相山礦田西部溫熱水分布規律及地溫場特征

饒賢華，周良卿

(江西省核工業二六一大隊，江西鷹潭 335001)

相山礦田西部是相山鈾礦主要成礦區域，礦田內已探明的三個大型礦床有二個(即鄒家山、居隆庵鈾礦床)在西部，還有若干個中、小型礦床。通過近幾年來在該區勘查發現，深部存在有開采價值的工業礦體，資源量仍在不斷擴大。20世紀六、七十年代在鄒家山鈾礦床勘查期間，發現礦床內有溫熱水(溫熱水的溫度范圍是依據《地熱資源地質勘探規范》(GB11615-89)確定)，對礦床開采構成熱害。礦山開采之初，在鄒家山鈾礦床(簡稱鄒家山礦床，下同)－90 m中段有一涌水點(ZK19-20)水溫達50℃，證實了該礦床確實存在溫熱水。熱害造成的原生環境問題是影響本區采礦活動的主要因素之一。查明溫熱水的形成機理及分布規律是環境地質工作的主要任務。

1 地質概況

1.1 自然地理

相山礦田西部位于江西省樂安縣湖溪鄉。該區屬贛中亞熱帶溫暖潮濕多雨區，年均降雨量大于年均蒸發量。地貌為火山巖組成的中等切割剝蝕中低山區，山脊走向以南北向為主、北東向為輔，地形總體是東高西低、南高北低。區內地形切割厲害，坡度較陡，地表徑流條件良好。

1.2 地質概況

西部地層、巖石由基底和蓋層兩部分組成?；诪檎鸬┫登稁r、云母石英片巖;蓋層主要為上侏羅統鵝湖嶺組的碎斑熔巖(J3e2)、打鼓頂組的流紋英安巖(J3d2)組成。

區內基底構造根據布格重力異常和磁測△T異常的推斷解釋，主要由東西向、北東向和南北向三組構造組成。最主要的東西向基底構造為戴坊—相山斷陷帶，北東向基底構造是在加里東期形成的遂川斷裂的次級構造，如蓮塘—鄒家山—石洞斷裂等。南北向基底構造有河元背—沙港斷裂等。

區內的蓋層構造以繼承式華夏系斷裂為主，火山塌陷構造、褶皺構造次之。蓋層中的北東向斷裂有蕪頭—小陂、鄒家山—石洞壓扭性斷裂破碎帶等，北西向斷裂有書堂—濟河口張扭性斷裂帶、河元背—石洞張扭性斷裂破碎帶等①劉牛明，李芳，章高福，等.2010.江西省樂安縣居隆庵鈾礦床44～70線詳查地質報告.。

2 溫熱水形成機理與分布規律

20世紀六、七十年代，鄒家山礦床部分涌水鉆孔中發現孔口水溫達23～29℃，之后對ZK31-10、ZK31-16兩孔聯合抽水過程又發現隨著抽水時間的延續，水溫呈上升趨勢，最高達38℃②。隨著勘查工作的深入，沿鄒家山小溪兩側陸續又出現部分水溫較高的涌水鉆孔。而小溪正好位于鄒家山—石洞斷裂之上，通過進一步工作發現溫水與構造關系密切。期間，西部地區其它礦床也出現了一些水溫在25℃左右的涌水孔。從上述資料可知，在相山礦田西部除鄒家山礦床有溫熱水外，其它礦床是否也有溫熱水存在?答案不確定。因此，本次選擇西部地區三個在平面上大約呈東西向排列、勘探深度大的礦床(即鄒家山、居隆庵、牛頭山礦床)的地質、水文地質及井溫測井等資料進行分析、對比及綜合研究。認為本區溫熱水的形成條件主要有以下五個方面。

圖1 相山礦田西部礦床分布示意圖Fig.1 The distribution of the west Xiangshan orefield

2.1 地形地貌

礦田西部根據地形地貌及水文地質單元劃分的面積確定，鄒家山礦床的匯水面積達約3.5 km2，居隆庵礦床匯水面積約1.1 km2，牛頭山礦床匯水面積約1.2 km2，匯水面積鄒家山礦床具西部各礦床之首。以鄒家山—石洞斷裂構造裂隙水為代表構造裂隙含水帶在鄒家山礦床內形成了一個由補給、徑流、排泄區逐漸過渡的完整水文地質單元。大量的地表水滲入地下為溫熱水提供了源源不斷的水源，得天獨厚的地貌條件，為地下水的下滲、運移、循環，最后形成溫熱水創了有利條件。

2.2 巖性

據統計資料，賦存溫熱水的鈾礦床圍巖多數為硅質板巖、花崗巖和火山巖。而本區蓋層為火山巖，主要巖石以碎斑熔巖和流紋英安巖為主，這兩種巖石中的鈾平均豐度分別為8.59 mg/L、7.01 mg/L。巖石中放射性元素含量和巖石的密度(ρ)決定了巖石放射性元素的生熱率(A)，巖石生熱率用近似公式計算，結果見表1。根據三個礦床和相山第一深鉆(終孔深度2 818.88 m)的相關地質資料，統計出蓋層各巖石層厚(d)及基底巖石層厚(d)，按生熱量g=A×d可得出各巖石放射性元素的生熱量(見表2)③潘啟昌.1977.6122礦床溫水賦存條件的認識(科研報告).。表中結果顯示，巖石中的熱主要來自深部基底變質巖，其次是蓋層的火山巖—碎斑熔巖和流紋英安巖。另據有關地質工作者的研究，鄒家山礦床綠泥石的形成溫度為217.64～295.30℃(章衛星，2007)。綠泥石是一種脈石礦物，同時作為中低溫、中低壓環境中穩定存在的礦物，多賦存于巖石裂隙和蝕變帶中，它反映了成巖后到綠泥石形成之前巖石中的溫度仍然很高。居隆庵礦床ZK40-11地質水文孔，抽水前與抽水后測得井溫資料顯示，抽水后測得井溫要比抽水前高8.7～9.2℃(表3，圖2)，說明火山巖體內的碎斑熔巖內熱是引起井溫增高變化的主要因素之一。

2.3 構造

鄒家山礦床構造發育，北東向占主導地位的鄒家山—石洞斷裂是由F1、F6、F7及F10等一組大致平行的主干斷裂組成，具多期活動的特點，晚期表現為壓扭性。單條斷裂規模不大，多條斷裂呈尖滅再現或尖滅側現所組成的斷裂帶，在其兩側裂隙構造發育，整體斷裂構造規模大，寬度可達300 m，延展長度大于10 km。不但是蓋層構造，又遷就利用了基底中的老構造，具有明顯的繼承性特征，故又稱為基底構造。并與火山塌陷構造多以歸并，交接(或穿插)的形式復合，形成的構造破碎帶是礦床地下水循環運動的主要通道。由于循環于構造破碎中的構造裂隙水，具有較大的熱容量和較好的對流導熱性能，是地殼中最理想的載熱流體(沈照理，1993)。如ZK31-10在－30 m標高揭露到次級裂隙含水帶時，涌出孔口的水溫只有19℃(1967年3月9日)，當施工至－230 m標高，揭露到F6斷裂與火山塌陷構造復合部位構成的含水帶時，水溫明顯升高(達23℃)，經留孔觀測發現孔口涌水水溫達34.5℃。張慶嵐根據水中SiO2的存在形式，通過計算得出鄒家山礦床溫熱水的循環深度達2 490 m。說明F鄒－石的切割深度在基底地層中超千米以上，這種深大斷裂構成了深部地熱向淺部傳送的良好通道。

表1 巖石中放射性元素生熱率表Table 1 Heat generation rate table of radiocatice elements in rocks

表2 巖石放射性元素生熱量表Table 2 Heat generation table of radiocatice elements in rocks

表3 ZK40-11抽水前、后井溫資料統計表Table 3 Well temperature data statistics of ZK40-11 before and after pumping

2.4 地下水動力條件

構造裂隙水是西部地區地下水主要類型。各礦床由構造裂隙水組成的主要構造裂隙含水帶特征見表4。表中結果表明牛頭山和居隆庵兩礦床構造裂隙含水帶的單位涌水量、滲透系數及水溫均小于(或低于)鄒家山礦床。前二者由于斷裂構造自身的特征以及構造含水帶導水性能極差，有些局部構造裂隙破碎帶甚至不含水，影響了地下水徑流與交替循環，可見地下水的動力條件也是影響地下溫熱水形成的原因之一。

2.5 見礦情況

根據鈾水文地球化學中的熱力學理論(史維浚，1990;沈照理，1993)，能量的轉化服從熱力學定律。從西部各礦床的礦體埋藏深度可知，礦體埋深均超過100 m，絕大多數埋深超過300 m，可以說礦體是處于一個相對封閉環境中。在較短地史時期和范圍不大的區域內，水—巖體系可視為相對封閉的局部平衡體系。在標準狀態下

上述五個方面歸納起來，地下溫熱水形成需具備三個重要條件:一是熱源;二是水源;三是通道。鄒家山礦床三個條件同時具備，因此地下有溫熱水存在。西部其他礦床一般只具備其中一個或二個條件，所以難形成溫熱水。溫熱水的形成機理是:首先是大氣降雨在重力作用下從地表向下沿孔隙、裂隙滲入形成地下水，在勢能的影響下由淺向深、由西南向北東沿F鄒—石構造作深循環運動，運動過程中不斷吸取構造中和周圍巖石等的熱量，沿途地下水溫度不斷增高，形成地下溫熱水，最后通過構造、鉆孔等通道流出地表。

表4 各礦床構造裂隙含水帶主要參數一覽表Table 4 The main parameters of each deposit’s structural fracture water zone

圖2 ZK40-11抽水前、后井溫曲線Fig.2 Well temperature curve of ZK40-11 before and after pumping

3 相山礦田西部地溫場特征

據礦田內多個鉆孔不同時段的近穩態、穩態測溫資料和前蘇聯水文地質學家奧吉爾維的《水混合作用數學分析法》計算結果驗證，礦田內井溫數據基本可反映地溫情況。因此，礦田西部各礦床地溫特征均用井溫測溫資料來論述。依據井溫資料統計出各礦床平均地溫梯度及不同標高井(地)溫梯度統計表(表5，表6)。

圖3 鄒家山鈾礦床31線剖面井溫等值線示意圖Fig.3 Well temperature isoline chart of Line NO.31 in Zoujiashan uranium deposit

從表中可以看出，(1)鄒家山礦床平均地溫梯度最高，高出其它兩礦床1℃以上;(2)鄒家山礦床的地溫梯度增長快，其次是牛頭山礦床，最后為居隆庵礦床;(3)地溫梯度大于3.0℃/100 m的標高也是鄒家山礦床最高。也就是說，在西部地區鄒家山礦床的地熱增溫級從標高100 m開始已超過正常平均值(33 m/℃)，形成的地熱異常區標高亦高，并具有西低東高之勢。從圖3、圖4可知，鄒家山礦床地溫梯度高值靠近F鄒—石構造，其等值圈的長軸展布方向與構造走向一致。另從井溫異常出現部位可以看出，井(地)溫變高一般是在F鄒—石構造與火山塌陷構造復合部位。而居隆庵和牛頭山兩礦床地溫梯度高值與構造關系不明顯。

圖4 鄒家山鈾礦床地溫梯度等值線與構造關系示意圖Fig.4 Scheme showing the relationship between geothermal gradient isoline and structure in Zoujiashan uranium deposit

綜上所述，相山礦田西部在不同深度均存在著地熱異常區，異常區分布范圍屬鄒家山礦床大，分布的深度屬鄒家山礦床淺。地溫異常主要與地質構造關系密切，尤其是斷裂構造與火山塌陷構造復合部位最為明顯。

表5 相山礦田西部各礦床平均地溫梯度統計表Table 5 The average geothermal gradient statistics of each deposit in west Xiangshan orefield

表6 各礦床不同標高井(地)溫梯度(℃/100 m)統計表Table 6 The geothermal gradient statistics of different elevation of each deposit

4 結論

相山礦田西部中低溫熱水主要分布于鄒家山礦床內地下水的徑流和排泄區，并受F鄒－石斷裂構造控制。礦田西部地溫場與F鄒－石基底構造關系密切，地溫由礦田邊緣向中心(自西向東)呈增高趨勢。

沈照理著.1993.水文地球化學基礎［M］.地質出版社.

史維俊著.1990.鈾水文地球化學原理［M］.原子能出版社.

章衛星，馮為華，張寶松.2007.江西鄒家山鈾礦床綠泥石形成溫度及其成礦關系［J］.資源調查與環境，28(4):293-297.