剖析乐安温泉热源机理指导黄果树瀑布区域开发地热资源的方向

摘要： 文章以《贵州省地下热水资源勘查开发利用专项规划》（2008---2015年）为目标结合基础水文地质地热学理论编制而成；文中以息烽温泉为对象结合地质、构造图通过类比法解释了乐安温泉的形成原理。为《贵州省地下热水资源勘查开发利用专项规划》中的鼓励勘查、开发区“黄果树”瀑布区域提出了地质思路，圈定了重点工作靶区；为下一步的可行性论证报告提出了自己的工作方向观点,具有一定的借鉴指导意义。

关键词： 封闭含水系统；地热资源；热源机理；地质思路；工作靶区；

1、前言

黄果树瀑布位于贵州省西部镇宁和关岭两自治县接壤处（见交通位置图），是世界第二大瀑布，我国5A级景区之一；以黄果树瀑布景区为核心的景区发展已经彰显出越来越大的凝聚作用，黄果树瀑布景区的发展以及黄果树大瀑布品牌必将给安顺、甚而是贵州经济的腾飞带来不可估量的作用。特别是祖国的正式载人航天工程神州六号就带上黄果树瀑布画卷随同我们的航天员一起遨游太空，可见黄果树大瀑布在国人心中的地位，她应该是我们每一位贵州人的骄傲和自豪。作为工作及生活在安顺的地质工作人员，根据《贵州省地下热水资源勘查开发利用专项规划》精神要求，通过研究黄果树瀑布区域地质环境条件发现：黄果树瀑布区域坝陵河至打帮河片区位于杨子（前震旦纪）准地台三级构造单元六盘水断陷裂谷带，具备“温热水”地热资源开发的形成条件，其水文地质构造带在平面呈北西至南东走向，长达60余公里；其下游乐安村就有该地质构造条件下深循环的地下温泉露头排泄点，水温38℃。

2、地热温泉理论简述

地球内部的热能叫地热，地热随深度的增加而升高，每三十三米温度就上升1℃，这就是地热增温率的正常值。地温梯度即深度每增加100m所升高的温度；在地球内部70公里以上的范围内，不同地区地温梯度变化于0.6¬¬¬―10℃/100m；在靠近火山等有较高地热源的地区，地温梯度要大得多,个别新火山活动区可高达100℃/100m；地温梯度常见值为1.5―4℃/100m，平均值为2.5℃/100m。

温泉不但水热，一般还具有较多的矿物质和气体，有的还含有一定的放射性元素，用这种温泉水浸浴或食饮可以治疗许多疾病。

火山爆发是地球内部热能在地表的一种最为强烈的显示，温泉泉水常年不断地流出地表是比较微弱的一种地热显示。板缘地热区的热源是来自未冷凝的火山物质及近期侵入的岩浆体，而板内地热区的热源系来自地下水的深循环在正常地温梯度下由地壳内部获得的热量，板内地热带按其形成的大地构造环境可分为隆起（褶皱）断裂型与沉积盆地型。

地下热水的循环是一个区域性循环系统，地下热水补、迳、排也是在区域范围内完成的。大气降水在区域上沿深大断裂、构造裂隙及古侵蚀面等渗流通道向深部运移，在地质构造控制和静水压力作用下作深部循环，与深部热源产生热联系，获取热能。当深部热源对深部循环热水加温到一定温度时，地热水在高温压力和静水压力传导等条件作用下，沿断裂、裂隙等传热通道向上运移，与浅层地下水混合，以低温热泉形式排出地表。

根据《地热资源地质勘查规范》（GB11615-89）分类，地热资源按温度分为高温、中温、低温三类（见表1）。

3、自然地理

3.1气象

本区属亚热带季风湿润性气候，冬夏季风交替，春季较干燥，雨少风大，夏季温度较高，雨水多，雨量大，秋季阴雨连绵，气候凉爽，冬季干寒；雨雪稀少。据气象局统计资料，该区多年平均气温15℃，多年平均降雨量1350mm，降雨量年内分配不均，各月有较明显的差异，5至9月为雨季，降雨量1056.6mm，占年降雨量的78.2%，蒸发量为667.5mm，占年蒸发量的55.2%，降雨量大于蒸发量，为丰水期。12月至次年3月为旱季，降雨量100.10mm，占年降雨量的7.4%，蒸发量259.0mm，占蒸发量的21.5%，降雨量小于蒸发量为枯水期。4月、10月、11月三月降雨量244.8mm，占年降雨量的18.1%，蒸发量274.9mm，占年蒸发量的22.7%，降雨量略小于蒸发量，属平水期。

3.2 水文

本区位于珠江流域北盘江水系打邦河上游；坝陵河、郎贡河呈树枝状展布在新寨湾一带交汇于打邦河后向东南方向排泄；其排泄方向与地质构造线基本一致，为区内地下水主要补给源之一；乐安泉点位于打邦乡旧址北西方向3.5km处打邦河西侧支流溪沟旁，共发育有5眼泉水，其中2眼为热水泉（泉口见有钙华沉积）水温38℃，3眼为冷水泉，属群泉式上升大泉。

3.3地形地貌

本区为山区峰林槽谷地貌，地形切割较深，局部地段山型陡峭，岩溶发育，可溶性碳酸盐岩大量；谷地整体呈北西至南东走向与地质构造线基本一致，场地北西高，南东低，整体向南东缓倾，有利于地下水的富集；区内最高高程为洪洞坡1512.6m，最低高程为乐安温泉露头排泄点482.7m。

4、地层、构造及水文地质条件、地热条件综述

4.1 地层

区内主要出露的地层有：二迭系上统（P3l-d）、三迭系下统夜郎组（T1y）、三迭系下统永宁镇组（T1yn）、三迭系中统关岭组第一段（T2g1）、三迭系中统关岭组第二段（T2g2）、三迭系中统关岭组第三段[或杨柳井组（ T2y）]（T2g3）、三迭系中统法郎组（T2f）、三迭系上统（T3ls-b-h）、侏罗系（J1l-2ld）、第四系（Q）。现由老到新分述如下：

a、二迭系上统（P3l-d）：砂岩、泥岩、页岩夹泥灰岩及煤层，含基岩裂隙水，泉水常见流量1.70―2.14升/秒，径流模数1.54升/秒•平方公里,水质：SO4―HCO3―Ca水多见，富水性中等；厚约300―500米。

b、三迭系下统夜郎组（T1y）：泥灰岩、灰岩、砂质泥岩，含岩溶裂隙水，泉水常见流量15.21―27.04升/秒，径流模数1.50升/秒•平方公里,富水性弱；厚约465―567米。

c、三迭系下统永宁镇组（T1yn）：灰岩、白云岩夹泥岩，含裂隙岩溶水，地下河密度293米/平方公里，泉水常见流量62.25―297.94升/秒，枯季最大流量550升/秒，径流模数3.73升/秒•平方公里，年平均16.86升/秒•平方公里；水质为HCO3―Ca及HCO3―SO4―Ca―Mg型水，富水性中等；厚约200米左右。

d、三迭系中统关岭组第一段（T2g1）：泥岩，泥质白云岩夹灰岩，含岩溶裂隙水，泉水常见流量5.8―10升/秒，径流模数1.54升/秒•平方公里，水质差，多为SO4―Ca―Mg型水，硬度可达50德国度，富水性弱；厚约120―198米。

e、三迭系中统关岭组第二段（T2g2）：灰岩、白云质灰岩，含裂隙岩溶水，泉水常见流量40.72―69.52升/秒，枯季最大流量239.2升/秒，径流模数4.94升/秒•平方公里，水质为HCO3―Ca型水，富水性中等；厚约230―468米。

f、三迭系中统关岭组第三段[或杨柳井组（ T2y）]（T2g3）：白云岩、白云质灰岩、岩溶角砾岩，含岩溶裂隙水，泉水常见流量27.29―43.7升/秒，径流模数2.54升/秒•平方公里，水质为HCO3―Ca―Mg型水，矿化度0.2―0.23克/升，富水性弱；厚约400米左右。

g、三迭系中统法郎组（T2f）：上部砂页岩、下部灰岩，含裂隙岩溶水，地下河密度138米/平方公里，泉水常见流量53―135升/秒，径流模数4.64升/秒•平方公里，富水性中等；厚约>250米。

h、三迭系上统（T3ls-b-h）、侏罗系（J1l-2ld）：粘土岩、砂岩、粉砂岩、钙质泥岩、砂质灰岩及煤线，含基岩裂隙水，泉水常见流量1.08―3.26升/秒，径流模数1.80升/秒•平方公里，富水性弱等；厚约868米左右。

i、第四系（Q）：主要为风化残积和冲积的黄褐色粘土、亚粘土，分布于山间谷地及岩溶洼地之中，含孔隙水，泉水常见流量0.05―0.2升/秒，富水性弱；厚约0―15米。

4.2 乐安温泉地质构造条件分析

根据《贵州省区域地质志》资料显示，贵州省除黔东南以外，大部属于杨子（前震旦纪）准地台，为板内构造区；板内地热温泉形成的条件必须具备地下水的深循环地质构造条件，而黄果树瀑布区域坝陵河至打帮河片区则位于杨子（前震旦纪）准地台三级构造单元六盘水断陷裂谷带，具备“温热水”地热资源形成构造条件，其水文地质构造带在平面呈西北至东南走向，长达60余公里；该构造为向斜及倒转向斜深大水文地质循环带，与息烽温泉构造带同属于燕山期构造大向斜及倒转向斜类型，根据《贵州环境地质》中地下热水地质特征类型划分属板内隆起（褶皱）断裂型地热带；具有良好的区域断裂构造和热储单元、地热资源运移通道及隔热保温盖层，具备地热资源形成的必备条件；其下游褶皱末端与二级构造单元黔南台陷交会处乐安村，地层岩性由碳酸盐岩组含水层相变成碎屑岩组隔水层，使深循环热水泉与浅循环冷水泉沿构造单元边缘及相变带同时排泄出露于地表从而形成群泉式上升大泉；热水泉（泉口见有钙华沉积）水温38℃（见插图1），与息烽温泉地热构造条件相同（见插图2）。

4.3 热储结构分析

根据《贵州环境地质》对地下热水储集单元的划分，本区地下热水储集类型应为层状型、部分混合型；而地下热水储集单元为第Ⅵ储集单元，储热含水层为三叠系中统关岭组、下统永宁镇组碳酸盐岩，厚约900余米；而热储盖层为三迭系上统火把冲组、把南组、赖石科组碎屑岩，厚约800余米。

4.4 热储温度、地下热水化学类型预测

本区热储温度按地温增温率推算：

T=（H-h）×r+t

式中：T―热储温度,℃；

t―年平均气温，15℃；

H―预计钻孔深度，按2500m计；

h―常温带深度，按30m计；

r―地温梯度，按2.2℃/100m计。

经推算，热储温度为69.34℃。井口温度按1000m损失7℃推算，井口温度为51.84℃。

地下热水化学类型预测：由于乐安温泉泉口见有钙华沉积，根据《贵州环境地质》地下热水地质特征及地下热水地球化学特征分类，本区地下热水化学类型应属于重碳酸盐型水。

4.5 地热开发重点工作靶区位置选择

通过对乐安温泉地质及构造分析，著者认为要在黄果树区域开发真正意义的地热资源，重点工作靶区应圈定在打邦河木城村至下简桃村之间，因为该区域是乐安温泉地下热水储集区及隔热保温盖层区（见插图3）；同时，这里有着风光旖旎的河谷河漫滩地貌、原生态古榕树及人工摆渡，有小漓江之美誉；旅游开发潜能巨大。

5、地下水资源量评价

本区地下水补给来源主要是大气降水的渗入补给；由于该区地处亚热带季风湿润气候，丰富的降雨量（年平均1300毫米以上），大面积基岩和岩溶裂隙构造裂隙的发育，有利于接受大气降水的补给和含水层间的地下水水力联系，且不易受季节影响。据1/100万幅《贵州地质构造图》和1/20万安顺幅《综合水文地质图》以及1/5万幅区域地质资料显示，T1y地层至T2f地层为区内统一的含水岩石构造组合水文地质单元；其出露分布区，亦即区内地下水的补给区和径流区，补给径流汇水面积按长40公里宽2公里的保守计算约80平方公里，地下水流向自北西向南东径流；取综合径流模数为3.15升/秒•平方公里，按地下水径流模数公式计算求得该区枯季地下水径流量为：

Q=86.4M•F=3.15×80=21773吨/日；

按大气降水渗入法计算，取渗入系数α=0.3，则得区内年补给量为：

Q=F•α×1300=80×106×0.30×1300=3.12×107立方米（吨）；

相当于8.5×104吨/日。

该计算结果解释了乐安温泉成为群泉式上升大泉的地下水资源量的来源。

6、结语

1、黄果树瀑布区域坝陵河至打帮河片区属板内地热区，为杨子（前震旦纪）准地台三级构造单元六盘水断陷裂谷带向斜及倒转向斜深循环水文地质构造，与息烽温泉构造带同属于燕山期构造大向斜及倒转向斜类型，属板内隆起（褶皱）断裂型地热带；具有良好的区域断裂构造和储热单元、地热资源运移通道，具备地热形成的必备条件；其下游乐安村就有该地质构造条件下深循环的地下温泉露头排泄点，水温38℃。

2、该区地下水补给丰富，有利于地下水沿深循环向斜及断裂构造渗入深层加温，越往下温度越高，遵循地温梯度规律；地温梯度按2.2℃/100m计，钻孔深度按2500m计，推算井口温度为51.84℃。

3、该区水文地质单元完整，T1y地层至T2f地层为区内统一的含水岩石构造组合水文地质单元；地下热水储集类型为层状型，部分混合型；地下热水储集单元为第Ⅵ储集单元，储热含水层为三叠系中统关岭组、下统永宁镇组碳酸盐岩，厚约900余米；而热储盖层为三迭系上统火把冲组、把南组、赖石科组碎屑岩，厚约800余米。

4、本文仅作立项参考，建议进行《黄果树瀑布区域开发地热资源可行性论证报告》专题报告详细编制工作。

5、在《黄果树瀑布区域开发地热资源可行性论证报告》报告详细编制工作阶段，钻孔定位前，为确保工程万无一失，建议采用“大地超长电磁波探测仪”或EH4探测仪，结合地面地质调查工作辅助论证，以确定钻探深度、钻孔涌水量及钻孔涌水温度。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看