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1、南温泉背斜地热水资源特征及开发利用建议（ 徐太国 程群 王治祥 罗祥康）摘要：从上世纪七十年代至今，重庆市地热水资源的开发利用已初具规模，对重庆都市 经济圈内的南温泉背斜地热水特征及开发利用现状研究，为进一步扩展该背斜“热水库”范 围，增加可采资源量，扩大开采规模，提高开发利用率等具有一定的指导意义。关键词：地热水资源 特征 开发 利用 热水库地热水资源是洁净的可再生性的绿色 能源。重庆市地热水资源丰富，开发利用历 史悠久，温泉文化底蕴深厚，温泉旅游业发 展迅速，形成了以“五方十泉”为代表的都 市经济圈蓬勃发展，温泉产业初具规模。 2007 年，随着重庆市巴南区“中国温泉之 乡”成功申报，重庆
2、市政府又提出了构建 “一圈百泉”、打造“温泉之都”的更高目 标。南温泉背斜处于重庆市地热水资源开发 利用的前列。1 南温泉背斜地热地质环境南温泉背斜构造处于四川盆地东部重 庆狭窄的高隆起背斜与宽阔的向斜相间的 隔挡式褶皱区（图1）。南温泉背斜呈北北东南南西向展布， 全长约45 Km,背斜北端与铜锣峡背斜呈斜 鞍相接。东翼缓、西翼陡，东翼岩层倾角 3060；西翼岩层倾角4080。背 斜核部主要为三叠系下统嘉陵江组碳酸盐 岩地层，翼部由三叠系中上统雷口坡组、须 家河组碳酸盐岩与碎屑岩地层及侏罗系红 色地层组成。背斜地区的构造裂隙发育，在 北倾没端与铜锣峡背斜斜鞍相接部有少许 的压性断层。在向斜侏罗
3、系红层分布区以低缓丘陵 低山地形为主，广泛分布于背斜翼部的三叠 系上统须家河组碎屑岩地层组成的单斜脊 状山岭。背斜核部为三叠系中下统碳酸盐形 成的溶蚀岩溶槽谷（北端黄桷垭，南端桥口 坝为单槽外，其余地段均为双槽）地形为其 特征。归纳起来区内地貌主要特征为背斜成 山，在向斜成谷，江河（花溪河、箭滩河等） 横切山脉多成峡谷（图 2）。南温泉背斜河流属于长江水系，长江切 割背斜北倾没端，中段及南段于南温泉和桥 口坝地段分别有花溪河和箭滩河切割热储 层，两地段均有天然温泉出露，花溪河入长 江处水面标高（枯季）167m。2南温泉背斜地热水形成及其特征 2.1热储构造（ 1）热储层：由下三叠统嘉陵江组及
4、中三叠统雷口坡组碳酸盐岩层组成，厚大于 500m。（ 2 ）热储盖层：由上三叠统须家河组Tij-T2l热储层中、F统雷口側a、sittiig）热储第一盖层U,系上St須套何组）Tf 热储隔水层_ （三叠系卞统E仙关姐占温泉Tjij热储第二盖层（侏罗系） 已有地热水钻井图 1 南温泉背斜及其附近地热地质图图 2 南温泉背斜中段地貌剖面示意图 碎屑岩（第一隔热保温盖层，厚约 450m） 及侏罗系红色岩层泥岩夹砂岩层（第二隔 热保温盖层，千余米）组成。（3）热储下部隔水层：主要由下三叠 统飞仙关组碎屑岩夹碳酸盐岩组成，厚度 500m 左右。上述三部分地层共同构成了一个完整 的热储构造（东西翼各为一个
5、“热水库”），热储层除出露于背斜核部外，在背斜翼部地区，则埋深数百米至二千余米（图3）。热储隔热保温地热水主要排泄区热储隔热保温盖层热储层热储层J2S-J1Z 第二盖层Tf隔水层西翼热水库东翼热水库J2S-J1Z 第二盖层图 3 南温泉背斜热储构造剖面示意图 2.2地热水的补、迳、排特征 背斜轴部的下三叠统嘉陵江组碳酸盐 岩形成的岩溶槽谷，汇聚大气降水向地层深 处（由浅入深）渗透（横向迳流为主），随 地热增温及化学热等因素使地下水温度增 高。深部地热水顺层迳流，然后在地表减压 最大的地段，即江、河深切地段排泄形成温 泉（图 4）。S岩溶 统景 槽俗温泉严铜锣峡桥口坝蔦 温南温泉热水库铜锣峡热水
6、库图 4 铜锣峡热水库南温泉热水库地热水纵向补、迳、排剖面示意图2.2.1 地热水的补给研究表明，地热水主要由大气降水补 给，经深部循环地热加温而成，按元素的比 例系数法，区内地热水的 Cl/Br 大于 615，Ca/Sr 大于 48，Na/Cl 大于 1.36 等关系，其 相关离子的比值均大于 1，其比值反映出地 热水形成的背景，说明成因以溶滤水为主， 兼有“古封存水”与之混合。此外，各放射性元素含量均很低，排除受火山活动及深大断 裂水补给的可能性。根据背斜海棠晓月等钻井温泉氢氧同 位素测定表明，其氢氧同位素的含量与重庆 地区降雨的氢氧同位素含量非常接近，南 泉、小泉、桥口坝地区也如此（图5
7、，表 1）。以上特征说明了大气降水是南温泉地 热水的主要补给源。表 1 背斜主要钻井地热水氢氧同位数统计表名称6 D （临）6 18 （临）海棠晓月-63.8-9.34南温泉-57 23-8 96小泉ZK4-62.70-9.61南二井-63 80-9 34& D（%）100 -60 -100-200丄桥口坝南二井D= 8.05+ 7.36 18爭棠晓月温泉小泉ZK4井南泉ZJ2井世界雨线6 d=10 + 36 18o6 18o（%。）j j-30 -20 -10 0 10图 5 钻井温泉与降水同位线素关系曲图2.2.2 地热水的迳流“高位”岩溶槽谷接受大气降水的补给 形成浅层地下水后，其中一部
8、分地下水在构 造、区域动水压力作用下，向地层深部下渗 而补给了“热水库”。其特点是因“高位”岩溶 槽谷具有单槽与双槽两重性质，凡单槽地段 的地下水分别向背斜两翼“热水库”补给，而 双槽地段则补给自身一侧的“热水库”。根据南温泉背斜北东端与铜锣峡背斜西南端在长江铜锣峡附近呈斜鞍复合关系 接触，经对两背斜上的地热水同位素3H测 定结果表明，铜锣峡地热水3H 浓度为61TV，属“古水”，14C测龄绝对年龄为 11000 年，南温泉地热水为11300年，即铜 锣峡背斜至南温泉背斜中的地热水的年龄 具有由北向南逐渐增大的特征，说明地热水 由北向南作纵向迳流。2.2.3 地热水的排泄地热水沿两个背斜纵向运
9、动过程中，地 热水常在河流横切背斜的“减压天窗”地 段排泄出地表形成温泉。从北向南有铜锣峡 背斜中段御临河响水洞温泉、温塘河的统景 温泉、长江铜锣峡温泉、南温泉背斜花溪河 的南温泉（背斜东翼）、小泉（背斜西翼） 及南端箭滩河的桥口坝温泉等。地热水绝对 年龄具由北向南逐渐增大的趋势，而钻井揭 露的单井出水量最大为最南端的桥口坝南 二井，出水量达2.3万 m3/d。2.3 地温场特征 天然温泉区的地温场特征是：地下热水浅钻井（一般小于500m）的地温场：当出露点（区）附近，地热异常显著，在地表 下 30m 左右深度处的地温变化，与距离温泉 的远近有关，远者温度低，近者温度高；浅 部地温场的延展（长
10、轴）方向与构造方向基 本一致，地热温场内各点变化亦受热储埋藏 条件控制，即埋深大，温度高，反之则低。 浅部地热温度的高峰值均出现在嘉陵江组 第二段地层中。钻孔未揭露嘉陵江组二段时，地温保持较小 的温度缓慢上升，一般均在30C左右，但揭 露嘉陵江组二段地层时，地温上升的速度是 极快的，进入嘉陵江组二段不久地温猛增 810C左右，往下则以较低的速度递增至 孔内最高温度，进入嘉陵江组一段后，不但 地温不增，有时反有微降的趋势。说明温泉 出露区的主要热储层为嘉陵江组二段。深钻井（一般在1000m至2000m）的地 温场分两类：一是井深在 1200m 左右（中深 钻井）揭穿主要热储层，在热储层盖层中，
11、地温以极缓的速度上升，至热储层前，地温 一般保持在28C左右，进入热储层后，地温 逐渐上升至35C左右,当揭露到主要热储层 后，地温增至50C左右，此时井口水温达 42 C左右；二是井深在2000m左右（深钻井） 揭穿主要热储层，其地温的变化，至热储层 前，地温一般保持在35C左右，一旦进入热 储层后，地温逐渐上升至45C左右，当揭露 到主要热储层（嘉陵江组三段）后，地温增 至65 C左右，此时井口水温达50 C左右， 若钻井继续钻至嘉陵江组二段地层时，地温 略有增加，一般增加2C左右，再住下至 嘉陵江组一段时，地温变化甚微。2.4 水化学特征 根据目前天然温泉及钻井温泉水质分 析来看，南温泉
12、背斜地热水水化学类型主要 为SO Ca （少数SO Ca.Mg），矿化度442.5g/l左右，pH值7.5左右。并且富含偏 硼酸、偏硅酸、氟、锶等组分，具轻微 H2S味，弱放射性。其钻井地热水常规化学成分见表2。表 2 南温泉背斜钻井地热水水化学性质一览表温泉离子含量浅钻井深钻井SO42- (mg/l)1310 168016601960Cl- (mg/l)12 3125 33oHCO - (mg/l)1842971721803Ca2+ (mg/l)410570550620K+ (mg/l)7 13 59 5 18 95Na2+ ( mg/l )2062 543 47 8Mg2+ (mg/l)8
13、8 123130145Fe2+ (mg/l)0 05 1 50二 4 13可溶性总固体2120264025803180总硬度（mg/l）1490160020402100PH7,05 8,256.95 7.65其次地热水中含有多种对人体健康有益的微量元素（主要有F-、Sr2+、Fe2+Fe3+、MO2+、 Li+、 Cu2+、 B+、 Zn2+、 Se2+、 Cr6+、 V2+、Br-、I-、Ra2+、Rn2+等），且污染物、微生物 含量极微，而水质较优，水温较高O35C, 深井可达59C），具微放射性，含医疗组份 丰富的低温温热矿水,是比较理想的医疗热 矿水。2.5 水量 据统计该背斜天然温泉
14、水量一般 200 500m3/d ；浅钻井温泉单井水量一般800 1500m3/d；深钻井温泉单井水量一般1500 2000m3/d，属重庆主城区地热水资源量较丰 富的热储构造。3 地热水开发利用3.1 浅钻井“就热打热”阶段 南温泉是久负盛名的风景区和旅游区， 以三个温泉著名，其中“大泉”、“中泉” 位于背斜东翼，后发展成南温泉公园（目前 已断流）；“小泉”位于背斜西翼，与大、 中泉相距1.4km,修建成宾馆，成为疗养地, 现为保利集团开发的高档别墅区（表3）。区内地热水是在重庆这个特殊的地热 地质环境中形成的。地热水的形成以渗入溶 滤水为主，兼有“古封存水”与之混合而成。地热水在其热储层露
15、头区接受大气降 水补给，在水动力（压差）作用下通过构造 裂隙、溶隙、溶孔、溶洞向热储层深部入渗， 按地温梯度增温（2.02.5C/100m）,在背斜 翼部的深部富集、迳流，形成深部循环。硬 石膏在溶蚀过程中放热也进一步提高了地 热水的温度。表 3南温泉、小泉天然温泉出露情况泉点地理构造泉口标咼流量水温水质矿化度位置部位(m)(L/s)(C)类型(g/L)大泉南温背斜2186.3942SO-Ca2.46中泉泉园东翼37SO-Ca12.8 2.39小泉小泉 宾馆背斜 西翼2101.3533 37SO-Ca41.493.1.1南温泉公园温泉钻井保温增量 上世纪六十年代，因勘探油气施工的 南二井（位于桥口坝）揭露了流量巨大的地 热水（揭露时达
