重庆市彭水县郁山镇地热地质特征研究

刘邦显，曾 敏，徐海峰

(重庆市地质矿产勘查开发局南江水文地质队工程地质队，重庆 401121)

研究区郁山镇位于重庆东部、彭水苗族土家族自治县东北部，距离距彭水苗族土家族自治县政府驻地39 km，《黔之驴》的故事发生地，属于武陵山分支的中低山带，地势延绵起伏，生态环境优美、风景秀丽，有“飞水井”、“古盐井”、“贺龙亭”等景点，旅游资源丰富。郁山镇政府已提出了“打造旅游业，重振古镇风”的发展战略目标，拟将郁山镇建设打造为“盐丹文化古镇”，挖掘保护郁山盐丹文化及红三军早期革命活动历史遗迹游，现已开始建设改造。研究区位于郁山背斜北西翼，郁山断裂带从工作区内通过，地层出露齐全，热储构造完整，热显示较明显，具备勘探开发理疗热矿水资源的条件。目前郁山镇未开发地热水资源，周边地区开发地热资源也很少，若在地热条件较好的地段成功勘探出理疗热矿水，将进一步带动郁山镇旅游业的发展，促进郁山古镇的建设。

1 地质概况

1.1 地质构造

研究区地处扬子准地台—上扬子台坳—渝东南陷褶束—七曜山凹褶束，为一系列北北东向褶皱群，呈有规律的带状分布，其褶皱为隔槽式褶皱；具体位于郁山背斜北西翼(图1)。该区断层发育，多发生在背斜轴部。

郁山背斜：位于彭水县城以东，轴线呈N25°E，北起于黔江区与湖北省交界的杉岭乡一带，南延伸至贵州省境内，延伸长度大于100 km。轴部地层为寒武系中统高台组(∈2g、在保家镇一带出露)，区内背斜轴部地层主要为奥陶系下统南津关组第一段(O1n1)，仅在在河沟深切处出露了寒武系上统毛田组(∈3m)。两翼地层为奥陶系～三叠系地层，轴部呈开阔的箱装向斜。两翼不对称，东翼直立甚至倒转，西翼岩层倾角20°～40°，轴面近直立，北西翼受郁山断裂带破坏，出露了寒武系上统毛田组地层。

图1 构造纲要图

1.2 地层岩性

工作区内出露地层均为沉积岩类，分别有：第四系、志留系中下统、奥陶系、寒武系上统地层，岩性以碳酸盐岩为主。

1.3 地貌特征

工作区属于渝东南部岩溶山区，海拔高程在500～1 300 m之间，相对切割深度一般在100～700 m，普遍为中山或低中山地形，山脉延伸方向多与构造线一致，呈北北东-南南西向。岩溶个体形态主要为落水洞、漏斗、暗河等。洼地内溶洞、落水洞较为发育，岩溶地下水埋藏较深。总体上地形北西低，东南部相对高，最高点位于工作区中部尖峰岭，标高872.5 m，区域最低侵蚀排泄基准面为郁江，在郁山镇场镇一带，标高约250 m。

1.4 水文地质特征

根据地下水在岩石中的赋水条件、水理性质及水力特征，将工作区内地下水划分为碳酸盐岩类裂隙溶洞水与基岩裂隙水两种基本类型。

1.4.1 碳酸盐岩类裂隙溶洞水

碳酸盐岩裂隙溶洞水：此类含水岩层主要为寒武系上统毛田组(∈3m)、奥陶系下统南津关组(O1n)、红花园组(O1h)。岩性以灰岩、白云岩、白云质灰岩为主。地下水出露以岩溶泉及管道状暗河为主，流量差异较大。岩溶泉水流量一般小于1 L/s，个别流量在1～10 L/s，地下水水化学类型均为重碳酸钙·镁型(HCO3-Ca·Mg)。

碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙溶洞水：主要含水地层为奥陶系下统大湾组(O1d)、中上统(O2+3)。岩性为一套页岩、泥岩、灰岩夹龟裂纹灰岩(即“宝塔”灰岩)、瘤状灰岩、泥质灰岩。构造上位于背斜翼部，地貌多为垄岗谷地及垄脊低山谷地。暗河、溶洞较少，岩溶发育差。中上奥陶统(O2+3)富水性相对较好，泉水流量较大。以岩溶裂隙水为主，泉水多出露于碳酸盐岩中，流量一般小于1 L/s，个别水量在1～10 L/s。水化学类型为重碳酸·钙型(HCO3-Ca)。

1.4.2 基岩裂隙水

在工作区内，基岩裂隙水主要为浅部风化带网状裂隙水。出露地层主要为志留系中统韩家店组(S2h)、下统小河坝组(S1xh)、新滩组(S1x)，岩性为页岩、粉砂质页岩、粉砂岩等。泉水流量一般为0.1～1.0 L/s，枯季径流模数小于0.1 L/s·km2。水化学类型以重碳酸钙型为主，矿化度多在0.2 g/L左右，pH值多为7左右。

2 地热地质条件分析

2.1 地热水的成因

区内地热水的形成主要以渗入溶滤水为主，兼有“古封存水”与之混合而成。由郁山背斜轴部、翼部及断裂带作用出露奥陶系下统、寒武系中上统碳酸盐岩形成岩溶谷地、洼地，汇聚大气降水补给，向地层深处(由浅向深)渗透(横向径流为主)，随地热增温及化学热、机械热、放射热等因素影响使地下水水温增高。深部地热水顺层(作纵向)径流，然后在地表减压最大的地段，即江、河深切储热层，地热水沿岩溶裂隙或构造裂隙导水，上升排泄地表形成形成天然温泉，如中井河、后灶河出露的盐温泉、彭水县坝温泉等。

2.1.1 热源

据四川盆地基底构造资料，重庆地区基底为弱—无磁性元古界变质岩系，基底古老，沉积盖层厚，晚近期无岩浆活动。地热主要由地热增温和地下水与围岩发生化学反应(分溶解作用)所致，即热储的温度受埋藏深度和围岩矿物成份控制。另外，强烈的构造运动所产生的机械热、放射性物质蜕变产生的放射热也是重要因素。

2.1.2 热传递通道

工作区所在郁山背斜轴部及翼部出露大面积的碳酸盐岩，岩溶及断层裂隙均较发育，因此使地下深处的热源增温层与浅部地层中的岩溶管道紧密联系起来，相互沟通，形成热传递通道。深部热能通过岩溶管道及断裂破碎带传导、对流等方式沿断裂上升，形成较周围地区高的地温异常带。热储层中岩溶管道的发育又是地热田热传递通道不可缺少的重要条件，而郁山背斜西翼沿构造走向发育郁山断裂带为地热田提供了热传递通道，为本区内主要的热传递通道。

2.2 热储构造

研究区内有郁山断裂带通过，该断裂带延伸长、规模大、由多组断层裂隙组成，断层裂隙十分发育，断层带附近有天然温泉及盐温泉(盐井)出露，为区域主要的地热水补给、径流、排泄通道。因此，郁山断裂带是本区域主要热储构造。同时，郁山背斜轴部出露奥陶系下统、寒武系中上统碳酸盐岩地层，属于区域层状热储构造之一，本工作区层状热储构造分别由热储层、热储盖层和热储下部隔水层构成。

2.2.1 热储层

主要为奥陶系下统南津关组下段(O1n1)、寒武系上统毛田组(∈3m)、耿家店组(∈3g)和中统平井组(∈2p)、石冷水组(∈2s)、高台组(∈2g)、下统石龙洞组(∈1sl)地层，总厚度约1 835 m。

2.2.2 热储盖层

志留系、奥陶系下统南津关组上段(O1n2)以上地层构成热储盖层，厚度大于1 000 m。

2.2.3 下部隔水层

为寒武系下统天河板组(∈1t)及其以下地层。以上岩层共同组成了一个完整的热储构造。

2.3 地热水的补径排条件

2.3.1 补给条件

区内地热水主要由大气降水补给，经深部循环地热增温而成。郁山背斜轴部、翼部或因断裂带作用出露的奥陶系下统、寒武系中上统碳酸盐岩热储层在出露区接受大气降水补给，通过岩溶管道及断层裂隙系统向下渗透形成浅层岩溶水，浅层岩溶水在地质构造、区域动水压力等因素的综合作用下，继续向下渗透，形成深层地下水。深层地下水主要受地温梯度影响，水温逐渐增高，形成了地热水；并在径流途中与围岩产生的溶滤作用，使其成为具有特殊化学成份的热矿水。

区内延伸的郁山断裂带，断层裂隙十分发育，断裂带规模大、延伸长，构造裂隙发肓，透水性较好，有利于地下水的补给。沿断裂带岩石破碎，岩溶发肓较强烈，断裂带所经过的地方，多形成岩溶谷地，呈“U”字型或“V”字型，沟底较为开阔且与两边山地高差较大，此种地形十分有利于地表水的汇集补给。同时，由于郁山断裂带在本区域十分发育，致使层状热储层被断裂作用多次错动、拉裂或挤压，使层状热储层接受补给地下水通过断裂裂隙汇集到断层裂隙带向断裂带渗透补给。郁山断裂破碎带补给是工作区深部地下水主要补给来源(图2)。

图2 郁山背斜地下水补径排关系剖面意图

2.3.2 径流条件

热储出露区接受大气降水的补给形成浅层地下水后，其中一部分地下水在构造、区域动水压力作用下，沿郁山断裂带的断层裂隙通道、岩溶通道向地层深部下渗而补给了“地热田”。郁山背斜在乌江以南地下水应由南西向向径流，乌江以北的南段地下水应由北东向南西向径流。

2.3.3 排泄条件

地热水沿郁山背斜两翼热储，由高位向低位纵向运动过程中，由断层裂隙带或在河流横切的“减压天窗”地段排泄出地表形成温泉。区内中井河横向深切割热储构造，出露老郁井、新井、飞水井等盐温泉；后灶河切横向深切割出露鸡鸣井、新正井等盐温泉，郁山断裂带为本区域主要的排泄通道。

2.4 地热异常特征

研究区及其周边区域热显示明显，区内有盐温泉及盐井，研究区西南部有彭水县坝温泉(图3)、万足乡乌江电站硐中温泉(图4)。

图3 郁山背斜区域地热地质及热显示分布图

图4 郁山镇盐温泉及盐井分布图

2.4.1 盐温泉及盐井

本次调查时发现位于中井河中老郁井、新井、飞水井仍在自流；后灶河的鸡鸣井、新正井(牵马岩)等已被河水淹没，但仍可见有盐水逸出的痕迹。

表1 主要盐泉特征表

2.4.2 彭水县坝天然温泉

在研究区西南部约35 km、彭水县城郁江大桥上游400 m左右、郁江南岸有一处天然温泉，构造上属于锅厂坝背斜。天然温泉出露于下奥陶统红花园组(O1h)地层底部，温泉出露点在郁江水面以下(水下温泉，以泉群形式出露)，当地群众用混凝土将其围砌成正方形井台，供周围群众沐浴所用。据相关资料显示，该温泉自流量可达435.40 m3/d，水温55℃～60℃，水化学类型为Cl-Na，可溶性总固体7.59 g/L，有咸味及臭鸡蛋味。本次调查时，发现原有的温泉井台已被郁江河水淹没，无法测量水温及采集水样(图5)。

图5 彭水县坝温泉淹没前后状况

2.4.3 乌江电站硐中温泉

该温泉位于彭水县万足镇，距郁山镇直线距离约40 km，在修建彭水乌江电站开挖地下工程时被发现；构造上位于郁山背斜南东翼，寒武系上统灰岩地层。本次现场调查，测得该温泉水温42℃、水量约800 m3/d，以Na+、Cl-为主，属硫酸·重碳酸-钙·镁型水。

2.5 地热水水质特征

地热水的水化学组份受围岩矿物及化学成份控制，含水岩组成份复杂、元素众多，为地热水的化学成份提供了物质基础。地热水长期运移、储存在其中，与围岩通过溶解作用进行分解，其离子组份进入地热水中，造成了地热水丰富的化学组份。根据本次调查对中井河中仍在溢出的老郁井、新井、飞水井3处盐温泉采集矿泉水全分析水样检测报告，其水质全分析结果如下：

2.5.1 物理性质

色度小于5.0度，浑浊度<0.5～0.74 NTU，有臭鸡蛋味，无肉眼可见物，微咸～咸味，pH值7.22～7.76，可溶性总固体4.305～23.867g/L，总硬度570.51～2 225.15mg/L，水温31.5℃，属中偏碱性高矿化极硬水。

2.5.2 化学成份

地热水中基本化学成份以Na+、Cl-为主，Na+含量为1 398.91～8 159.74 mg/L，占阳离子总量的83.17%～89.26%；Cl-含量为2 183.88～1 2616.60 mg/L，占阴离子总量的85.27%～90.75%；水化学类型Cl-Na型，具轻微H2S气味。

2.5.3 微量元素

地热水中含F-(0.44～2.85 mg/L)、Sr2+(3.513～19.853 mg/L)、偏硅酸(13.07～28.22 mg/L)、偏硼酸(0.22～1.32 mg/L)等微量组份，其中老郁井以F-、Sr2+含量较高，已达到矿水命名浓度标准，偏硅酸、偏硼酸达到医疗价值浓度或矿水浓度标准。新井及飞水井冷水混合较严重，含量较低，未达到理疗热矿水水质标准。

2.5.4 气体成份

水中的主要气体成份有游离CO2(1.86～11.00 mg/L)，H2S等。地热水中含极弱的放射性，如氡、镭等。

3 结语

(1)研究区位于彭水县郁山镇，构造上属于郁山背斜西翼。郁山背斜延伸较大，热储构造地层出露齐全，构造规模较大。有彭水县坝温泉、万足乌江电站硐中温泉出露；有盐温泉及盐井分布，热显示较明显，具备勘探地热水的地热地质条件，成功的可能性较大。

(2)区内郁山断裂带及裂隙发育，纵向延伸长度大，有利于深部地下水接受大气降雨的补给、向深部渗透及纵向径流、排泄。热储层为寒武系中上统地层及郁山断裂带。

(3)经综合分析论证，彭水县郁山镇地热地质条件较为优越，通过钻井揭露，在合适的深度，如1 500～2 000 m可获取较理想的地热水。预计可获得地热水资源量应大于800 m3/d，水温40℃以上，水化学类型属氯化钠型(Cl-Na)；自流的可能性较大，具有较好的开发利用前景。

(4)在彭水县郁山镇勘探地热水具有地热地质条件，勘探成功的可能性较大。但由于工作区地质条件复杂，郁山背斜至今无成功地热井可借鉴；寒武系热储层成井极少，研究程度低；断层在深部发育情况未掌握，可变因素较多。在该地区勘探地热水具有较强的探索性，仍存在一定的地质风险。