0 引言

貴州遠離板塊接觸帶,地處板內穩定地帶,廣泛沉積具有較高導熱率的碳酸鹽巖地層,巖溶地貌類(lèi)型齊全,低熱流背景值與巖溶暗河發(fā)育決定了省內一般賦存低溫地熱資源。貴州各地質(zhì)時(shí)期碳酸鹽巖與碎屑巖相互疊置構成垂向多元的熱儲集單元,一般熱儲層埋藏越深水溫越高;而自燕山期以來(lái),伴隨地殼大面積隆升發(fā)育了大量褶皺、斷裂帶,特別是喜山期北東、近南北向繼承性活動(dòng)斷裂帶與穹窿構造、背斜構造呈斜接或反接復合交匯控礦,使得貴州省絕大部分為受深斷裂和背斜構造控制的深循環(huán)、長(cháng)時(shí)間、遠距離運移的地下熱礦水。

貴州省擁有較為豐富、分布較廣的地熱資源,但由于挽近期活動(dòng)斷裂或大型構造節理相互交織、串聯(lián)溝通,同時(shí)古巖溶與挽近期強發(fā)育巖溶在淺部交織疊加,構成了復雜的喀斯特裂隙地熱系統,加大了地熱水分布的不均性,導致成井不理想、不經(jīng)濟。結合前人的研究,整理已有地熱資源勘查資料, 分析貴州地熱分布及其賦存特征,對科學(xué)尋找和開(kāi)發(fā)利用地熱資源具有參考價(jià)值。

1 貴州地熱資源概況

據收集的資料,截至2022年,貴州省現有地熱資源點(diǎn)212個(gè)(溫泉、地熱井),其中地熱參數井36 個(gè),可采地熱井84個(gè),自然揭露溫泉92個(gè)。全省6 個(gè)地級市、3個(gè)自治州地熱資源分布不均勻,以黔北仁懷-紅花崗-綏陽(yáng)一帶、黔中烏當區-開(kāi)陽(yáng)-息烽一線(xiàn)和黔東北石阡-思南周邊分布最為集中且開(kāi)發(fā)利用程度較高;黔南等其他地級市、州僅有零星分布, 見(jiàn)圖1。

據各地區地熱井和溫泉的井口水溫箱式圖(圖 2)和貴州地熱水分級統計圖(圖3)分析,省內已知地熱水資源水溫范圍20~63℃,地熱井井口水溫整體高于天然溫泉的井口水溫。地熱井井水多屬溫熱水,井口水溫40~60℃,井口水溫中位值的最大值位于安順地區(54℃),其次為貴陽(yáng)地區(50.5℃); 天然溫泉多為溫水,水溫處于20~40℃,水溫最大中位值落于銅仁地區(37℃),其次為貴陽(yáng)地區(33.75℃)。

極少數地熱井鉆探到一定深度時(shí),井底水溫可達90℃,如大方縣安樂(lè )鄉張家寨ZK4鉆井,鉆井深度247 1 m,井底溫度97℃。井深深度范圍主要介于1000~3000 m之間的地熱井有53口,占總數的 77%;井深1000 m以?xún)鹊牡責峋伎倲档?0%。

2 貴州熱儲類(lèi)型及賦存規律

2.1 數據來(lái)源及研究方法

收集省內121處地熱資源點(diǎn)的數據,其中65處溫泉、66口地熱井。除赤水-習水地區和六盤(pán)水地區地熱出露點(diǎn)數據未收集到之外,121處地熱點(diǎn)分別分布于省內其他各市州。

通過(guò)資料收集,進(jìn)行綜合研究分析,針對具有代表性的地熱點(diǎn)進(jìn)行實(shí)例分析,利用Microsoft office 進(jìn)行文本編制、數據整理及統計分析,利用GIS作圖軟件繪制地熱點(diǎn)位分布圖,利用origin2024進(jìn)行化學(xué)指標箱式圖、Piper三線(xiàn)圖等圖件繪制。

2.2 地熱構造環(huán)境

貴州省地熱水為深循環(huán)對流型,省內北東向、北北東向(近南北向)斷裂束極為密集,且燕山期背斜褶皺與活動(dòng)斷裂分布整體一致。由圖4中溫泉的出露規律分析,多期復活斷裂與燕山期形成的構造帶 (區)的復合部位,常見(jiàn)溫泉出露,尤以北東向、北北東向活動(dòng)斷層相關(guān)的溫泉分布密集。

2.3 主要熱儲類(lèi)型

根據貴州省的構造特征、地層結構類(lèi)型,地熱儲勘查類(lèi)型分為層狀熱儲、帶狀熱儲(Ⅱ-2型)、層狀兼帶狀熱儲的混合熱儲(Ⅱ-3型)。由于貴州省地質(zhì)條件的復雜性和多樣性,便于工程運用,混合型熱儲可以看成由區域性斷裂帶導通為主、構造形態(tài)較完整且有較完整熱儲單元的層狀熱儲提供賦水、 運移空間的帶狀熱儲。帶狀型熱儲全省皆有分布, 而以褶皺構造為主控構造的層狀熱儲僅分布于赤水 -習水平緩褶皺區和織金-金沙穹盆構造區。貴州帶狀型熱儲根據儲層特征可以分為兩種,一是震旦系燈影組至三疊系沉積的碳酸鹽巖地區的帶狀熱儲,二是淺變質(zhì)巖地區發(fā)育的帶狀熱儲。

變質(zhì)巖區帶狀熱儲的熱儲集單元主要由挽近期活動(dòng)斷裂或深大斷裂帶及其次生斷裂帶組成,是帶狀熱儲型地熱水資源形成的主控因素。一般儲層埋藏越深溫度越高,而帶狀熱儲多為斷裂所控制,獲取溫度更高的熱水不在于鉆井深度,而是鉆孔是否鉆遇導水斷裂破碎帶。經(jīng)深循環(huán)升溫的地下熱水沿斷裂或裂隙對流傳遞,深大斷裂形成控熱構造,其次級斷裂帶往往形成導熱導水通道,溫泉多出露于深大斷裂旁側的次級斷裂帶。根據對121處地熱資源點(diǎn)的統計,帶狀熱儲型有溫泉6處,地熱井9 處,集中分布于黔東南州劍河-黃平地區,銅仁石阡、黔中開(kāi)陽(yáng)-息烽一帶零星分布,如革東斷裂側翼的次級斷裂帶狀出露的劍河溫泉、沿石頭田斷裂破碎帶呈帶狀分布的息烽溫泉群等。

碳酸鹽巖區帶狀型熱儲是受斷裂構造控制的沉積地層型,地熱異常點(diǎn)在平面上沿斷裂帶呈帶狀分布。受多期構造運動(dòng)影響,褶皺構造形態(tài)被不同期次、不同方向斷裂構造破壞,背斜對地熱的控制作用相對微弱。根據對121處地熱資源點(diǎn)的統計,混合型熱儲型有溫泉46處,地熱井53處,該類(lèi)型地熱水多沿背斜、背斜加斷裂或斷裂帶循環(huán)加熱、運移、 上涌至地表淺部,常以溫泉(泉群)的形式呈帶狀出露于山間盆地、山間洼地及河谷底部等喀斯特負地形,如海子街?zhù)喿犹翜厝?、熱水塘溫泉等?o:p>

2.4 主要熱儲層及分布

貴州省沉積巖層廣布,碳酸鹽巖與碎屑巖相間沉積,上下疊置,組成垂向上多元的儲集結構,且碳酸鹽巖巖溶強發(fā)育,共同構成復雜的喀斯特裂隙熱儲系統。結合貴州區域地層結構、熱儲層空間分布與組合條件分析,熱儲結構自下而上劃分為第一熱儲層、第二熱儲層、第三熱儲層、第四熱儲層、第五熱儲層共五個(gè)儲集單元和一個(gè)其他類(lèi)型的熱儲(表 1)。

根據121處地熱資源點(diǎn)的統計,省內主要控礦層為震旦系燈影組、寒武系清虛洞組、寒武系婁山關(guān)群、奧陶系桐梓-紅花園組和二疊系棲霞-茅口組地層,其中Ⅰ熱儲集單元燈影組、Ⅱ熱儲集單元婁山關(guān)組、桐梓-紅花園組地層所占比重較大,分別占總數的18%、21%和22.5%。由貴州各地區儲層分布圖(圖5)可知,泥盆系、石炭系地層大面積缺失,是以 Ⅲ熱儲集單元僅分布于安順市、黔南地區;其他型熱儲層則集中分布于黔東南州。

2.5 來(lái)源及特征

根據省內92處地熱資源點(diǎn)水化學(xué)資料分析,貴州地熱水熱源循環(huán)過(guò)程中無(wú)巖漿侵入活動(dòng)和火山作用;地熱資源的能量主要來(lái)自殼幔熱能傳導以及導通深部熱源的斷裂帶及其次級斷裂帶的熱對流;其次,少部分變質(zhì)巖地區存在天然放射性元素產(chǎn)生的放射熱源。

整理已收集的33個(gè)地熱井水樣和26個(gè)溫泉水樣的氫氧穩定同位素資料,并進(jìn)行δD-δ¹⁸O投點(diǎn) (圖6),由圖可看出,省內地熱水氘氧同位素均分布于全國大氣降水線(xiàn)附近,說(shuō)明地熱水主要物質(zhì)來(lái)源為大氣降水。整個(gè)地區δD、δ¹⁸O值變化范圍較小, δD-δ¹⁸O值分布范圍具有明顯分區,地熱井的δD、δ¹⁸O值整體小于溫泉的δD、δ ¹⁸O值。

2.6 地熱水化學(xué)特征

貴州省地熱水pH值范圍為6.75~8.46,平均值 7.49,屬中性水;黔東南變質(zhì)巖區pH值整體偏大,平均值為8.08。TDS變化幅度較大,最小值為190.2 mg/L,位于劍河ZK6地熱井,最大值2798.4 mg/L, 位于遵義新蒲地熱井,平均值為588.8 mg/L,中位值變化幅度較小,變化范圍為358~564 mg/L,整體屬低礦化度淡水。以散布貴州各市、州的94個(gè)地熱點(diǎn)的水常規指標作Piper三線(xiàn)圖(圖7),貴州地熱水水質(zhì)類(lèi)型主要為HCO3-Ca·Mg型、HCO 3 -Ca型、 HCO3·SO 4 -Ca·Mg型等重碳酸型水,次之為SO4 Ca·Mg型、SO4-Ca型等硫酸鹽型水,而黔東南部淺變質(zhì)巖地區水質(zhì)類(lèi)型以HCO3-Na為主。

3 典型實(shí)例分析

3.1 黃平浪洞溫泉

浪洞溫泉水溫46℃,水質(zhì)結果為HCO3-Na型水,呈弱堿性。區域內,北東100公里外的石阡地區有大量地熱水分布,黃平縣以西的重安江河谷中見(jiàn)溫泉出露。

空間分布上看,北東向上塘復背斜的聚熱效應和同為北東向的上塘-歸龍深大斷層、斑鳩井帚狀構造等深大斷裂的供熱效應相結合[ 15],斷層側的次級斷裂及破碎帶,為大氣降水的垂向入滲提供了徑流通道和循環(huán)條件。成因模式如圖8所示,浪洞溫泉周邊均分布含水性差的板溪群淺變質(zhì)巖系及南沱組冰漬礫巖,大氣降水沿基巖裂隙、節理入滲,地熱水主要受斷裂構造的控制,熱礦水賦存于斷裂破碎帶或上塘背斜次級斷裂和裂隙、古風(fēng)化面形成的空間內。地熱區屬典型變質(zhì)巖區帶狀熱儲。

3.2 六曲河地熱井

赫章地區無(wú)地熱水天然露頭,地熱深井施工數量為1口。六曲河地熱井勘探深度為1 182.7 m,井口水溫50℃,水質(zhì)類(lèi)型為SO4-Ca·Mg型,成井地層為寒武系婁山關(guān)群白云巖和溝通畫(huà)眉斷裂的次級斷裂破碎帶。

根據鉆孔資料分析,揭穿第二儲熱單元蓋層 (湄潭組)鉆遇斷層破碎帶時(shí),水溫驟然升高、水量增大,至儲熱層(婁山關(guān)群)均見(jiàn)地熱水噴出,說(shuō)明畫(huà)眉背斜西北翼與畫(huà)眉斷裂及其次級斷裂構成良好的儲熱構造。鉆孔鉆遇斷層破碎帶前后井溫變化異常,推測該層地熱水來(lái)自更深的第一儲熱單元,或畫(huà)眉斷裂溝通了地殼深部熱源。

六曲河地熱成因模式如圖9所示,第二儲集層熱儲結構完好,具備良好的儲熱環(huán)境,而北東向畫(huà)眉斷層及其次級斷裂切穿畫(huà)眉背斜,深部地層裂隙、構造節理發(fā)育,次級斷裂與畫(huà)眉斷裂相溝通,是區內主要的導水、導熱構造。熱儲類(lèi)型為碳酸鹽巖區帶狀型熱儲。

4 結語(yǔ)

(1)貴州省地熱水以碳酸鹽巖區帶狀熱儲型為主,其次為變質(zhì)巖區帶狀熱儲;變質(zhì)巖、冰漬巖分布區受挽近期活動(dòng)斷裂影響形成帶狀熱儲;絕大部分碳酸鹽巖分布區受褶皺與斷裂構造帶共同影響形成帶狀熱儲。

(2)按地層巖性等垂向上可劃分為六個(gè)熱儲集單元;主要控礦層為Ⅰ熱儲單元震旦系燈影組和Ⅱ 熱儲單元寒武系清虛洞組、婁山關(guān)群、奧陶系桐梓- 紅花園組以及Ⅴ儲集單元二疊系棲霞-茅口組地層,燈影組、婁山關(guān)群、桐梓-紅花園組為境內分布比重最大的熱儲層,共占總數的61.5%。

(3)能量主要來(lái)源于殼幔熱傳導及深斷裂及其次級斷裂帶的熱對流,少部分地區存在放射性熱源;物質(zhì)來(lái)源主要為大氣降水。

(4)貴州省地熱水整體為中性低礦化度水;碳酸鹽巖地區pH值集中在7.2~7.4之間,TDS平均值為588.8 mg/L,水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO3-Ca·Mg型、HCO3·SO 4 -Ca·Mg型、SO4·HCO 3 -Ca·Mg 型;變質(zhì)巖地區地熱水pH中位值為8.08,TDS小于400 mg/L,水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Na型。