周立堅(jiān)

ZHOULi-Jian

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局九〇一地質(zhì)大隊(duì)，萍鄉(xiāng)337000）

（No.901 Geology Team，Jiangxi Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development，337000，Pingxiang，China）

汝城地?zé)崽锏責(zé)峋蔷€性增溫成因淺析

周立堅(jiān)

ZHOULi-Jian

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局九〇一地質(zhì)大隊(duì)，萍鄉(xiāng)337000）

（No.901 Geology Team，Jiangxi Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development，337000，Pingxiang，China）

湖南省汝城縣熱水鎮(zhèn)地?zé)峥辈閰^(qū)位于諸廣山鈾礦礦集區(qū)，區(qū)內(nèi)震旦系—寒武系地層和諸廣山巖體鈾元素的背景值是克拉克值的4倍以上，鹿井、豐州等大型—特大型鈾礦及礦點(diǎn)有數(shù)十個(gè)之多，呈NNE向分布。溫泉與鈾礦在空間分布上有一致性分布規(guī)律，諸廣山巖體放射性礦物放熱的累加，使之核心溫度可達(dá)320℃，是異常高溫的主要來(lái)源，是本區(qū)400 m以淺地?zé)岷?000 m以淺干熱巖的主要熱源，深部地核傳導(dǎo)熱與金屬硫化物氧化放熱是次要因素，中生代巖漿巖的巖漿余熱對(duì)熱異常貢獻(xiàn)率較小。這是本區(qū)地?zé)崽骄鰷芈食史蔷€性的“舌”狀形態(tài)，而不是常規(guī)的與孔深呈線性耦合的原因。NE向遂川—熱水?dāng)嗔褞cNW向常德—安仁斷裂帶在本區(qū)交匯，斷裂帶下切巖體深部基底，是主導(dǎo)熱和鈾礦控礦構(gòu)造，次級(jí)張性斷裂是熱水和鈾礦容礦構(gòu)造，控制了非線性增溫地?zé)岙惓?。花崗巖中（或外接觸帶）鈾礦放射性元素放熱和構(gòu)造活動(dòng)帶中的金屬硫化物氧化放熱，形成了高地?zé)嵩鰷芈十惓?，具有干熱巖和鈾礦（或金屬硫化物礦）找礦遠(yuǎn)景，建議樹立綜合找礦思維，運(yùn)用地質(zhì)及物化探綜合手段，在開(kāi)展干熱巖資源勘查時(shí)，注意鈾礦資源賦存條件與信息，對(duì)其持續(xù)探索，有可能達(dá)到“熱—鈾兼探”和“熱—鈾兼采”目的。

汝城地?zé)崽铮环蔷€性增溫；放射性元素放熱；金屬硫化物氧化放熱

熱水鎮(zhèn)地?zé)峥辈閰^(qū)（以下簡(jiǎn)稱本區(qū)）位于湖南省汝城縣城以東34 km。熱泉呈泉群涌出地表，水溫88～91.5℃。1978年～1981年之間，湖南省地質(zhì)局水文隊(duì)查明，地?zé)崴次挥谥T廣山花崗巖巖體與震旦系和寒武系變質(zhì)巖的接觸帶，受北東向斷裂帶控制。熱水的礦化度為0.13～0.17 g/l，含可溶性的氧化硅為88～112.5 mg/l，水質(zhì)為高溫、低礦化度弱堿性含氟和硅的熱泉水，水化學(xué)類型是重碳酸、碳酸鈉型熱水，查明地?zé)崦娣e3 km2，探明25.5～91℃的可采水量為5540 m3/d。近年來(lái)，為了地?zé)峥辈楹透蔁釒r資源靶區(qū)定位工作，湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四〇二隊(duì)進(jìn)行了前期研究。平均地溫增溫梯度18.7℃/100 m，最高值達(dá)100℃/100 m，主要高溫鉆孔的大地?zé)崃髁拷橛?0～170 mW/m2；認(rèn)為該地?zé)崽锏臒嵩磥?lái)自深部巖漿余熱，熱儲(chǔ)主要是熱水—遂川斷裂帶上盤及其次級(jí)斷層派生的密集裂隙系統(tǒng)［1］。

本區(qū)ZK15和ZK19在400 m以淺的地?zé)嵩鰷芈食省吧唷睜睿c正常情況下，地?zé)嵩鰷芈逝c地殼厚度呈線性正相關(guān)關(guān)系不相符，這提示汝城地?zé)崽锏臒嵩床粌H是巖漿余熱簡(jiǎn)單的熱傳導(dǎo)。本區(qū)地處江西崇義豐洲—廣東南雄城口一帶的鹿井—城口特大—大型鈾礦床成礦帶（圖1），放射性元素放熱對(duì)地?zé)岙惓５呢暙I(xiàn)不可小覷，同時(shí)，需注意金屬硫化物氧化放熱。在研究本區(qū)干熱巖的前景時(shí)，需要運(yùn)用綜合找礦思維，采用物化探綜合找礦手段，探索放射性元素的賦存狀態(tài)，達(dá)到“熱—鈾兼探”的目的。

1　地?zé)嵩鰷芈矢艣r

本區(qū)施工的ZK15和ZK19終孔孔深分別為345 m和379 m，巖性為似斑狀花崗巖和黑云母花崗巖，其孔深、孔溫和增溫率概況［1］詳見(jiàn)表1。

孔深、增溫率折線圖見(jiàn)圖2。

從上列圖表可以看出，地?zé)嵩鰷芈是€呈舌狀突出，而不是簡(jiǎn)單的與孔深呈線性關(guān)系。

2　異常成因分析

圖1　熱水鎮(zhèn)地?zé)峥辈閰^(qū)位置Fig.1 Location ofgeothermal exploration area in Reshui town，RuchengCounty，Hunan Province

表1　 ZK15和ZK19孔深、孔溫和增溫率Table 1 ZK15&ZK19 Drilling depth，temperature，Geothermal warming rate

圖2　 ZK15和ZK19孔深和增溫率折線圖Fig.2 ZK15 and ZK19 Drillingdepth&Geothermal warmingrate line chart

地殼表面熱流由兩部分構(gòu)成：來(lái)自地核和地幔向上輸入地殼的對(duì)流和傳導(dǎo)熱量（簡(jiǎn)稱地幔熱流）與地殼中放射性元素，尤其是鈾、釷和鉀的同位素衰變產(chǎn)生的熱，即地殼熱流。巖石生熱率是單位體積的巖石在單位時(shí)間內(nèi)由其所含的放射性元素衰變而產(chǎn)生的熱量。地殼內(nèi)放射性元素屬于親石元素，主要富集于上地殼。地殼熱流通常占地表所觀測(cè)到的熱流量的30%～50%［2］。

地幔熱流與地殼厚度呈正相關(guān)關(guān)系，地殼熱流與地殼厚度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；因此巖石生熱率的垂向分布對(duì)地殼淺部溫度分布具有重要影響。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造傳導(dǎo)和花崗巖放射性元素衰變放熱是產(chǎn)生地?zé)嵩鰷芈十惓５闹饕?，?gòu)造活動(dòng)帶中的金屬硫化物氧化是次要因素。

2.1地質(zhì)構(gòu)造

在地?zé)崽镞@個(gè)特殊的地質(zhì)單元中，主導(dǎo)熱構(gòu)造是控制熱儲(chǔ)層的主要因素，控?zé)針?gòu)造為主導(dǎo)熱構(gòu)造的次級(jí)派生。如果，次級(jí)控（儲(chǔ)）熱構(gòu)造產(chǎn)狀比較平緩，勢(shì)必造成剖面上熱儲(chǔ)層呈舌狀形態(tài)產(chǎn)出。

本區(qū)內(nèi)地溫增溫率高值帶發(fā)育在熱水?dāng)鄬由媳P，熱水?dāng)鄬映雎秾挾?～100 m，走向北東30°～50°，傾向北西，傾角70°～85°；在熱水?dāng)嗔褞У纳媳P發(fā)育有一組與之配套的張性裂隙系統(tǒng)，隨著主干斷裂的延伸而發(fā)育，其中以走向290°～320°的張性裂隙和40°～70°的張扭性裂隙最為發(fā)育，并在熱水圩一帶構(gòu)成了節(jié)理裂隙密集帶［1］。

據(jù)原長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院地質(zhì)力學(xué)教研室的總結(jié)［3］，由于壓性斷層上下盤的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致斷層兩側(cè)發(fā)育羽狀斷裂，一組為張性，一組為扭性（圖3）。壓性斷層旁低序次斷裂是溝通主導(dǎo)熱構(gòu)造的良好通道，其產(chǎn)狀相對(duì)平緩，無(wú)疑是地?zé)岱蔷€性增溫的原因之一。

2.2放射性元素放熱

由于地球仍然含有很多長(zhǎng)半衰期的放射性元素，全球由放射性元素產(chǎn)生的熱量可達(dá)1.2×1014J/S［3］。在地表的放射性元素以238U、232Th、40K為主。大量的研究表明［5-12］，溫泉與鈾礦在空間分布上有一致性分布規(guī)律，形成的地質(zhì)構(gòu)造條件上有相似性，溫泉水化學(xué)成分與鈾礦化特征及其圍巖蝕變之間有一定的相關(guān)性。

圖3　壓性斷層旁低序次斷裂（據(jù)文獻(xiàn)［3］修改）Fig.3 The loworder fault ofthe pressure fault（modified from［3］）

通過(guò)本區(qū)中心的遂川—熱水?dāng)嗔褞С时睎|東向展布（圖方向展布（圖4），受遂川—熱水?dāng)嗔褞У乃齑〝嗔雅c熱水?dāng)嗔训寞B接區(qū)控制［13-14］。在斷裂帶北東部是著名的鹿井鈾礦田，分布于湖南省汝城縣集龍鄉(xiāng)與江西省崇義縣豐州鄉(xiāng)之間，其中豐州鈾礦與溫泉共伴生；在斷裂帶南部是廣東省仁化縣城口鈾礦，與城口鎮(zhèn)大小6處溫泉共伴生，其中錦城溫泉水溫75℃，流量72 m3/h。

本區(qū)所在的諸廣山巖體鈾豐度一般達(dá)20× 10-6，最高達(dá)50×10-6；鈾浸出率一般達(dá)20%以上；震旦系、寒武系巖石鈾豐度較高，一般達(dá)（8～40）× 10-6，且鈾浸出率高達(dá)30%～42%［12］。章邦桐［15］研究認(rèn)為，深部傳導(dǎo)熱的熱能有限，放射性元素成礦期在巖漿巖成巖之后10 Ma至數(shù)Ga之后（巖礦時(shí)差），巖漿余熱在鈾礦成礦期已經(jīng)緩慢冷卻，褚廣山巖體的鈾礦床成礦熱能主要放射性元素產(chǎn)生的熱源長(zhǎng)期積累形成。章邦桐將一個(gè)面積300 km2的花崗巖體，簡(jiǎn)化為一個(gè)長(zhǎng)34 km，寬10 km，高7 km的熱單元，依據(jù)放射性元素含量（估算熱流密度為18HFU=18×41.686 mW/m2）、深部大地?zé)崃鳎?HFU=41.686 mW/m2）綜合計(jì)算，得到接觸帶溫度130℃，核心溫度320℃，因此，放射性元素?zé)嵩词潜緟^(qū)的主要熱源，在4000 m以淺具有較好的干熱巖資源遠(yuǎn)景。依據(jù)王貴玲和甘浩南的分類，本區(qū)及周邊的干熱巖屬于高放射性產(chǎn)熱干熱巖資源［16-17］。

2.3金屬硫化物氧化放熱

金屬硫化物在富氧富水環(huán)境下迅速氧化，首先成各類硫酸鹽和硫酸，進(jìn)而產(chǎn)生大量的化學(xué)生成熱和溶解熱。大量的地下含硫礦床開(kāi)采實(shí)踐及理論表明［18］，當(dāng)?shù)V體暴露在空氣中時(shí)，氧化就不可避免的發(fā)生；當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，可出現(xiàn)一自熱的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即溫升加速點(diǎn)，此溫度點(diǎn)以上，自熱速度可超過(guò)原速度的幾倍甚至幾十倍。溫升加速點(diǎn)的具體溫度各個(gè)礦山不同，湖南湘潭錳礦頂板的黑色頁(yè)巖是220℃，安徽銅陵銅官山銅礦的某些礦石的溫升點(diǎn)為攝氏40多度［18］。

圖4　熱水—豐州地質(zhì)略圖（據(jù)文獻(xiàn)［14］有修改）Fig.4 Geological delineation map ofthe Reisui-Fengzhou（modified fromRef［14］）

據(jù)劉輝、陽(yáng)富強(qiáng)等研究［19-21］，金屬硫化物礦石放熱的內(nèi)在因素是：氧化增重率、水溶液中鐵離子含量、pH值、礦物成分的綜合危險(xiǎn)指標(biāo)、初始自熱溫度、礦石的著火點(diǎn)；外在因素為：礦石破碎粒度、含氧量、環(huán)境溫度、反應(yīng)時(shí)間、地質(zhì)構(gòu)造特征等。

大氣降水補(bǔ)給是本區(qū)熱水的主要來(lái)源；在富氧水、高溫、密集的裂隙等環(huán)境條件，金屬硫化物礦石極易氧化放熱、其生成物硫酸溶解于水時(shí)的溶解熱得以加速發(fā)生，使其成為影響地?zé)岱蔷€性增溫率重要的因素。在實(shí)際工作中經(jīng)常見(jiàn)到，部分地?zé)峋跏妓疁剌^高，長(zhǎng)期觀測(cè)后，水溫逐漸降低，或者是呈低—高—低的“舌狀”起伏［22］，需考慮金屬硫化物礦石氧化放熱的因素。

3　討論

本區(qū)ZK15和ZK19在400 m以淺的地?zé)嵩鰷芈食省吧酄睢?，與地殼厚度呈非線性關(guān)系。產(chǎn)生的原因之一是主導(dǎo)熱構(gòu)造旁側(cè)發(fā)育的次級(jí)張性或張扭性斷裂，與主導(dǎo)熱構(gòu)造聯(lián)通，深部熱源由熱水循環(huán)上升，導(dǎo)致次級(jí)斷裂（控?zé)針?gòu)造）的溫度高于其上下盤的溫度；其次，富鈾等放射性元素巖體產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致本區(qū)在350 m孔深之下仍有4.4℃～7.4℃/100m高增溫率異常；第三，金屬硫化物的氧化產(chǎn)生的熱量；或許是上述兩、三種因素的疊加。誠(chéng)如此，就為今后開(kāi)展地?zé)峋C合找礦的可能。

3.1熱鈾兼探

本區(qū)所在的遂川—熱水?dāng)嗔咽巧钸_(dá)下地殼或地幔等較深層次的大規(guī)模區(qū)域構(gòu)造。其中地幔上隆所致的異常隆起構(gòu)造帶則是與成礦作用有關(guān)的深部構(gòu)造的主要組成部分，它們對(duì)鈾成礦作用的影響，主要表現(xiàn)為控巖、控盆、控礦等3個(gè)方面［23］?？傊緟^(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、巖漿巖、含鈾背景，均有利于鈾礦形成。

自1955年開(kāi)始，湘南地區(qū)經(jīng)過(guò)60余年的放射性地質(zhì)勘查工作，500 m以淺的鈾礦基本勘查完畢。目前，正在開(kāi)展500～1500 m之間的“第二空間”找礦。干熱巖資源勘查深度一般在5000 m以淺［24］，在本區(qū)干熱巖勘查過(guò)程中，有必要研究鈾礦的賦存狀態(tài)，采用地質(zhì)及物化探綜合手段，開(kāi)展熱鈾兼探。

3.2熱鈾共采

仉寶聚，張書成［25］提出富（品位）大（規(guī)模）花崗巖型鈾礦床有又富又大、富而小、大而貧三種類型，均具有開(kāi)發(fā)前景。按照礦床開(kāi)發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)核算指標(biāo)，重點(diǎn)尋找可堆浸或原地爆破溶浸開(kāi)采的碎裂蝕變巖型鈾礦床。

當(dāng)鈾礦埋深較大且干熱巖資源具備開(kāi)采條件時(shí)，采用比較成熟的壓裂技術(shù)及低品位鈾地浸提取技術(shù)，以共用壓裂系統(tǒng)、提取系統(tǒng)［26-28］，降低各自開(kāi)采成本，達(dá)到熱鈾共采目的，具有重大經(jīng)濟(jì)意義。

4　結(jié)論

本區(qū)存在的非線性增溫地?zé)岙惓＃菬醿?chǔ)層受遂川—熱水?dāng)嗔褞媳P及其他次級(jí)斷層派生的密集裂隙系統(tǒng)控制，花崗巖中（或外接觸帶）鈾礦放射性元素放熱和構(gòu)造活動(dòng)帶中的金屬硫化物氧化放熱，形成了高地?zé)嵩鰷芈十惓?，具有干熱巖和鈾礦（或金屬硫化物礦）找礦遠(yuǎn)景。

在地?zé)幔ǜ蔁釒r）資源勘查過(guò)程中，樹立綜合找礦思維，根據(jù)汝城熱水地?zé)崽锛爸苓叺拇蟮貥?gòu)造背景、礦區(qū)內(nèi)的地層、構(gòu)造、巖漿巖、含礦特征，礦床類型、成礦模式，確定找礦目標(biāo)。厘清地幔熱傳導(dǎo)、鈾礦放射性元素、金屬硫化物三種熱源對(duì)汝城地?zé)崽锏責(zé)嵩鰷靥荻鹊呢暙I(xiàn)率，如果有存在放射性元素鈾礦和金屬硫化物異常的可能，可在今后的干熱巖深孔的設(shè)計(jì)中，增加相應(yīng)的工作方案，達(dá)到地?zé)岷凸腆w礦產(chǎn)綜合找礦，降低勘查風(fēng)險(xiǎn)目的，進(jìn)而探討“熱礦共采”的可能性。

本文得到湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四〇二地質(zhì)大隊(duì)龍西亭工程師指導(dǎo)，成文后承蒙江西省地質(zhì)勘查基金中心詹天衛(wèi)教授級(jí)高級(jí)工程師審閱指正，特此一并致謝！

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The cause of nonlinear temperature increase of geothermal well in Rucheng geothermal field.Geology and Mineral Resources of South China，2016，32（3）:218-223.

Zhou L J.

Hunan Rucheng water town geothermal exploration area is located in Zhuguangshan uranium ore concentration area，district in the Sinian Cambrian strata and Zhuguangshan rock uranium element background value is 4 times higher than the Clarke values，Kawai，F(xiàn)eng，and other large-superlarge uranium deposits and occurrences several ten，but NNE distribution.Hot springs and uranium in the spatial distribution is consistent distribution，Zhuguangshan granite radioactive mineral heat accumulation，the core temperature of up to 320℃is a major source of the abnormal high temperature，the 400m to shallow geothermal and 4000m to shallow hot dry rock，the main heat source，deep core transfer conduction and metal sulfide exothermic oxidation is a secondary factor，Mesozoic Magmatic Rocks of magmatic heat of thermal anomalies with smaller rate.This is the area of geothermal wells increasing rate of temperature is nonlinear"tongue"shape，rather than conventional and hole depth is linear coupling.NE to Suichuan-reshui faults belt and NW trending Changde-Anren fracture zone in the area of intersection and fault belt cutting rock deep basement is main heat conduction and uranium ore controlling structure，the secondary tensile fracture is hot water and uranium ore bearing structure，the control of the nonlinear increasingtemperature geothermal anomaly.Granite（or the outer contact band）with radioactive urani-um element release and tectonic activity in the oxidation of metal sulfide exothermic，forming a high heat increase rate of abnormal temperature，prospecting with hot dry rock and uranium（or metal sulphide ore），recommended the establishment of a comprehensive prospecting thinking，according to the geological and geophysical and geochemical comprehensive means，in carry out hot dry rock resources exploration，uranium resource occurrence conditions and the information，to continue to explore，is likely to reach"hot-uranium and exploration"and "heat-uraniumand adopt the"objective.

Rucheng geothermal field；nonlinear temperature increasing；radioactive element heat release；metal sulfide oxidation and heat release

中圖分類法：P314.3A

1007-3701（2016）03-218-06

10.3969/j.issn.1007-3701.2016.03.003

2016-01-28；

2016-05-03.

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（12120114025101）.

周立堅(jiān)（1957—），男，地質(zhì)礦產(chǎn)高級(jí)工程師.主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作，E-mail：zhoulijian57@sohu.com.