王美芳，李 曉，焦學(xué)文

(1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川 成都610059;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇徐州221008)

磨房溝溫泉構(gòu)造上位于鮮水河斷裂帶南延部分。鮮水河斷裂帶是我國(guó)著名的活動(dòng)性強(qiáng)震帶，也是引人注目的水熱活動(dòng)帶，地?zé)豳Y源相當(dāng)豐富。地?zé)釡厝鳛橐环N特殊的自然資源，因其能源價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值備受政府和投資者青睞。由于溫泉是特殊地質(zhì)條件的產(chǎn)物，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)溫泉做了大量研究，主要研究溫泉水補(bǔ)給源[1]、形成機(jī)理[2]、水化學(xué)特征[3]、成因模式[4]。

本文系統(tǒng)闡述了磨房溝溫泉區(qū)域地質(zhì)背景、水文地球化學(xué)特征、熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等地質(zhì)特征，在分析熱源、水源、導(dǎo)熱通道等要素基礎(chǔ)上提出了磨房溝溫泉的成因模式，對(duì)磨房溝溫泉地?zé)釁^(qū)的開發(fā)利用具有一定的指導(dǎo)意義。

1 溫泉的出露特征

磨房溝溫泉位于九龍縣洪壩鄉(xiāng)西北部，海拔高程在2410～2 450m之間。溫泉出露于磨房溝溝谷右岸巖壁，為一上升溫泉泉群，沿磨房溝溝谷呈條帶狀展布，其中較大的泉眼有3個(gè)(出露情況見表1)，巖壁上還有許多小的泉眼，有水滲出。溫泉在1#、2#泉口處形成一水塘，有大面積鈣華堆積，表面長(zhǎng)有青苔，隨著溫泉水的溢出，涌冒出大量氣泡。溫泉水清澈透明，伴有臭雞蛋氣味。

表1 磨房溝溫泉出露情況統(tǒng)計(jì)表

2 地質(zhì)背景

磨房溝溫泉地貌上位于青藏高原向四川盆地過渡的高中山區(qū);地層主要為玄武巖大理巖夾板巖大理巖夾絹云母板巖，T1－2板巖夾變質(zhì)砂巖、大理巖，江官山混染石英閃長(zhǎng)巖()。

構(gòu)造上受青藏滇緬印尼“歹”字形構(gòu)造及派生次一級(jí)構(gòu)造－雅江旋轉(zhuǎn)構(gòu)造控制，發(fā)育有正溝斷層及其次級(jí)斷層，屬壓扭性斷裂，是溫泉地區(qū)唯一起控制作用的主干斷裂，斷層走向近北東－南西向，延伸約10 km。

圖1 1#、2#、3#溫泉分布圖

圖2 1#、2#溫泉圖片

圖3 磨房溝溫泉地質(zhì)構(gòu)造略圖

溫泉出露區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造控制了該區(qū)含水地層的平面分布和空間格局，區(qū)內(nèi)可劃分為三個(gè)水文地質(zhì)單元:江官山附近的混染石英閃長(zhǎng)巖，賦存風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水;洪壩附近的二疊系上統(tǒng)下黑色巖段()、綠色巖段()、上黑色巖段)含水層，賦存碳酸巖類巖溶水;正溝－磨房溝以西地區(qū)主要為三疊系板巖、變質(zhì)砂巖、石英細(xì)砂巖等碎屑巖類，賦存碎屑巖類層狀裂隙水。

區(qū)內(nèi)地震頻繁，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)歷史發(fā)生過地震147次，5級(jí)以上地震13次，其中6次發(fā)生在磨西－石棉富含高溫?zé)崴臄嗔衙芗瘞В?級(jí)以下地震絕大多數(shù)發(fā)生于溫泉分布的各斷裂密集帶。區(qū)內(nèi)地震主要為淺源地震，具有能量大，破壞力強(qiáng)的特征，與區(qū)內(nèi)溫泉的成生關(guān)系十分密切。

3 溫泉的水文地球化學(xué)特征

3.1 水質(zhì)分析

2013年3月10 日，成都理工大學(xué)赴九龍縣洪壩鄉(xiāng)采取洪壩鄉(xiāng)磨房溝溫泉水、洪壩濱多組磨菇廠冷泉水水樣，同年3月13日送往四川省地質(zhì)工程勘察院環(huán)境工程中心按《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848－9)》進(jìn)行常規(guī)水質(zhì)分析，水化學(xué)成分見表2。

表2 磨房溝溫泉水、濱東冷泉水水質(zhì)分析結(jié)果

洪壩濱多組磨菇廠冷泉出露于第四系覆蓋層，水環(huán)境良好，水溫為14.5℃，為常溫水，水化學(xué)類型為HCO3·SO4－Ca型，礦化度160.6 mg/L，pH為7.9，屬低礦化度淡水、中性水，總硬度為80.1 mg/L，總堿度為72.6 mg/L;洪壩鄉(xiāng)磨房溝溫泉水泉口水溫61.2℃，pH值6.8，水質(zhì)類型為 HCO3－Na型水，礦化度為2710.4 mg/L，礦化度相對(duì)較高，屬高礦化度水，總硬度為390.4 mg/L，總堿度為1483.8 mg/L，溫泉水中F－含量為1.08 mg/L，Li+含量為2.351 mg/L，硼酸鹽含量為20.22 mg/L，為含鋰、偏硼酸的硫化氫高溫醫(yī)療熱礦泉水。

3.2 水文地球化學(xué)特征

磨房溝溫泉水的水化學(xué)類型、礦化度與淺層地下水(洪壩濱多組磨菇廠冷泉水)的特征存在明顯差異，顯然是不同類型的水文地球化學(xué)的產(chǎn)物。磨房溝溫泉水水化學(xué)類型比較復(fù)雜，這與溫泉區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、圍巖性質(zhì)、水動(dòng)力及水熱條件有關(guān)，溫泉水熱活動(dòng)程度的各項(xiàng)標(biāo)志以及熱水化學(xué)組分的遷移富集特點(diǎn)，幾乎都呈現(xiàn)斷裂帶溫泉的特點(diǎn)。

分析磨房溝溫泉水質(zhì)分析資料，認(rèn)為溫泉地?zé)崴哂幸韵滤牡厍蚧瘜W(xué)特征:1)水化學(xué)成分的親合性與相斥性分析表明Na+、K+、Mg2+及偏硅酸主要來自地殼深部，而Ca2+則主要來源于淺中部巖層通過巖溶化作用形成;2)溫泉水中Na+含量為560.0 mg/L，為淺層地下水中含量的100多倍，Cl－含量為141.8 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于淺層地下水中的含量，說明磨房溝溫泉地?zé)崴h(huán)很深，徑流途經(jīng)長(zhǎng)，在地下的貯存時(shí)間較久，淋濾溶蝕作用強(qiáng)烈;3)地下熱水主要為大氣降水、冰雪融水出露區(qū)補(bǔ)給，在深部循環(huán)的過程中經(jīng)過溶解、吸附、離子交換等地球化學(xué)作用，形成富含多種微量元素和有益成分的具有特色的熱礦泉水;4)有花崗巖侵入、地震烈度高的活動(dòng)性斷層帶，溫泉水溫高。

3.3 熱儲(chǔ)溫度估算

地球化學(xué)溫標(biāo)是估算熱儲(chǔ)溫度的有效方法，其原理是地?zé)崃黧w與礦物在一定溫度條件下達(dá)到化學(xué)平衡，在隨后地?zé)崃黧w溫度降低時(shí)，這個(gè)“記憶”仍予保持。測(cè)區(qū)溫泉采用《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB11615－2010)附錄A中Na－K赫爾蓋森地?zé)釡貥?biāo)計(jì)算(公式1)。

計(jì)算公式適用溫度25～250℃。式中:t為熱儲(chǔ)溫度，單位為攝氏度(℃);C1為水中鈉的濃度，單位為毫克每升(mg/L);C1為水中鉀的濃度，單位為毫克每升(mg/L)

通過計(jì)算得出磨房溝溫泉平均熱儲(chǔ)溫度為151.50℃，推算出溫泉地下水循環(huán)深度，計(jì)算公式如下:

式中:H為熱儲(chǔ)深度(m)、100/3為地?zé)嵩鰷靥荻?t0為常溫帶梯度，本區(qū)取17℃;H0為常溫帶的深度，本區(qū)取40m。

推算得出熱水地下循環(huán)深度約為4 500m，數(shù)據(jù)表明溫泉形成較深、運(yùn)移途徑較遠(yuǎn)。

3.4 溫泉?jiǎng)討B(tài)變化

將本次水樣水質(zhì)分析結(jié)果與1978年中國(guó)人民解放軍〇〇九三五部隊(duì)所取水樣水質(zhì)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，常量組分K+、Na+、Ca2+、Mg2+、、Cl－、含量變化不大，水溫穩(wěn)定，受氣候的影響較小，電導(dǎo)率和PH值變化幅度都很小，相對(duì)較穩(wěn)定，可見磨房溝溫泉水水質(zhì)比較穩(wěn)定。溫泉溫度和流量動(dòng)態(tài)特征揭示洪壩溫泉具有穩(wěn)定的補(bǔ)給源、地下水運(yùn)移深度較大。

表3 磨房溝溫泉1978年、2013年水質(zhì)對(duì)比分析結(jié)果

4 溫泉成因分析

4.1 成因模式

磨房溝溫泉出露于含水性較弱變質(zhì)巖區(qū)，溫泉的形成與侵入巖、構(gòu)造和裂隙發(fā)育有關(guān)，屬斷裂深循環(huán)型溫泉。磨房溝溫泉其成因模式可能是大氣降水沿區(qū)內(nèi)北東側(cè)閃長(zhǎng)巖侵入體邊緣外接觸帶構(gòu)造裂隙進(jìn)入含大理巖的P2地層的深部，進(jìn)入地下水深循環(huán)系統(tǒng)，溶解碳酸鈣和石膏，通過地?zé)嵩鰷?，沿南西向徑流，在正溝次?jí)斷層破碎帶處徑流受阻，以泉水的形式流出地表。補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)存在地下水水頭差，也是溫泉形成的重要條件。

圖4 磨房溝溫泉水循環(huán)地質(zhì)結(jié)構(gòu)模式圖

4.2 溫泉形成條件

地下熱水的形成必須同時(shí)具備熱源和水源。九龍東北部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，形成有多個(gè)大型構(gòu)造體系，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)至今仍有活躍的表現(xiàn)，不同地質(zhì)歷史時(shí)期巖漿活動(dòng)也十分強(qiáng)烈，它們?yōu)榈叵聼崴男纬商峁┝顺渥愕臒嵩?，而?qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，不僅使得區(qū)內(nèi)地層破碎，構(gòu)造裂隙發(fā)育，利于地下水的補(bǔ)給、富集、運(yùn)移和水巖之間的能量變換，而且也為熱水的深循環(huán)和出露創(chuàng)造了條件?？v觀全區(qū)，地下熱水均是地下水在深循環(huán)過程中不斷獲取熱量而成，而本區(qū)強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)均是地下熱水形成的有利條件。

1)儲(chǔ)層。根據(jù)水文地質(zhì)特征，區(qū)內(nèi)地層垂向結(jié)構(gòu)可分為三層，即淺部變質(zhì)碎屑巖弱透水蓋層、中部碎屑巖夾碳酸鹽熱儲(chǔ)層、深部碳酸鹽質(zhì)熱儲(chǔ)層。區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)層分布面積廣，主要為沉積厚度較大的P22和P23地層，巖性主要為大理巖夾板巖，由于滲透性較好，裂隙、溶洞和構(gòu)造發(fā)育，層位穩(wěn)定，成為良好的熱儲(chǔ)層。

3)導(dǎo)熱通道。地下熱水通道是指地?zé)崴陟o水壓力作用下上涌的構(gòu)造通道。區(qū)內(nèi)正溝斷層受后期多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，反復(fù)繼承和復(fù)活，具有多期活動(dòng)及先壓后張的特征，而且深切基底，是一條具繼承性活動(dòng)的導(dǎo)熱斷裂，均對(duì)溝通深部熱源起到了至關(guān)重要的作用。

4)水源。地下熱水的水源來自大氣降水和高山冰雪融水。補(bǔ)給區(qū)位于研究區(qū)東北部的江官山西北及毗鄰山區(qū)巖漿巖圍巖接觸帶，補(bǔ)給高程大致為4 000m。由于補(bǔ)給區(qū)的圍巖接觸帶透水性較好，且構(gòu)造發(fā)育，有利于大氣降水的滲透和下滲，當(dāng)下滲到淺變質(zhì)巖系與深變質(zhì)巖系的界面附近時(shí)，部分下滲水將通過深循環(huán)加熱。受正溝斷層的影響，高溫?zé)崴谀シ繙蠑嗔褞帍搅魇茏瑁陟o水壓力作用下沿?cái)嗔焉嫌?，溫度有所降低，形成溫泉?/p>

5)熱源。貢嘎山研究者認(rèn)為這一帶近期巖漿侵入活動(dòng)頻繁，貢嘎山基底可能為一異?；钴S且持續(xù)上升的巖基或巖盤，說明該區(qū)是深部熱源上升的通道[5]。磨房溝溫泉熱源除來自地下水在地殼內(nèi)深循環(huán)過程中正常的地溫梯度外，還來自于閃長(zhǎng)體上升侵位過程中攜帶的熱量和混染閃長(zhǎng)巖中的花崗巖體內(nèi)放射性元素產(chǎn)生的熱。

5 結(jié)論

(1)洪壩鄉(xiāng)磨房溝溫泉以泉群的形式出露于正溝斷層次級(jí)斷裂帶處，水化學(xué)類型為HCO3－Na型，礦化度為2710.4 mg/L，礦化度較高，Cl－、Na+含量高，說明其在地下徑流時(shí)間長(zhǎng)、途徑遠(yuǎn)。

(2)溫泉成因模式為大氣降水沿閃長(zhǎng)巖體圍巖接觸帶構(gòu)造裂隙進(jìn)入含大理巖的P2地層深部，溶解碳酸鈣和石膏，通過地?zé)嵩鰷?，再通過斷層破碎帶以泉水的形式流出地表。

(3)溫泉水為含鋰、偏硼酸的硫化氫高溫醫(yī)療熱礦泉水，具有很好的醫(yī)療保健功能。泉水水溫高，流量四季變化小，尚未出現(xiàn)溫度，流量衰減的現(xiàn)象，說明該地區(qū)地?zé)醿?chǔ)量豐富，具有很好的開發(fā)價(jià)值。

[1]Ellis A J，Mahon W A J.Geochemistry and geothermal systems[M].New York.Academic Press，1977

[2]GiggenbachW F 1993.Reply to comment by P.Blattner.“Andesitic water”A Phantom of Isotopic Evolution of Water Silicate System[J].Earth Planet.Sci.Let t，120

[3]劉文輝，胡雪生，刑憲生.咸陽市區(qū)地下熱水特征[J].陜西地質(zhì)，1998，17.

[4]楊雷，肖瓊，沈立成等.不同地質(zhì)背景地?zé)嵯到y(tǒng)水－巖作用下溫泉水的地球化學(xué)特征以重慶市溫塘峽背斜溫泉、滇東小江斷裂帶溫泉為例* [J]中國(guó)巖溶，2011，6

[5]沈照理，朱宛華，鐘佐焱.水文地球化學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:地質(zhì)出版社，1993.

[6]范文紀(jì)，貢嘎山的地質(zhì)構(gòu)造基礎(chǔ)和冰川地貌特征，成都科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1982年第三期