云南省宜良地?zé)崽锘咎卣餮芯考俺梢蚍治?/h1>
2019-07-09 07:58巴俊杰徐世光蘇春田夏日元
世界地質(zhì) 2019年2期
巴俊杰，徐世光，蘇春田，夏日元
1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 巖溶地質(zhì)研究所，廣西 桂林 541004；2.自然土資源部 廣西壯族自治區(qū)巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；3.云南地礦工程勘察集團(tuán)公司，昆明 650041
0 引言
地?zé)嶙鳛榫C合性礦產(chǎn)資源和潛力巨大的清潔能源，在熱力開(kāi)發(fā)、醫(yī)療保健、生態(tài)旅游等方面，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)，其勘探開(kāi)發(fā)利用日益升溫[1-3]。
目前中國(guó)的地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用主要集中在具有一定地?zé)豳Y源的發(fā)達(dá)城市，且地?zé)豳Y源的勘探、評(píng)價(jià)、綜合管理及開(kāi)發(fā)模式等研究，與冰島、日本等地?zé)崂贸墒靽?guó)家的差距較大[4-8]。伴隨2017年國(guó)家《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》的出臺(tái)，地?zé)豳Y源的利用日益具有更廣泛的應(yīng)用前景。
中國(guó)主要以中低溫地?zé)豳Y源為主。宜良地?zé)崽镉捎谔厥獾刭|(zhì)結(jié)構(gòu)，地?zé)崽镄纬蓷l件不同，分布極不均勻。研究區(qū)屬于小江斷裂帶控制的斷陷盆地，著名的小江斷裂東支呈南北向貫穿全區(qū)。宜良盆地內(nèi)現(xiàn)有的研究成果不多，系統(tǒng)地結(jié)合地?zé)釛l件與熱田基本特征、地?zé)豳Y源分布規(guī)律的關(guān)系等方面研究相對(duì)較少，成果淺顯。本文選取宜良地?zé)崽餅檠芯繉?duì)象，對(duì)其充分挖掘和綜合研究，探索云南宜良地?zé)豳Y源的形成機(jī)制、儲(chǔ)集形式等規(guī)律。
宜良盆地其基底下伏深部發(fā)育有富水性強(qiáng)的碳酸鹽巖巖溶含水層組。研究區(qū)具有地?zé)豳Y源分布面積廣、埋藏淺、規(guī)模大的特點(diǎn)，而斷陷盆地區(qū)資源配置集中、交通便利，是主要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)，因此該類型地?zé)崽镔Y源的科學(xué)高效勘探、開(kāi)發(fā)有著重要的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)意義。
1 地理概況
宜良縣地處滇中，位于昆明市東南部，102°58′E～103°29′E，24°31′N～25°17′N，距省會(huì)昆明約55 km。研究區(qū)是昆明市通往云南東南部的交通要塞和商品聚散地。
宜良盆地屬于低緯度高原型季風(fēng)夏雨溫涼氣候帶。據(jù)宜良縣氣象站觀測(cè)資料，年平均氣溫16.3 ℃，平均降雨量912.2 mm，每年的6～9月為雨季。南盤(pán)江自北向南流經(jīng)宜良盆地，沿盆地東部蜿蜒流出區(qū)外。
2 區(qū)域地質(zhì)背景
2.1 地形地貌
宜良盆地總體寬約5 km，長(zhǎng)約30 km，呈東西短、南北寬近狹長(zhǎng)狀橢圓形。研究區(qū)屬于谷盆、山嶺相間的地貌格局，其與附近山地的高差最大超過(guò)500 m。
2.2 區(qū)域地層
區(qū)域內(nèi)地層發(fā)育齊全，從前震旦系至第四系均有出露。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史進(jìn)程中，歷經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，海進(jìn)海退頻繁，古地理環(huán)境多變。
研究區(qū)內(nèi)出露地層以元古界、下古生界和新生界為主，缺失中生界地層，即出露震旦系、寒武系、志留系、泥盆系、古近系、新近系及第四系地層，其中與地?zé)豳Y源有關(guān)的地層主要為第四系、寒武系及震旦系。
2.3 地質(zhì)構(gòu)造
研究區(qū)地處滇中高原，受NNE-SN向構(gòu)造控制，是以昆陽(yáng)群變質(zhì)巖系為基底，震旦系及后各時(shí)代沉積地層為蓋層的區(qū)域。大地構(gòu)造位置區(qū)域上位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)—滇東臺(tái)褶帶—小江斷裂帶中。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形式以斷層為主，褶皺次之。
研究區(qū)主要斷裂構(gòu)造均呈NS向展布，即F1、F2、F3、F4斷裂帶(圖1)。F1斷裂在地表可見(jiàn)100～200 m寬的破碎帶，由角礫巖、糜棱巖和少量斷層泥組成，傾角80°±。F4斷裂破碎帶寬50 m±，由角礫巖和糜棱巖組成，斷裂面向東傾斜，傾角45 °，局部地段近于直立。與兩主干斷裂平行或斜交的F2，F(xiàn)3斷裂，見(jiàn)有50～70 m寬的破碎帶，斷面東傾，傾角約80 °±。
1.第四系；2.新近系；3.泥盆系；4.志留系；5.寒武系；6.震旦系；7.斷層；8.地層富水性(強(qiáng)-中-弱-較弱)；9.地?zé)峋?、編?hào)及溫度/℃；10.熱泉編號(hào)及溫度/℃；11.熱田分區(qū)線；12.宜良盆地基底埋深等值線/m；13.剖面線；14.熱田塊段劃分編號(hào)；15.地名.圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of study area
F1斷層從研究區(qū)北部江頭村以東進(jìn)入研究區(qū)，途經(jīng)桃花村后延展至區(qū)外，此斷層控制了縣城以西盆地邊緣的形成和西部熱異常區(qū)邊界。F2斷層由縣城以北經(jīng)段官村及小唐營(yíng)延出研究區(qū)，往南至譚官營(yíng)延出研究區(qū)，此斷裂控制東部熱異常區(qū)的分界。F3、F4斷層分布于研究區(qū)東部大渡口東西兩側(cè)，為東部邊緣的復(fù)合構(gòu)造(圖1)。
2.4 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)
區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為活躍，洪積扇和階地發(fā)育。河流沖擊階地分布于宜良縣城北東窯廠一帶，為一套厚約10～15 m的砂礫石層，研究顯示屬更新世晚期的沉積物。宜良盆地是中新世以后沿“小江”南北斷裂東支陷落而成，呈長(zhǎng)條形狀、由北至南沿東川—宜良—個(gè)舊南展布。新生代松散層厚度>358.4 m(圖1)。
區(qū)內(nèi)新生代地殼上升作用強(qiáng)烈，山地大面積抬升，形成高峻山嶺，次一級(jí)斷塊的差異性上升強(qiáng)烈。
研究區(qū)內(nèi)F1和F4兩條斷裂均由北部伸入盆地基底，潛伏于新生界松散層下，分別構(gòu)成盆地的東西邊界，控制宜良盆地的形成和地下熱水的富集。區(qū)域的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，對(duì)研究區(qū)地下水的形成以及深部巖溶的發(fā)育起到較強(qiáng)的控制作用。
此外，區(qū)內(nèi)尚有北西向和近東西分布、具平移性質(zhì)的小斷裂，其與主干斷裂斜截或直交，對(duì)于溝通各斷層間地下水的水力聯(lián)系和地下熱流的傳導(dǎo)有較好作用，構(gòu)成地?zé)崽锏男纬捎欣麠l件。
3 地?zé)崽锍梢驒C(jī)制淺析
3.1 研究區(qū)地?zé)峋卣?/h3>
目前，宜良盆地已完工地?zé)峋校疁夭坏陀?5℃的鉆孔21個(gè)，孔深在100～2 110 m不等。地?zé)峋姆植继卣鹘沂境鲅芯繀^(qū)的地?zé)豳Y源主要沿主干斷裂帶展布。
研究區(qū)地?zé)峋捎谑苌w層保溫條件的限制和淺層低溫含水層的混入影響,水溫一般不高或略高于常溫地下水,唯控?zé)釘嗔褬?gòu)造帶的地?zé)峋疁夭泡^高。高值區(qū)一般出現(xiàn)在各主干斷裂附近，顯示斷裂構(gòu)造為地?zé)崽镏饕目責(zé)釛l件(圖1，表1)。
研究區(qū)已有開(kāi)發(fā)利用的地?zé)徙@孔主要分布在縣城的西北角，即小江斷裂東支F1斷裂的影響帶，以及狗街鎮(zhèn)東部盆地邊緣地區(qū)。地溫梯度受地層、巖性、蓋層厚度、地下水活動(dòng)及構(gòu)造等因素影響，差異較大，由(1.8 ～13.7)℃/100 m。一般值為(5～10 )℃/100 m±，其中≥2.5 ℃/100 m的計(jì)19個(gè)點(diǎn)，高值區(qū)一般出現(xiàn)在各主干斷裂附近。
3.2 地?zé)崽锪黧w化學(xué)特征
研究區(qū)地下水的水化學(xué)類型較為復(fù)雜，主要以SO4-Ca、HCO3-Ca·Mg為主(表2)。
表1 研究區(qū)地?zé)峋卣鞅?/p>
表2 研究區(qū)部分泉水、鉆孔水化學(xué)特性表
圖2 研究區(qū)水化學(xué)piper圖Fig.2 Piper diagram of hydrochemistry in study area
3.3 熱儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)
研究區(qū)地表分布著新生界松散層，古生界寒武系龍王廟組(∈1l)碳酸鹽巖夾碎屑巖冷水含水層，其下伏為寒武系滄浪鋪組(∈1c)、筇竹寺組(∈1q)砂頁(yè)巖隔熱隔水蓋層；元古界震旦系燈影組(Z2dn)白云巖為熱儲(chǔ)層，下伏為陡山沱組(Z2d)、南沱組(Z2n)以及研究區(qū)東部廣泛出露的澄江組(Z1c)等一套砂巖夾頁(yè)巖地層，其正常疊置具有隔水導(dǎo)熱性能，對(duì)地?zé)嵩跓醿?chǔ)層中的儲(chǔ)集起著重要作用。宜良地?zé)崽锿暾臒醿?chǔ)構(gòu)造系統(tǒng)為(圖3、圖4)：
新生界第四系松散堆積層盆地周圍基巖裸露，盆地內(nèi)被松散層覆蓋，東中部宜良城鎮(zhèn)一帶為隆起地形，松散層埋深僅為50～100 m(圖1)。盆地西部邊緣極樂(lè)村地帶為一淺埋深凹陷地形，松散層埋深為200～300 m，為一套由第四系(Q)含礫黏土、砂質(zhì)黏土組成的松散蓋層，地溫梯度一般為5.33 ℃/100 m。
該套地層富水性和透水性很差，成為地?zé)崽餆醿?chǔ)結(jié)構(gòu)的保溫蓋層。
古生界碳酸鹽巖冷水強(qiáng)循環(huán)構(gòu)造層該層主要由下古生界寒武系龍王廟組(∈1l)碳酸鹽巖夾碎屑巖組成，主要分布在西部山區(qū)的斜坡地帶，部分傾伏于松散層之下，組成向斜的東翼，構(gòu)成了區(qū)內(nèi)主要巖溶含水層，出露泉水8處，水溫在17℃～20℃之間，平均地溫梯度為2.45℃/100 m，出露泉點(diǎn)最大流量為7.4 L/s，屬于富水性較強(qiáng)的冷水含水層。
古生界碎屑巖相對(duì)隔水構(gòu)造層該層主要由下古生界寒武系滄浪鋪組(∈1c)、筇竹寺組(∈1q)砂頁(yè)巖組成，其富水性差，為相對(duì)隔水層。平均熱導(dǎo)率為3.5 w/m·k，地溫梯度為3.6℃/100 m。在斷坳盆地之中構(gòu)成研究區(qū)熱儲(chǔ)層隔熱、隔水、保溫蓋層。
元古界碳酸鹽巖熱水弱循環(huán)構(gòu)造層研究區(qū)熱儲(chǔ)層為震旦系燈影組(Z2dn)，屬于坳陷盆地水熱型熱儲(chǔ)。區(qū)內(nèi)熱顯示和人工揭露鉆孔，表現(xiàn)出震旦系燈影組(Z2dn)地層熱異常點(diǎn)數(shù)量最多的特點(diǎn)，且溫度最高，呈裸露型分布在盆地北緣的泉村頭一左營(yíng)和縣城西南小麥沖村，其主體部分被埋藏于小江斷裂帶的東支西側(cè)， 埋藏深度一般在800～1 200 m±。
圖3 研究區(qū)1-1′熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.3 1-1′ thermal reservoir profile of study area
圖4 研究區(qū)2-2′熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.4 2-2′ thermal reservoir profile of study area
3.4 地?zé)豳Y源的分布特征
宜良熱田地?zé)豳Y源相對(duì)較為豐富，地?zé)岬目臻g分布與盆地隱伏斷裂的展布相一致，即主要沿著F1小江斷裂東支(宜良斷裂)、F2、F3、F4斷裂由南向北呈條帶狀分布。其中F1和F4斷裂是構(gòu)成盆地東西邊界的主干斷裂，控制整個(gè)熱田區(qū)地層的排列、展布和地下水的運(yùn)移、循環(huán)條件。
根據(jù)研究區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用及其構(gòu)造控制分布特征的不同，小江斷裂東支斷裂束即F1～F4斷裂呈南北向縱貫全區(qū)，將熱田分割成三個(gè)塊段，即地?zé)崽镂魃綘I(yíng)(Ⅰ)塊段、地?zé)崽锎蠖煽?Ⅱ)塊段、地?zé)崽锕方?Ⅲ)塊段，各具不同的埋藏分布特征(表3、圖3、圖4)。
地?zé)崽镂魃綘I(yíng)(Ⅰ)塊段：野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)地?zé)峋?口，鉆孔主要集中在縣城西部F1宜良斷裂通過(guò)區(qū)域，其中有4口地?zé)峋_(kāi)發(fā)利用深部熱儲(chǔ)層燈影組(Z2dn)地?zé)崴?，取水深?18～2 000 m不等，出水溫度為56℃～58℃；該地?zé)崽飰K段地?zé)崴瘜W(xué)類型主要為SO4-Ca型，為深埋型巖溶熱儲(chǔ)型。
表3 研究區(qū)地?zé)釅K段基本特征統(tǒng)計(jì)表
地?zé)崽锎蠖煽?Ⅱ)塊段：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)地?zé)峋?口，其中有3口地?zé)峋_(kāi)發(fā)利用深部熱儲(chǔ)層燈影組(Z2dn)地?zé)崴?，取水深? 800～2 200 m不等，水溫為56.1℃～58℃；其水化學(xué)類型主要為HCO3·SO4-Ca·Mg型。
地?zé)崽锕方?Ⅲ)塊段：共鑿地?zé)峋?2口，主要取用燈影組(Z2dn)熱水，取水深度一般較淺，為142～474 m不等，水溫28℃～43℃。其中在瑞家營(yíng)水溫最高，地?zé)峋饕谾4斷裂分布，且F4斷裂南側(cè)水溫明顯低于北側(cè)。地下水水化學(xué)類型以HCO3-Ca型為主。
綜上，宜良地?zé)崽锛从蒄1、F2、F3、F4、F6、F13等斷裂分別構(gòu)成地?zé)崽锏倪吔?。各個(gè)塊段的熱儲(chǔ)溫度、水質(zhì)類型、熱儲(chǔ)層水位等均有不同程度的差異，表明熱儲(chǔ)層位具備相對(duì)較為獨(dú)立的特性，地?zé)崽锔鲏K段的基本情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。
3.5 熱源
研究區(qū)地?zé)岙惓５钠矫娣植继卣黠@示盆地南部地溫梯度比北部略高，異常高的地溫梯度出現(xiàn)在南部地區(qū)埋深100～200 m的層位，其他層位變化不大，多在(4～5)℃/100 m之間。
對(duì)于垂向地溫場(chǎng)而言，溫度變化主要受巖性及導(dǎo)熱性能的控制。據(jù)位于西山營(yíng)地?zé)峋?ZK04)資料，出孔水溫為58℃，推測(cè)孔底溫度為59.3℃(表4)。進(jìn)入熱儲(chǔ)后，隨著熱導(dǎo)率的增大，增溫率急劇下降，表現(xiàn)出良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明熱儲(chǔ)的溫差不大。異常高的地溫梯度是由熱儲(chǔ)頂板隆起或上翹后在熱傳導(dǎo)及載熱流體混合作用下產(chǎn)生的結(jié)果，地溫場(chǎng)熱流量并沒(méi)有得到增強(qiáng)(圖5)。
研究區(qū)東北部溫泉村wq3溫泉，其處于主干斷裂F1與北西向斷裂的交匯部位，熱儲(chǔ)層燈影組Z2dn熱水沿?cái)嗔淹ǖ郎仙降乇硇纬蓽厝?，流?4 L/s，水溫50 ℃。說(shuō)明斷裂構(gòu)造既為地下水深循環(huán)提供有力條件，也是載熱流體流出地表的良好通道，充分表明區(qū)內(nèi)小江東支斷裂控制了宜良城區(qū)地?zé)崽锏男纬?，是該區(qū)域熱儲(chǔ)層主要熱源來(lái)源。
表4 ZK04測(cè)溫一覽表
圖5 ZK04測(cè)溫曲線圖Fig.5 ZK04 temperature measurement curve chart
此外，研究區(qū)內(nèi)地殼淺部未見(jiàn)侵入巖體，因此也不存在巖漿熱等附加成熱條件。地震和活動(dòng)斷裂產(chǎn)生的機(jī)械摩擦熱對(duì)研究區(qū)大地?zé)崃髦档呢暙I(xiàn)率極小[9-12]。
綜上，地幔熱流和上地殼含放射性元素衰變產(chǎn)生的地殼熱流自然增溫和斷裂帶導(dǎo)熱增溫，構(gòu)成了宜良地?zé)崽锏責(zé)嵯到y(tǒng)的主要熱源。
3.6 熱通道
研究區(qū)構(gòu)造的主體為SN向斷裂，次為EW向斷裂。斷裂具有延伸遠(yuǎn)、規(guī)模大的特點(diǎn)。由于受到多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，導(dǎo)致斷裂帶兩側(cè)圍巖破碎程度高、裂隙節(jié)理網(wǎng)絡(luò)較為發(fā)育，成為了深部熱流向上傳導(dǎo)的主要通道。
小江斷裂帶東支斷裂束在區(qū)內(nèi)主要由F1～F4斷裂組成，其中F1和F4斷裂是構(gòu)成盆地東西邊界的主干斷裂，控制整個(gè)地?zé)崽飬^(qū)地層的排列、展布和地下水的運(yùn)移、循環(huán)。據(jù)研究區(qū)地震剖面資料證實(shí)，F(xiàn)1、F2、F3宜良斷裂帶構(gòu)成區(qū)內(nèi)主要的導(dǎo)熱構(gòu)造，F(xiàn)4斷裂以及與之相切割的東西向F6、F12以及F13斷裂交匯處能成為熱田的導(dǎo)熱通道，主導(dǎo)熱儲(chǔ)層中載熱流體的側(cè)向及垂向分配。
3.7 熱源傳遞
宜良地?zé)崽餆醾鬟f包括傳導(dǎo)和對(duì)流兩種方式，而對(duì)流傳輸方式是區(qū)內(nèi)各地?zé)醿?chǔ)集層地下水循環(huán)深度內(nèi)主要熱傳輸方式。
有關(guān)地震剖面資料表明，區(qū)內(nèi)小江斷裂東支斷裂束為規(guī)模較為巨大的地殼型或超巖石圈斷裂，構(gòu)成本區(qū)水熱活動(dòng)的主要通道，主控載熱流體的垂向和側(cè)向分配。
3.8 概念模型
研究區(qū)熱儲(chǔ)層震旦系燈影組(Z2dn)碳酸鹽裂隙巖溶洞水在地下被封存時(shí)間較長(zhǎng)，加之該熱儲(chǔ)層的熱導(dǎo)率較大，通過(guò)對(duì)流以及熱傳導(dǎo)方式吸收下伏深部的輻射熱，賦存熱儲(chǔ)層中的流體得以循環(huán)加熱升溫，并伴隨與圍巖進(jìn)行水巖反應(yīng)，在溫度差、水壓差及密度差作用下，沿F1～F4導(dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔押蜆?gòu)造裂隙向淺部運(yùn)移。控?zé)釘嗔褱贤松畈繜嵩?，以傳?dǎo)和對(duì)流方式將深部地?zé)崮茉丛床粩嗟貛е恋貧\層，并在具有一定的熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)條件下，地下水沿循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)移、儲(chǔ)集而形成地下熱水，由此形成宜良地?zé)崽铩?/p>
4 結(jié)論
(1)宜良地?zé)崽飳儆跀嘞菖璧匦偷責(zé)崽铩５責(zé)崽镞吘墳閺?qiáng)循環(huán)水熱對(duì)流帶，其內(nèi)部為巖溶含水層緩滯帶，上覆為古、新生代沉積保溫蓋層，形成了“坳陷盆地層控型”地?zé)嵯到y(tǒng)。
(2)宜良地?zé)崽锓譃?個(gè)相對(duì)獨(dú)立的地?zé)釁^(qū)，其成因模式屬于大氣降水補(bǔ)給的斷裂控?zé)嵘钛h(huán)型地?zé)嵯到y(tǒng)。震旦系燈影組碳酸鹽巖為巖溶型層狀熱儲(chǔ)，熱儲(chǔ)溫度一般在43℃～55℃之間，其水化學(xué)類型主要為SO4-Ca型、HCO3-Ca·Mg型等，埋藏深度一般在800～1 200 m。
(3)研究區(qū)小江斷裂帶東支斷裂束為水熱對(duì)流循環(huán)提供了良好的通道和儲(chǔ)集空間。斷裂切割深度大，導(dǎo)通深部熱源，使得地下熱水在震旦系燈影組巖溶含水層中富集，最終形成大氣降水補(bǔ)給的斷裂帶控?zé)嵘钛h(huán)型地?zé)嵯到y(tǒng)。
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1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 巖溶地質(zhì)研究所，廣西 桂林 541004；2.自然土資源部 廣西壯族自治區(qū)巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；3.云南地礦工程勘察集團(tuán)公司，昆明 650041
0 引言
地?zé)嶙鳛榫C合性礦產(chǎn)資源和潛力巨大的清潔能源，在熱力開(kāi)發(fā)、醫(yī)療保健、生態(tài)旅游等方面，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)，其勘探開(kāi)發(fā)利用日益升溫[1-3]。
目前中國(guó)的地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用主要集中在具有一定地?zé)豳Y源的發(fā)達(dá)城市，且地?zé)豳Y源的勘探、評(píng)價(jià)、綜合管理及開(kāi)發(fā)模式等研究，與冰島、日本等地?zé)崂贸墒靽?guó)家的差距較大[4-8]。伴隨2017年國(guó)家《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》的出臺(tái)，地?zé)豳Y源的利用日益具有更廣泛的應(yīng)用前景。
中國(guó)主要以中低溫地?zé)豳Y源為主。宜良地?zé)崽镉捎谔厥獾刭|(zhì)結(jié)構(gòu)，地?zé)崽镄纬蓷l件不同，分布極不均勻。研究區(qū)屬于小江斷裂帶控制的斷陷盆地，著名的小江斷裂東支呈南北向貫穿全區(qū)。宜良盆地內(nèi)現(xiàn)有的研究成果不多，系統(tǒng)地結(jié)合地?zé)釛l件與熱田基本特征、地?zé)豳Y源分布規(guī)律的關(guān)系等方面研究相對(duì)較少，成果淺顯。本文選取宜良地?zé)崽餅檠芯繉?duì)象，對(duì)其充分挖掘和綜合研究，探索云南宜良地?zé)豳Y源的形成機(jī)制、儲(chǔ)集形式等規(guī)律。
宜良盆地其基底下伏深部發(fā)育有富水性強(qiáng)的碳酸鹽巖巖溶含水層組。研究區(qū)具有地?zé)豳Y源分布面積廣、埋藏淺、規(guī)模大的特點(diǎn)，而斷陷盆地區(qū)資源配置集中、交通便利，是主要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)，因此該類型地?zé)崽镔Y源的科學(xué)高效勘探、開(kāi)發(fā)有著重要的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)意義。
1 地理概況
宜良縣地處滇中，位于昆明市東南部，102°58′E～103°29′E，24°31′N～25°17′N，距省會(huì)昆明約55 km。研究區(qū)是昆明市通往云南東南部的交通要塞和商品聚散地。
宜良盆地屬于低緯度高原型季風(fēng)夏雨溫涼氣候帶。據(jù)宜良縣氣象站觀測(cè)資料，年平均氣溫16.3 ℃，平均降雨量912.2 mm，每年的6～9月為雨季。南盤(pán)江自北向南流經(jīng)宜良盆地，沿盆地東部蜿蜒流出區(qū)外。
2 區(qū)域地質(zhì)背景
2.1 地形地貌
宜良盆地總體寬約5 km，長(zhǎng)約30 km，呈東西短、南北寬近狹長(zhǎng)狀橢圓形。研究區(qū)屬于谷盆、山嶺相間的地貌格局，其與附近山地的高差最大超過(guò)500 m。
2.2 區(qū)域地層
區(qū)域內(nèi)地層發(fā)育齊全，從前震旦系至第四系均有出露。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史進(jìn)程中，歷經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，海進(jìn)海退頻繁，古地理環(huán)境多變。
研究區(qū)內(nèi)出露地層以元古界、下古生界和新生界為主，缺失中生界地層，即出露震旦系、寒武系、志留系、泥盆系、古近系、新近系及第四系地層，其中與地?zé)豳Y源有關(guān)的地層主要為第四系、寒武系及震旦系。
2.3 地質(zhì)構(gòu)造
研究區(qū)地處滇中高原，受NNE-SN向構(gòu)造控制，是以昆陽(yáng)群變質(zhì)巖系為基底，震旦系及后各時(shí)代沉積地層為蓋層的區(qū)域。大地構(gòu)造位置區(qū)域上位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)—滇東臺(tái)褶帶—小江斷裂帶中。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形式以斷層為主，褶皺次之。
研究區(qū)主要斷裂構(gòu)造均呈NS向展布，即F1、F2、F3、F4斷裂帶(圖1)。F1斷裂在地表可見(jiàn)100～200 m寬的破碎帶，由角礫巖、糜棱巖和少量斷層泥組成，傾角80°±。F4斷裂破碎帶寬50 m±，由角礫巖和糜棱巖組成，斷裂面向東傾斜，傾角45 °，局部地段近于直立。與兩主干斷裂平行或斜交的F2，F(xiàn)3斷裂，見(jiàn)有50～70 m寬的破碎帶，斷面東傾，傾角約80 °±。
1.第四系；2.新近系；3.泥盆系；4.志留系；5.寒武系；6.震旦系；7.斷層；8.地層富水性(強(qiáng)-中-弱-較弱)；9.地?zé)峋?、編?hào)及溫度/℃；10.熱泉編號(hào)及溫度/℃；11.熱田分區(qū)線；12.宜良盆地基底埋深等值線/m；13.剖面線；14.熱田塊段劃分編號(hào)；15.地名.圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of study area
F1斷層從研究區(qū)北部江頭村以東進(jìn)入研究區(qū)，途經(jīng)桃花村后延展至區(qū)外，此斷層控制了縣城以西盆地邊緣的形成和西部熱異常區(qū)邊界。F2斷層由縣城以北經(jīng)段官村及小唐營(yíng)延出研究區(qū)，往南至譚官營(yíng)延出研究區(qū)，此斷裂控制東部熱異常區(qū)的分界。F3、F4斷層分布于研究區(qū)東部大渡口東西兩側(cè)，為東部邊緣的復(fù)合構(gòu)造(圖1)。
2.4 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)
區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為活躍，洪積扇和階地發(fā)育。河流沖擊階地分布于宜良縣城北東窯廠一帶，為一套厚約10～15 m的砂礫石層，研究顯示屬更新世晚期的沉積物。宜良盆地是中新世以后沿“小江”南北斷裂東支陷落而成，呈長(zhǎng)條形狀、由北至南沿東川—宜良—個(gè)舊南展布。新生代松散層厚度>358.4 m(圖1)。
區(qū)內(nèi)新生代地殼上升作用強(qiáng)烈，山地大面積抬升，形成高峻山嶺，次一級(jí)斷塊的差異性上升強(qiáng)烈。
研究區(qū)內(nèi)F1和F4兩條斷裂均由北部伸入盆地基底，潛伏于新生界松散層下，分別構(gòu)成盆地的東西邊界，控制宜良盆地的形成和地下熱水的富集。區(qū)域的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，對(duì)研究區(qū)地下水的形成以及深部巖溶的發(fā)育起到較強(qiáng)的控制作用。
此外，區(qū)內(nèi)尚有北西向和近東西分布、具平移性質(zhì)的小斷裂，其與主干斷裂斜截或直交，對(duì)于溝通各斷層間地下水的水力聯(lián)系和地下熱流的傳導(dǎo)有較好作用，構(gòu)成地?zé)崽锏男纬捎欣麠l件。
3 地?zé)崽锍梢驒C(jī)制淺析
3.1 研究區(qū)地?zé)峋卣?/h3>
目前，宜良盆地已完工地?zé)峋校疁夭坏陀?5℃的鉆孔21個(gè)，孔深在100～2 110 m不等。地?zé)峋姆植继卣鹘沂境鲅芯繀^(qū)的地?zé)豳Y源主要沿主干斷裂帶展布。
研究區(qū)地?zé)峋捎谑苌w層保溫條件的限制和淺層低溫含水層的混入影響,水溫一般不高或略高于常溫地下水,唯控?zé)釘嗔褬?gòu)造帶的地?zé)峋疁夭泡^高。高值區(qū)一般出現(xiàn)在各主干斷裂附近，顯示斷裂構(gòu)造為地?zé)崽镏饕目責(zé)釛l件(圖1，表1)。
研究區(qū)已有開(kāi)發(fā)利用的地?zé)徙@孔主要分布在縣城的西北角，即小江斷裂東支F1斷裂的影響帶，以及狗街鎮(zhèn)東部盆地邊緣地區(qū)。地溫梯度受地層、巖性、蓋層厚度、地下水活動(dòng)及構(gòu)造等因素影響，差異較大，由(1.8 ～13.7)℃/100 m。一般值為(5～10 )℃/100 m±，其中≥2.5 ℃/100 m的計(jì)19個(gè)點(diǎn)，高值區(qū)一般出現(xiàn)在各主干斷裂附近。
3.2 地?zé)崽锪黧w化學(xué)特征
研究區(qū)地下水的水化學(xué)類型較為復(fù)雜，主要以SO4-Ca、HCO3-Ca·Mg為主(表2)。
表1 研究區(qū)地?zé)峋卣鞅?/p>
表2 研究區(qū)部分泉水、鉆孔水化學(xué)特性表
圖2 研究區(qū)水化學(xué)piper圖Fig.2 Piper diagram of hydrochemistry in study area
3.3 熱儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)
研究區(qū)地表分布著新生界松散層，古生界寒武系龍王廟組(∈1l)碳酸鹽巖夾碎屑巖冷水含水層，其下伏為寒武系滄浪鋪組(∈1c)、筇竹寺組(∈1q)砂頁(yè)巖隔熱隔水蓋層；元古界震旦系燈影組(Z2dn)白云巖為熱儲(chǔ)層，下伏為陡山沱組(Z2d)、南沱組(Z2n)以及研究區(qū)東部廣泛出露的澄江組(Z1c)等一套砂巖夾頁(yè)巖地層，其正常疊置具有隔水導(dǎo)熱性能，對(duì)地?zé)嵩跓醿?chǔ)層中的儲(chǔ)集起著重要作用。宜良地?zé)崽锿暾臒醿?chǔ)構(gòu)造系統(tǒng)為(圖3、圖4)：
新生界第四系松散堆積層盆地周圍基巖裸露，盆地內(nèi)被松散層覆蓋，東中部宜良城鎮(zhèn)一帶為隆起地形，松散層埋深僅為50～100 m(圖1)。盆地西部邊緣極樂(lè)村地帶為一淺埋深凹陷地形，松散層埋深為200～300 m，為一套由第四系(Q)含礫黏土、砂質(zhì)黏土組成的松散蓋層，地溫梯度一般為5.33 ℃/100 m。
該套地層富水性和透水性很差，成為地?zé)崽餆醿?chǔ)結(jié)構(gòu)的保溫蓋層。
古生界碳酸鹽巖冷水強(qiáng)循環(huán)構(gòu)造層該層主要由下古生界寒武系龍王廟組(∈1l)碳酸鹽巖夾碎屑巖組成，主要分布在西部山區(qū)的斜坡地帶，部分傾伏于松散層之下，組成向斜的東翼，構(gòu)成了區(qū)內(nèi)主要巖溶含水層，出露泉水8處，水溫在17℃～20℃之間，平均地溫梯度為2.45℃/100 m，出露泉點(diǎn)最大流量為7.4 L/s，屬于富水性較強(qiáng)的冷水含水層。
古生界碎屑巖相對(duì)隔水構(gòu)造層該層主要由下古生界寒武系滄浪鋪組(∈1c)、筇竹寺組(∈1q)砂頁(yè)巖組成，其富水性差，為相對(duì)隔水層。平均熱導(dǎo)率為3.5 w/m·k，地溫梯度為3.6℃/100 m。在斷坳盆地之中構(gòu)成研究區(qū)熱儲(chǔ)層隔熱、隔水、保溫蓋層。
元古界碳酸鹽巖熱水弱循環(huán)構(gòu)造層研究區(qū)熱儲(chǔ)層為震旦系燈影組(Z2dn)，屬于坳陷盆地水熱型熱儲(chǔ)。區(qū)內(nèi)熱顯示和人工揭露鉆孔，表現(xiàn)出震旦系燈影組(Z2dn)地層熱異常點(diǎn)數(shù)量最多的特點(diǎn)，且溫度最高，呈裸露型分布在盆地北緣的泉村頭一左營(yíng)和縣城西南小麥沖村，其主體部分被埋藏于小江斷裂帶的東支西側(cè)， 埋藏深度一般在800～1 200 m±。
圖3 研究區(qū)1-1′熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.3 1-1′ thermal reservoir profile of study area
圖4 研究區(qū)2-2′熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.4 2-2′ thermal reservoir profile of study area
3.4 地?zé)豳Y源的分布特征
宜良熱田地?zé)豳Y源相對(duì)較為豐富，地?zé)岬目臻g分布與盆地隱伏斷裂的展布相一致，即主要沿著F1小江斷裂東支(宜良斷裂)、F2、F3、F4斷裂由南向北呈條帶狀分布。其中F1和F4斷裂是構(gòu)成盆地東西邊界的主干斷裂，控制整個(gè)熱田區(qū)地層的排列、展布和地下水的運(yùn)移、循環(huán)條件。
根據(jù)研究區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用及其構(gòu)造控制分布特征的不同，小江斷裂東支斷裂束即F1～F4斷裂呈南北向縱貫全區(qū)，將熱田分割成三個(gè)塊段，即地?zé)崽镂魃綘I(yíng)(Ⅰ)塊段、地?zé)崽锎蠖煽?Ⅱ)塊段、地?zé)崽锕方?Ⅲ)塊段，各具不同的埋藏分布特征(表3、圖3、圖4)。
地?zé)崽镂魃綘I(yíng)(Ⅰ)塊段：野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)地?zé)峋?口，鉆孔主要集中在縣城西部F1宜良斷裂通過(guò)區(qū)域，其中有4口地?zé)峋_(kāi)發(fā)利用深部熱儲(chǔ)層燈影組(Z2dn)地?zé)崴?，取水深?18～2 000 m不等，出水溫度為56℃～58℃；該地?zé)崽飰K段地?zé)崴瘜W(xué)類型主要為SO4-Ca型，為深埋型巖溶熱儲(chǔ)型。
表3 研究區(qū)地?zé)釅K段基本特征統(tǒng)計(jì)表
地?zé)崽锎蠖煽?Ⅱ)塊段：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)地?zé)峋?口，其中有3口地?zé)峋_(kāi)發(fā)利用深部熱儲(chǔ)層燈影組(Z2dn)地?zé)崴?，取水深? 800～2 200 m不等，水溫為56.1℃～58℃；其水化學(xué)類型主要為HCO3·SO4-Ca·Mg型。
地?zé)崽锕方?Ⅲ)塊段：共鑿地?zé)峋?2口，主要取用燈影組(Z2dn)熱水，取水深度一般較淺，為142～474 m不等，水溫28℃～43℃。其中在瑞家營(yíng)水溫最高，地?zé)峋饕谾4斷裂分布，且F4斷裂南側(cè)水溫明顯低于北側(cè)。地下水水化學(xué)類型以HCO3-Ca型為主。
綜上，宜良地?zé)崽锛从蒄1、F2、F3、F4、F6、F13等斷裂分別構(gòu)成地?zé)崽锏倪吔?。各個(gè)塊段的熱儲(chǔ)溫度、水質(zhì)類型、熱儲(chǔ)層水位等均有不同程度的差異，表明熱儲(chǔ)層位具備相對(duì)較為獨(dú)立的特性，地?zé)崽锔鲏K段的基本情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。
3.5 熱源
研究區(qū)地?zé)岙惓５钠矫娣植继卣黠@示盆地南部地溫梯度比北部略高，異常高的地溫梯度出現(xiàn)在南部地區(qū)埋深100～200 m的層位，其他層位變化不大，多在(4～5)℃/100 m之間。
對(duì)于垂向地溫場(chǎng)而言，溫度變化主要受巖性及導(dǎo)熱性能的控制。據(jù)位于西山營(yíng)地?zé)峋?ZK04)資料，出孔水溫為58℃，推測(cè)孔底溫度為59.3℃(表4)。進(jìn)入熱儲(chǔ)后，隨著熱導(dǎo)率的增大，增溫率急劇下降，表現(xiàn)出良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明熱儲(chǔ)的溫差不大。異常高的地溫梯度是由熱儲(chǔ)頂板隆起或上翹后在熱傳導(dǎo)及載熱流體混合作用下產(chǎn)生的結(jié)果，地溫場(chǎng)熱流量并沒(méi)有得到增強(qiáng)(圖5)。
研究區(qū)東北部溫泉村wq3溫泉，其處于主干斷裂F1與北西向斷裂的交匯部位，熱儲(chǔ)層燈影組Z2dn熱水沿?cái)嗔淹ǖ郎仙降乇硇纬蓽厝?，流?4 L/s，水溫50 ℃。說(shuō)明斷裂構(gòu)造既為地下水深循環(huán)提供有力條件，也是載熱流體流出地表的良好通道，充分表明區(qū)內(nèi)小江東支斷裂控制了宜良城區(qū)地?zé)崽锏男纬?，是該區(qū)域熱儲(chǔ)層主要熱源來(lái)源。
表4 ZK04測(cè)溫一覽表
圖5 ZK04測(cè)溫曲線圖Fig.5 ZK04 temperature measurement curve chart
此外，研究區(qū)內(nèi)地殼淺部未見(jiàn)侵入巖體，因此也不存在巖漿熱等附加成熱條件。地震和活動(dòng)斷裂產(chǎn)生的機(jī)械摩擦熱對(duì)研究區(qū)大地?zé)崃髦档呢暙I(xiàn)率極小[9-12]。
綜上，地幔熱流和上地殼含放射性元素衰變產(chǎn)生的地殼熱流自然增溫和斷裂帶導(dǎo)熱增溫，構(gòu)成了宜良地?zé)崽锏責(zé)嵯到y(tǒng)的主要熱源。
3.6 熱通道
研究區(qū)構(gòu)造的主體為SN向斷裂，次為EW向斷裂。斷裂具有延伸遠(yuǎn)、規(guī)模大的特點(diǎn)。由于受到多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，導(dǎo)致斷裂帶兩側(cè)圍巖破碎程度高、裂隙節(jié)理網(wǎng)絡(luò)較為發(fā)育，成為了深部熱流向上傳導(dǎo)的主要通道。
小江斷裂帶東支斷裂束在區(qū)內(nèi)主要由F1～F4斷裂組成，其中F1和F4斷裂是構(gòu)成盆地東西邊界的主干斷裂，控制整個(gè)地?zé)崽飬^(qū)地層的排列、展布和地下水的運(yùn)移、循環(huán)。據(jù)研究區(qū)地震剖面資料證實(shí)，F(xiàn)1、F2、F3宜良斷裂帶構(gòu)成區(qū)內(nèi)主要的導(dǎo)熱構(gòu)造，F(xiàn)4斷裂以及與之相切割的東西向F6、F12以及F13斷裂交匯處能成為熱田的導(dǎo)熱通道，主導(dǎo)熱儲(chǔ)層中載熱流體的側(cè)向及垂向分配。
3.7 熱源傳遞
宜良地?zé)崽餆醾鬟f包括傳導(dǎo)和對(duì)流兩種方式，而對(duì)流傳輸方式是區(qū)內(nèi)各地?zé)醿?chǔ)集層地下水循環(huán)深度內(nèi)主要熱傳輸方式。
有關(guān)地震剖面資料表明，區(qū)內(nèi)小江斷裂東支斷裂束為規(guī)模較為巨大的地殼型或超巖石圈斷裂，構(gòu)成本區(qū)水熱活動(dòng)的主要通道，主控載熱流體的垂向和側(cè)向分配。
3.8 概念模型
研究區(qū)熱儲(chǔ)層震旦系燈影組(Z2dn)碳酸鹽裂隙巖溶洞水在地下被封存時(shí)間較長(zhǎng)，加之該熱儲(chǔ)層的熱導(dǎo)率較大，通過(guò)對(duì)流以及熱傳導(dǎo)方式吸收下伏深部的輻射熱，賦存熱儲(chǔ)層中的流體得以循環(huán)加熱升溫，并伴隨與圍巖進(jìn)行水巖反應(yīng)，在溫度差、水壓差及密度差作用下，沿F1～F4導(dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔押蜆?gòu)造裂隙向淺部運(yùn)移。控?zé)釘嗔褱贤松畈繜嵩?，以傳?dǎo)和對(duì)流方式將深部地?zé)崮茉丛床粩嗟貛е恋貧\層，并在具有一定的熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)條件下，地下水沿循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)移、儲(chǔ)集而形成地下熱水，由此形成宜良地?zé)崽铩?/p>
4 結(jié)論
(1)宜良地?zé)崽飳儆跀嘞菖璧匦偷責(zé)崽铩５責(zé)崽镞吘墳閺?qiáng)循環(huán)水熱對(duì)流帶，其內(nèi)部為巖溶含水層緩滯帶，上覆為古、新生代沉積保溫蓋層，形成了“坳陷盆地層控型”地?zé)嵯到y(tǒng)。
(2)宜良地?zé)崽锓譃?個(gè)相對(duì)獨(dú)立的地?zé)釁^(qū)，其成因模式屬于大氣降水補(bǔ)給的斷裂控?zé)嵘钛h(huán)型地?zé)嵯到y(tǒng)。震旦系燈影組碳酸鹽巖為巖溶型層狀熱儲(chǔ)，熱儲(chǔ)溫度一般在43℃～55℃之間，其水化學(xué)類型主要為SO4-Ca型、HCO3-Ca·Mg型等，埋藏深度一般在800～1 200 m。
(3)研究區(qū)小江斷裂帶東支斷裂束為水熱對(duì)流循環(huán)提供了良好的通道和儲(chǔ)集空間。斷裂切割深度大，導(dǎo)通深部熱源，使得地下熱水在震旦系燈影組巖溶含水層中富集，最終形成大氣降水補(bǔ)給的斷裂帶控?zé)嵘钛h(huán)型地?zé)嵯到y(tǒng)。
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