横亘于四川省北部边陲的米仓山,东连大巴山,西接龙门山,山体绵延起伏长达400 公里,是四川盆地北部的天然屏障,平面上酷似缺失下底的巨大梯形。在梯形腹心地带蕴藏着丰富的地热资源。观察地形地貌,查阅地质资料,细读深井勘探成果,多次实地考查,认真分析,反复研究,确认龙门山北段,米仓山南缘发现确系一鲜为人知我国最大的地热自流斜地。
地热自流斜地分布范围,西自四川剑阁新城,经广元、旺苍、南江、通江县北,直抵陕西省镇巴县简池乡,全长 250 公里,南北宽 16—18 公里,以米
仓山为主体,幅员面积约4000 平方公里。
“一枝红杏出墙来”。早在 1976 年,四川石油管理局 3511 钻井队,在嘉陵江北岸,距广元 14 公里的盘龙乡,为勘探河弯油气地质结构而钻探,井深 3794 米,当钻进至 2088.8—2140.41 米井段时,地下热水源源不断地涌出地面,水温47.0℃,自流涌水量为 2000 吨/日以上。水质分析为硫酸钠型水,含多种有医疗价值矿物质,特殊元素,遂建温泉浴室,对疥疮、脚气病、关节炎等疗效显著。盘龙热水井,惊醒了沉睡于地下亿万年的热水,从而开创了川北地区利用地热能源的先河。
当开发利用地下热水兴起之初,于2005 年底,剑阁县新城区清水河畔,一口专项钻探地下热水的钻井,带着人们的期盼、向往,在隆隆钻机转动声中启动了。历时一月余钻进工程中,不负众望,一股热水从井口喷吐而出,水温 56.0℃ ,自流量 1740 吨/日,井深 1780 米,人们喜出望外,皆大欢喜。奔走相告。
“唯有源头活水来”。剑阁新井冒热水了!较相距26 公里的盘龙热水自流井,整整晚了30 个年头。然而两井的热水“本是同根生”,从各自的井位所处的地质剖面上,清晰地看到,热水源自一单斜构造,三迭系中统雷口坡组和嘉陵江组碳酸盐岩裂隙溶洞热水。从而,激发了专业人员对地热自流斜地探索的兴趣、热情和决心。
龙门山北段,向东顺延米仓山南缘地热自流斜地形成,既与该地区自然地理环境息息相关,又与地质条件密不可分。
地热自流斜地的形成,务必具备三大基本要素,即地层岩性、构造和地形地貌,三者完美结合,缺一不可。现分述如下。
地层岩性:地热分布区的龙门山、米仓山前山出露的中生界地层,在漫长的地质发展史中,建造一套完整的底板、热储层及盖层的单斜构造层。
底板:三迭系下统铜街子组、飞仙关组,岩性为紫红色页岩夹泥质灰岩、鲕状灰岩。
热储层:三迭系中统嘉陵江组、雷口坡组,灰白色厚层状纯灰岩、灰质白云岩、角砾岩,夹泥质白云岩和少许页岩,厚度 663—992 米。岩层裂隙岩溶强烈发育,为地下热水运移,储存提供良好的空间。
盖层:由三迭系上统须家河组、侏罗系下统白田坝组,中统千佛崖组、沙溪庙组组成,碎屑岩建造,块状、厚层状石英砂岩、长石石英砂岩、细砂岩、粉砂岩和泥岩,岩层由老到新,岩性由砂岩、砂岩与泥岩互层到泥岩夹砂岩的变化趋势。该岩组裂隙不发育,犹如一道天然的堤坝,将丰富的地下热水拦截蓄集。
构造:从构造活动的痕迹显示,中生界地层除承受延续南北向力度逐渐减弱挤压作用影响外,但主要处于秦岭山脉强烈抬升与四川盆地缓慢沉降中间地带,故成就了龙门山北段和米仓山前缘独特联体的单斜构造单元。
但这一巨大的单斜构造层,伴随横向挤压作用,却发生波折的,概括起来,有三个明显向北凸起的弧形波段,西部米仓山东西向构造与龙门山北东向构造合力,在广元城区打造出形如牛轭状弧段,称广元牛轭弧;东端与大巴山弧形构造在陕西简地乡联手制作两翼恰成 90 度的直角弧段,谓之简池直角弧;中部在南江城区,因单斜构造受南北挤压强度差异,孕育一似新月状的弧段,冠名南江新月弧。
单斜构造层产状,整体向南倾斜,但受“三弧”的干扰,竟改造了局部岩层产状,在弧形东翼岩层倾向南西;而西翼则倾向南东。岩层的倾角,据实地测量、统计,倾角变化幅度一般在 20°—50°间,自北向南岩层倾角由高变低的趋势。
总之,三个弧段岩层倾向变化,利于地下热水富集,倾角变幅,再搭配南北地形反差大,易驱动层间热水自流。
地形地貌:米仓山北背靠高大的秦岭,南俯瞰低矮的丘陵,地形变化总趋势,北高南低,东部稍高于西部,高程最高为通江县北挂宝岩2008 米,最低为广元昭化,嘉陵江河畔 475 米,一般高程在 500—1600 米间。
因岩性差异,表现在地形上,自北向南,渐次降低,层次分明,错落有致,总体构成别具一格的单面山地貌。
北部由碳酸盐岩层组成的低中山地形,山势峻峭,峰丛林立,间有溶蚀洼地、落水洞、岩溶漏斗等比比皆是;中部由砂质岩层构成的低山地形,山顶山脊尖峭,山坡平直较陡;南部由泥质岩层构建的地形,则呈另类景观,丘陵起伏,丘顶浑圆,丘坡和缓。
由于流水着力刻划,区内沟谷纵横,从中解读出主要有两种河流类型:中部、北部河流流向既与原始地面倾斜一致,又顺硬质岩层倾向发育的河流,为顺向河。南部顺软质岩层走向发育的河流,称之为次成河流,最典型、最具经济价值的清水河东接嘉陵江段及其支流东河,直到旺苍县白水河河谷,乃至南江县到简池乡一带断续河谷,均系在中侏罗统厚度较大的泥岩层中顺走向发育的次成河,为单斜谷,当地称之为河谷走廊。
综上所述,龙门山北段、米仓山南缘中生界地层中底板、热储层、盖层层次清晰,单斜构造,地貌为单面山,向南渐次递降的斜坡地形,因此,地热自流斜地三大基本要素齐备,且有机组成,可说是 “地”作之合,天衣无缝,因此,巨大的地热自流斜地,在米仓山南缘应运而生。
此外,气候条件中的年均降水量 1000 毫米以上,无疑为地下热水注入强劲活力,也滋润其恒久的生命。
但地热自流斜地内,各区段地下热水富水程度是不尽相同的,富集地下热水区段,即广元牛轭弧、南江新月弧和简池直角弧富水区段。因为弧段的岩层结构是,外弧岩性为碳酸盐岩层,内弧岩层为碎屑岩,外弧岩层中张裂隙尤为发育,频率高,强度大,伴之岩溶相应发育,裂隙溶蚀延伸向弧心收敛,利于地下热水向弧中轴线运移,汇聚蓄集,故富集热水。
下面引出广元牛轭弧内已施工三口地热自流井为证。
例一、远在1978 年间,四川石油管理局在距广元牛轭弧中轴线西侧3 公里王家营,钻探一口热水
自流井,井深3200 米,热水自1920—2300 米涌出,水温49.0℃,自流量高达8725 吨/日,富含多种有益于医疗保健作用的矿物质和微量元素。
例二、近在2010 年,在广元市内工农镇北山坡上,施工一口热水井,因靠近牛轭弧顶,且偏东翼,出热水段1800—2100 米,水温36.0℃,自流量3500吨/日。
例三、2018 年间,位于广元市中区皇泽寺左近施工一口地热勘探供水井,位于牛轭弧中轴线左侧百余米。当钻进揭穿侏罗系、三叠系上统巨厚的碎屑岩系地层,则进入三叠系中下统碳酸盐岩系地层之后,开始大量涌出地下热水,终孔测定自流热水量为每日 7100 吨以上,水温为 49.0℃ ,水温、水量稳定,水质检测为 SO4—Ca.Mg 型水,矿化度3.395 克/升。
因此,在广元牛轭弧储热水构造内仅施工三口地热井,总自流热水量每日近两万吨。而且单井自流热水量也超过正常单斜储热层单井自流热水量两倍以上。
此外,南江新月弧储热构造带和简池直角弧储热构造带有待进一步开发。
米仓山南缘巨型地热自流斜地,主要特征是,规模之大,水量之丰,水质之优,水温居中,埋深适度,便于开采,取之不尽,用之不竭,在四川省境乃至全国实属罕见。
剑阁、广元、旺苍、南江一带为开阔的河谷走廊,是布置热水井最佳的选择场地,气候温和,交通方便,人口稠密,工农业发达,多为市、县、乡镇所在地,宜于地下热水开采利用。