贵州省赫章县六曲河地区地热地质特征及成因

田超

（成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059）

地热资源作为一种清洁而宝贵的矿产资源，被广泛应用于采暖、热供水、医疗、娱乐等方面。上世纪90年代以来，我国地热资源向规模化、产业化方向发展，对地热资源的需求越来越大［1］。贵州省为助推扶贫攻坚，提出了加快“温泉省”建设的相关政策，以实现县县有温泉的目标［2］。研究区位于贵州省西北部，处于滇东高原向黔中山地丘陵过渡的倾斜地带，海拔1533m～1503m，地形复杂，属高寒高海拔地热资源相对贫乏的地区。前人在区内开展过小比例尺的区域地质及水文地质调查研究，但对于地热水的研究未见报道。2019年通过ZK1井的实施，成功打出一口水温52℃，水量1320m3/d的自流井，井深1182.70m，水头高度达+86m，摘掉了研究区无地热水的帽子，为地方经济社会的发展和助力脱贫攻坚输入了新的动力。因此，本文旨在通过总结ZK1井取得的勘查成果，论述研究区地热地质特征及其成因，为今后在贵州西部高寒高海拔地区开展进一步地热勘查提供借鉴和参考。

1 地质背景

研究区大地构造上位于杨子准地台黔北台隆遵义断拱毕节北东向构造变形区［3］，为四川盆地边缘褶皱带的一部分，由大致呈北东45°方向平行斜向展布的皱褶和压扭性断层组成（图1）。

图1 研究区地质构造略图

1.1 地层

研究区地表出露地层自新到老依次为第四系、侏罗系、三叠系、二叠系，根据2019年实施的ZK1地热井揭露，钻遇的隐伏地层有寒武系、奥陶系、石炭系。各地层岩性详见（表1）：

表1 研究区地层岩性简表

1.2 构造

研究区主要构造有画眉背斜、六曲向斜、文家园向斜、画眉断层（FH）（图1）。其中画眉断裂为挽近期区域性逆断层，是研究区内导热导水主断裂，总体走向约60°，延伸长达约30km，地表倾向南东，倾角约80°，使画眉背斜轴发生错动，局部出现地层倒转现象，并发育多组次级断裂。断层接触带附近具有挤压现象，且两侧地层产生明显滑动，牵引褶皱发育。通过物探对称四极测深显示，画眉断裂在深部产状发生反转，倾向北西，倾角65°，且有逐渐变缓的趋势。根据物探资料显示，按照画眉断层深部产状推测，预计在2300m处打穿断层达到目的。

根据ZK1勘探孔钻进温度记录显示，钻进至1151.68m时，处于湄潭组地层粉砂岩（湄潭组底部深度1165.00m），泥浆温度仅为25℃，自1165m～1175m时遇断裂破碎带，钻进至1182.70m时，进入娄山关群白云岩，泥浆温度骤升至38℃，温度升高13℃，说明在该段有新的地热流体进入钻孔，因而认为画眉断层在800m处产生了分支断裂（FH-1），该分支断裂为区内导热导水构造，位于寒武系娄山关群能干性强的白云岩与奥陶系湄潭组能干性弱的粉砂岩平行不整合面之间，具有层间滑动特征。

1.3 水文地质

区内地下水补给来源主要为大气降水，地下水类型主要为碳酸盐岩岩溶水，主要有中二叠统茅口组、栖霞组、中上寒武统娄山关群。岩性以灰岩、白云岩为主，含水丰富，地下径流模数6.5L/s.km2～7L/s.km2。其次为基岩裂隙水，以二叠系上统长兴组、龙潭组、玄武（火山）岩组为主，岩性主要为页岩、砂岩及玄武岩，多呈条带状分布，地下径流模数0.5L/s.km2～1L/s.km2。

2 地热地质特征

2.1 地热异常特征

研究区内无地热水天然露头点，ZK1井地质构造上位于画眉背斜西北翼，并受画眉断裂控制处于该断层的北西盘的次级断裂（FH-1），钻孔深度1182.70m，井口水温52℃，自流量约1320m3/d。

2.2 热储特征

根据地热钻探资料揭示，研究区内主要热储集单元为第五热储集单元、第四热储集单元、第二热储集单元，缺失第三热储集单元地层（见表2）。ZK1钻孔施工到1182.70m深度时，因发生地热水井喷，且水温、水量均超出预期，故终止继续施工，孔底地层岩性为娄山关群白云岩，并未完全揭穿第二热储集单元。

表2 ZK1钻孔揭露热储单元结构特征表

3 地热流体水化学特征

研究区地下热水为温热水，具无色透明、轻微的硫化氢气味。据地热勘探井（ZK1）水样采取和水质检测分析：流体pH值7.48，属弱碱性水；其中溶解性总固体含量为568.9mg/l，总硬度377.48mg/l，为硬水；水中阴离子HCO3-含量为156.85 mg/l，Cl-含量2.14 mg/l，SO42-含量258.32mg/l，F-含量为3.58mg/l，NO3-含量为1.55 mg/l。阳离子Ca2+含量为83.86mg/l，Mg2+含量为40.57 mg/l，K+含量为15.43 mg/l，Na+含量为5.37 mg/l；流体中含有对人体有益的主要成分为：偏硅酸（H2SiO3）35.30mg/l、锶（Sr2+）9.654 mg/l、锂（Li+）0.076 mg/l。水化学类型为HCO3-·SO42--Ca2+·Mg2+型。

此外，温泉水中尚含有一定量的硒、钼、硼、铁、锰、锌、六价铬、碘、钪、铜、钴、钡、锂、氟等少量及微量元素。温泉水中限量元素和组分及污染物含量均在现行饮用天然矿泉水国家标准的限量指标范围内。

4 地热流体成因

贵州西北部地区地热受挽近期继承性的北东断裂控制，研究区内地热成因属山地（隆起）断裂对流型，即隆起区受到深断裂控制的深循环热矿水［4］，勘探类型属中低温层状与带状组合类型（Ⅱ-3型）。地热的形成须具备热源、水源、导热导水通道、储热储水空间及对热的保护(盖层)等条件。

4.1 热能的来源

研究区内及周边无岩浆岩出露，也未见有隐伏岩体的相关报告，因此，区内不具备岩浆热源及放射性热源条件，故该地区地热流体系统的形成主要受区域构造、地层岩性等因素的控制。根据贵州省地温梯度分布，研究区正常地温梯度为2.0～2.5℃/100m左右，按照正常地温梯度计算，在ZK1井钻探深度1182.7m范围内不利于地热资源的聚集和地热水的富集，客观上属于地热资源不丰富的地区。因此热能主要来源于画眉断层（FH）及其次级断裂带（FH-1）连通的深部热能。在奥陶系粉砂岩及黏土岩盖层的阻挡下，热能得以较好的保存［5］。

4.2 导热条件

画眉断层（FH）为挽近期断裂，切割深、规模大，为深部地下热水能量交换提供了条件。受画眉断层影响，地壳深部的热量经断层热传导向上运移，成为导通深部热源的主要通道。上覆较厚的奥陶系下统湄潭组泥页岩，隔水效果良好，阻止了地热流体继续向上运移，起到良好的隔水保温作用。

4.3 储热储水条件

贵州省处在板块内地带，远离板块接触带，地热成因具有明显的板块内特点。研究区地热水主要赋存于第二储热单元寒武系娄山关群白云岩地层中，受画眉背斜、画眉断层（FH）及其次级断裂（FH-1）的影响，在长时间溶蚀作用、构造应力作用下，节理、裂隙和溶蚀孔洞发育，为地热流体的储存和运移提供了良好的空间条件。

4.4 隔热条件

奥陶系湄潭组（O1m）由浅灰色粉砂岩，夹浅灰色粘土岩、粉砂质粘土岩夹浅灰色白云岩组成，厚度250m。其透水性与含水性较差、完整性较好，构成第二储集单元有利的相对隔热保温层。

5 地热成矿模式

地下热水的补给径流与排泄是在区域范围内进行的，构成了区域性的地下热水循环系统。研究区内经历了多次构造作用，也就造成了不同期次的构造及其空间组合形式上的差别，同时也产生了前期构造对后期构造的控制和干扰，后期构造对先期构造的继承、改造与叠加作用。其中画眉断裂及其褶皱系统成为了研究区构造运动的代表产物［6］。

区内早期受到北西-南东向应力作用，形成了六曲河向斜、画眉背斜及文家园向斜等复合褶皱系统。致使能干性强的碳酸盐岩发生脆性变形，第二储集单元娄山关组白云岩受此影响产生破碎，节理裂隙发育，形成地下热水运移和富集的良好场所；挽近期的区域性断裂构造—画眉断层破坏了画眉背斜的完整性，规模大、切割深，地壳深部的地热水沿压力薄弱的断裂带在向上运移，受上部奥陶系湄潭组（O1m）厚层的粉砂岩及粘土岩隔水层的阻挡，在寒武系娄山关群（∈2-3ls）破碎的白云岩中形成具有承压性质的地热水。

地热流体的补给来源主要是寒武系娄山关群（∈2-3ls）在区域上接受大气降雨后的远程补给及上覆含水层的侧向补给；其次是大气降水渗入地下后，沿断裂带及裂隙向深部下渗，在下渗过程中，与来自地下深部的热流发生热交换而增温，并与围岩之间发生一系列的物质交换，矿物元素含量升高，成为有开发利用价值的地热水，温度升高的地热流体密度降低，与持续下渗的、密度较大的冷水发生对流循环，在储热含水层中储集起来（图2）。

图2 六曲河地区地热模式

6 结论

（1）研究区内地热成因属山地（隆起）断裂对流型，即隆起区受到深断裂控制的深循环热矿水，勘探类型属中低温层状与带状组合类型（Ⅱ-3型）。

（2）六曲河地热受断裂控制，画眉断层(FH)是地下热水的主要控制构造，起着导热、导水和储热、储水的作用。奥陶系湄潭组(O1m)粉砂岩及粘土岩具有相对的阻水和隔热保温作用是区内的热储盖层；初步分析认为热能来源主要是地壳深部的热能。

（3）研究区地下热水为温热水，具无色透明、轻微的硫化氢气味。PH值7.48，弱碱性。热水中含有等多种微量元素，其中氟含量3.58mg/L、偏硅酸含量35.30mg/L，达到医疗价值浓度标准和命名矿水浓度标准，具有多项优良医疗热矿水质量品位，为复合型医疗热矿水。