李永超，王現(xiàn)國(guó)

(河南省地礦局第三地質(zhì)勘查院，河南 洛陽(yáng)471023)

湯泉池地?zé)崽镂挥谏坛强h湯泉池管理處及其周邊地區(qū)，居鯰魚(yú)山水庫(kù)左岸，北距縣城25 km，西距信陽(yáng)市160 km。其屬于次級(jí)北北向重力梯形帶北部。與區(qū)域上東西向重力梯形帶結(jié)合部，是形成地?zé)豳Y源的有利時(shí)段。

1 熱儲(chǔ)特征及埋藏條件

1.1 熱儲(chǔ)特征

1.1.1 地?zé)犷?lèi)型

根據(jù)上述地?zé)嵯到y(tǒng)類(lèi)型特征，湯泉池地?zé)崽锞哂袛嗔焉钛h(huán)型(對(duì)流型)地?zé)嵯到y(tǒng)特征，并且是處在較高地?zé)岜尘吧系纳钛h(huán)對(duì)流型水熱系統(tǒng)。具體形成過(guò)程可詳解為:

大氣降水沿著商城—麻城斷裂(F4)的裂隙和破碎帶下滲，至深部吸收熱能形成一定寬度的地下熱水儲(chǔ)集帶。再通過(guò)湯泉池?cái)嗔?F5)運(yùn)移至地?zé)岙惓^(qū)，在適

當(dāng)?shù)臉?gòu)造部位出露，形成溫泉。

湯泉池地?zé)崽锼疅峄顒?dòng)嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造(F4、F5)控制。由于地下熱水沿?cái)嗔淹ǖ郎仙俣容^快，沿途熱量散失小，地表熱異常明顯，其分布范圍及展布方向清楚，地?zé)岙惓^(qū)與外圍的溫差較大，地溫梯度也超過(guò)正常梯度值。所以湯泉池地?zé)崽锸翘幵谳^高地?zé)岜尘吧系纳钛h(huán)對(duì)流型水熱系統(tǒng)。

1.1.2 熱儲(chǔ)類(lèi)型

湯泉池地?zé)崽飳賻盍严稛醿?chǔ)，熱儲(chǔ)層由燕山期花崗巖破碎帶組成，地下熱水屬裂隙承壓水。由于地下熱水是沿陡傾或近于直立的斷裂破碎帶向上運(yùn)移，熱儲(chǔ)分布面積不大，沿?cái)嗔?F5)呈條帶狀分布，且寬度有限，一般150～200 m。沿?cái)嗔哑扑閹В瑤r石的滲透性及富水性較好，形成所謂的“斷層含水帶”。

1.1.3 熱儲(chǔ)空間展布特征

湯泉池?cái)嗔?F5)為商城—麻城斷裂(F4)的派生斷裂，走向約55°，傾向南東，傾角 70°～80°，近于直立。破碎帶寬度一般150～200 m，影響深度達(dá)500 m。

1.1.4 熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

蓋層:由第四系(Q)松散層及花崗巖風(fēng)化帶構(gòu)成，巖性主要為砂礫石、粉土、粉質(zhì)粘土，直接與下伏花崗巖破碎帶熱儲(chǔ)層相通，不具保溫性，構(gòu)成開(kāi)放型斷裂帶狀地?zé)崽?，不利于地?zé)豳Y源的富集與儲(chǔ)存(見(jiàn)圖1)。第四系松散層厚度較薄，僅有 1.0～15.0 m，花崗巖風(fēng)化層厚度 3.0 ～5.0 m，蓋層平均厚度12 m。

熱儲(chǔ)層:分布在第四系松散層及花崗巖風(fēng)化帶之下，巖性為燕山晚期(γ53-1)花崗巖。因處在斷層帶上，多個(gè)層段巖石破碎或裂隙較發(fā)育，水文地質(zhì)條件較好，有利于地?zé)崴馁x存、逕流及排泄。依據(jù)瞬變電磁勘探資料，帶狀熱儲(chǔ)層寬度取 180 m，厚度取 480 m[1，2，3]。

圖1 湯泉池溫泉地質(zhì)剖面圖

1.2 熱儲(chǔ)埋藏條件

湯泉池地?zé)崽餆醿?chǔ)是由花崗巖斷裂破碎帶構(gòu)成，在水平方向受湯泉池?cái)嗔颜共挤较蚩刂?，垂向的埋藏條件依據(jù)物探及地?zé)徙@孔資料簡(jiǎn)述如下:

1)熱儲(chǔ)埋藏于平均厚度約12 m的第四系松散層及花崗巖風(fēng)化帶之下。對(duì)稱四極電測(cè)深法視電阻率斷面圖(見(jiàn)圖2)顯示，地?zé)岙惓^(qū)存在10～15 m的覆蓋層，R2井亦揭露9 m粉質(zhì)粘土、砂礫石及花崗巖風(fēng)化層，斷層破碎帶即熱儲(chǔ)層埋藏于該蓋層之下，蓋層平均厚度約12 m。

圖2 3線對(duì)稱四極電測(cè)深視電阻率斷面圖

2)熱儲(chǔ)厚度480 m。依四個(gè)剖面的瞬變電磁視電阻率斷面圖均顯示500 m深度仍為低阻帶，表明湯泉池?cái)嗔训钠扑閹в绊懮疃冗_(dá)到500 m，導(dǎo)水性、富水性均較好。因此，認(rèn)為在第四系松散層之下，至500 m深度均為熱儲(chǔ)層，熱儲(chǔ)厚度取480 m。

3)熱儲(chǔ)埋藏條件不利于地?zé)豳Y源的富集與儲(chǔ)存。蓋層是由第四系松散層及花崗巖風(fēng)化帶構(gòu)成，平均厚度約12 m，含有豐富的孔隙潛水，厚度小，并且直接與下伏花崗巖熱儲(chǔ)層相通，構(gòu)成開(kāi)啟的水熱系統(tǒng)，地?zé)崴芍苯訌幕◢弾r風(fēng)化帶溢出地表形成溫泉。因此，蓋層不具保溫性能，熱儲(chǔ)埋藏條件不利于地?zé)豳Y源的富集與儲(chǔ)存。地?zé)崴財(cái)嗔哑扑閹嫌窟^(guò)程中，易與上部第四系蓋層中的涼水混合，若不止水可能造成井口水度降低。如交通賓館井口水溫為45℃，比起目前利用的地?zé)崴疁氐土?3℃。

2 地?zé)崃黧w流場(chǎng)特征

2.1 地?zé)崃黧w的補(bǔ)給

地?zé)崃黧w補(bǔ)給主要來(lái)源于大氣降水沿?cái)嗔哑扑閹У娜霛B。依據(jù)區(qū)域地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造背景分析，工作區(qū)南部、大別山分水嶺以北的廣大地區(qū)是溫泉深循環(huán)的補(bǔ)給區(qū)。商城—麻城斷裂在該段基本沿灌河河谷展布，覆蓋層由顆粒較粗的砂礫石構(gòu)成，且灌河常年流水，這些條件有利大氣降水及地表徑流的入滲。大氣降水沿?cái)嗔哑扑閹?、各種節(jié)理、裂隙下滲，形成地下水，匯入儲(chǔ)水構(gòu)造，經(jīng)過(guò)斷裂深循環(huán)加熱。當(dāng)運(yùn)移到湯泉池?cái)嗔迅浇鼤r(shí)，受阻于滸灣組變質(zhì)巖，進(jìn)而沿該斷裂導(dǎo)入地?zé)岙惓^(qū)，在斷裂上盤(pán)、裂隙發(fā)育的負(fù)地形溢出地表形成溫泉。這和國(guó)內(nèi)外有關(guān)專(zhuān)家研究，對(duì)流型地?zé)崴蚵∑饠嗔研偷責(zé)崴鶠榇髿饨邓霛B補(bǔ)給相一致。

2.2 地?zé)崃黧w的深循環(huán)

依據(jù)地?zé)峋責(zé)崃黧w及地?zé)岙惓^(qū)外圍的涼水井水樣化學(xué)測(cè)試對(duì)比結(jié)果，推斷湯泉池地?zé)崽锏責(zé)崃黧w是由斷裂深循環(huán)形成:

(1)礦化度與水化學(xué)類(lèi)型:地?zé)崃黧w礦化度 509.4～583.1 mg/L，水化學(xué)類(lèi)型為 SO4-Na或 SO4·HCO3-Na型;外圍涼水礦化度為168.4～360.7 mg/L，水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Ca· Mg或 HCO3-Ca· Mg·Na型。R5井地?zé)崃黧w水溫、Na+、SO42-、礦化度較 R2有所降低，其原因是上部涼水混入所致，同時(shí)涼水HCO3-的混入造成水化學(xué)類(lèi)型的改變。地?zé)崃黧w礦化度明顯高于周邊冷水泉(井)的特征，指示了斷裂深循環(huán)的存在。

(2)SO42-濃度明顯偏高:湯泉池溫泉地?zé)崃黧w有較淡的H2S臭味，SO42-濃度高達(dá) 195.6 ～250.4 mg/L，周邊涼水無(wú)H2S臭味，SO42-濃度均小于50 mg/L。S在地表淺部豐度值較小，而地球深部尤其是地殼下部及巖漿中含有大量硫化物。商城—麻城斷裂為區(qū)域性的深大斷裂，屬殼圈斷裂，地?zé)崃黧wSO42-濃度明顯偏高指示了深部物質(zhì)交換過(guò)程，證實(shí)

深循環(huán)的存在。

2.3 地?zé)崃黧w的排泄

天然狀態(tài)下以溫泉的形式排泄。地?zé)崃黧w由商城—麻城斷裂深循環(huán)對(duì)流形成，再經(jīng)湯泉池?cái)嗔堰\(yùn)移至地?zé)岙惓^(qū)，在適當(dāng)?shù)臉?gòu)造部位上涌，經(jīng)花崗巖風(fēng)化帶及第四系覆蓋層出露地表，形成溫泉。近年來(lái)，隨著地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)，地?zé)崴畨毫Τ掷m(xù)降低，原有的溫泉景觀已不復(fù)存在，主要以人工開(kāi)采的方式排泄[4，·?。

3 地溫場(chǎng)特征

3.1 淺層地溫特征

由淺層地溫曲線圖(見(jiàn)圖3)可以看出，在距離湯泉池碼頭150 m、400 m、650 m、800 m處，存在四個(gè)異常段，異常幅度2～5度。這幾個(gè)異常段都對(duì)應(yīng)于溫泉及地?zé)峋奈恢?，淺層地溫異常顯然是地表附近強(qiáng)烈的水熱活動(dòng)引起的。遠(yuǎn)離溫泉時(shí)淺層地溫25℃左右，曲線較為平直，表明這些地段地表附近水熱活動(dòng)不明顯，未能引起淺層地溫升高。

圖3 A—Aˊ測(cè)線淺層地溫曲線圖

3.2 地?zé)崃黧w溫度動(dòng)態(tài)

據(jù)1972年測(cè)量，當(dāng)時(shí)出露的八個(gè)溫泉水溫42℃ ～54℃，水溫最高的是女池后井，水溫54℃，洗菜井水溫較低，為42℃，且流量較小。稻田泉散流在稻田中與田水相混，水溫為47℃。其余溫泉水溫均超過(guò)50℃，且多年水溫恒定，不受季節(jié)變化的影響，表明與淺層水之間無(wú)密切聯(lián)系。

鲇魚(yú)山水庫(kù)建成蓄水后，湯泉池出露溫泉將全部被淹沒(méi)。為開(kāi)發(fā)利用溫泉，修建集水塔一座，匯聚女池后井、女池、后吊井三個(gè)泉的熱水。當(dāng)年施工時(shí)測(cè)定水溫為57℃，筑塔后水溫55℃ ～56℃。從1980年至2007年，聚水塔水溫常年保持在54℃左右，流量穩(wěn)定在7.3 m3/h。

2007年以后，R1、R2地?zé)峋度胧褂茫瑢?shí)測(cè)的井口溫度均為58℃，并且?guī)啄陙?lái)一直保持這一溫度，但壓力逐年降低。

4 地球物理特征

4.1 區(qū)域重力場(chǎng)特征

根據(jù)商城縣及臨近地區(qū)布格重力異常平面圖(見(jiàn)圖4)，區(qū)域上布格重力異?？傮w走向?yàn)闁|西向，是豫南東西向大別山構(gòu)造體系的反應(yīng)。湯泉池位于東西向布格重力異常梯級(jí)帶的南部邊緣，沙窩—伏山布格重力負(fù)異常的北部邊緣。布格重力異常值在-30×10-5～-45×10-5m·s-2之間，異常梯度高達(dá)8.0×10-5～9.0×10-5m·s-2/km。在湯泉池南部，沿灌河存在一個(gè)次級(jí)的北北東向呈封閉狀態(tài)的重力梯級(jí)帶，是商城—麻城斷裂引起的區(qū)域重力場(chǎng)畸變。湯泉池地?zé)岙惓^(qū)正好位于該梯級(jí)帶北部、與區(qū)域上東西向重力梯級(jí)帶的結(jié)合部，表明湯泉池地?zé)崾芸赜趨^(qū)域地質(zhì)構(gòu)造。

圖4 商城縣及臨近地區(qū)布格重力異常平面圖

4.2 區(qū)域地磁場(chǎng)特征

由商城縣及臨近地區(qū)航磁(ΔT)異常平面圖可以看出，湯泉池地?zé)岙惓^(qū)位于一個(gè)-100～-400 nT負(fù)磁異常區(qū)內(nèi)，該異常應(yīng)為商城花崗巖體所引起。在其西北及東南分布三個(gè)小型正磁異常封閉圈，最大值為+100 nT，反映元古界的古老變質(zhì)巖系。湯泉池處于航磁異常由高至低的變化帶內(nèi)，地磁場(chǎng)特征從另一個(gè)側(cè)面表明本區(qū)屬形成地?zé)豳Y源的有利地段。

4.3 瞬變電磁斷面特征

瞬變電磁法(見(jiàn)圖5)較好地反映了剖面上的地電斷面特征:其上部的水平狀低阻層反映了淺部粉質(zhì)粘土和花崗巖風(fēng)化帶，厚度為15 m;往下部?jī)A斜的低阻帶是湯泉池?cái)嗔哑扑閹У姆磻?yīng)。完整花崗巖的高阻特征、斷裂破碎帶的低阻特征有較清晰的反應(yīng)。

圖5 瞬變電磁法A線視電阻率斷面圖

4.4 激電測(cè)深曲線特征

圖6 4#測(cè)點(diǎn)激電測(cè)深 RO、M1、M5曲線圖

依據(jù)4#測(cè)點(diǎn)三個(gè)不同激電參數(shù)曲線(見(jiàn)圖6):AB/2=3.2～7.5 m區(qū)段，視電阻率 R0曲線為上升段，但其值小于100 Ω·m，表明在此區(qū)段的地層巖性為松散的粘性土、砂礫層;AB/2=7.5～18 m區(qū)段，視電阻率 R0曲線相對(duì)平直，是砂卵石層的反應(yīng);AB/2=18～32 m區(qū)段，視電阻率R0曲線略呈上升趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)花崗巖風(fēng)化帶。以上區(qū)段視極化率M1值約2%，變化不大，表明雖然含水，但水熱活動(dòng)并不強(qiáng)烈。AB/2=32～75 m區(qū)段，視電阻率R0曲線先平直后緩慢上升，結(jié)合視極化率M1值(約3%)，推測(cè)該段反映了斷層破碎帶;AB/2=75～315 m區(qū)段，視電阻率 R0曲線呈45度角上升，而視極化率 M1值降低，表明該段基巖較完整;AB/2=315～420 m區(qū)段，視電阻率R0曲線下降，表現(xiàn)為相對(duì)低阻，該段視極化率 M1值升高(約3%)，推斷為斷裂破碎帶[7]。

總之，激電測(cè)深曲線很好地表現(xiàn)出完整花崗巖的高阻、低極化特征，斷層破碎帶的低阻、高極化特征。

5 地?zé)崃黧w化學(xué)特征

5.1 地?zé)崃黧w化學(xué)組分

根據(jù)地?zé)崃黧w樣進(jìn)行化學(xué)分析，水化學(xué)類(lèi)型為SO2-—4Na+型。偏硅酸 90.1 mg/L、F-6.68 mg/L均達(dá)到理療熱礦水命名標(biāo)準(zhǔn)，地?zé)崃黧w可命名為氟水、硅水，具有較高理療價(jià)值。

化學(xué)特征主要有以下三點(diǎn):

(1)低礦化度:湯泉池溫泉溶解性總固體583.1 mg/L，屬于低礦化水。

(2)高氟:湯泉池溫泉F-含量達(dá)6.68 mg/L，可命名為氟水，并且大大超過(guò)命名濃度標(biāo)準(zhǔn)(2 mg/L)。

(3)高偏硅酸:湯泉池溫泉偏硅酸含量達(dá)90.1 mg/L，可命名為硅水，約為命名濃度標(biāo)準(zhǔn)(50 mg/L)的2倍。

5.2 地?zé)崃黧w與涼水化學(xué)特征的區(qū)別

1)水化學(xué)類(lèi)型為SO4-Na型

R2井地?zé)崃黧w水化學(xué)類(lèi)型為 SO4-Na型，R5井由于上部涼水的混入，混合流體水化學(xué)類(lèi)型為SO4·HCO3-Na型，涼水井水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Ca·Mg型。

圖7 SO42-濃度對(duì)比圖

a地?zé)崃黧w SO42-濃度(見(jiàn)圖 7)均值 223.0 mg/L，是涼水均值(27.93 mg/L)的8倍，濃度明顯偏高。地殼深部及巖漿中S濃度遠(yuǎn)高于地表淺部，地?zé)崃黧wS濃度異常偏高是淺層地下水經(jīng)深循環(huán)與深部物質(zhì)交換的結(jié)果。

圖8 Na+濃度對(duì)比圖

b地?zé)崃黧w Na+濃度(見(jiàn)圖8)均值242.95 mg/L，是涼水均值(16.73 mg/L)的 14.5倍，濃度明顯偏高。而涼水中Ca2+、Mg2+含量的均值則高于地?zé)崃黧w。

2)地?zé)崃黧w礦化度明顯高于涼水

地?zé)崃黧w礦化度(見(jiàn)圖9)平均546.25 mg/L，而涼水礦化度平均263.0 mg/L，地?zé)崃黧w礦化度明顯高于涼水。

圖9 礦化度對(duì)比圖

3)偏硅酸、F-濃度及Na/K明顯偏高

a地?zé)崃黧w偏硅酸、F-濃度(圖 10、圖 11)均值為 85.4 mg/L、6.18 mg/L，是 涼 水 濃 度 均 值 (41.65 mg/L、0.257 mg/L)的2.05、24倍，明顯高于涼水，指示為斷裂深循環(huán)地?zé)犷?lèi)型。

圖10 偏硅酸濃度對(duì)比圖

圖11 F-濃度對(duì)比圖

b地?zé)崃黧w Na/K 比值(見(jiàn)圖 12)21.4～25.1，涼水 Na/K比值 3.75～6.59。據(jù)研究，該比值介于 20/1～8/1，即可指示為地?zé)崽?。而本區(qū)大于20/1，指示地?zé)崽锼疅峄顒?dòng)強(qiáng)烈。

5.3 地?zé)崃黧w化學(xué)組分動(dòng)態(tài)變化

6次取樣分析測(cè)試水化學(xué)類(lèi)型均為 SO4-Na型，主要化學(xué)成分均未出現(xiàn)大的波動(dòng)，化學(xué)組分動(dòng)態(tài)基本穩(wěn)定(圖13～圖18)。但2012年的水質(zhì)結(jié)果，較以往有些細(xì)微的變化，主要表現(xiàn)在:

圖12 Na/K比對(duì)比圖

圖13 Na+濃度動(dòng)態(tài)變化圖

圖14 SO42-濃度動(dòng)態(tài)變化圖

圖15 HCO3-濃度動(dòng)態(tài)變化圖

圖16 F-濃度動(dòng)態(tài)變化圖

圖17 偏硅酸濃度動(dòng)態(tài)變化圖

(1)雖然水化學(xué)類(lèi)型仍為 SO4-Na型，但 SO42-濃度有所降低，而HCO3-濃度有所升高。

圖18 礦化度動(dòng)態(tài)變化圖

(2)作為命名礦水因子的氟、偏硅酸濃度有所降低，氟尤為明顯。

(3)礦化度有所降低，比起多年均值低50.14 mg/L。

地?zé)崃黧w中溶解的H2S氣體含量無(wú)實(shí)測(cè)資料。據(jù)了解，近年來(lái)地?zé)崃黧w已經(jīng)難以聞到以前的硫磺氣味，表明水中溶解的 H2S氣體濃度有所降低[8]。

上述事實(shí)表明，隨著壓力的下降，地?zé)崃黧w中在一定程度上混入了淺層水。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)不同方法對(duì)湯泉池地?zé)岬刭|(zhì)特征分析研究、對(duì)地?zé)豳Y源賦存條件有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí);通過(guò)地?zé)崃黧w化學(xué)化學(xué)組分動(dòng)態(tài)分析，建議在地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用上利用地表水源熱泵技術(shù)進(jìn)行供暖、地?zé)崃黧w尾水處理達(dá)標(biāo)后回灌、低溫水再經(jīng)過(guò)處理后用于特種養(yǎng)殖與垂釣，最后用于農(nóng)業(yè)園區(qū)澆灌，達(dá)到梯級(jí)利用目的，從而緩解地?zé)豳Y源流體壓力、實(shí)現(xiàn)綜合開(kāi)發(fā)。

[1]河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院.河南省商城縣湯泉池地?zé)豳Y源調(diào)查報(bào)告.2007.

[2]信陽(yáng)地區(qū)地質(zhì)學(xué)會(huì).河南省商城湯泉池溫泉地質(zhì)考察報(bào)告.1986.

[3]河南省地質(zhì)局區(qū)測(cè)隊(duì).1:20萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(商城幅).1980.

[4]河南省地質(zhì)局地質(zhì)十七隊(duì).1:20萬(wàn)區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告(商城幅).1981.

[5]河南省地質(zhì)局水管處、科技處.河南省地?zé)豳Y源調(diào)查研究報(bào)告.1981.

[6]河南省地質(zhì)局水文地質(zhì)管理處.河南省溫泉.1983.

[7]河南省駐馬店地質(zhì)工程勘察院.河南省魯山縣下湯地?zé)崽锏責(zé)豳Y源普查報(bào)告.2003.

[8]河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院.河南省地?zé)豳Y源調(diào)查與開(kāi)發(fā)利用保護(hù).2006.