何文君，向賢禮，李勇剛，伍錫舉

(1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局，貴州 貴陽 550005 2.貴州理工學(xué)院，貴州 貴陽 550004)

熱礦水水化學(xué)成分受熱礦水儲(chǔ)圍巖控制，它是熱礦水主量元素和微量元素的物質(zhì)供應(yīng)源，熱礦水的形成是地下水與圍巖介質(zhì)相互作用、化學(xué)元素遷移、演變、再分配的結(jié)果。在其上升、涌出或開采過程中，常常發(fā)生傳到冷卻、脫氣、壓力、氧化還原等物理化學(xué)條件變化，以及混合稀釋和離子交換吸附、沉淀等作用，其熱礦水的水溫和化學(xué)組成也發(fā)生相應(yīng)變化[1]。因此，文章從貴州新蘿熱礦水的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景入手，通過熱礦水中化學(xué)組分和水化學(xué)指標(biāo)分析，了解熱礦水形成的水文地質(zhì)條件及其成因，為地?zé)豳Y源合理的開發(fā)利用提供必要的基礎(chǔ)依據(jù)。

貴州新蘿熱礦水位于貴陽市北偏東15°，直距35 km。人工成井深度2 500 m，揭露地層有二疊系、寒武系、震旦系。熱礦水pH為7.50，水化學(xué)類型為重碳酸鈣鈉型，井口涌水溫度為43℃，熱水頭靜水位 -16.7 m(井口)，冷水頭靜水位為 -17.6 m，通過降壓試驗(yàn)，降深80 m時(shí)，涌水量達(dá)1 200 m3/d。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

新蘿熱礦水位于黔中東西構(gòu)造帶、川黔經(jīng)向構(gòu)造帶和新華夏系第三巨型隆起帶交接復(fù)合區(qū)，本區(qū)構(gòu)造格局顯示為渦輪旋扭構(gòu)造形態(tài)，屬古東西向構(gòu)造的成分，繼后卷入了南北構(gòu)造帶中，在燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)，區(qū)域性直扭應(yīng)力場在古老盆狀向斜、側(cè)鄰安清-楊家寨斷層及東西向園坡褶皺群等特定邊界條件下，發(fā)生旋扭而成息烽渦輪旋扭構(gòu)造。另外，位于該構(gòu)造北東側(cè)，與其交接、復(fù)合的洋水背斜，在平面上呈 S型彎轉(zhuǎn)，亦是新華夏系與東西向構(gòu)造帶聯(lián)合產(chǎn)物。

息烽渦輪構(gòu)造的中心旋窩為圓形團(tuán)望山盆狀向斜，繞其外發(fā)育有輻射分布順時(shí)針彎轉(zhuǎn)的箕狀向斜、鼻狀背斜和壓扭性斷層。

洋水背斜軸向?yàn)?5°～30°，東北端彎轉(zhuǎn)至90°，呈長條形展布，舒緩波狀，核部、兩冀斷層發(fā)育，如朝陽洞斷層、雷打巖斷層等，南西段被白馬洞斷層切阻。

白馬洞斷裂屬東西向構(gòu)造帶的成分，為區(qū)內(nèi)主要大斷裂，屬區(qū)域走滑斷裂，位于新蘿熱礦水南約3.5 km，走向75°～80°，斷面傾向南南東，傾角 60°～80°，局部直立，斷距大多在200 m以上，最大至1 500 m，破碎帶寬多小于20 m，最寬達(dá)100 m。

老鴉河斷層為白馬洞斷裂北盤的次級(jí)斷裂，位于熱礦水點(diǎn)約1.2 km，走向北北東—南南西，斷面傾向東，傾角45°～60°。

熱礦水所在區(qū)出露地層為二疊系、石炭系、寒武系、震旦系、南華系、青白口系，其中石炭系地層沉積厚度薄，僅僅為10 m，缺失奧陶系、泥盆系。震旦系、南華系、青白口系出露在洋水背斜核部，寒武系主要分布在洋水背斜兩翼，二疊系、石炭系主要分布在團(tuán)望山向斜。

2 水文地質(zhì)條件

新蘿熱礦水處于苗嶺之息烽 -修文支脈，南北向分水嶺地帶，屬長江流域?yàn)踅?。區(qū)內(nèi)北東部2條沖溝發(fā)育，交匯于新蘿村，自西南向北東徑流，流量為0～30 m3/d。區(qū)東南角出露一下降泉，出露地層為寒武系高臺(tái)組，出露標(biāo)高為1 230 m，流量為 0.993 ～1.02 L/s。

熱礦水所在區(qū)內(nèi)地下水類型以巖溶裂隙水為主，總體流向自西南向北東徑流，主要含水巖組為二疊系茅口組、寒武系婁山關(guān)組、石冷水組、清虛洞組、震旦系燈影組的灰?guī)r、白云巖，受阻于板溪群變質(zhì)巖地層，構(gòu)成地下水系的基本輪廓，由于處于旋扭構(gòu)造、新華夏系、東西向構(gòu)造帶及南北向構(gòu)造帶交接復(fù)合部位，褶皺斷裂、節(jié)理裂隙發(fā)育，增加了各含水層之間的水力聯(lián)系，為巖溶裂隙地下水的運(yùn)移、富集提供了良好的場所。

3 熱礦水水化學(xué)特征

熱礦水的形成是地下水與熱儲(chǔ)圍巖相互作用的結(jié)果，在其上升、涌出或開采過程中，常常發(fā)生物理化學(xué)條件的變化，以及熱礦水的水溫和化學(xué)組成的變化。因此，根據(jù)熱礦水的水化學(xué)成分特征，分析熱礦水的形成、遷移變化規(guī)律。

3.1 主量化學(xué)成分特征

新蘿熱礦水的主量化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1。

表1 主量化學(xué)成分檢測結(jié)果表

表中可以看出，主量化學(xué)成分中主要陰、陽離子為 Ca2+、HCO3-，而 Na+、Cl-的含量僅次之，依據(jù)貴州熱礦水水化學(xué)成分形成及其相關(guān)性和水文地球化學(xué)分區(qū)[1]，寒武系婁山關(guān)組、石冷水組、清虛洞組地層是熱礦水主要儲(chǔ)熱含水層，巖性主要為白云巖，因此，高含量的 Ca2+、Mg2+、HCO3-是熱礦水對(duì)圍巖溶蝕作用的結(jié)果。

熱礦水中的Na+除來源于寒武系下統(tǒng)金頂山組(∈1j)、明心寺組(∈1m)、牛蹄塘組(∈1n)地層中粘土巖的溶解外，還來源于深部的變質(zhì)巖中含鈉硅酸鹽礦物的溶解，加上，深部斷裂致使巖體破碎，提高了熱礦水對(duì) Na+的溶解度，以至于其含量高。熱礦水中Cl-是在水流進(jìn)入運(yùn)動(dòng)異常滯緩的下帶，在熱儲(chǔ)層溶解深層圍巖中氯化物石鹽或氯化鉀鹽，或者是古代封存的沉積水[1]。新蘿熱礦水中 Cl-的含量高，除少部分來源于古代封存的沉積水外，大部分可能來源于淋濾粘土巖中氯化鉀鹽所致。

通過對(duì)熱礦水主量元素分析表明，熱礦水為混合作用而成，由開啟型構(gòu)造的寒武系中上統(tǒng)白云巖構(gòu)成HCO3-Ca型承壓熱礦水，其下以震旦系白云巖熱儲(chǔ)和導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)成HCO3·Cl-Na型封閉深循環(huán)熱礦水。熱礦水中主量陰陽離子含量，隨著水循環(huán)深度增加，在水化學(xué)中表現(xiàn)出明顯的水化學(xué)垂直分帶特征。

3.2 微量元素

針對(duì)熱礦水中鍶(Sr2+)水化學(xué)地質(zhì)意義，毛健全等[2]提出:貴州溫泉中鍶主要來自于膏鹽層。區(qū)內(nèi)膏鹽礦作為伴生礦產(chǎn)于震旦系礦層(礦化)中，新蘿熱礦水中Sr2+的含量較高見表2，其主要溶濾膏鹽層的結(jié)果。

表2 部分微量元素及組分檢測結(jié)果

氟(F-)是地下熱礦水的標(biāo)性元素之一，也是人體生命必須元素之一。新蘿熱礦水中F-的含量符合我國生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，為0.48 mg/L，比區(qū)內(nèi)泉點(diǎn)的含量高4倍，說明熱礦水溶濾下寒武系磷塊巖礦層中含氟伴生礦物的結(jié)果。

熱礦水中的Fe2+、Fe3+分別來源于下寒武系牛蹄塘組含黃鐵礦和金頂山組赤鐵礦的溶解，且部分Fe3+還來源于熱礦水上升、涌出過程中Fe2+的氧化而成，以至于其含量較高，同時(shí)也說明了含F(xiàn)e2+的熱礦水處于深循環(huán)、相對(duì)封閉的還原環(huán)境。

熱礦水中游離CO2的含量較高，相當(dāng)于大氣中的CO2含量的40倍，說明熱礦水處于相對(duì)還原環(huán)境。從檢測到H2S氣體來看，雖然含量偏低，但也反映了熱礦水處于相對(duì)封閉的還原環(huán)境。熱礦水中H2S氣體的含量偏低，可能是深部熱礦水在上升過程中溫度、壓力的降低致使氣體溢出造成的，熱礦水中的總硫的含量較高，也說明了這點(diǎn)。

3.3 放射性元素分析

熱礦水中的氡(Rn)具有醫(yī)療意義，不僅對(duì)人體的肌體具有一定的鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、消炎和脫敏的效果，還具有某種調(diào)節(jié)心血管機(jī)能，提高造血機(jī)能等治療作用。

鐳、鈾等放射性元素均是水中放射性射線之源，鈾衰變產(chǎn)生鐳，鐳衰變時(shí)釋放α射線，產(chǎn)生氡氣。熱礦水中氡含量的高低，在一定程度上反映著儲(chǔ)集層和流經(jīng)巖石中鐳、鈾的含量[1]。

熱礦水放射性元素和射線檢測結(jié)果可以看出，水氡、空氣氡的含量接近熱礦水的氡泉命名標(biāo)準(zhǔn)，且總α和β放射性含量低于界限標(biāo)準(zhǔn)值，鐳和鈾的含量亦在國家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，未超標(biāo)。

檢測結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)含鈾礦層雖然分布洋水背斜東翼南段，即白馬洞斷裂與犀牛洞斷裂交匯處，產(chǎn)于寒武系中下統(tǒng)地層中[3]，但是受洋水背斜核部地層板溪群的阻水作用，從而阻斷了洋水背斜東南翼含鈾的熱礦水。因此可見，熱礦水中的氡不是由水體中的鐳衰變而成的，而是原聚集在深部巖石裂隙中的氡氣，在高壓下溶解于地下水中帶出來的[4]，但深部巖石裂隙中氡氣的來源與洋水背斜東南翼寒武系中下統(tǒng)的含鈾礦層密切相關(guān)。

3.4 熱礦水熱儲(chǔ)溫度

貴州 熱 礦 水 中 的 水 溫、Sr、F、SiO2、Ca2+、(Ca2++SO42-)、礦化度等有關(guān)組分之間具有較好的正相關(guān)關(guān)系[1]。而表1、2中水化學(xué)檢測結(jié)果表明，本熱礦水涌出水的水溫和上述組分卻沒有體現(xiàn)較好的正相關(guān)關(guān)系，且地溫測井顯示，震旦系熱儲(chǔ)層溫度達(dá)58℃ ～61℃，其上部呈半開啟狀態(tài)寒武系中上統(tǒng)熱儲(chǔ)溫度為32℃ ～36℃，出口水溫僅僅為43℃，顯然，熱礦水的井口溫度降低主要是因?yàn)樯畈垦h(huán)熱水和其上部承壓熱水混合而造成的。

4 熱礦水的成因分析

新蘿熱礦水為混合作用而成的熱礦水，主要由半開啟型構(gòu)造的寒武系中上統(tǒng)白云巖構(gòu)成第一單元承壓熱礦水，其下以發(fā)育完整的下寒武系碎屑巖為熱儲(chǔ)蓋層和下伏震旦系燈影組白云巖作為熱儲(chǔ)層，共同構(gòu)成第二單元深循環(huán)熱礦水。

地?zé)峋衣段挥谙潞湎蹬c震旦系之間發(fā)育一條斷裂，地溫測井顯示增溫幅度偏高，且熱礦水水量也有所增大，說明該斷裂不僅起到溝通地下深部熱源的作用，還具有儲(chǔ)水、導(dǎo)水作用。該斷裂很可能為白馬洞斷層北盤次級(jí)斷裂，白馬洞斷裂在構(gòu)造上表現(xiàn)為壓扭性左旋平移走滑斷裂，為北東向多期復(fù)活斷裂，由南東向北西推覆，其規(guī)模和深度較大，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為貴州北東向斷裂構(gòu)造主要為加里東運(yùn)動(dòng)時(shí)期的產(chǎn)物，并在燕山期以來的運(yùn)動(dòng)中多次復(fù)活，致使區(qū)域主、支斷裂之間切穿性強(qiáng)，起到溝通地下深部熱源的作用，并通過次級(jí)斷裂向地表進(jìn)行熱傳導(dǎo)。

5 結(jié)語

(1)新蘿熱礦水要由開啟構(gòu)造的 HCO3-Ca型承壓熱礦水和封閉型HCO3-Na型深循環(huán)熱礦水混合而成。

(2)熱礦水中的氡(Rr)不是由水體中的鐳衰變而成的，而是原聚集在深部巖石裂隙中的氡氣，在高壓下溶解于地下水中帶出來的，但深部巖石裂隙中氡氣的來源與洋水背斜東翼含鈾礦層也存在一定聯(lián)系。

(3)從熱礦水的水化學(xué)分析，熱礦水的熱儲(chǔ)層為層狀熱儲(chǔ)和帶狀熱儲(chǔ)組合型，層狀熱儲(chǔ)為寒武系中上統(tǒng)和震旦系燈影組白云巖組成，帶狀熱儲(chǔ)為白馬洞次級(jí)斷裂，該斷裂不僅起到溝通地下深部熱源的作用，還具有儲(chǔ)水、導(dǎo)水作用。

[1]韓至鈞，金占省，等.貴州省水文地質(zhì)志.貴州:地震出版社.1996.

[2]毛健全，丁堅(jiān)平.貴州溫泉鍶含量及其地質(zhì)意義.貴州地質(zhì).1992.1.

[3]王志明.白馬洞鈾礦床的古地下水成礦作用及找礦標(biāo)志.北京地礦地質(zhì)研究所.1982.

[4]姚在永，成忠禮，等.息烽氡泉環(huán)境地球化學(xué)的初步研究.地球化學(xué).1982.1.