牟现军1 周神波1 韩晗2 杨建军2
1.重庆市地勘局205质队 重庆 渝北 401147；
2.重庆市地勘局南江水文地质工程地质队 重庆 渝北 401147
摘要：渝东南地区地热水资源丰富，通过对现有温泉出炉情况的分析研究，阐述了区内地热水的主要赋存地层，与地质构造之间的关系，以及地层在深部的岩溶分布特征。通过水文地球化学的方法，采用同位素检测的结果对渝东南地区各不同构造的地热水资源的补给、径流等进行了分析，研究其成因。
关键词：渝东南、地热水、同位素
一、研究区概况
（一）区位及地质概况
渝东南辖“二区四县”——黔江区、武隆区、石柱土家族自治县、秀山土家族苗族自治县、酉阳土家族苗族自治县、彭水苗族土家族自治县。幅员面积1.98万km2，地处四川盆地东南部大娄山和武陵山两大山系交汇的盆缘山地，渝鄂湘黔四省市结合部，是全国为数不多的以土家族和苗族为主的少数民族聚居区。
研究区内沉积盖层发育，从白垩系——震旦系均有出露，上古生界发育较差，缺失早、中泥盆系及早、晚石炭系的沉积；中生界发育较全，厚度大；新生界强烈上升，受剥蚀；第四系分布零星，厚度不大。
区内的地质构造按照大地构造单元划分，以七曜山基底断裂为界，以西属重庆陷褶束，以东属渝东南陷褶束。渝东南地热水资源主要集中在渝东南陷褶束，包括七曜山陷褶束、黔江陷褶束、秀山陷褶束。
（二）热储构造特征
热储构造主要由热储层位、热储盖层、热储下部隔水岩层三部分组成，其特征分述如下：
1、热储层
热储层位能储存（藏）运移地热水的含水岩组（层）。研究区内热储层主要为寒武系中上统和奥陶系下统，不同的热储构造其热储层略有差异，整体来说。该两组可溶性碳酸盐岩岩溶管道、溶蚀裂隙发育，是区内良好的热储层。其岩性特征描述如下：
（1）寒武系中上统
中统石冷水组（∈2s）：浅灰、黄灰色薄至中厚层状白云岩夹角砾状白云岩及灰岩。厚211m。
中统平井组（∈2p）：下部为灰、黄灰色薄至中厚层状白云岩，中上部为灰色中厚至厚层状白云岩夹灰岩，局部含食盐假晶。厚393~490m。
上统耿家店组（∈3g）：灰、浅灰色中厚层至厚层状白云岩。厚318~379m。
上统毛田组（∈3m）：灰、深灰色中厚层至厚层状灰岩、白云质灰岩与白云岩、钙质白云岩呈不等厚互层。厚122~242m。
（2）奥陶系下统
下统桐梓组（O1t）：按岩性可分上下两段：下段为灰色中-厚层状灰岩和白云岩，底部为生物碎屑灰岩含氧化钾。上段为灰岩夹页岩，偶夹粉砂岩。厚168~217m。
下统红花园组（O1h）：岩性为灰色薄至中厚层状生物碎屑灰岩夹少量白云岩。厚60~74m。
2、热储盖层
即热储层上部隔热保温层，主要作用是防止热储中热能的散失。第一盖层由奥陶系下统大湾组和中上统地层构成，岩性主要为页岩、粉砂岩、灰岩等；第二盖层主要为志留系中统韩家店组群和下统龙马溪组群地层，岩性主要为页岩、粉砂质页岩、粉砂岩，局部含少量灰岩。两大盖层厚度近2000m，覆盖于三大热储层之上，厚度较大、孔隙度低、渗透率小、热导率低、基本不具备越流条件，可有效控制地热水向地表溢流运移，形成区域性良好的上部隔热保温盖层。
3、热储下部隔水岩层
主要为寒武系中统高台组，根据区域资料和重庆市以往地热钻井资料显示，该岩组在地表深部，岩溶发育相对较差，甚至有些区域基本不发育，再加上高台组底部为厚约8～80m的紫红色薄－中厚层页岩，为区域性隔水层，有利于深层地热水的储存。
二、地质构造及导水通道
研究区主要位于七曜山断裂以东的渝东南陷褶束，该区域主要以一系列北北东向的背斜和向斜构造，其间顺构造线发育有多条断裂，构成了研究区的整体构造格局。根据现有的研究显示，地热水主要赋存于区内的背斜构造翼部寒武系中上统和奥陶系下统的灰岩、白云质灰岩地层中，其导水通道除了常规的深部岩溶外，顺构造线发育的断裂也是主要的导水通道之一。
根据对区内2口地热钻井的钻进过程分析，其中武隆乌江画廊地热钻井在井深571-574.6m（地层为奥陶系下统红花园组（O1h））、井深710~721m（地层为奥陶系下统桐梓组（O1t））放空1.3m、井深1710m-1735m（地层为寒武系中统平井组（∈2p））出现明显的放空和钻井液漏失现象。酉阳县毛坝地热钻井在井深1078.5~1086.4m、1093.89m-1113.7m、1113.7m-1135.78m、1135.78m-1157.05m持续出现明显的钻井液漏失现象，1158.05m~1161.35m处放空3.3m，1167.2m~1167.9m处放空0.7m，1404.35~ 405.15m处放空0.8m，1414.36~1414.56m处放空0.2m，上述钻进过程中的观测记录表明渝东南地区的寒武系中上统和奥陶系下统地层的深部岩溶十分发育，可以作为区内地热水的导水通道之一。
通过对渝东南地区部分天然温泉的研究分析，大多数温泉的出露均与断裂构造有一定的关系，例如彭水县诸佛江温泉，该温泉出露于彭水县诸佛江边，高出水面约0.5m，流量约为150m3/d，另一处从江边的漫滩中渗出，高出水面约0.2m，水温约为35℃，流量难以测定。出露地层为O1f+h，岩性主要为灰色、深灰色厚至块状生物屑灰岩，地质构造上位于桐麻园背斜北东翼，距离桐麻园背斜北西翼的铜楼正断层，该断裂倾角在60~70˚，断层延伸方向为北东30~40˚，延伸长度超过50km，断层具有一定的张扭性质。根据现场调查，该温泉距离铜楼正断层的直线距离约为150m左右，位于断层的上盘，表明该温泉的出露与断层具有直接的关系，从该温泉的地质剖面图可知，地热水沿断层上升，在浅部顺岩层的层间裂隙和横向裂隙，在河流的切割的低处（诸佛江边）出露。
图1 彭水诸佛江温泉平面图剖面图
三、地热水的补给来源分析
（一）氢氧稳定同位素
根据对渝东南地区部分地热水钻井和天然温泉进行了氢（2H或D）、氧（18O）同位素的检测资料。
1961年Craig通过对全球降水样品同位素资料的分析，雨水的δ2H和δ18O值之间存在着线性关系，并有如下的关系式：δ2H=8δ18O+10
重庆地区经过研究，也有一条地区雨水线，其线性关系为：
δ2H=7.35δ18O+8.05
现将通过实验得出的数据放入到全球雨水线和重庆地区雨水线见图2，从图中可以发现，渝东南地区地热水的同位素组成十分接近重庆地区雨水线，说明地热水起源于大气降水，是由大气降水所补给。
图2 渝东南地热水与降雨同位素关系曲线图
（二）补给高程计算
大气降水的δ2H和δ18O值随着地形高程的增高而减小的现象称为高度效应。据于津生（1980）等对我国川、黔、藏一带大气降水的同位素组成与地形高程之间进行了研究，提出了该地区大气降水的δ2H和δ18O值与地形高程之间（图3-7）的关系分别如下：
δ18O=-0.0031h(m)-6.19
δ2H=-0.026h(m)-30.20
得出该地区δ2H和δ18O的高度梯度分别为-2.6‰/100m和-0.031‰/100m。
根据降水中δ2H和δ18O的高度效应，对于现代入渗成因的地下水，其补给区的海拔高程（H）可由下式计算：
H=（δs-δp）/k+h
式中：H为地下水补给区的高程
h为取样点的标高
δs为地下水的同位素成分
δp为大气降水中的同位素成分
k为同位素高度梯度
根据2009年6月在重庆市沙坪坝区青木关地区进行雨水取样的检测结果，δ2H的平均值为-40.69‰，δ18O的平均值为-6.46‰，δ2H和δ18O的高度梯度分别为-2.6‰/100m和-0.31‰/100m。根据本次收集的渝东南地区地热水中氢氧同位素检测结果，得出区内各地热水出露点的补给高程见表1。
表1 渝东南地区地热水点补给高程计算表
构造部位或钻井名称δD（VSMOW）‰δ18O(VSMOW) ‰h（m）补给高程H（m）
氢同位素氧同位素
黑水温泉-64.7-9.174581381.461332.19
峨溶温泉-56.0-8.49304892.85958.84
石耶温泉-50.0-7.89408766.08869.29
秀山妙泉热水塘-48.2-7.56550838.85904.84
酉阳县毛坝地热井-65.0-9.745131448.001571.06
酉阳木叶乡温泉-64.3-9.529601868.081947.10
酉阳铜鼓红井温泉-62.9-9.445681422.231529.29
酉阳大河口温泉-62.8-9.333501200.381275.81
彭水县诸佛江温泉-60.3-8.963841138.231190.45
彭水县万足大唐电站-62.0-9.067191538.621557.71
武隆县盐井峡-62.1-9.15184.21007.661051.94
从计算结果看，峨溶温泉的补给来源于温泉以北湖南境内，咸丰背斜地热水的补给来源主要位于湖北境内，彭水县诸佛江温泉的补给来源主要位于贵州省境内，石耶温泉与热水塘所处的秀山背斜地热水补给来源主要为构造的北段寒武系出露区，武隆盐井峡所处的羊角背斜地热水补给来源主要位于贵州省境内。整体来说，区内地热水的补给高度与各地热点所处背斜轴部或近轴部碳酸盐岩分布的地面高程基本相符。
（三）地热水的年龄
通过对渝东南地区的天然温泉及钻井进行的14C取样测试见表2，从14C测试结果看，渝东南地区地热水的年龄整体较小，都属于近现代水。由于地热水点较为分散，且同一构造部位的地热水点极少，其中除咸丰背斜东翼有2处地热点（毛坝地热井、红叶乡温泉）从年龄上可见一定的规律外，地热水的年龄从南向北逐渐增大，即初步判断地热水是从南向北径流。其他构造的径流情况尚不明确。
五、结论
表2 渝东南地区部分地热水碳同位素检测表
地热水点名称测定年代（半衰期5730年）备注地热水点名称测定年代（半衰期5730年）备注
黑水天然温泉5990±100咸丰背斜黑水天然温泉5990±100咸丰背斜
秀山峨溶温泉8350±160红安背斜秀山峨溶温泉8350±160红安背斜
秀山石耶温泉8420±100秀山背斜秀山石耶温泉8420±100秀山背斜
彭水县万足大唐电站6920±90郁山背斜彭水县万足大唐电站6920±90郁山背斜
武隆盐井峡7060±200羊角背斜武隆盐井峡7060±200羊角背斜
酉阳县毛坝地热井5740±80咸丰背斜酉阳县毛坝地热井5740±80咸丰背斜
酉阳县木叶乡温泉11840±110咸丰背斜酉阳县木叶乡温泉11840±110咸丰背斜
渝东南地热水资源属于中低温对流型地热系统。其成因模式可以概括为：热储层接受大气降水补给，地热水的补给高度大多与所处构造的高点基本相符；顺岩层裂隙和岩溶通道下渗，地热水的循环周期6000~12000a，由于地热水的热对流作用，地热水沿热储层的深部岩溶、裂隙或者背斜翼部的断裂破碎带进行纵向的径流、运移，在河流或者地形深切处出露天然温泉。区域内厚度较大、热导率低的志留系、奥陶系中上统地层对地热水起到了保温盖层的作用，寒武系下统的砂、页岩起到了地热水隔水底板的作用，是的地热水得以封存形成沿构造线分布的地热田内。
参考文献
[1]周神波、曾敏、陈思燕.渝东南断裂型地热水资源形成机理及勘探风险研究评价,2017年4月.
[2]重庆开源地质勘探有限公司.武隆乌江画廊地热水资源勘查评价报告,2013年9月.
[3]重庆市地质矿产勘查开发局208水文地质工程地质队.酉阳县地热水资源勘查评价报告,2014年12月.
[4]重庆市地质矿产勘查开发局南江水文地质工程地质队.重庆市地热水资源评价与区划.
论文作者:牟现军1,周神波1,韩晗2,杨建军2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/28
标签：地热论文; 温泉论文; 热水论文; 同位素论文; 秀山论文; 东南论文; 咸丰论文; 《防护工程》2018年第24期论文;