洲组(P1a)：含炭粉砂岩夹长石石英砂岩；灰黄、黄绿色页岩及含燧石结核硅质灰岩。

二叠系下统栖霞组(P1q)：黑色含燧石结核夹沥青灰岩、灰黑色粉砂岩、泥晶灰岩及白云质灰岩。

(4)上石炭统(C2)可分为船山组和黄龙组，后者又进一步分成两个段

上石炭统船山组(C2c)：浅灰色厚层状细晶灰岩、白云质灰岩，顶部夹玄武岩。

上石炭统黄龙组上段(C2h2)：厚层状白云岩夹白云质灰岩，局部大理岩化及矽卡岩化。

上石炭统黄龙组下段(C2h1)：灰岩、白云质灰岩夹白云岩、白云岩等。本层中岩溶极为发育，多为半充填及全充填溶洞，规模大小不一，洞内充填物以粉质粘土为主，其次为砂及碎石。

(5)中元古界双桥山群(Pt2sh)：灰绿色、青灰色绢云母千枚岩，绢云母石英千枚岩，绢云母绿泥千枚岩及千枚状片岩等。

1.2.2 研究区构造

福泉山背斜：出露于区内西侧。区域上，轴线近北东-南西展布，为宽展型短轴背斜。南西转折端被抬起遭受剥蚀而变得残缺不全，北东端潜伏于第四系及下侏罗统林山组之下。轴部出露有上石炭统黄龙组下段，两翼从老至新为上石炭统黄龙组中、上段，船山组，下二叠统栖霞组、安洲组所组成。该背斜由于轴部地层倾角较缓，已剥露出大片的基底地层，加之燕山早期花岗岩侵入于背斜轴部，使背斜的形态趋于更复杂化。背斜的南西端断裂十分发育，使之遭受更大的破坏。

区内受北东向的赣东北深大断裂(遂川-德兴断裂北东段)影响，北北东向、北西向断裂发育，其中与热矿水相关的断裂有5条，沿F4断层有10个温泉点出露[1]。

各断裂主要特征分述如下(图1)。

图1 研究区地质简图

F1断裂：其西段与F4断裂斜交。断层北侧出露双桥山组地层，南侧为侏罗系砂岩地层。为一张扭性断层。

F2断裂：断层倾向北东，倾角不明。为一张扭性断层。

F3断裂：断层走向25°～30°，沿北北东向沟谷展布，断层带内见明显的硅化破碎现象，断裂带西侧为燕山期花岗岩体，东侧为二叠系砂岩地层，断层倾角不明。为一压性断层。

F4断裂：断层走向15°～20°，沿北北东向河床展布，地表可见沿断裂带有10个温泉群点出露。根据钻探资料显示，该断裂断面倾向东，是区内地热水主要导水通道。

1.2.3 岩浆岩

区内岩浆岩产出于区内南西部，为中细粒似斑状黑云母花岗岩岩株，岩体平面上呈近椭圆状，呈北东向延伸，构成北北东向山体。岩体侵入于福泉山背斜轴部，受北东向大坪岗断层和中秋窝断层控制。岩体主要侵入于双桥山组下亚群第二岩组绢云绿泥千枚岩、变余石英岩屑杂砂岩和变基性熔岩中，局部侵入黄龙组白云岩及白云质灰岩中[1]。

2 研究区地热地质条件

2.1 含水岩组及地下水类型

根据区内地下水的赋存状态和水力性质，可将区内地下水划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩岩溶裂隙溶洞水和基岩裂隙水三种类型。

(1)松散岩类孔隙水：主要分布于主干河流及其支流两岸，地下水赋存于砂砾石或碎石层中，该含水层与河水有密切的水力联系。

(2)碳酸盐岩岩溶裂隙溶洞水含水层：由石炭系及二叠系灰岩组成，岩性为白云岩、白云质灰岩，地下水赋存于溶洞及溶蚀裂隙中。本含水层中岩溶发育，灰岩中分布有暗河、落水洞、属区内水量丰富的含水层。

(3)基岩裂隙水：主要赋存于变质岩、花岗岩和砂岩构造裂隙中，含水层厚度极不稳定，水量贫乏。

2.2 热储构造及热储单元

2.2.1 热储构造

地下热水的形成受到储(层)、盖(层)、通(导)、(热)源等条件的控制，导热导水构造、热储层、隔热保温层构成了“热储构造”。断裂或背斜构造能使地下等温面抬升形成向上突起，在地下一定深度形成地热异常区(带)。

有利的导热构造为F4断裂，其为规模较大的走滑断层(沿断层出露较多温泉点)，是地下热流体向上运移的主要通道，该条断裂加强了地下热水运移和储存能力，形成了本区较为理想的导水导热通道。

由于区内位于福泉山背斜的东翼，发育有大量侏罗系、二叠系及双桥山组下亚群的碎屑岩，这一套厚度较大的碎屑岩将会对区内地下水起到隔热保温的作用；并且发育了厚度较大的、易于溶蚀而形成溶洞等溶蚀裂隙的灰岩及白云岩等脆性岩层，受断层的破坏及背斜形成时受水平挤压力作用发生弯曲产生断裂，形成了大量的构造裂隙，这些灰岩及白云岩中的溶蚀裂隙及构造裂隙共同构成了区内地下热水的储藏空间。

2.2.2 隔、储热层及单元划分

据各地层组合条件及各岩组岩性、结构、热传导性、富水性等划分隔、储热层，并以此划分热储单元(图2)。

隔热保温层：该类地层富水性相对贫乏，热导率及透水率相对较低，能起到隔热保温作用。区内此类地层主要有侏罗系、二叠系、双桥山组下亚群中页岩、粉细砂岩、泥岩、泥灰岩及千枚岩等地层。在区内及附近，大面积的分布有该套地层，所以区内的保温隔热效能良好。

热储含水层：该类地层有一定的裂隙及孔隙，含水较丰富，热导率及透水率相对较高。区内此类地层主要有二叠系下统栖霞组、石炭系上统船山组、黄龙组等地层，其岩性主要为脆性岩性(白云岩、白云质灰岩、灰岩)，该组地层在区内内及其附近大部分均为侏罗系、二叠系、双桥山组下亚群等地层覆盖。

图2 储热单元结构特征图

2.3 热储构造地球物理特征

经在区内开展的可控源声频大地电磁测深勘探及大地电场岩性测量两种物探手段，基本查明了区内重点地段地热异常范围、热储体的空间分布以及导热构造的深部发育特征

(1)F4断裂带为北北东向半隐伏型线状构造，横贯整个研究区。该断层总体倾向东，倾角65°左右，深部趋缓，在测线范围内最大下延深度2000m。断裂带二叠系、石炭系含水地层分布广泛，厚度大。断裂带上电阻率较低，是地下水富集的有利部位，是较好的导热构造。

(2)F4断裂存在明显异常反应，断裂带两侧含水地层分布广泛，厚度大，并有明显的低阻异常分布，是地下热水富集的有利部位，是较好的导热构造。

2.4 地热异常分布特征

区内地热主要受北东向遂川—德兴深断裂(F4)控制。在德兴市内形成万村-绕二-李宅地热带，共有3处地热区

(1)德兴市绕二镇暖水池温泉区，水温40℃～42℃、流量0.4541L/s；

(2)德兴市李宅温泉区，泉口水温22℃～23℃；

(3)德兴市万村乡渡头温泉区，泉口水温27℃～28℃、总流量每日约上万m3。

2.5 地热资源评价

(1)地热增温率：根据2018年完工的钻孔测温资料，区内的地温增温率为1.7℃/100m；

(2)热储温度：在选用下列方法对热储温度进行计算时，选择的参数是根据实地所取的水样所作水质分析值(表1)进行计算。

K-Mg地热温标计算公式[3][6]：

式中：t-热储温度(℃)； C1-水中钾的浓度(mg/L)； C2-水中镁的浓度(mg/L)

SiO2地热温标计算公式[3][6]：

式中：t-热储温度(℃)； C1-水中二氧化硅的浓度(mg/L)

表1 区内热储温度参数分析统计表

根据上表，此次调查所取水样钾镁地热温标求得的热储温度为18.06℃，二氧化硅地热温标求得的热储温度为45.82℃，故取二氧化硅地热温标求得的热储温度更为合适。

(3)热储深度：根据热储温度计算结果计算热储深度。其计算公式为：

热储深度=恒温点深度+(热储温度-恒温点温度)/地热增温率

恒温点温度取多年平均气温17.2℃，地热增温率根据钻孔测温资料取1.7℃/ 100m，恒温点深度取30m。计算结果：热储预测深度=1713.53m。

(4)热水井水温及水量预测

热储温度估算：根据区域出露异常点、钻孔井口水温，预测区内井口水温45℃～55℃是可能的。

出水量预测：据区内地质、水文地质及地热地质条件，结合可控源音频大地电磁测深及已施工钻孔成果及各地热异常点等资料综合分析，降压0.5MPa时，热储层水量达到500m3～700m3/d是可能的。

3 成矿条件分析

3.1 地热成因类型

据区域地质资料、地表调查及钻孔资料分析，研究区的地热水主要赋存在 F4断裂裂隙及两侧的岩溶中，断裂裂隙和岩溶是主要的储热空间，由于断裂裂隙和岩溶具有带状分布的特性，所以，研究区的热储属于断裂裂隙热储，而勘查区的地热水则属于自然增温带状对流型断裂裂隙地热水。

3.2 勘探类型

由于研究区储热构造是挽近期活动断裂，结构上存在较好的隔、储热地层，深部断层裂隙为地热流体运移提供了良好通道，构成了中低温以带状为主的热储，构造复杂，热储层为层状热储和带状热储相结合，区内地热水勘查类型属Ⅱ-3型[5]。

3.3 成矿条件分析

研究区内地热主要受北东向深断裂控制。在德兴市内形成万村-绕二-李宅地热带，共有3处地热区点，德兴市绕二镇暖水池出露水温达到42℃，而区内的热异常点水温亦达到28℃。研究区地质构造部位为福泉山背斜的东翼，受区域断裂赣东北大断裂控制，为构造应力集中分布区。区内发育规模较大的F4断层属赣东北大断裂的支断裂，形成了地下热流体运移的主要通道。区内分布有较厚的溶蚀及构造裂隙均较发育且热导率相对较高的白云岩、灰岩及隔热效果较好的粉砂岩、页岩、泥岩。据此可以推断，区内具备了地下热水形成、运移和储存的地热地质条件。据此分析出区内的地热水找矿潜力较好。

4 结论

通过收集已有构造、地层、水文地质、地热地质等已有资料，对所取得的资料进行综合分析论证得出如下结论：

(1)研究区发育的断层F4规模大、切割深，为区域赣东北大断层支断裂，形成了区内良好的导水、导热通道；其次，论证区分布有较厚的溶蚀及构造裂隙均较发育且热导率相对较高的白云岩及灰岩储水层和热导率及透水率相对较低的页岩、泥岩及泥灰岩等隔热保温层。

(2)区内发育有切割深度较大的断层，具有导水导热作用，结合可控源音频大地电磁测深成果资料及实际钻孔测温资料，热储单元水温的推断具有依据。

(3)区内地热主要受北东向深断裂控制，在德兴市内形成万村-绕二-李宅地热带。

(4)区内地热水勘查类型为层状热储和带状热储相结合，属Ⅱ-3型。

(5)经分析，研究区具备了“储、盖、通、源”地热地质条件，区内具备较好的地热水成矿条件，建议在研究区的东侧(避开埋深浅的岩浆岩区)进行地热水勘查钻探验证。