蔡興林,張朝舉,郭江波,吳丹,樊鑫,楊明俊
(中化地質(zhì)礦山總局貴州地質(zhì)勘查院,貴陽 550002)
開陽磷礦西翼礦區(qū)位于貴州省息烽溫泉地區(qū),是地?zé)崴Y源和磷礦資源的主要分布區(qū)。區(qū)內(nèi)已開發(fā)利用的地?zé)崴Y源有息烽溫泉和白馬峪溫泉,其中,息烽溫泉是全國著名八大溫泉之一,素有“天下第一湯”之稱。近年來,許多學(xué)者探討了地?zé)崴?溫泉)的成因[1-4],部分勘查單位或?qū)W者也討論了息烽溫泉周圍的磷礦井下開采是否影響息烽溫泉的開發(fā)利用[5-6]。
在區(qū)域地?zé)崴?溫泉)成因的認(rèn)識上,總體認(rèn)為地?zé)崴怯赡喜堪遵R峪溫泉一帶的大氣降水經(jīng)深循環(huán)向北徑流,在息烽溫泉一帶受前震旦系碎屑巖的阻隔而排泄形成的[1,6]。而西翼礦區(qū)恰好位于這一長達(dá)25 km徑流區(qū)上,距息烽溫泉僅4 km(圖1),因此,對該區(qū)地?zé)崴难芯坑兄诜治鲈摰V區(qū)磷礦的開采是否影響息烽溫泉的開發(fā)利用。
研究區(qū)在大地構(gòu)造單元上屬上揚子地塊前陸褶皺沖斷帶之鳳崗侏羅山式褶皺帶。區(qū)域出露新元古界前震旦系、震旦系、下古生界寒武系、上古生界二疊系、中生界三疊系、侏羅系以及新生界第四系,缺失奧陶系、志留系、泥盆系和石炭系,除二疊系有峨眉山玄武巖產(chǎn)出外,其余無巖漿巖體產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)鉆井中的鉆遇地層主要有下寒武統(tǒng)清虛洞組、金頂山組、明心寺組、牛蹄塘組、震旦系燈影組、洋水組以及前震旦系南沱組和清水江組。
區(qū)域發(fā)育多個主次分明的褶皺和斷層,構(gòu)成了該區(qū)疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造體系[7]。主要褶皺為洋水背斜,區(qū)域性大斷裂主要有安清斷層、溫泉斷層和花梨斷層,斷層走向以北東向和東西向為主,規(guī)模較大。其中,安清斷層是洋水背斜的底板滑脫斷層,垂直斷距達(dá)3 500 m以上,溫泉斷層為洋水背斜的頂板逆沖斷層[7];具左行走滑的壓扭性花梨斷層的影響深度頗大,并控制著近南北向褶皺、斷裂的發(fā)展[8](圖1)。
研究區(qū)位于洋水背斜西翼的次級褶皺高豐背斜上,該背斜的形成與安清斷層之次級斷層——興隆斷層有關(guān)[7](圖2)。
研究區(qū)地下水類型以巖溶裂隙水為主,總體流向自南西向北東徑流。區(qū)內(nèi)主要含水巖組為中-下三疊統(tǒng)、中二疊統(tǒng)、中上寒武統(tǒng)婁山關(guān)組-清虛洞組以及上震旦統(tǒng)燈影組的碳酸鹽巖,相對隔水巖組主要有上三疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)、下寒武統(tǒng)、下震旦統(tǒng)以及前震旦系的碎屑巖。其中,厚度大于700 m的下寒武統(tǒng)碎屑巖將上寒武統(tǒng)及其之上的含水巖組與燈影組含水巖組相隔,而成為燈影組含水層的隔水蓋層,而下震旦統(tǒng)和前震旦系的(淺變質(zhì))碎屑巖巖組則為燈影組含水巖組底板隔水層(表1)。
盡管如此,但由于研究區(qū)處于洋水背斜西翼的北東向疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造帶上,褶皺、斷裂及節(jié)理裂隙發(fā)育,增加了各含水巖層之間的水力聯(lián)系,尤其是安清斷層,它將震旦系燈影組白云巖逆推疊于中-下三疊統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r之上[7],這為巖溶裂隙地下水的運移提供了良好的通道(圖2)。
1—侏羅系;2—三疊系及上古生界;3—下古生界;4—新元古界;5—地下水流向;6—逆斷層;7—走滑斷層;8—性質(zhì)不明斷層;9—背斜;10—倒轉(zhuǎn)背斜;11—向斜;12—水系;13—地名;14—地?zé)崴驕厝?群)圖1 區(qū)域水文地質(zhì)圖Figure 1 Regional hydrogeological map
地層單元厚度/m水文地質(zhì)特征儲、蓋層及儲集單元寒武系震旦系前震旦系金頂山組(∈1j)140~220明心寺組(∈1m)420~621牛蹄塘組(∈1n)42~55燈影組(Z∈dy)216~278洋水組(Z1d)2.0~25.0南沱組(Nh2n)0~280清水江組(Qbq)>300碎屑巖類巖層,含水性差(隔水層)保溫層厚層白云巖,含水豐富熱儲層碎屑巖類巖層,含水性差(隔水層)熱儲單元
1—關(guān)嶺組;2—嘉陵江組;3—夜郎組;4—石炭-二疊系地層;5—中上寒武統(tǒng)地層;6—清虛洞組;7—牛蹄塘組-金頂山組;8—燈影組;9—洋水組;10—前震旦系地層;11—實(推)測界線;12—逆斷層;13—鉆孔;14—相對含水層;15—相對隔水層;16—水循環(huán)路徑圖2 水文地質(zhì)勘探剖面(據(jù)文獻(xiàn)[7],修改)Figure 2 Hydrogeological exploration section (after reference [7], modified)
區(qū)內(nèi)所處的地殼淺部不存在年輕巖漿巖體和放射性等特殊熱源,地?zé)嵩粗饕窃谡5膮^(qū)域地溫梯度背景下,北東向的洋水背斜將深處的熱量收集和儲存起來形成的,因此,洋水背斜是區(qū)域上的主要儲熱構(gòu)造,地?zé)崴?溫泉)點主要分布于該背斜核部(如息烽溫泉、白馬峪溫泉)或其兩翼次級褶皺和斷層附近(如息烽新蘿地?zé)峋?、兩岔河地?zé)崴?,該背斜的南端發(fā)育近東西向的花梨斷層,其規(guī)模和深度較大,可能為區(qū)域地?zé)崴母羲魺徇吔鏪3]。
根據(jù)周邊地?zé)崴?溫泉)點的出露條件和鉆探成果分析,區(qū)內(nèi)僅劃分一個熱儲單元(表1),熱儲層為上震旦統(tǒng)燈影組(Z∈dy)微-粉-細(xì)晶白云巖、藻白云巖、內(nèi)碎屑白云巖,一般厚216~278 m,受斷層影響時可達(dá)350m以上,埋深在900~1 350 m,水溫30~46.6℃;隔熱蓋層為下寒武統(tǒng)金頂山組(∈1j)、明心寺組(∈1m)和牛蹄塘組(∈1n)的砂巖、頁巖,總厚度大于700 m。
近年來,區(qū)內(nèi)鉆探地溫測井?dāng)?shù)據(jù)顯示,興隆斷層附近通常出現(xiàn)地溫異常,一般在下寒武統(tǒng)的碎屑巖中出現(xiàn)正異常(3.0~6.5℃/100m),尤其是在高峰背斜與興隆斷層的復(fù)合部位,異常值較高,表明高峰背斜可能為區(qū)內(nèi)的主要熱儲構(gòu)造;而在燈影組中出現(xiàn)負(fù)異常(-0.08~-1.36℃/20m),這是由于有淺表冷水混入造成的,表明興隆斷層具有導(dǎo)水、導(dǎo)熱的特征。
表2 SWK01井地?zé)崴瘜W(xué)成分
*測試單位:國土資源部貴陽礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心
地球化學(xué)溫標(biāo)被廣泛運用于地?zé)崴疅醿囟鹊墓浪?,常用的地?zé)釡貥?biāo)有二氧化硅溫標(biāo)、陽離子溫標(biāo)等。考慮到陽離子溫標(biāo)的適用于熱儲層在120~275℃或酸性溫泉,對于中性或偏堿性的地?zé)崴贿m合[12],加之區(qū)內(nèi)地?zé)崴艿綔\層地下水不同程度的混合,使地?zé)崴催_(dá)到水-巖平衡狀態(tài)(圖3),故本次采用二氧化硅溫標(biāo)估算熱儲溫度。依據(jù)地?zé)崴|(zhì)分析結(jié)果繪制二氧化硅溶解度曲線(圖4)可知,SWK01地?zé)崴畼訑?shù)據(jù)落在無蒸汽損失石英和玉髓溶解曲線之間,更靠近玉髓溶解曲線,但考慮到有淺層地下水的混合導(dǎo)致二氧化硅溶解度的降低,因此,選用無蒸汽損失石英的溶解度溫標(biāo)公式[14]來估算熱儲溫度:
(1)
式(1)中:TC為熱儲溫度,℃;CSiO2為地?zé)崴卸趸璧暮?,mg·L-1。
圖3 地?zé)崴甆a—K—Mg三角圖(據(jù)文獻(xiàn)[13])Figure 3 Geothermal water Na-K-Mg triangular plot (after reference [13])
圖4 地?zé)崴甋iO2溶解度-溫度關(guān)系(據(jù)文獻(xiàn)[14])Figure 4 Relationship between SiO2 dissolubility and temperature (after reference [14]
計算得兩岔河地?zé)崴臒醿囟葹?2.5℃。考慮到可能有淺層地下水的混合,地?zé)崴疅醿囟瓤赡軙?,熱儲溫度?yīng)大于65℃。
已知地?zé)崴臒醿囟?,可以計算出該地?zé)崴难h(huán)深度:
(2)
式(2)中:H為地?zé)崴h(huán)深度,m;T0為補(bǔ)給區(qū)年平均氣溫,℃;K為地?zé)嵩鰷芈剩?100m;H0為常溫帶深度,m。
根據(jù)息烽縣氣象資料,補(bǔ)給區(qū)年平均氣溫T0為16.2℃,鉆井中的地?zé)嵩鰷芈蔏為2.8℃/100 m,常溫帶深度H0取30 m,計算出循環(huán)深度為1 800 m左右,這一深度與安清斷層在此處的埋深基本吻合。
1)根據(jù)上述分析,區(qū)內(nèi)地?zé)崴某梢蚰J礁爬ㄈ缦拢河捎趨^(qū)內(nèi)淺部不存在年輕巖漿巖體和放射性等特殊熱源,該地?zé)崴窃趨^(qū)域正常地溫梯度背景下,大氣降水由5 km外的養(yǎng)龍司-南山-息烽一帶中上寒武統(tǒng)和二疊系-三疊系地層出露區(qū)入滲,經(jīng)北東向安清斷層與震旦系燈影組白云巖含水層相連通并發(fā)生深循環(huán),在興隆斷層和燈影組上覆寒武系碎屑巖隔水保溫蓋層的聯(lián)合作用下,將高豐背斜1 800 m深度內(nèi)的熱量儲集起來,使燈影組含水層出現(xiàn)異常地溫梯度,從而在燈影組白云巖中形成深部熱儲地?zé)崴?。因此,興隆斷層和高豐背斜的復(fù)合為該地?zé)崴臒醾鲗?dǎo)構(gòu)造和儲熱構(gòu)造,燈影組白云巖為儲熱含水層。
2)開陽磷礦西翼礦區(qū)鉆井井中地?zé)崴x存于燈影組白云巖中。由于區(qū)域內(nèi)不具巖漿熱源和放射性熱源的條件,地?zé)崴窃趨^(qū)域正常地溫梯度的背景下,安清斷層為大氣降水入滲形成的地下水提供水循環(huán)通道,地?zé)嵬ㄟ^興隆斷層向淺表傳導(dǎo),在寒武系碎屑巖隔水保溫蓋層的作用下,將1 800 m深度內(nèi)的熱量儲集于高豐背斜中而形成地?zé)崴瑹醿囟仍?5 ℃以上。
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