绥宁县寨市乡地下热水的潜力分析

黄馨莹，邓新平，姚腾飞，郑鹏飞，王 璨

（湖南省地质灾害调查与监测所，长沙 410007）

地热资源是一种可再生的清洁能源。湖南省面临缺煤、少气、无油的能源现状，大力开发利用地热资源可有效缓解能源短缺的局面。在绥宁县寨市苗族侗族乡（简称寨市乡）进行地下热水资源可行性勘查时，施工钻孔2个，终孔温度显示，孔内水温呈递增趋势。根据ZK1、ZK2钻孔抽水试验，允许开采量均大于500 m3/d，富水性属丰富级[1]。区域地质条件分析表明，3组断裂交汇部位地下1 700～2 000 m处可能存在地热资源。本文通过研究寨市乡地质背景，对区域地下热水进行潜力分析，为下一阶段地热钻探提供依据。

1 地层岩性分析

研究区的构造框架总体表现为“一向斜三断裂”，黄桑坪-绥宁向斜轴向为北偏东20°，西翼倾向为110°，倾角为45°～70°，东翼倾向为290°，倾角为60°～70°，两翼均遭断层破坏，其中黄桑坪以南有向西北倒转特征。向斜两翼沿轴向分别发育有F1、F2两条主要断裂，二者均为压扭性逆断层，产出特征基本与向斜两翼产状一致；F3断裂与轴近60°斜交[2]，倾向为170°，倾角为60°～65°，破碎带露头最宽约为20 m，将F1、F2断裂错开约320 m。

出露地层由老至新为元古界震旦系、下古生界寒武系，震旦系包括南沱冰碛岩组、陡山沱组和灯影组，岩性总体为硅质板岩、炭泥质板岩、板岩和冰碛砾岩等，寒武系仅出露牛蹄塘组，以板岩、变质砂岩、灰岩和泥灰岩多见，局部变质砂岩与板岩互层。

2 地温场特征分析

2.1 平面特征

本次勘察工作共测定16个地下水监测点的温度，其中，水井有6个，出露泉有10个[3-4]。本次工作野外调查时间为11月，平均夜间气温为9 ℃左右，平均日间气温为17 ℃左右。本次调查水点温度最低为15.2 ℃，16个点的平均温度为16.8 ℃，可见大部分水点的温度位于正常的地下水温度范围内。其中，J04点水温为19 ℃，明显高于其他调查点[5]，且其出露于工作区西部F3断裂所在河谷南侧陡坎上。经初步分析，J04点位于F2断裂附近（上盘），其可能为F2断裂破碎带含水层的露头，系深部循环的上升泉。

2.2 垂直特征

本次工作共施工ZK1、ZK2两孔，终孔后分别对全孔进行了测温，结果如图1所示。从结果可知，工作区恒温层温度保持在15 ℃左右。按照50 m以下测温曲线的平均斜率计算方法，ZK1孔的地温梯度为3.81 ℃/100 m，ZK2孔的地温梯度小于ZK1孔，为3.07 ℃/100 m。

图1 钻孔测温成果（120 m）

2个钻孔终孔后分别做了抽水试验，其中，ZK1孔静止水位埋深为3.50 m。孔深73.00～121.80 m为F3断裂的主要含水段。最大水位降深为21.73 m，相应涌水量为5.08 L/s（438.91 m3/d），经推测，最大涌水量为907.2 m3/d。抽水时，水温为16 ℃。ZK2孔静止水位埋深为2.12 m。该孔揭露了2个断裂（F1、F3），系主要含水段。最大水位降深为4.02 m，相应涌水量为6.989 L/s（603.85 m3/d），经推测，最大涌水量为1 004.6 m3/d，抽水时，水温为16～17 ℃。

3 地下热水潜力分析

研究区地貌类型为构造剥蚀中山，地下水系统具有典型的山区特点。地下水主要来源于大气降水，其排泄受到地形及构造条件控制，其集中在地势较低洼处或阻水断层、岩层界面处出露。受地质构造控制，断裂带、褶皱转折端和相变带是地下水排泄点[6]。在多期构造作用及风化作用下，工作区出露地层地表岩石裂隙发育，为降雨入渗提供了有利条件。在构造发育区，降水会沿着构造裂隙渗入深部形成构造裂隙水，形成富水带。

从构造来看，研究区处于黄桑坪-绥宁向斜核部，受西北向应力挤压作用，区内向斜两翼各发育近平行向斜轴线的主断裂F1（倾向东，倾角约77°）和F2（倾向西，倾角约75°）。受西北向应力的剪切作用，后期又发育东北向张性断裂F3（倾向南，倾角约66°）。F1、F2、F3这3条断裂基本构建了研究区地下水系统的基本框架。

在褶皱形成的过程中，山体应力集中于褶皱轴部，常形成纵张裂隙和X形剪切压扭性裂隙，特别是工作区质地较脆的砂质板岩、硅质板岩和砂岩等。岩层弯曲时，褶皱轴部可能出现岩层加厚、挤压破碎现象，或者层面滑动，在褶皱轴部形成空隙。因此，向斜核部的深部可能存在富水层，该含水层可能是未来地热勘查工作的重要靶区。

据调查，研究区未发现隐伏的岩浆岩体，但位于雪峰山推覆构造带和邵阳凹陷的交界带上，从构造演化的角度分析，研究区周边三叠纪受印支运动的影响强烈，金屋塘和城步南山均发育较大规模的三叠纪岩浆岩体。经初步分析，东西向F3断层初步形成于印支期（也可能为更老断裂的重新活动）。进入侏罗纪以后，受燕山运动的影响，研究区形成褶皱和逆断层带（F1、F2），同时F3断裂受东西向主应力的影响，由逆断层发育为走滑断层。研究区周边侏罗纪岩浆岩体分布较少，但在研究区东部42 km的新宁县黄金瑶族乡有分布。进入早白垩世中期后，受四川运动的影响，地层受东北向主应力的挤压。在此背景下，F3断裂再次转为具有压扭性的逆断层，而F1、F2反而往张性断层方向转变。

由上述可知，研究区经历了多次构造运动，其深部是否存在岩浆岩体还有待更深一步工作验证。从区内的构造组合模式来看，研究区地下水系统是非常典型的向斜-断裂构造控制地下水系统，为对流型地热系统提供了较好的形成条件。断裂F1、F2倾向相反，产状较陡，经初步计算，两者在深部1 700～2 200 m交汇，具有形成深部对流型地热系统的基本条件，地下水循环模式如图2所示。

图2 工作区地下水循环模式示意图

在向斜形成的过程中，可能会出现纵横张断裂、层间裂隙、层间滑脱和断层等一系列储水空间及过水通道，这种层间储水构造与平行于向斜轴的F1、F2断裂也可能构成一种特殊的对流型地热系统。研究区牛蹄塘组下段（∈1）底部为灰黑色薄层板岩夹灰黑色薄层硅质岩或二者互层，灯影组（Z1d）上部为灰至黑色中至中厚层硅质板岩，这两个相邻岩层可以作为这种对流型地热系统的靶区地层。

根据以上分析，研究区具备地下水深部循环的基本条件，同时地表所测地温梯度较高，地下热水深部成矿条件较好。因此，向斜核部牛蹄塘组硅质岩、灯影组上部硅质板岩是重要的地热靶区地层，同时F1、F2、F3断裂深部交汇带也作为地热资源的靶区带。本研究初步选定黄桑坪以南约700 m的河流峡谷区作为勘查靶区。根据F1、F2、F3断裂以及区内寒武系地层的厚度，估计地下热水埋深在1 700～2 000 m，孔底温度保持在42 ℃左右，出水温度保持在32 ℃左右。单井涌水量保持在500 m3/d左右。

4 结论

研究区出露泉、水井的水温最低为15.2 ℃，最高为19 ℃，平均温度为16.8 ℃，大部分监测点的水温处于正常的地下水温度范围内。水温与地下水循环条件密切相关，受季节性影响的风化裂隙地下水温度变化较大，受构造控制的地下水温度相对稳定。经钻孔测定，ZK1孔的地温梯度为3.81 ℃/100 m，ZK2孔的地温梯度为3.07 ℃/100 m，循环温度保持在50 ℃以上。研究区地下水系统是非常典型的向斜-断层构造控制地下水系统，具有对流型地热系统的形成条件。地热循环深度为1 700～2 000 m，孔底温度为42 ℃左右，出水温度为32 ℃左右，单井涌水量为500 m3/d。总体来看，研究区地下水资源比较丰富，地下热水潜力较好。