唐仕堯， 江衛(wèi)兵， 王聯(lián)社

(核工業(yè)二九○研究所,廣東 韶關(guān) 512026)

全安盆地水文地質(zhì)特征及熱水成因分析

唐仕堯， 江衛(wèi)兵， 王聯(lián)社

(核工業(yè)二九○研究所,廣東 韶關(guān) 512026)

在簡(jiǎn)要分析全安盆地水文地質(zhì)特征、地下水賦存條件及劃分地下水類(lèi)型基礎(chǔ)上，對(duì)盆地西部周地—暖水塘地區(qū)地下熱水形成原因、賦存環(huán)境進(jìn)行研究，認(rèn)為多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的斷裂、裂隙溝通深部地下熱水是盆地?zé)崴畞?lái)源的主要原因；采取地下熱水樣品并開(kāi)展氫氧穩(wěn)定同位素、逸出氣體、水化學(xué)成份測(cè)試，認(rèn)為地下熱水由大氣降水補(bǔ)給，長(zhǎng)期水動(dòng)態(tài)觀測(cè)結(jié)果也顯示大氣降水與地下熱水關(guān)系較密切。

地下熱水；氫氧穩(wěn)定同位素；成因分析；循環(huán)條件；全安盆地

唐仕堯，江衛(wèi)兵, 王聯(lián)社.2014.全安盆地水文地質(zhì)特征及熱水成因分析[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，37(3)：333-338.

Tang Shi-yao, Jiang Wei-bing, Wang Lian-she.2014.The Characteristics of Hydrogeological and Analysis of Genesis of Geothermal Water in Quan’an Basin[J].Journal of East China Institute of Technology (Natural Science), 37(3):333-338.

南雄盆地，位于粵北東西向構(gòu)造帶與新華夏聯(lián)合弧的交接部位，贛南隆起的邊緣部分，盆地之北有油山、諸廣山巖體，盆地之南有青嶂山、坪田巖體，為一斷陷盆地。盆地中主要是丘陵和平緩地形，盆地邊緣是由丘陵向低山過(guò)渡區(qū)。區(qū)域出露巖性主要有印支期花崗巖，古生界淺變質(zhì)巖以及中生代、新生代地層。全安盆地則位于南雄盆地西北緣，緊靠南雄斷裂帶(圖1)。

1 盆地水文地質(zhì)特征

全安盆地為一向斜箕狀小盆地，北陡南緩，軸向呈北西—南東。地形由北西向南東傾斜，面積約52 km2。盆地構(gòu)造以南雄硅化斷裂帶為主干構(gòu)造，低級(jí)別構(gòu)造有兩組交匯斷裂，一組為NEE，SEE向壓扭性硅化斷裂組，一組為NNE，NNW向張扭性斷裂組。南雄硅化斷裂帶規(guī)模大，活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，為充水構(gòu)造帶。南雄斷裂帶及其西部花崗巖為盆地地下水的補(bǔ)給區(qū)。地下水以泉的方式排泄，泉水補(bǔ)給小溪，匯入湞江。盆地共分布7條小溪，其中三條發(fā)源于西部高山區(qū)，另有4條直接發(fā)源于南雄硅化斷裂帶。據(jù)長(zhǎng)期觀測(cè)資料，枯水期在11月至次年2月，豐水期在4月至7月。

根據(jù)盆地地下水的賦存條件、水理性質(zhì)、及水力特征，盆地地下水的含水性質(zhì)分為5大類(lèi)：第四系殘坡積沖積層孔隙潛水、第三系孔隙裂隙水、花崗巖基巖裂隙水、南雄斷裂帶構(gòu)造裂隙承壓水、東西向斷裂構(gòu)造承壓熱水區(qū)(圖2)*王聯(lián)社，江衛(wèi)兵，唐仕堯，等.2010．廣東省南雄市坪下水地區(qū)鈾礦普查報(bào)告[R].核工業(yè)二九〇研究所報(bào)告．。

圖1 南雄盆地巖相分布圖Fig.1 The distribution of lithofacies map for Nan Xiong basin

1.1 第四系殘坡積沖積層孔隙潛水

主要分布在盆地南東部，中村-里崗-全安一帶，面積16.7 km2，含水層厚度0～15 m不等，一般厚3～5 m。從上至下為粘土亞粘土層、亞砂土、砂土、砂礫層、風(fēng)化殘積層；地下水主要賦存于砂土、砂礫層及風(fēng)化殘積層。地下水一部分來(lái)源于大氣降水，一部分由稻田地下水下滲。另外，山前地帶小沖積、洪積扇的孔隙水直接補(bǔ)給下游平緩區(qū)。地下水主要以泉的形式排泄。該區(qū)屬中等至弱富水區(qū)。

1.2 第三系孔隙裂隙水

該區(qū)分布在南雄斷裂帶以東的地區(qū)，面積約20 km2。出露巖性為紫紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)砂巖、泥灰?guī)r互層、夾粗中粒長(zhǎng)石石英砂巖、花崗質(zhì)砂礫巖。地下水主要賦存在長(zhǎng)石石英砂巖、花崗質(zhì)砂礫巖及泥灰?guī)r中。地下水一部分來(lái)源于大氣降水，一部分來(lái)源于南雄斷裂帶的補(bǔ)給，以泉的方式排泄。該區(qū)富水不均，屬中等至弱至極弱富水巖組區(qū)。

圖2 全安盆地綜合水文地質(zhì)圖Fig.2 The synthetic hydrogeolgic map for Quan’an basin

1.3 花崗巖基巖裂隙水

該區(qū)分布在盆地北西部，南雄斷裂帶下盤(pán)西側(cè)，約6.3 km2。出露巖性為印支期花崗巖、燕山期花崗巖、堿交代巖、中基性巖脈等。為基巖裂隙水區(qū)，局部有脈狀裂隙水，因巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，植被發(fā)育，在近地表0～20 m，為風(fēng)化殼及殘坡積層孔隙潛水。該區(qū)屬弱富水地段。

1.4 南雄斷裂帶構(gòu)造裂隙承壓水

該區(qū)以南雄斷裂帶及下盤(pán)動(dòng)力變質(zhì)帶形成一條呈北東—南西向的構(gòu)造承壓水帶，分布面積3.5 km2。南雄硅化斷裂帶由破碎硅化砂礫巖、熱液石英巖、斷層泥和構(gòu)造角礫巖組成，總體走向NE50°～60°，呈NE-EW折線(xiàn)型延伸，傾向SE，傾角30°～40°。南雄斷裂構(gòu)造帶含水厚度為5～15m，地下水埋藏于空洞裂隙發(fā)育地段，富水性走向變化較大，垂向上由淺到深有變薄變?nèi)醯内厔?shì)，地下水來(lái)源于大氣降水，部分大氣降水下滲參與深循環(huán)。其余大部分在構(gòu)造帶附近以泉的形式補(bǔ)給溪流水。該區(qū)屬弱至極弱富水帶。

1.5 東西向斷裂構(gòu)造承壓熱水區(qū)

該區(qū)分布在暖水塘村莊周?chē)娣e約4.5 km2。區(qū)內(nèi)分布?jí)号ば怨杌瘮嗔呀M，從南往北排列有溫泉組、溫泉北組、新屋組、獅頭寨組四組硅化斷裂，每組由數(shù)條窄而長(zhǎng)的東西向小硅化斷裂組成，長(zhǎng)約2 km，寬約數(shù)十厘米至1～2 m，單條僅寬幾厘米，傾向不定，傾角較陡(70°～90°)，斷裂中充填梳狀石英脈，有較多串珠狀晶洞出現(xiàn)，晶洞直徑1～2 cm，最大為4 cm。地下熱水賦存于硅化斷裂帶內(nèi)。暖水塘溫泉就出露在溫泉組硅化斷裂帶上。該區(qū)屬?gòu)?qiáng)至中等富水段，以強(qiáng)富水為主。

2 熱水成因分析

2.1 區(qū)內(nèi)熱水概況

全安盆地內(nèi)原有暖水塘溫泉天然露頭，水溫達(dá)48 ℃，流量為0.37～0.86 L/s，在“廣東省南雄市坪下水地區(qū)鈾礦普查”以及前人進(jìn)行234礦床勘探工作中發(fā)現(xiàn)水溫48～60 ℃左右的熱水。從平面上看，區(qū)內(nèi)地下熱水分布是以234礦床內(nèi)充填硅質(zhì)脈的東西向斷裂帶為中心，向外擴(kuò)展，東西分布范圍達(dá)3 000 m，南北約1 500 m。

2.2 熱水形成條件

燕山運(yùn)動(dòng)晚期，形成了傾向SE、傾角30°～40°以壓為主的壓扭性南雄斷裂帶，其后在張性應(yīng)力作用下，上盤(pán)下陷，沉積了一套粗碎屑巖；再后又有一次較明顯的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了東西向壓扭性硅化斷裂。東西向硅化斷裂有傾向不定，傾角陡(70°～90°)的特點(diǎn)，可以延伸至地下深部，形成熱水運(yùn)移通道。大氣降水沿著構(gòu)造斷裂滲入深部，經(jīng)深循環(huán)加熱后，在靜水壓力對(duì)流等作用下，沿東西向斷裂通道上升，與淺層地下水混合，在切割深地勢(shì)低洼處涌出地表，形成溫泉(圖3)。

2.3 熱水成因分析

2.3.1 氫氧穩(wěn)定同位素分析

通過(guò)對(duì)勘探孔0—25號(hào)鉆孔熱水孔及盆地的大氣降水進(jìn)行了氫氧穩(wěn)定同位素分析(表1)*蘇崇迪，莫耀東，李學(xué)展，等．1989．廣東省南雄市暖水塘-中村礦區(qū)水文地質(zhì)勘探報(bào)告[R]．華南地勘局二九一大隊(duì)報(bào)告．，分析結(jié)果表明，地下熱水的δD和δ18O值與大氣降水的δD，δ18O值接近(或者說(shuō)H/D值接近，熱水的H/D=6 627，大氣降水的H/D=6 609)，說(shuō)明地下熱水是由大氣降水補(bǔ)給的。據(jù)計(jì)算，補(bǔ)給區(qū)高程約在260～330 m左右，與盆地西部補(bǔ)給區(qū)高程250～350 m相一致。計(jì)算公式如下：

圖3 熱異常區(qū)地下水補(bǔ)給循環(huán)與斷裂構(gòu)造關(guān)系示意圖Fig.3 The diagram of fracture structure and the circulating groundwater in geothermal anomaly

表1 地下熱水中δD、δ18O含量表Table 1 The contents of δD、δ18O in geothermal water

式中，H高為同位素補(bǔ)給高程，單位為m；h為大氣降水取樣點(diǎn)標(biāo)高(m)；δs為地下水的同位素組成；δp為取樣點(diǎn)附近大氣降水的同位素組成；K為同位素高度梯度數(shù)值(n ‰/m；對(duì)δ18O取-0.31 ‰/100 m，δD取-2.6 ‰/100 m)。

地下熱水中氚含量為16.7±3.5 TU，說(shuō)明存在少量熱核氚，較接近大氣降水中氚含量(20.7±3.5 TU)，而熱核氚為熱核試驗(yàn)所形成，這說(shuō)明熱水是一種與現(xiàn)代大氣降水的混合水(孫占學(xué)等，1992；歐陽(yáng)慶等，2011)。

根據(jù)氫氧同位素分析結(jié)果, 作δD～δ18O關(guān)系圖(圖4)。從圖4可以看出，地下熱水補(bǔ)給來(lái)源屬于大氣降水，且發(fā)生了明顯的氧漂移?？梢?jiàn)，大氣降水與全安盆地主要為巖石相互作用。

圖4 地下熱水δD-δ18O關(guān)系圖Fig.4 The δD-δ18O relationship of geothermal water

3.3.2 熱水逸出氣體分析

通過(guò)對(duì)暖水塘天然溫泉及造紙廠25-15號(hào)鉆孔取樣，對(duì)熱水中的逸出氣體成分進(jìn)行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2①。

分析結(jié)果表明，熱水中不存在碳?xì)浠衔餁怏w，因此可排除有生物化學(xué)作用的可能性，而含少量的O2，說(shuō)明與大氣降水的入滲有關(guān)。CO2則主要由變質(zhì)作用或大氣中CO2加入，形成于地下水的深循環(huán)過(guò)程中。N2可能與變質(zhì)作用及大氣中N2隨降水滲入有聯(lián)系。

3.3.3 熱水化學(xué)組分的成因分析

據(jù)化學(xué)分析結(jié)果，區(qū)內(nèi)熱水富含SO42-，HCO3-，SiO2，N2，CO2等組分(表3)。

SO42-與硫化物的氧化有關(guān)，含有大量O2的大氣降水的深循環(huán)過(guò)程中，與某些硫化物(包括沉積巖中的薄層石膏)發(fā)生反應(yīng)，生成SO42-，如：2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2O4

由于SO42-的存在，使地下熱水略顯酸性，pH=6.0～6.8。

HCO3-與熱水跟淺層水混合有關(guān)。盆地淺層地下水的水質(zhì)類(lèi)型一般都是HCO3--Ca2+-Mg2+型。另外，還可能與深部變質(zhì)作用產(chǎn)生的CO2有關(guān)。

表2 熱水中逸出氣體含量表Table 2 The contents of emergent gas in geothermal eater

表3 熱水中部分離子含量表Table 3 The contents of ion in geothermal water

區(qū)內(nèi)熱水中SiO2含量一般達(dá)60 mg/L，并隨水溫升高而增加，最高達(dá)96 mg/L。這也說(shuō)明大氣降水入滲、參加深循環(huán)過(guò)程，富含溶解氣體(N2，O2，CO2)的大氣降水沿裂隙、斷裂入滲至深部，與變質(zhì)作用起源的CO2一道，在適當(dāng)溫度壓力條件下，與硅鋁酸鹽發(fā)生緩慢反應(yīng)生成SiO2。

Na2Al2SiO6O16+CO2+H2O→H2Al2Si2O3+2Na+CO32-+4SiO2

2Na2Al2SiO6O16+5H2O→2Na2SiO3+5H2SiO3+2Al2O3+5 SiO2

含SiO2熱水沿東西向斷裂帶上升，隨溫度、壓力的減低，并有SiO2析出(如硅質(zhì)脈及其玉髓等)。

3.4 熱水動(dòng)態(tài)分析

由于熱水主要是從從深部斷裂、裂隙中循環(huán)對(duì)流上升，通過(guò)對(duì)周地地段ZK152-35、ZK168-27、ZK176-37等鉆孔近兩年的長(zhǎng)期觀測(cè)得知，水溫常年變化不大(圖5)。但因恒溫帶以上受氣溫影響較大，及淺部孔隙、裂隙和地表水的滲入混合，以及季節(jié)散熱快慢不一，水溫稍有一定差異。

同時(shí)，因大氣降水補(bǔ)給地下水的影響，水位、涌水量隨降水不同而有不同程度變化，這反應(yīng)在豐水期、枯水期鉆孔涌水量變化上，且變幅較大(上表中涌水量增大時(shí)，均為降雨過(guò)后10來(lái)天左右測(cè)量值)。雨季降水多，地下水補(bǔ)給充足，涌水量增大；枯水期降水減少，地下水涌出消耗靜儲(chǔ)量，涌水量減小(圖6)。

圖5 ZK168-27，ZK176-35，ZK152-35號(hào)鉆孔涌水長(zhǎng)期觀測(cè)水溫變化曲線(xiàn)Fig.5 The change curve of long-term observation watertemperature in No. ZK168-27，ZK176-35，ZK152-35 Drilling

圖6 ZK168-27，ZK176-35，ZK152-35號(hào)鉆孔涌水長(zhǎng)期觀測(cè)流量變化曲線(xiàn)Fig.6 The change curve of long-term observation flow rate in No. ZK168-27，ZK176-35，ZK152-35 Drilling

4 結(jié)論

(1)大氣降水補(bǔ)給在盆地南北兩側(cè)沿?cái)嗔?、裂隙入滲至深部經(jīng)地?zé)峒訙睾螅陟o水壓力與對(duì)流作用下，沿近于直立的東西向構(gòu)造迅速上升，至地表淺部或涌出地表，形成全安盆地地下熱水溫泉。

(2)區(qū)內(nèi)地下熱水主要賦存于東西向硅化斷裂帶中，熱水水溫為40～60 ℃，屬中溫?zé)崴?/p>

(3)地下熱水受大氣降水補(bǔ)給，熱水水量與降水量關(guān)系密切，但有個(gè)滯后的過(guò)程。

(4)深部熱水受氣溫影響較小。但淺部熱水由于淺層孔隙、裂隙潛水和地表水的滲入混合，以及東夏季散熱快慢不一，水溫隨氣溫有小幅的變化。

歐陽(yáng)慶，鐘江明，廖見(jiàn)海，等．2011．廬山星子溫泉成因探討[J]．東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，34(1)：81-85．

孫占學(xué)，李學(xué)禮，史維俊．1992．江西中低溫地?zé)崴耐凰厮牡厍蚧瘜W(xué)[J]．華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，15(3)：243-248．

TheCharacteristicsofHydrogeologicalandAnalysisofGenesisofGeothermalWaterinQuan’anBasin

TANG Shi-yao, JIANG Wei-bing, WANG Lian-she

(No.290 Institute, CNNC, Shaoguan 512026, China)

Based on the analysis of hydrogeological characteristics, groundwater storage conditions and division of groundwater types, this research analyze the cause and conditions of geothermal water in Zhoudi-Nuanshuitang area in the western of Quan’an basin. The result shows that the connectivity between upper and bottom layers of geothermal water by the faults caused by poly-period secondary tectonic movement was the main source for current geothermal water. Then, the groundwater was sampled and analyzed by stable H-O isotope technique, escaping gas detection and water chemical composition test, the results indicate that water form atmospheric precipitation was the supply source of the geothermal water. These results also can support by a long-term water dynamic observation, which believe that a close relationship between geothermal water and precipitation.

geothermal water; stable H-O isotope; characteristics and source of geothermal water; groundwater cycling conditions; Quan’an basin

2014-03-07

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“全國(guó)鈾礦資源調(diào)查”項(xiàng)目(1212011220781)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAB04B07)；中國(guó)核工業(yè)地質(zhì)局生產(chǎn)中科研項(xiàng)目(201369)

唐仕堯(1982—)，男，工程師，主要從事鈾礦地質(zhì)科研和勘查工作。E-mail:yycnnc@126.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2014.03.015

P641.11

A

1674-3504(2014)03-0333-06