地大熱能：當前,峨眉山市旅游區(qū)溫泉資源開發(fā)已取得了明顯的社會經(jīng)濟效益,對照峨眉模式,樂山大佛景區(qū)對地熱資源開發(fā)需求迫切。

歷史上樂山大佛景區(qū)附近共有人工揭露地熱井2處。一是鐵10井(20世紀70年代施工),原為探鹽井,位于大佛景區(qū)烏尤壩水運局院區(qū)內,岷江左岸Ⅰ級階地階面,坐標為東經(jīng)103°46′20.35″,北緯29°32′6.14″,井口標高361.63 m,深度2 359 m;二是佛1井(21世紀10年代施工),位于樂山市市中區(qū)全福鎮(zhèn),距樂山大佛景區(qū)僅7.5 km,坐標為東經(jīng)103°48′42.03″,北緯29°36′19.98″,井口標高378 m,深度2 7 13 m。本文通過野外實地調查以及總結分析地熱相關研究成果[1-3],結合2處地熱井全面分析景區(qū)附近熱礦水產出與埋藏條件、熱礦水形成的水文地質條件、熱礦水補給徑流排泄特征等,總結成因模式,預測開發(fā)前景。

1 區(qū)域地質背景

1.1 儲水構造

區(qū)內地熱水屬“自流斜坡巖溶深循環(huán)地下水模式”,巖溶深循環(huán)地下水的分布嚴格受地質構造控制,儲水構造為樂山自流斜坡,樂山自流斜坡為一傾向北轉北北東的緩傾斜單斜構造,傾角5°左右。樂山大佛景區(qū)位于該自流斜坡儲水構造的北部(深埋區(qū)),北西受新橋逆斷層控制,東界外側20 km為威西鹽田,鹽層保存完好,鹽田內無深層地下水活動跡象,儲水構造邊界為岷江以東約10 km左右(圖1)。區(qū)內未發(fā)現(xiàn)其他斷裂構造,構造簡單,熱儲層保存完整。

1.2 地層巖性

樂山大佛景區(qū)附近出露地層主要有第四系、侏羅系和白堊系紅層。以佛1井為例,鉆井揭露地層巖性簡述如表1所列。

2 水文地質特征

依據(jù)地下水賦存條件、水動力特征,區(qū)域內地下水含水類型可劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水及基巖裂隙水等4個含水類型(圖2~3)。

(1)松散巖類孔隙潛水。賦存于第四系全新統(tǒng)及更新統(tǒng)沖洪積(Q4al+pl)及冰水堆積(Q2+3fgl)砂礫卵塊漂石層之中,富水性中等-豐富,單井涌水量達500~3 000 m3/d,水質類型屬HCO3-Ca,HCO3-Ca·Mg型,可溶性總固體小于0.5 g/L。

(2)碎屑巖類孔隙裂隙潛水及承壓水。賦存于K2g、K2j、J2s、T3xj、T1f、P2x等地層砂巖、粉砂巖孔隙裂隙之中,富水性弱-中等,泉水流量一般小于0.1~0.5 L/s,單井涌水量達5~500 m3/d,淺部屬潛水類型,水質類型屬HCO3-Ca,HCO3-Ca·Mg型,可溶性總固體小于0.5 g/L;深部屬承壓水類型,水質類型屬HCO3-Ca,HCO3·SO4-Ca或Cl-Na型,可溶性總固體達0.5~10 g/L以上。

(3)碳酸鹽巖類裂隙巖溶潛水及承壓水。賦存于T2l、T1j、P1m、P1q、Zbd等地層石灰?guī)r、可溶鹽巖之中,富水性不均勻,與裂隙巖溶的發(fā)育程度有關。深部裂隙巖溶的發(fā)育深度可達2 500 m以下,但發(fā)育程度較弱,屬承壓水類型,受峨邊穹斷束過渡的平緩單斜深循環(huán)儲水構造控制,由于地下水深循環(huán)結果,水質類型屬SO4-Ca、Cl-Na型,可溶性總固體達3.3~120 g/L以上。淺部屬無壓潛水類型,巖溶大泉流量可達100~1 500 L/s,水質屬HCO3-Ca·Mg型,可溶性總固體0.1~0.5 g/L。

(4)基巖裂隙潛水。賦存于J3p、J3sn、J2s2、J2xs、J1-2z紅色地層砂巖、砂質黏土、黏土巖的風化裂隙及火山巖花崗巖r2、玄武巖P2β構造裂隙之中,一般呈無壓潛水類型。泉水流量一般小于0.2 L/s,水質類型屬HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg型,可溶性總固體0.1~0.7 g/L。無裂隙分布的巖層,則組成隔水層。

3 熱礦水形成模式分析

3.1 熱源

大氣降水滲入地下,并逐漸向地層深處運移,深部地下水受地熱增溫等因素影響,進行緩慢熱交換致使地下水水溫增高而形成地熱水。區(qū)內地溫場地熱主要來自地壓性地熱,隨深度增加,地熱溫度按一定梯度升高。佛1井物探測井深度2 700 m,溫度87.17℃,推算出本區(qū)域的地溫梯度為2.64℃/100 m。

3.2 熱礦水產出條件

3.2.1 熱儲層

樂山大佛景區(qū)內開采深度適合的熱儲層為三疊系中下統(tǒng)的上熱儲層(T2l+T1j2),厚約550~700 m,埋深2 000~3 000 m,由白云巖、泥質白云巖、石灰?guī)r、泥質灰?guī)r及石膏巖組成。雷口坡組(T2l)由一套白云巖、泥質白云巖、石灰?guī)r、泥質石灰?guī)r、膏鹽巖層組成,巖性穩(wěn)定,變化小。該組地層地表出露在樂山大佛景區(qū)西南部沙灣以南的福錄、軫溪、譚壩一帶,出露標高415~750 m,向北東傾伏,深埋在樂山大佛景區(qū)區(qū)域。頂部為古侵蝕面,并發(fā)育有古巖溶,與上覆三疊系上統(tǒng)垮洪洞組黏土巖、泥質石灰?guī)r接觸。據(jù)佛1井揭露,全組厚度356~658 m,其中四段、三段巖溶發(fā)育,西南地表露頭區(qū)多見溶蝕洼地、漏斗、落水洞、溶洞及巖溶大泉;深部巖溶發(fā)育程度減弱,深井揭露。在2 000 m深度仍可見順層間的溶蝕現(xiàn)象,并賦存有熱礦泉水。二段、一段地層由于含泥質及黏土巖,巖溶相對不發(fā)育。嘉陵江組二段(T1j2)由泥質石灰?guī)r、白云巖、白云質灰?guī)r及石膏鹽巖組成,分上下兩段。該組地層地表出露位置與雷口坡組地層大致相同,向北東傾伏,深埋在樂山大佛景區(qū)。上段上部為薄至中厚層狀白云巖夾多層石膏,下部為夾泥質條帶白云巖。下段以泥質石灰?guī)r、生物碎屑石灰?guī)r為主,夾白云巖及泥質白云巖,該組地層巖性較穩(wěn)定。上部地層在西南部露頭地表區(qū)多見溶蝕洼地、漏斗、落水洞及小型溶洞,下部巖溶洞穴及暗河發(fā)育,見巖溶大泉。深部巖溶發(fā)育程度減弱,深井揭露在2 000~2 300 m深度仍可見順層間的溶蝕現(xiàn)象,并賦存有熱礦泉水。鐵10井揭露至三疊系下統(tǒng)嘉陵江組三段終井,在井深2 244.52~2 245.00 m,巖性為白云巖,經(jīng)測定Cl-離子濃度由1 403 mg/L猛增至50 024 mg/L,后更增至70~90 g/L,泥漿黏度由28 s降至17.5 s,pH由13變?yōu)?。井口有水流自溢,水溫由29℃升至44℃,終井后1個多月,井水仍能自流出井口。佛1井含水層總厚673 m,主要出水層位亦為三疊系中統(tǒng)雷口坡組(T2l)、下統(tǒng)嘉陵江組二段(T1j2)。

3.2.2 熱儲蓋層

熱儲蓋層為熱儲層上部隔水蓋層,其作用是熱儲層可形成熱循環(huán),由三疊系上統(tǒng)垮洪洞組(T3k)、小塘子組(T3x)、須家河組(T3xj)組成,總厚度達570~630m,為一套陸相碎屑巖地層,巖性為薄煤層、黏土巖、砂質黏土、粉砂巖及砂巖,呈多旋回沉積,屬相對隔水地層,為良好的熱礦泉水儲層的頂板蓋層,有利于熱儲層深循環(huán)和防止地表水及淺層地下水下滲至熱儲層。

3.2.3 熱儲下部隔水層

熱儲下部隔水層主要是隔斷嘉陵江組熱儲層中的地熱水向下滲透。本區(qū)由三疊系下統(tǒng)飛仙關組(T1f)碎屑巖組成,總厚度達100~200 m,巖性為黏土巖、砂質黏土巖、粉砂巖及砂巖,隔水性良好,能有效地阻隔上覆熱儲層中的地熱水繼續(xù)向下滲透、運移和熱量向下擴散的可能性,有利于地熱水賦存于上覆熱儲層中,起到了隔水保溫作用。綜上所述,該區(qū)域熱儲構造由熱儲層、熱儲蓋層和下部熱儲隔水層3個部分組成,熱儲構造完整,十分有利于地熱水的產出。

3.3 熱礦水賦存條件

大佛景區(qū)熱儲層為三疊系中統(tǒng)雷口坡組(T2l)及下統(tǒng)嘉陵江組二段(T1j2),地層在景區(qū)西南部福祿、軫溪、譚壩處一帶大面積出露,并形成巖溶發(fā)育的槽谷地帶。槽谷中巖溶發(fā)育,形成溶溝、溶洞等地質現(xiàn)象,露頭區(qū)域地表同時覆蓋了大量的泥土,雨量沖沛、植被茂盛,有利于地下水滲透、徑流,形成深循環(huán)巖溶地下水。樂山自流斜坡熱儲構造簡單、完整,沒有大的斷層和起伏,地下水的縱、橫向通道良好,有利于地熱水的形成、匯集、保存。

3.4 熱礦水補給、徑流、排泄特征

(1)補給條件。受區(qū)域地熱地質、水文地質條件控制,樂山大佛景區(qū)地熱水補給區(qū)主要在西南部沙灣以南的福錄、軫溪、譚壩一帶,熱儲層出露標高415~750 m,補給區(qū)地勢較高,地形切割劇烈,大渡河直接切割熱儲層,熱儲層巖溶地貌形態(tài)發(fā)育,接受大氣降水及地表水的補給。補給區(qū)內降水豐沛,年均降水量達1 384.8 mm,再加上溝谷發(fā)育,幾乎匯集了熱礦泉水儲層以上整個匯水區(qū)內的降水,大渡河水水量亦大。可見其具有較好的補給條件及較大的補給量。

(2)徑流條件。區(qū)內地熱水的徑流,嚴格受“樂山自流斜坡控儲水構造”控制,主要是順熱水儲層的層間,由南西向北東徑流。徑流距離達26~37 km,徑流深循環(huán)深度達2 200~2 500 m。推算樂山大佛景區(qū)區(qū)域內徑流距離達30 km,徑流深度達2 500 m。經(jīng)地溫場加熱升溫有利于形成地熱水。

(3)排泄及儲存條件。地下水通過補給并經(jīng)過一定距離(深度)循環(huán)徑流形成地熱水后,呈停滯狀態(tài)儲存于熱儲層之中,通過鉆井揭露熱儲含水層后沿井眼上升而排泄。樂山大佛景區(qū)附近無導水斷層,地熱資源開發(fā)需人工鉆井揭露。綜上所述,本區(qū)地熱礦泉水屬“地下水深循環(huán)熱交換,水熱對流型地熱水系統(tǒng)”。

3.5 熱礦水的地球化學特征鐵10井和佛1井水質化學類型均為氯化鈉型(Cl-Na),具如下特征:

(1)化學成份中氯化鈉占絕對優(yōu)勢,微量組分中鍶(Sr)、氟(F)、硼(B)等元素含量較高,其物質來源為從地下水溶解熱儲層中的巖鹽、造巖礦物層獲取。

(2)溶解性總固體含量相對較高,各類放射性元素含量均很低,排除了因火山活動、放射性物質蛻變深大斷裂形成地熱水的可能性。

(3)地熱水中的Na+、K+、Mg2+、Cl-、SO42-、Ca2+、HCO-3等相關離子的含量說明地熱水的成因是碳酸鹽地層巖溶裂隙水經(jīng)深循環(huán)地溫加熱而形成。以上特征說明地熱水形成機理是:在其熱儲層露頭區(qū)接受大氣降水、地表水與淺層地下水補給,在水動力(壓差)作用下通過構造裂隙、溶隙、溶孔、溶洞向熱儲層深部入滲,在單斜構造的深部富集,形成遠距離補給、深部循環(huán)的地熱水。熱儲層中的石膏層在溶蝕過程中放熱也進一步提高了地熱水的溫度。根據(jù)摩爾濃度,按舒卡列夫地下水化學類型分類屬Cl-Na型水。分析熱礦水地球化學特征形成原因,二疊系雷口坡組碳酸鹽巖為主要的地熱含水層,在樂山地區(qū)雷口坡組碳酸鹽巖中富含巖鹽層,巖鹽為氯化鈉的礦物,它們都是由鹽水在封閉的盆地中蒸發(fā)而形成鹵化物礦物。石鹽礦層一般厚幾米到數(shù)十米,因此地熱水中化學成份中氯化鈉占絕對優(yōu)勢是淋濾巖鹽的結果;在海水中沉淀的順序上,其在石膏和硬石膏的后面,因此,常常在石鹽之下找到石膏和硬石膏,含量高的Mg2+、Ca2+、SO2-4、HCO-3是熱礦水對圍巖溶蝕的結果。地熱水中鍶(Sr)主要為溶解膏鹽的結果,氟(F)、硼(B)為溶解碳酸鹽巖伴生造巖礦物的成果,H2S含量較高反映熱礦水處于相對封閉的還原環(huán)境。熱礦水主要陰陽離子含量隨水循環(huán)深度增加,在水化學特征中體現(xiàn)了明顯的垂直分帶特征。

4 預測單井水量、水溫和水質

以佛1井為例,在一個水文年內豐水期、枯水期、平水期分別進行了抽水試驗(表2)。試驗結果顯示:豐、平、枯期水位埋深僅差0.03 m,屬相當穩(wěn)定;3次試驗雖在不同水期進行,但井口水溫均保持在36~37℃;鉆井穩(wěn)定最大出水量在56.70~58.45 m3/d之間。以上現(xiàn)象共同反映了熱礦水源遠流長,在地下深部有固定的儲水層位和相對穩(wěn)定的循環(huán)深度,是深部循環(huán)的水位、水量、水溫、水質相對穩(wěn)定的深埋藏地下熱礦水資源。同時由于水動力關系Q-S曲線呈直線型,則可開采水量按下式計算:Q=86.4q·S式中:Q為井孔可開采量,m3/d;q為由抽水試驗確定的枯期單位出水量,L/(s·m),取值3.05×10-3;S為井孔可開采量的水頭最大降深值,m,取值215.20 m。由式(1)求得,可開采水量為Q=86.4×3.05×10-3×215.20=56.7 m3/d,由此可得該熱礦水井1 a的可開采量為2.07×104m3。

通過1 a的枯、平、豐期3次全分析水樣檢測結果(表3),地下水中溶解性總固體含量為164 179~201 609.58 mg/L,水質類型為Cl-Na型,pH為6.59~6.70,鍶含量253.3~276.5 mg/L,氟含量1.31~14.70mg/L,鋰含量13.90~96.35 mg/L,偏硼酸含量787.0~1 050 mg/L,硫化氫275.22~31 1.0 mg/L,達到“理療熱礦水水質標準”中命名礦水濃度界限以上;其次偏硅酸含量44.59~60.97 mg/L,具有理療價值。因此,命名為含偏硅酸的偏硼酸、硫化氫、氟、鍶、鋰理療熱礦水。

5 結論

(1)樂山大佛景區(qū)區(qū)域位于樂山自流斜坡儲水構造的北部,熱礦泉水屬“自流斜坡巖溶深循環(huán)地下水模式”,熱礦泉水與熔融熱源無關,而屬于地壓型地熱,隨著深度增加,地熱溫度按一定梯度增高。該區(qū)域適合開采的熱儲層為三疊系雷口坡組(T2l)、嘉陵江組(T1j2)碳酸鹽巖層,埋深2 000~3 000 m。巖溶裂隙發(fā)育,蓋層較厚,加之西南部露頭區(qū)地下水補給條件好,在自流斜坡儲水構造的有利部位,其循環(huán)深度可達到2 000~3 000 m,徑流距離達26~37 km,具有補給充足、深循環(huán)、遠徑流等特點,最終形成并儲存地下地熱資源。

(2)結合佛1井概況,根據(jù)儲層富水性、地下水深循環(huán)條件、埋深及區(qū)域地溫梯度值等,預測經(jīng)酸化后大佛景區(qū)一帶單井涌水量可達300~500 m3/d,井口自溢水水溫可達40℃,抽水水溫可達50℃。根據(jù)儲層含膏鹽的特征及埋深情況,預測區(qū)內地下水水質類型為Cl-Na型,可溶性總固體大于10 g/L,可達到醫(yī)療熱礦水標準。

(3)從資源角度分析,大佛景區(qū)一帶地熱資源具有較好的形成條件,在附近深井勘探中有熱礦泉水顯示,有好的資源遠景,同時該區(qū)域臨近城區(qū),交通條件較好,景區(qū)旅游產業(yè)當前發(fā)展紅火。綜上,樂山大佛景區(qū)地熱資源開發(fā)前景較好。