李小勇， 葉義成， 聶邦亮， 袁金榜， 鄧海濤， 何小東

(1.湖北省地質(zhì)局 第七地質(zhì)大隊(duì)，湖北 宜昌 443100; 2.湖北省地質(zhì)局 水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，湖北 宜昌 443002)

1 地?zé)岬刭|(zhì)環(huán)境

1.1 地形地貌、氣象與水文

宜昌市地處鄂西山區(qū)與江漢平原過(guò)渡地帶。地形西、南、北三面環(huán)山，中部丘陵起伏，東部與江漢平原接壤，總體地勢(shì)自北西向南東傾斜。

宜昌市屬亞熱帶季風(fēng)性溫濕氣候。具有四季分明、水熱同季、寒旱同季的氣候特征。多年平均降水量1 215.6 mm，多年平均氣溫16.9 ℃。區(qū)內(nèi)水系均屬長(zhǎng)江流域。長(zhǎng)江自秭歸縣破水峽入境，經(jīng)宜昌市城區(qū)至枝江縣鴨子口出境，市域內(nèi)流長(zhǎng)237 km，發(fā)育的支流水系主要包括有沮漳河、黃柏河、香溪河和清江等；境內(nèi)水資源總量約131億m3，過(guò)境客水流量約4 572億m3。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

宜昌市在大地構(gòu)造上，位處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的上揚(yáng)子臺(tái)坪鄂中褶斷區(qū)西部的黃陵斷穹東翼與江漢斷陷盆地過(guò)渡帶。區(qū)內(nèi)地層總體傾向南東，傾角8°～15°。區(qū)域構(gòu)造線主要為NNE、NNW—NW和NWW—近東西方向(見(jiàn)圖1)。市域內(nèi)地殼相對(duì)穩(wěn)定。

1.3 地層及水文地質(zhì)特征

黃陵斷穹東翼，由斷穹核部往東自新元古界至新生界各個(gè)地質(zhì)時(shí)代的地層均有分布。其中除古生界的志留系、泥盆系，中生界的侏羅系、白堊系及新生界古近系主要為碎屑巖外(砂、頁(yè)巖構(gòu)成為主)，其余多由碳酸鹽巖類(lèi)地層組成。

宜昌市城區(qū)一帶，自西向東、由老至新依次分布為白堊系下統(tǒng)石門(mén)組(K1)、五龍組(K1w)和上統(tǒng)羅鏡灘組(K2l)、紅花套(K2h)與跑馬崗組(K2p)。白堊系總厚度>3 000 m，以泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、含礫粉砂巖為主夾砂礫巖的紫紅色碎屑巖建造，整體上屬弱含水—隔水或相對(duì)隔水層，局部弱含孔隙—裂隙水。受侵蝕、剝蝕程度的不同和原始地形的差異，白堊系不整合接觸于前白堊系各地層之上。城區(qū)范圍內(nèi)，主要出露白堊系下統(tǒng)五龍組與石門(mén)組，下臥地層為志留系。

圖1 宜昌市區(qū)域構(gòu)造略圖(1∶100萬(wàn))
Fig.1 Regional structure sketch of Yichang City
1.張性斷裂；2.張扭性斷裂；3.扭性斷裂；4.挽近期活動(dòng)性斷裂；5.性質(zhì)不明斷裂；6.推測(cè)斷裂與隱伏斷裂；7.侏羅紀(jì)盆地；8.中新生代與新生代盆地或槽地；9.第四系松散堆積物；10.第三系—白堊系碎屑巖；11.侏羅系碎屑巖；12.三疊系—震旦系碳酸鹽巖夾碎屑巖；13.前震旦系變質(zhì)巖；14.前震旦系巖漿巖。

城區(qū)西側(cè)—黃陵斷穹核部，絕大部分為奧陶系、寒武系和震旦系碳酸鹽巖裸露區(qū)，其產(chǎn)狀平緩(傾角一般在10°左右)，巖石裂隙與巖溶均較發(fā)育，是區(qū)內(nèi)主要含水巖層(系)，含溶隙、溶洞水，并形成了以賦存巖溶水為主的緩傾單斜儲(chǔ)水構(gòu)造(見(jiàn)表1)。該水文地質(zhì)單元區(qū)內(nèi)，地下水在接受大氣降水和地表水的補(bǔ)給后，總體受地層傾向控制自西而東朝區(qū)域最低侵蝕基準(zhǔn)面(長(zhǎng)江)方向運(yùn)移、排泄，并具有補(bǔ)給較排泄條件有利和徑流緩慢的特點(diǎn)(宜昌市城區(qū)處于徑流區(qū)內(nèi))。

表1 宜昌市城區(qū)一帶地層簡(jiǎn)表Table 1 Geological map of Yichang city

1.4 地下熱水資源類(lèi)型及特征

宜昌市城區(qū)內(nèi)無(wú)天然熱泉出露和地?zé)岙惓?。市域及周邊，目前已知出露或揭露的地下熱水點(diǎn)水溫為29～52 ℃，均屬于低溫型的溫水(25 ℃≤t<40 ℃)和溫?zé)崴?40 ℃≤t<60 ℃)地?zé)豳Y源(見(jiàn)表2)。熱儲(chǔ)類(lèi)型主要有兩種：

(1) 層狀熱儲(chǔ)(Ⅱ-1類(lèi)型)。賦存地下熱水的地層(熱儲(chǔ)層)主要為寒武系及奧陶系的云巖與灰質(zhì)云巖，次為三疊系灰?guī)r與云質(zhì)灰?guī)r。熱儲(chǔ)層上覆的保溫蓋層(熱儲(chǔ)蓋層)主要是志留系砂頁(yè)巖及白堊系泥質(zhì)粉砂巖、泥巖，或?yàn)闊醿?chǔ)層上部的泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)云巖或炭質(zhì)灰?guī)r。

(2) 層狀熱儲(chǔ)兼帶狀熱儲(chǔ)(Ⅱ- 3類(lèi)型)。帶狀熱儲(chǔ)與區(qū)域性深大斷裂存在密切相關(guān)：在宜昌市域內(nèi)，有可能成生帶狀熱儲(chǔ)的斷裂構(gòu)造主要為北東走向的新華斷裂及北北西走向的遠(yuǎn)安斷裂、通城河斷裂以及仙女山斷裂(帶)。

2 地下熱水成因類(lèi)型及成礦模式

2.1 地下熱水形成條件

地下熱水的成生必須具備“蓋”、“儲(chǔ)”、“通”、“源”、“滯”五個(gè)基本條件[1-2]，即：

表2 宜昌市域及周邊主要地下熱水資源簡(jiǎn)表Table 2 Brief table of main geothermal water resourcesin Yichang city and its surrounding areas

(1) 蓋(熱儲(chǔ)蓋層)，要有分布范圍較廣和厚度較大的保溫蓋層，如透水性差并具隔水(或相對(duì)隔水)隔熱的泥巖、頁(yè)巖及粉砂巖等。

(2) 儲(chǔ)(熱儲(chǔ)層)，是蓋層以下要有厚度大或較大，且具有一定容水空間的層狀或帶狀地層，如可溶性的碳酸鹽巖、裂隙或孔隙發(fā)育地層及充(導(dǎo))水?dāng)嗔褞У取?/p>

(3) 通，是要有暢通的地下水補(bǔ)給與徑流條件，以及導(dǎo)水(熱)的構(gòu)造、節(jié)理裂隙、溶隙等通道。

(4) 源，即要有豐富的熱源、水源和礦物質(zhì)來(lái)源。

(5) 滯，必須具備深層承壓水的滯留環(huán)境條件(如長(zhǎng)距離的水平徑流滯緩帶、向斜蓄水或阻水構(gòu)造)，為地?zé)崃黧w在深循環(huán)過(guò)程中充分吸收圍巖和地球深部等熱能創(chuàng)造條件。

2.2 地下熱水成因類(lèi)型及成礦模式

2.2.1地下熱水成因類(lèi)型

根據(jù)均處于地下水深埋徑流區(qū)，目前通過(guò)施工深井所揭露的宜昌市城區(qū)伍家崗區(qū)上上城住宅小區(qū)(鉆井深3 005 m)及城區(qū)北西部夷陵區(qū)百里荒(2 388 m)地下熱水資源資料初步顯示，兩者的成因類(lèi)型均屬于隱伏沉積盆地、多層熱儲(chǔ)疊加的大地?zé)崃鱾鲗?dǎo)供熱的地?zé)豳Y源。熱源主要來(lái)自地殼深部的熱傳導(dǎo)。成生的基本模式可概括為：層狀熱儲(chǔ)—側(cè)向徑流補(bǔ)給—大地?zé)崃鱾鲗?dǎo)供熱(圖2和表3)[3]。

表3 地下熱水資源探采結(jié)合鉆井成果一覽表Table 3 List of combined drilling results of exploration and production of underground hot water resources

2.2.2地下熱水成礦模式

宜昌市城區(qū)地層自上而下依次分布為白堊系下統(tǒng)五龍組與石門(mén)組、志留系、奧陶系、寒武系和震旦系。白堊系紅色河湖相沉積物厚度1 000～>1 500 m(厚度不全，總體具有自西向東厚度逐漸增大的趨勢(shì))，其下臥的志留系地層厚度約300 m(厚度亦不全)。白堊系以泥質(zhì)粉砂巖和泥巖構(gòu)成為主，志留系主要由頁(yè)(泥)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖夾粉細(xì)砂巖構(gòu)成，兩者總體上皆屬弱透水的隔水—相對(duì)隔水層，是構(gòu)成城區(qū)一帶地下熱水資源的良好熱儲(chǔ)蓋層。

如前所述，奧陶系和寒武系的碳酸鹽巖是宜昌市域及周邊一帶的主要熱儲(chǔ)層，次為三疊系碳酸鹽巖。宜昌市城區(qū)西部為奧陶系和寒武系地層大片分布區(qū)，兩者總厚度>1 200 m，出露總面積約5 130 km2，其巖溶和裂隙均較發(fā)育，在露頭區(qū)充分接受大氣降水及地表水(長(zhǎng)江支流——黃柏河)的補(bǔ)給后受地層傾向控制(傾角8°～15°)自西向東徑流，并在運(yùn)移過(guò)程中受地球深部熱源的增溫作用而使巖溶地下水的溫度增高。至城區(qū)內(nèi)，奧陶系和寒武系地層埋深已達(dá)地下千余米。因位于奧陶系和寒武系熱儲(chǔ)層上部的白堊系及志留系熱儲(chǔ)蓋層普遍分布且厚度大，以致在城區(qū)及周邊一帶均未發(fā)現(xiàn)有天然熱泉出露和地?zé)岙惓，F(xiàn)象，必須通過(guò)施工深孔，穿過(guò)保溫的熱儲(chǔ)蓋層到達(dá)熱儲(chǔ)層一定深度后，才有可能揭露地下熱水(地下熱水資源成生的推測(cè)模式見(jiàn)圖3)。

宜昌市域及周邊地?zé)嵩鰷靥荻榷嘣?.2～1.5 ℃/100 m(自然增溫梯度，未考慮導(dǎo)熱構(gòu)造因素影響。倘若鉆井遇到導(dǎo)熱構(gòu)造，則溫度會(huì)有明顯的增高)；恒溫帶深度因地形切割深度不同而異：在平原區(qū)多為20～30 m，在山區(qū)多>100 m。區(qū)內(nèi)降雨充沛(多年平均降水量1 215.6 mm)，為奧陶系和寒武系熱儲(chǔ)層在城區(qū)西側(cè)的露頭區(qū)(即補(bǔ)給區(qū))提供了豐富的地下水補(bǔ)給來(lái)源。據(jù)上上城和百里荒兩個(gè)探采結(jié)合鉆井單井出水量和水溫類(lèi)比，按當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?6.9 ℃、恒溫帶深度50 m、地?zé)嵩鰷靥荻?.3 ℃/100 m估算：鉆井在2 000～3 000 m深度部分揭露(或揭穿)熱儲(chǔ)層時(shí)，單井出水量可達(dá)數(shù)百～>1 000 m3/d，井口處出水溫度在28.9～40.5 ℃之間(井底水溫較井口水溫高13.4～14.8 ℃)，總體上屬于溫水型(25 ℃≤t<40 ℃)和溫?zé)崴?40 ℃≤t<60 ℃)的低溫地下熱水資源類(lèi)型。

大力開(kāi)發(fā)利用可再生綠色能源、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)資源節(jié)約環(huán)境友好型社會(huì)是必然趨勢(shì)。根據(jù)上述的地下熱水資源成因類(lèi)型及成礦模式分析，宜昌市域內(nèi)地下熱水資源豐富，補(bǔ)給來(lái)源充沛，成礦條件有利，開(kāi)發(fā)利用潛力巨大。以政府為主導(dǎo)，政策為導(dǎo)向，社會(huì)各方共同努力，遵循科學(xué)發(fā)展原則，緊密聯(lián)系時(shí)下國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合地方自身發(fā)展需求，差異性、針對(duì)性地統(tǒng)籌規(guī)劃與實(shí)施地下熱水資源的勘查、開(kāi)發(fā)與利用，不僅有助于打造地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎，帶動(dòng)旅游與農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)展，更好地服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)，并可輻射周邊清潔能源礦產(chǎn)的飛速成長(zhǎng)。未來(lái)宜昌市地?zé)崮苜Y源的發(fā)展前景可期。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)宜昌地區(qū)多年水文地質(zhì)工作的總結(jié)，結(jié)合現(xiàn)有地?zé)岬刭|(zhì)勘查成果，本文初步分析并預(yù)測(cè)建立了隱伏沉積盆地型地下熱水資源的成因類(lèi)型與成礦模式，由于影響地下熱水的成生、賦存與運(yùn)移因素繁多且成礦條件苛刻，而在本次預(yù)測(cè)模型中只考慮了具主要制約意義的因素，尚存在一些不足之處有待今后在實(shí)踐中逐步修正完善。