按构造成因和地下热水形成的基本要素, 贵州省水热型地热资源分为隆起(褶皱)断裂型和沉积盆地2种类型。沉积盆地型主要分布在四川盆地边缘, 在贵州省仅限于北隅的赤水和习水; 隆起(褶皱)断裂型则分布在四川盆地南东的前陆褶皱冲断带, 占贵州省境绝大部分(图3)。按流体温度分级均属于低温地热资源(温度≤ 90 ℃)。

贵州省地热资源热储分为层状热储、带状热储及层状兼带状热储3类, 绝大多数区域为层状兼带状热储, 以往研究认为带状热储主要分布在江南褶皱断裂带的黔东南和右江造山带的变质岩地层中及黔西南州南部地层中, 而在岩溶地层中, 以层状热储为主, 断裂构造主要为水量补给和运移的通道。随着地热资源勘查程度的提高, 近年来对石阡温泉、息烽温泉等相关研究^{[15, 16, 17]}表明, 岩溶区断裂带状热储是地热水资源形成和富集的主要控制因素^[18]。这些带状热储中的地热资源量是不可忽略的, 如石阡温泉群、黄平浪洞温泉及玉屏地热井等。沉积盆地型地热资源以层状热储为主, 仅分布于北隅的赤水和习水下三叠统中部至古近纪地层, 大部分来自古沉积水。带状热储分布于江南褶皱断裂带的黔东南、梵净山穹窿背斜变质岩地层以及受松桃— 碧痕营区域性活动断裂带控制的松桃— 石阡— 瓮安一线岩溶地层。除此外的其他隆起山型地热资源均为层状兼带状热储, 该类热储中的层状热储又按水文地质特征及其与上下岩层的叠置关系和组合特征划分为5大热储层, 其中重要并广泛分布的有: ①震旦系上统灯影组至寒武系下统金顶山组, 主要位于大方、金沙、习水、仁怀、清镇、息烽、开阳、瓮安、福泉以及黔东北、黔东南地区; ②下寒武统清虚洞组至下奥陶统大湾组下部, 碳酸盐岩出露广泛, 北部和东部分布最广, 多见于背斜的轴部及其两翼, 主要为清虚洞组上部中上寒武统娄山关群和下奥陶统桐梓组白云岩, 以及红花园组古杯灰岩和大湾组中下部瘤状灰岩。除此外的其他3个热储层为: 泥盆纪下统上部舒家坪组至下石炭统上司组; 下石炭统旧司组至中二叠统梁山组; 中二叠统栖霞组、茅口组至下三叠统夜郎组、飞仙关组下部。它们主要分布于贵州西部毕节、六盘水、兴义、关岭、安顺等地。

根据最新修正的贵州省地温梯度等值线图, 贵州省地温梯度南北高、东西低, 大地热流值在25~120 mW/m²之间, 地温梯度在1.0~4.0 ℃/100 m之间, 平均值2.4 ℃/100 m, 较高区主要分布在黔北仁怀、遵义、金沙, 黔南望谟、册亨, 铜仁市石阡、思南等地, 总体上受深大活动断裂和褶皱(背斜)构造控制, 局部受活动断裂构造影响, 地温异常区地温增温率高达7.0 ℃/100 m^[19], 如思南、册享等地。全省地热流体(含地热井)温度为20~60℃的(20~24 ℃, 占16%; 25~40 ℃, 占52%; 40~60 ℃, 占31%)主要分布在金沙、息烽、黔北的遵义、仁怀、正安、务川、道真, 以及瓮安、石阡、剑河、安顺和黔西南兴义等区域; 流体温度为60~90 ℃, 主要为地热井, 仅占3%, 分布在贵阳乌当、遵义风华、思南鹦鹉溪、黔东南雷山等地(图3)。

隆起(褶皱)断裂型地热资源天然出露多受NE向、NNE向构造控制, 水城盆地— 关岭一带主要受NW向构造控制, 多沿背斜、背斜轴断裂或断裂带出现, 形成呈带状分布的温泉密集带(区), 出露条件受区域构造条件控制, 以受松桃— 碧痕营区域性断裂带控制的石阡温泉群— 瓮安— 贵阳— 安顺一带最为典型, 地热流体沿断裂带上涌至地表或浅部, 以温泉形式出露在山间盆地或山间低洼地区, 多见于喀斯特负地形, 常出露在河谷底部或河床阶地上。据息烽温泉(55 ℃)、遵义浩鑫温泉地热井^[20](自流, 49 ℃) (图4), 以及贵阳、遵义地热资源整装勘查动态监测资料和2015年乌当振华集团地热井动态监测显示, 地热流体无论水质、水量、水温均较稳定, 几乎不受大气降水和季节变化的影响。

图4

Fig.4

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	图4 典型温泉、地热井流量动态监测曲线Fig.4 Dynamic monitoring curves of flow rate in typical hot springs and geothermal wells

流体水化学分为3个基本类型: 重碳酸盐型, 占66.98%; 硫酸盐型, 占26.42%; 氯化物型, 占6.60%。不同构造区及热储层流体水化学表现出不同的特征: 从构造区来看, 凤岗NNE向构造区Ca²⁺、Mg²⁺毫克当量百分比总体较毕节NNE向构造区和贵阳复杂变形区要高, 贵阳复杂变形区S O42-、Cl^-毫克当量百分比总体高于六盘水断陷区, 黔南台隆构造区流体与六盘水断陷区类型分布相当, 而在东部华南褶皱带区内Na⁺、K⁺毫克当量百分比较高; 从热储层分布来看, 以震旦系、寒武系白云岩地层为主的热储中流体S O42-、Cl^-毫克当量百分比平均要高于其他热储, 而剑河、黄平等变质岩带状热储存区流体中Na⁺、K⁺毫克当量百分比高, 全省二叠系及石炭系岩溶热储中流体水化学特征则表现出一定的相似性(图5)。

图5

Fig.5

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	图5 典型构造区及热储层地热流体Piper三线图(%)Fig.5 Piper Graph of fluids in typical tectonic zones and geothermal reservoirs

总体上, 地热流体中主要阳离子为Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺, 其中Ca²⁺、Mg²⁺赋存于隆起(褶皱)断裂型碳酸盐热储中, Na⁺、K⁺则主要赋存于沉积盆地型碳酸盐热储及东部变质岩区带状热储内; 主要阴离子为HC O3-、S O42-、Cl^-, 其中HC O3-是贵州省地下热水中最重要的阴离子, 赋存于隆起(褶皱)断裂型地热资源的碳酸盐岩热储中, S O42-赋存在层状型膏盐岩和白云岩热储中, Cl^-主要分布于封存型沉积盆地的热卤水中(表1)。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 贵州省地热流体主量元素分布统计表 Tab.1 Statistics of main elements in geothermal fluids in Guizhou Province 离子类型 种类 浓度/(mg· L-1) 地热资源类型 主要分布区域 阳离子 Ca2+ 33.21~498.20 隆起(褶皱)断裂型 全省 Mg2+ 3.66~94.10 Na+ 0.50~278.00 沉积盆地型为主 赤水、习水、剑河 K+ 0.40~38.00 阴离子 HC O3- 99.42~298.26 隆起(褶皱)断裂型 全省 S O42- 10.00~1 440.00 隆起(褶皱)断裂型 石阡、息烽、遵义、乌当 Cl- 14.10~42.56 沉积盆地型 赤水、习水

表1 贵州省地热流体主量元素分布统计表 Tab.1 Statistics of main elements in geothermal fluids in Guizhou Province

贵州省地热流体中的特征性微量元素组分主要为水溶二氧化硅(SiO₂)、锶离子(Sr²⁺)、氟离子(F^-)、硼(B)、溴和碘(Br、I)。二氧化硅(SiO₂)含量一般不高, 在10.0~50.0 mg/L, 多数为10.0~30.0 mg/L, 占总数的87%(图6(a)); 锶离子(Sr²⁺)为1.0~30 mg/L, 其中以0.5~5 mg/L为主, 占总数的68%(图6(b)); 氟离子(F^-)浓度多在1.0 mg/L以下(图6(c)); 地热流体中硼(B)含量高低与Cl^-浓度的高低密切相关, HBO₂含量均在1.0 mg/L以下, 多数在0~0.3 mg/L; 赤水热卤水中的Cl^-浓度高达31 156.72 mg/L, 溴(Br)、碘(I)的含量及其分布与硼(B)相似, 均产于赤水沉积盆地型热卤水中, 含量78.33 ~432.23 mg/L, 赤水热卤水钻孔中碘(I)浓度可达20.0~30.0 mg/L。全省微量元素达到饮用矿泉水标准点共20处, 主要分布在黔北和黔西南的遵义、石阡、兴义、贵阳、毕节等地, 地热资源类型均为隆起(断裂)型, 流体产出于下奥陶统至上寒武统以及二叠系岩溶热储层, 主要达标组分为锶、偏硅酸, 氟离子及锶离子达到医疗矿水命名浓度, 主要分布在扬子准台地— 遵义断拱二级构造单元中遵义、铜仁及毕节局部等区域, 且流体温度越高, 偏硅酸含量越高。

图6

Fig.6

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	图6 地热流体微量元素及气体成分分布频率图Fig.6 Distribution frequency of trace elements and gas components in geothermal fluids

除赤水热卤水中游离二氧化碳(CO₂)的含量较高外, 其他地区游离二氧化碳(CO₂)含量均在10~40 mg/L之间, 绝大多数在4.11~36.9 mg/L之间, 占总数的92%(图6(d))。大多数天然温泉都有间歇或连续的气体冒出, 不少地热流体具有不同程度的H₂S气味, 绝大多数地热钻孔中尤其是赤水地区热卤水钻孔具有强烈的H₂S气味, 水温越高, H₂S气味越强。流体中的放射性成分主要包括氡(Rn)、镭(Ra)、铀(U)、钍(Th), 其中以氡最为重要, 镭次之, 镭的含量多数在0.01~0.1Bq/L之间, 氡以息烽温泉含量最高(40.7 Bq/L), 具有较高的医疗价值。