膠東地?zé)崽锏責(zé)崃黧w的補(bǔ)徑排特征
——以招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽餅槔?/h1>
2019-01-09 07:47:30趙輝殷濤史猛江海洋
山東國(guó)土資源 2019年1期
趙輝，殷濤，史猛，江海洋
(1.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺(tái) 264000；2.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250000)
0 引言
膠東地區(qū)地?zé)豳Y源豐富，主要以溫泉點(diǎn)為主要出露方式，前人在區(qū)內(nèi)進(jìn)行了大量的地?zé)岬刭|(zhì)研究工作，但對(duì)膠東地?zé)豳Y源賦存機(jī)理的研究甚少，特別是對(duì)地?zé)崃黧w的補(bǔ)給-徑流-排泄特征的深入研究更少，研究地?zé)崃黧w的補(bǔ)徑排特征，不僅是人們認(rèn)識(shí)一個(gè)地?zé)崽镒钪庇^的方式，而且對(duì)地?zé)崃黧w資源量評(píng)價(jià)及可持續(xù)開發(fā)利用具有重要的意義。前人針對(duì)地?zé)崴难a(bǔ)給來源做了大量研究工作，秦大軍、龐忠和等[1]利用水化學(xué)及同位素，確定了西安地區(qū)地?zé)崴难a(bǔ)給來源及循環(huán)路徑；Pastorelli S[2]運(yùn)用氫氧同位素技術(shù)，分別對(duì)瑞士阿爾卑斯山附近的地下水和墨西哥的地?zé)崃黧w進(jìn)行了水的來源研究；肖瓊等[3]利用水化學(xué)分析、氘氧同位素及動(dòng)態(tài)檢測(cè)等方法，以重慶北溫泉為例，對(duì)地下熱水的來源與補(bǔ)給機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)分析；許高勝等對(duì)地?zé)崴难a(bǔ)給來源、滯留時(shí)間、流動(dòng)途徑和熱水流動(dòng)系統(tǒng)等地下熱水的流動(dòng)模式進(jìn)行綜合研究；田東升[4]通過對(duì)鄭州市不同地段、不同層位水樣氘氧同位素分析，計(jì)算了鄭州市深部地?zé)崴难a(bǔ)給來源；張保建等[5]利用H，O同位素計(jì)算了魯西北陽(yáng)谷-齊河凸起地?zé)崴难a(bǔ)給來源；王圣文[6]對(duì)招平斷裂帶構(gòu)造體制轉(zhuǎn)折中流體演化作用進(jìn)行了系統(tǒng)分析；張卓等[7]利用D，18O，14C等環(huán)境同位素技術(shù)，確定濟(jì)南平陰某氡地?zé)峋难a(bǔ)給來源；宋明春[8]、黃永華等[9]對(duì)膠東半島的構(gòu)造發(fā)展史及主要的斷裂構(gòu)造特征進(jìn)行了詳細(xì)的研究，以上這些成果為該次研究提供了理論依據(jù)。
膠東地?zé)崽锞鶎儆陂_放式對(duì)流型柱狀熱儲(chǔ)地?zé)崽镱愋?，主要分布于以棲霞?fù)背斜為代表的膠北隆起和以膠南-文登復(fù)背斜為代表的膠南-文登隆起區(qū)[10]。溫泉的出露主要受斷裂構(gòu)造和巖漿侵入體的控制，16處溫泉皆出露于復(fù)背斜核部的NNE或NE向壓扭性斷裂與NNW或NW向張性斷裂交會(huì)處[11]，多組斷裂的交會(huì)復(fù)合部位裂隙十分發(fā)育，巖石破碎，成為溫泉出露最有利的條件。該文在對(duì)招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽镞M(jìn)行詳細(xì)地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用綜合地質(zhì)分析、水化學(xué)、同位素等手段，系統(tǒng)分析招遠(yuǎn)東湯的補(bǔ)徑排特征，分析膠東地區(qū)地?zé)崽锏难a(bǔ)徑排特征。
1 研究區(qū)概況
招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽镂挥谏綎|省招遠(yuǎn)市城區(qū)，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)120°24′53″，北緯37°21′48″，地?zé)崽飪?nèi)目前有開采井十余口，現(xiàn)日平均開采量在2000m3/d左右，20世紀(jì)80年代以前，該地?zé)崽飪?nèi)地?zé)峋钥梢宰粤鳎粤髁恐禐?40m3/d，隨著開采量不斷增大，地?zé)崽飪?nèi)地?zé)峋呀?jīng)不能自流，地?zé)崽锼疁卦?0～90℃之間。
區(qū)域上招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽镂挥谀z北隆起區(qū)的棲霞復(fù)背斜，出露的地層主要為第四紀(jì)松散巖層；出露巖體為太古—元古代棲霞序列奧長(zhǎng)花崗巖、黑云英云閃長(zhǎng)巖、斜長(zhǎng)角閃巖、中生代玲瓏序列的中?；◢弾r和文登序列的二長(zhǎng)花崗巖等。
對(duì)于膠東地區(qū)中低溫對(duì)流型地?zé)崽铮瑪嗔褬?gòu)造是控制其熱源、水源及出露位置的主要因素。研究區(qū)內(nèi)的主要控?zé)釋?dǎo)水構(gòu)造有基底古老褶皺構(gòu)造和中生代燕山期的新華夏系斷裂構(gòu)造，而影響區(qū)內(nèi)地?zé)岱植嫉臄嗔褬?gòu)造主要有招(遠(yuǎn))-平(度)斷裂帶和玲瓏斷裂帶(圖1)。
(1)招(遠(yuǎn))-平(度)斷裂帶(F19)
該斷裂帶南起平度，經(jīng)由招遠(yuǎn)市城北轉(zhuǎn)向龍口顏家溝一帶，長(zhǎng)100km，寬150～200m，屬早新華夏系構(gòu)造，斷裂帶沿襲玲瓏巖體與膠東群地層接觸帶延伸。主體走向30°左右，受其他構(gòu)造的影響，走向變化較大，整個(gè)構(gòu)造帶呈舒緩狀彎曲，斷裂帶在招遠(yuǎn)城以南走向近SN或NE 15°左右，經(jīng)考家村向NE急轉(zhuǎn)彎為45°～60°。其傾向隨走向的改變而轉(zhuǎn)變，即由傾向E轉(zhuǎn)向SE，傾角30°～45°，局部可達(dá)60°。
在招遠(yuǎn)城以南，斷裂帶沿玲瓏花崗巖與膠東群地層的接觸帶延伸，招城以北斷裂是玲瓏巖體和欒家河巖體的分界線。主斷裂兩側(cè)發(fā)育不同規(guī)模的與其平行或微有交角的次級(jí)斷裂構(gòu)造[12]。在構(gòu)造帶轉(zhuǎn)彎地段的丁家莊子附近，沿巖體與棲霞序列巖石的接觸帶，產(chǎn)生一個(gè)大的分支斷裂，走向40°～68°，傾向SN，傾角37°～52°，寬150m左右，出露長(zhǎng)度9.6km，其構(gòu)造特征與主干斷裂相近，均顯示壓扭性特征。
(2)玲瓏斷裂帶(F26)
該斷裂帶晚于招平斷裂帶，屬晚新華夏系壓扭性斷裂破碎帶。分布在玲瓏礦田附近，斷裂帶全長(zhǎng)大于60km，斷裂帶走向穩(wěn)定，大體為NE 20°方向延伸，傾向NW，傾角65°～85°，南端變緩，傾角45°左右，破碎帶寬一般在20～40m。在斷裂破碎帶內(nèi)擠壓特征明顯，構(gòu)造節(jié)理、劈理密集發(fā)育，并見有1～3m厚的斷層泥，沿走向連續(xù)分布，厚薄不一。帶內(nèi)有灰白色糜棱巖、角礫巖透鏡體分布，兩側(cè)碎裂狀花崗巖較發(fā)育。
構(gòu)造帶內(nèi)有玢巖脈充填，局部被擠壓破碎為構(gòu)造角礫，并使玢巖發(fā)生構(gòu)造熱液蝕變，沿脈巖邊緣有片理化現(xiàn)象或煌斑巖脈充填，為東湯地?zé)崽锏闹饕獙?dǎo)水?dāng)嗔选?/p>
2 地?zé)崽镅a(bǔ)給來源判定
關(guān)于地?zé)崽锏責(zé)崴a(bǔ)給來源的研究，首先要明確地?zé)崴难a(bǔ)給是來自地?zé)崽镏苓吽w的補(bǔ)給還是地下水通過深循環(huán)徑流補(bǔ)給的。該次研究從不同類型的地下水水質(zhì)分析結(jié)果、D與18O同位素分析及其與大氣降雨線的關(guān)系來說明東湯地?zé)崽锏責(zé)崴难a(bǔ)給來源[13-14]。
從地?zé)崽飪?nèi)地?zé)崴?、基巖水及第四系水的水質(zhì)方面看，地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl-Na型水，基巖水為HCO3-Ca型水，第四系水為HCO3·SO4-Ca·Mg·Na型水(圖2)，水化學(xué)類型明顯不同，且地?zé)崃黧w中Cl-，F(xiàn)-，Ba2+，Li-，Sr2+，H2SiO3等離子及礦化度的濃度明顯高于溫泉附近基巖水與第四系水中離子的含量(表1)，特別是地?zé)崴甌DS更是高達(dá)3312mg/L。而其周邊的基巖水TDS為863mg/L，第四系水TDS為317ng/L，這也側(cè)面反映了地?zé)崴欢ㄊ墙?jīng)過了深循環(huán)，在循環(huán)的過程中，地?zé)崴粩嗟嘏c圍巖發(fā)生水巖作用，從而導(dǎo)致熱水的礦化度從低變高；地?zé)崽镂挥诔菂^(qū)，附近地下水均受到不同程度的污染，而地?zé)崃黧w經(jīng)過多年的開采，水質(zhì)并未受到污染，這些都表明地?zé)崃黧w的補(bǔ)給來源并不是溫泉附近的第四系水或者基巖裂隙水。
1—第四系；2—粉子山群；3—荊山群；4—郭家?guī)X序列；5—文登序列；6—玲瓏序列；7—雙頂序列；8—萊州序列；9—棲霞序列；10—馬連莊序列；11—官地洼序列；12—石英脈；13—花崗閃長(zhǎng)斑巖脈；14—花崗閃長(zhǎng)玢巖脈；15—石英閃長(zhǎng)斑巖脈；16—閃長(zhǎng)玢巖脈；17—絹英巖；18—地質(zhì)界限；19—張扭性斷裂；20—壓扭性斷裂；21—性質(zhì)不明斷裂；22—片麻理；23—倒轉(zhuǎn)向斜；24—構(gòu)造韌性帶；25—破碎帶；26—招遠(yuǎn)東湯位置圖1 招遠(yuǎn)市構(gòu)造綱要圖
降水中的穩(wěn)定同位素D與18O在補(bǔ)給過程中，將大氣D與18O的信號(hào)傳遞給地下水，地下水在滲透的過程中使得水中同位素的含量發(fā)生變化，這些變化為地下水來源調(diào)查提供了基礎(chǔ)[15]。地下水的δD與δ18O含量在垂向上具有明顯的分層特點(diǎn)，整體表現(xiàn)為隨著地下水的埋藏深度的增加，地下水的δD與δ18O值逐漸偏負(fù)，指示著地下水不同含水層段上水力聯(lián)系微弱[16]。
表1 招遠(yuǎn)東湯地?zé)崃黧w、基巖水及第四系水主要離子及微量元素分析對(duì)比 ng/L
圖2 膠東地?zé)崽锏責(zé)崴?、基巖水、第四系水piper圖
為了進(jìn)一步佐證地?zé)崴c區(qū)域地下水的關(guān)系，該次研究利用不同年份采取的兩組地?zé)崴?、基巖水及第四系水水樣的D，18O同位素分析結(jié)果，來判定不同類型地下水之間的水力聯(lián)系(表2)。由表2及圖3可以很直觀地發(fā)現(xiàn)，隨著地下水埋藏深度的增加，東湯地?zé)崽锔浇牡叵滤摩腄與δ18O值逐漸偏負(fù)，同位素結(jié)果指示著地?zé)崴c其周邊的基巖水及第四系水無明顯的水力聯(lián)系，同位素結(jié)果與水化學(xué)分析結(jié)果一致，可以斷定地?zé)崴c其周邊的水體無水力聯(lián)系，地?zé)崴畞碜杂谏钛h(huán)的地?zé)崴?/p>
表2 招遠(yuǎn)東湯溫泉地?zé)崃黧w氘氧濃度 ×10-3
注：由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試(河北正定)。
圖3 東湯地?zé)崽锏責(zé)崴?、基巖水及第四系水氘氧同位素關(guān)系圖
既然地?zé)崴畞碜杂谏钛h(huán)的地?zé)崴?，那么深循環(huán)的地?zé)崴謥碜杂谀睦?？D、18O同位素是研究地下熱水來源及其成因的天然示蹤劑，通過分析東湯地?zé)崽锏責(zé)崴械腄、18O同位素指標(biāo)，并與大氣降雨線進(jìn)行對(duì)比，可判別地下熱水的補(bǔ)給來源、補(bǔ)給高程、補(bǔ)給區(qū)域等[17]。為了說明東湯地?zé)崴难a(bǔ)給來源，根據(jù)招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽锛澳z東各地?zé)崽锏腄，18O同位素與全球及山東省東部地區(qū)大氣降雨線的關(guān)系(圖4)，可以看出，地?zé)崴腄，18O同位素均落在大氣降雨線的附近，未出現(xiàn)氧漂移的現(xiàn)象，第四系水(1)至基巖水(2)再至地?zé)崴?3)，膠東地區(qū)地?zé)崽锔浇牡叵滤S深度增加其δD與δ18O值逐漸偏負(fù)。綜上可以得出，東湯地?zé)崽锏牡責(zé)崃黧w來源于大氣降雨的補(bǔ)給，入滲的地下水經(jīng)過深循環(huán)加熱后形成地?zé)崴?/p>
圖4 膠東各溫泉地?zé)崴笑腄-δ18O關(guān)系圖
2.1 構(gòu)造依據(jù)
前面已經(jīng)論述東湯地?zé)崴畞碜杂谏钛h(huán)的大氣降水，那么地?zé)崴绾芜M(jìn)入地下進(jìn)行深循環(huán)的？
從招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽锏責(zé)崃黧w開采量及水位長(zhǎng)期觀測(cè)資料分析可知，控制地?zé)崽锏闹饕獦?gòu)造并不是區(qū)內(nèi)的次級(jí)小斷裂，而是區(qū)域性的深大斷裂。招遠(yuǎn)東湯目前地?zé)崴_采量約為2000m3/d，雖然隨著開采量的增大，地?zé)崽锏乃怀霈F(xiàn)了一定程度的下降，冬季水位埋深可達(dá)50m，但是在夏季地?zé)崽镩_采量減小的時(shí)候，地?zé)崽锶阅芑謴?fù)短暫的自流狀態(tài)，充分說明該地?zé)崽锞哂辛己玫难a(bǔ)徑排條件，可更新能力強(qiáng)。但地?zé)崽飪?nèi)的次級(jí)斷裂構(gòu)造的發(fā)育規(guī)模一般，并且在這些次級(jí)斷裂的周邊又沒有很好的補(bǔ)給來源，由此可以推斷，控制招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽锏臄嗔褳閰^(qū)域性的深大斷裂，而非地?zé)崽飪?nèi)發(fā)育的次級(jí)小斷裂。
從地?zé)崽锼幍膮^(qū)域構(gòu)造位置分析(圖1)，東湯地?zé)崽镂挥趦A向SE的招平斷裂帶北段與傾向NW的玲瓏斷裂帶交會(huì)形成的閉合區(qū)域內(nèi)，兩個(gè)深大斷裂在地?zé)崽锏臇|北部雙頂山附近開始交會(huì)，從交會(huì)部位向西南地?zé)崽锓较驍嗔呀粫?huì)帶不斷加深，深切的斷裂不僅溝通了深部熱源，也為地表水通過構(gòu)造裂隙進(jìn)入地殼深部提供了條件[18]，同時(shí)由于近EW向斷裂的切割作用，使得地?zé)崽锵虏繋r石更加破碎，導(dǎo)水能力更強(qiáng)，更有利于地?zé)崴纳嫌浚?dāng)?shù)叵滤?jīng)過深循環(huán)加熱后形成局部的上升壓力，地?zé)崴蜁?huì)沿著斷裂交會(huì)形成的破碎通道上涌形成地?zé)崽?圖5)。
1—斷裂構(gòu)造帶及傾向、傾角；2—推測(cè)的兩條斷裂不同深度復(fù)合投影線；3—地?zé)嶂饕植紖^(qū)；4—冷熱水循環(huán)路徑；5—剖面線；6—溫泉圖5 區(qū)域斷控?zé)釋?dǎo)水裂構(gòu)造復(fù)合關(guān)系圖[18]
綜上所述，可以斷定地?zé)崃黧w補(bǔ)給源并不是來自于地?zé)崽镏苓叺乃w補(bǔ)給，而是大氣降雨通過地表次級(jí)小斷裂，入滲進(jìn)入招平斷裂帶與玲瓏斷裂帶交會(huì)復(fù)合形成的破碎帶，進(jìn)入地下深循環(huán)，在合適的部位沿著熱儲(chǔ)通道上涌而形成地?zé)崽?。那么東湯地?zé)崽锏牡責(zé)崃黧w在哪里通過地表入滲進(jìn)入地下的呢？
3 地?zé)崽镅a(bǔ)給區(qū)確定
由于地形變化、季節(jié)變化等所引起的D與18O同位素變化可以被地下水所保留，這些變化可以用來計(jì)算地下水的補(bǔ)給高程[19]。但是不同時(shí)期的D與18O值會(huì)有不同，如冰期的時(shí)候，大氣降水的氘氧值可能會(huì)比較低，而高程效應(yīng)造成的結(jié)果也是氘氧值低，所以，要考慮到時(shí)間的問題。因此為了排除時(shí)間因素對(duì)D與18O值的影響，該次研究取溫泉地?zé)崴M(jìn)行14C同位素測(cè)年分析，確定地?zé)崴难a(bǔ)給年齡。14C測(cè)年的基本原理是應(yīng)用地下水中的溶解無機(jī)碳作為示蹤劑，以14C測(cè)定地下水中溶解的無機(jī)碳的年齡。年齡是根據(jù)地下水的14C濃度與補(bǔ)給時(shí)濃度之間的差別來計(jì)算。其計(jì)算公式如下：
A=A0×e-λ·t
式中：A0—樣品的初始14C放射性濃度(Bq/g)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)取“現(xiàn)代碳”標(biāo)準(zhǔn)(813.6Bq/g)；A—停止交換t年后樣品的14C放射性濃度(Bq/g)；t—停止交換后所經(jīng)歷的時(shí)間；λ—14C的衰變常數(shù)，λ=ln2/T1/2=0.693/T1/2，T1/2為14C半衰期(5730a)，帶入后得到：
t=(1/λ)×ln(A0/A)=8268ln(A0/A)
招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽锏責(zé)崴?4C分析結(jié)果見表3，將所測(cè)數(shù)據(jù)帶入上式，得出招遠(yuǎn)東湯地?zé)崴挲g在3000a左右，而末次冰期發(fā)生時(shí)間在10ka以前，因此可以排除時(shí)間因素對(duì)D與18O值的影響。
表3 天然溫泉地?zé)崴挲g
注：由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試(河北正定)。
按照氫氧同位素的高程效應(yīng)原理，δD值隨著地下水補(bǔ)給高程的增大而減小[20-22]，根據(jù)東湯地?zé)崽锏責(zé)崃黧wδD值變化來計(jì)算地?zé)崃黧w的補(bǔ)給高程，初步推斷其可能補(bǔ)給區(qū)域，補(bǔ)給高程計(jì)算公式如下：
H=(δg-δp)/K+h
式中：H—補(bǔ)給區(qū)高程，m；K—區(qū)域大氣降水δD高度梯度，(-2.5～-2.0)×10-3/100m；δg—溫泉水δD值，×10-3；δp—地?zé)崃黧w采樣點(diǎn)附近大氣降水δD值，×10-3；h—溫泉所在位置的海拔高度，m。
由于研究區(qū)整體海拔相對(duì)內(nèi)陸較低，為64m，該次計(jì)算取δD值為-2.0×10-3/100m，經(jīng)計(jì)算研究區(qū)地?zé)崃黧w補(bǔ)給區(qū)的高程為314～414m之間，該高程是不同高程補(bǔ)給水體的一個(gè)平均高程而非絕對(duì)高程。
膠東地?zé)崽锞鶎儆谑軘嗔褬?gòu)造控制的開放式對(duì)流型柱狀熱儲(chǔ)地?zé)崽镱愋?，斷裂交?huì)形成的柱狀破碎帶為其主要的導(dǎo)水通道，上文論述了F16招平斷裂與F29玲瓏斷裂交會(huì)形成的破碎帶為東湯地?zé)崽锏闹饕畈窟\(yùn)移的導(dǎo)水通道，次級(jí)斷裂F3為將深部地?zé)崃黧w導(dǎo)入地表的主要斷裂。根據(jù)F16,F29斷裂走向、傾向及匯流區(qū)域推測(cè)地?zé)崽锏哪喜可絽^(qū)、北部山區(qū)為可能的主要的匯流補(bǔ)給區(qū)，但從地形上南部山區(qū)高程普遍在314m以下，不滿足計(jì)算的東湯地?zé)崽镅a(bǔ)給高程條件，因此可以確定其補(bǔ)給區(qū)域主要在招遠(yuǎn)城區(qū)的東北部雙頂山區(qū)域，距離地?zé)崽锛s15km(圖6)。通常地?zé)崴难a(bǔ)給來源并不是單一的補(bǔ)給源，但是由于取樣的地?zé)崴嵌喾窖a(bǔ)給源的水體混合后的結(jié)果，因此，通過D同位素高程效應(yīng)計(jì)算的補(bǔ)給區(qū)高程是一個(gè)多方補(bǔ)給高程的綜合平均值，雙頂山區(qū)域是該地?zé)崽锏闹饕难a(bǔ)給源，而并非是唯一的補(bǔ)給源。
圖6 招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽镏饕a(bǔ)給區(qū)域
4 東湯地?zé)崽镅a(bǔ)徑排模型
根據(jù)東湯地?zé)崽镎?、招3、招4、招5、招6、招10、招11地?zé)峋疁y(cè)溫?cái)?shù)據(jù)及斷裂構(gòu)造分布情況得出東湯地?zé)崽锲矫娴販貓?chǎng)分布圖(圖7)及剖面圖(圖8)。從圖中可以看出東湯地?zé)崽镏行奈挥诙嘟M斷裂構(gòu)造交會(huì)復(fù)合部位，這與前面的論述相一致。地?zé)崽镎w呈NW-SE向分布，地?zé)崽锬蠔|部位溫度明顯高于北西部位溫度，從溫度分布可以推斷熱儲(chǔ)從南東向北西由深到淺分布(圖8)。
根據(jù)東湯地?zé)崽锏臉?gòu)造特征，受招平斷裂帶、玲瓏斷裂帶及近EW向次級(jí)斷裂的控制，地?zé)崴纳嫌客ǖ罏?個(gè)斷裂交會(huì)復(fù)合破碎帶，其中招平斷裂與玲瓏斷裂交會(huì)破碎帶為地下水往深部運(yùn)移的主要徑流通道；D，18O同位素的高程效應(yīng)計(jì)算東湯地?zé)崽锏难a(bǔ)給高程為314～414m，結(jié)合導(dǎo)水?dāng)嗔训淖呦蚣皟A向特征確定東湯地?zé)崽锏难a(bǔ)給區(qū)為距離招遠(yuǎn)城區(qū)東北部15km的雙頂山區(qū)域，其補(bǔ)給-徑流-排泄模型見圖9。大氣降雨在雙頂山地區(qū)降落至地表，通過地表裂隙進(jìn)入地下，在循環(huán)的過程中首先吸收圍巖中的熱量，當(dāng)?shù)叵滤畯奈⑿×严哆M(jìn)入到比較破碎的玲瓏斷裂帶及其影響帶(F26)附近時(shí)，地下水沿?cái)嗔褞貧ど畈窟\(yùn)移，在深循環(huán)的過程中，地下水吸收大地?zé)醾鲗?dǎo)熱再次加熱，此時(shí)地?zé)崴臏囟韧ǔＪ钦４蟮責(zé)崃髟鰷仡愋偷牡責(zé)崴?，而?dāng)?shù)叵滤俅瘟鹘?jīng)深切割的導(dǎo)熱斷裂帶(F19)附近時(shí)，地下水與導(dǎo)熱斷裂發(fā)生水熱對(duì)流，地下水迅速升溫形成高溫地?zé)崃黧w，此時(shí)當(dāng)?shù)責(zé)崽锷戏降拇渭?jí)斷裂(F3)溝通深部地?zé)崴畷r(shí)，加熱后的地?zé)崴刂鴶嗔哑扑椴课簧嫌啃纬傻責(zé)崽铩?/p>
圖7 東湯地?zé)崽锏販貓?chǎng)平面分布圖
圖8 東湯地?zé)崽锏販貓?chǎng)剖面圖
圖9 東湯地?zé)崽锏責(zé)崴畞碓醇把a(bǔ)徑排機(jī)制模型示意圖
5 結(jié)論
(1)招遠(yuǎn)市東湯地?zé)崽镌趨^(qū)域上主要受招平斷裂帶、玲瓏斷裂帶及地?zé)崽镏苓叴渭?jí)斷裂帶的共同影響，兩深大斷裂的交會(huì)復(fù)合部位為地下水的入滲補(bǔ)給、深循環(huán)徑流及上涌提供了良好的通道，深大斷裂是控制該地?zé)崃黧w形成的主導(dǎo)因素，次級(jí)斷裂是控制地?zé)崽锍雎段恢玫闹饕蛩亍?/p>
(2)東湯地?zé)崽锏責(zé)崴械腃l-，F(xiàn)-，Ba2+，Li-，Sr2+，H2SiO3等離子及TDS濃度遠(yuǎn)高于其周邊的水體化學(xué)成分，特別是TDS高達(dá)3312ng/L，明顯區(qū)別于周邊水體；隨著埋藏深度的增加，地?zé)崴?、基巖水及第四系水的δ18O與δD值逐漸偏負(fù)，證明地?zé)崴c其周邊的基巖水及第四系水之間并無水力聯(lián)系，證明地?zé)崴难a(bǔ)給并不是地?zé)崽镏苓吽w的直接補(bǔ)給，而是通過深循環(huán)補(bǔ)給。
(3)根據(jù)氫氧同位素的高程效應(yīng)，計(jì)算東湯地?zé)崽锏責(zé)崴难a(bǔ)給高程為314～414m；由地?zé)崽锏腄，18O同位素與山東省東部地區(qū)大氣降雨線的關(guān)系可以看出，東湯地?zé)崽锏牡責(zé)崴畞碓从诖髿饨涤甑难a(bǔ)給；大氣降雨在距離地?zé)崽?5km處的雙頂山地區(qū)降落到地表后沿地表裂隙進(jìn)入地下，然后沿著招平斷裂與玲瓏斷裂復(fù)合的破碎通道運(yùn)移至地殼深部形成地?zé)崃黧w。
(4)地?zé)崴嵌喾窖a(bǔ)給來源的水體混合后的結(jié)果，通過D同位素高程效應(yīng)計(jì)算的補(bǔ)給區(qū)高程是一個(gè)多方補(bǔ)給高程的綜合平均值，雙頂山區(qū)域是該地?zé)崽锏闹饕难a(bǔ)給源，而并非是唯一的補(bǔ)給源。
(5)水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)也可以將全市區(qū)范圍的水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)接入，尤其是水源地的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以便于綜合分析沉降產(chǎn)生的原因等。
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趙輝，殷濤，史猛，江海洋
(1.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺(tái) 264000；2.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250000)
0 引言
膠東地區(qū)地?zé)豳Y源豐富，主要以溫泉點(diǎn)為主要出露方式，前人在區(qū)內(nèi)進(jìn)行了大量的地?zé)岬刭|(zhì)研究工作，但對(duì)膠東地?zé)豳Y源賦存機(jī)理的研究甚少，特別是對(duì)地?zé)崃黧w的補(bǔ)給-徑流-排泄特征的深入研究更少，研究地?zé)崃黧w的補(bǔ)徑排特征，不僅是人們認(rèn)識(shí)一個(gè)地?zé)崽镒钪庇^的方式，而且對(duì)地?zé)崃黧w資源量評(píng)價(jià)及可持續(xù)開發(fā)利用具有重要的意義。前人針對(duì)地?zé)崴难a(bǔ)給來源做了大量研究工作，秦大軍、龐忠和等[1]利用水化學(xué)及同位素，確定了西安地區(qū)地?zé)崴难a(bǔ)給來源及循環(huán)路徑；Pastorelli S[2]運(yùn)用氫氧同位素技術(shù)，分別對(duì)瑞士阿爾卑斯山附近的地下水和墨西哥的地?zé)崃黧w進(jìn)行了水的來源研究；肖瓊等[3]利用水化學(xué)分析、氘氧同位素及動(dòng)態(tài)檢測(cè)等方法，以重慶北溫泉為例，對(duì)地下熱水的來源與補(bǔ)給機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)分析；許高勝等對(duì)地?zé)崴难a(bǔ)給來源、滯留時(shí)間、流動(dòng)途徑和熱水流動(dòng)系統(tǒng)等地下熱水的流動(dòng)模式進(jìn)行綜合研究；田東升[4]通過對(duì)鄭州市不同地段、不同層位水樣氘氧同位素分析，計(jì)算了鄭州市深部地?zé)崴难a(bǔ)給來源；張保建等[5]利用H，O同位素計(jì)算了魯西北陽(yáng)谷-齊河凸起地?zé)崴难a(bǔ)給來源；王圣文[6]對(duì)招平斷裂帶構(gòu)造體制轉(zhuǎn)折中流體演化作用進(jìn)行了系統(tǒng)分析；張卓等[7]利用D，18O，14C等環(huán)境同位素技術(shù)，確定濟(jì)南平陰某氡地?zé)峋难a(bǔ)給來源；宋明春[8]、黃永華等[9]對(duì)膠東半島的構(gòu)造發(fā)展史及主要的斷裂構(gòu)造特征進(jìn)行了詳細(xì)的研究，以上這些成果為該次研究提供了理論依據(jù)。
膠東地?zé)崽锞鶎儆陂_放式對(duì)流型柱狀熱儲(chǔ)地?zé)崽镱愋?，主要分布于以棲霞?fù)背斜為代表的膠北隆起和以膠南-文登復(fù)背斜為代表的膠南-文登隆起區(qū)[10]。溫泉的出露主要受斷裂構(gòu)造和巖漿侵入體的控制，16處溫泉皆出露于復(fù)背斜核部的NNE或NE向壓扭性斷裂與NNW或NW向張性斷裂交會(huì)處[11]，多組斷裂的交會(huì)復(fù)合部位裂隙十分發(fā)育，巖石破碎，成為溫泉出露最有利的條件。該文在對(duì)招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽镞M(jìn)行詳細(xì)地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用綜合地質(zhì)分析、水化學(xué)、同位素等手段，系統(tǒng)分析招遠(yuǎn)東湯的補(bǔ)徑排特征，分析膠東地區(qū)地?zé)崽锏难a(bǔ)徑排特征。
1 研究區(qū)概況
招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽镂挥谏綎|省招遠(yuǎn)市城區(qū)，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)120°24′53″，北緯37°21′48″，地?zé)崽飪?nèi)目前有開采井十余口，現(xiàn)日平均開采量在2000m3/d左右，20世紀(jì)80年代以前，該地?zé)崽飪?nèi)地?zé)峋钥梢宰粤鳎粤髁恐禐?40m3/d，隨著開采量不斷增大，地?zé)崽飪?nèi)地?zé)峋呀?jīng)不能自流，地?zé)崽锼疁卦?0～90℃之間。
區(qū)域上招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽镂挥谀z北隆起區(qū)的棲霞復(fù)背斜，出露的地層主要為第四紀(jì)松散巖層；出露巖體為太古—元古代棲霞序列奧長(zhǎng)花崗巖、黑云英云閃長(zhǎng)巖、斜長(zhǎng)角閃巖、中生代玲瓏序列的中?；◢弾r和文登序列的二長(zhǎng)花崗巖等。
對(duì)于膠東地區(qū)中低溫對(duì)流型地?zé)崽铮瑪嗔褬?gòu)造是控制其熱源、水源及出露位置的主要因素。研究區(qū)內(nèi)的主要控?zé)釋?dǎo)水構(gòu)造有基底古老褶皺構(gòu)造和中生代燕山期的新華夏系斷裂構(gòu)造，而影響區(qū)內(nèi)地?zé)岱植嫉臄嗔褬?gòu)造主要有招(遠(yuǎn))-平(度)斷裂帶和玲瓏斷裂帶(圖1)。
(1)招(遠(yuǎn))-平(度)斷裂帶(F19)
該斷裂帶南起平度，經(jīng)由招遠(yuǎn)市城北轉(zhuǎn)向龍口顏家溝一帶，長(zhǎng)100km，寬150～200m，屬早新華夏系構(gòu)造，斷裂帶沿襲玲瓏巖體與膠東群地層接觸帶延伸。主體走向30°左右，受其他構(gòu)造的影響，走向變化較大，整個(gè)構(gòu)造帶呈舒緩狀彎曲，斷裂帶在招遠(yuǎn)城以南走向近SN或NE 15°左右，經(jīng)考家村向NE急轉(zhuǎn)彎為45°～60°。其傾向隨走向的改變而轉(zhuǎn)變，即由傾向E轉(zhuǎn)向SE，傾角30°～45°，局部可達(dá)60°。
在招遠(yuǎn)城以南，斷裂帶沿玲瓏花崗巖與膠東群地層的接觸帶延伸，招城以北斷裂是玲瓏巖體和欒家河巖體的分界線。主斷裂兩側(cè)發(fā)育不同規(guī)模的與其平行或微有交角的次級(jí)斷裂構(gòu)造[12]。在構(gòu)造帶轉(zhuǎn)彎地段的丁家莊子附近，沿巖體與棲霞序列巖石的接觸帶，產(chǎn)生一個(gè)大的分支斷裂，走向40°～68°，傾向SN，傾角37°～52°，寬150m左右，出露長(zhǎng)度9.6km，其構(gòu)造特征與主干斷裂相近，均顯示壓扭性特征。
(2)玲瓏斷裂帶(F26)
該斷裂帶晚于招平斷裂帶，屬晚新華夏系壓扭性斷裂破碎帶。分布在玲瓏礦田附近，斷裂帶全長(zhǎng)大于60km，斷裂帶走向穩(wěn)定，大體為NE 20°方向延伸，傾向NW，傾角65°～85°，南端變緩，傾角45°左右，破碎帶寬一般在20～40m。在斷裂破碎帶內(nèi)擠壓特征明顯，構(gòu)造節(jié)理、劈理密集發(fā)育，并見有1～3m厚的斷層泥，沿走向連續(xù)分布，厚薄不一。帶內(nèi)有灰白色糜棱巖、角礫巖透鏡體分布，兩側(cè)碎裂狀花崗巖較發(fā)育。
構(gòu)造帶內(nèi)有玢巖脈充填，局部被擠壓破碎為構(gòu)造角礫，并使玢巖發(fā)生構(gòu)造熱液蝕變，沿脈巖邊緣有片理化現(xiàn)象或煌斑巖脈充填，為東湯地?zé)崽锏闹饕獙?dǎo)水?dāng)嗔选?/p>
2 地?zé)崽镅a(bǔ)給來源判定
關(guān)于地?zé)崽锏責(zé)崴a(bǔ)給來源的研究，首先要明確地?zé)崴难a(bǔ)給是來自地?zé)崽镏苓吽w的補(bǔ)給還是地下水通過深循環(huán)徑流補(bǔ)給的。該次研究從不同類型的地下水水質(zhì)分析結(jié)果、D與18O同位素分析及其與大氣降雨線的關(guān)系來說明東湯地?zé)崽锏責(zé)崴难a(bǔ)給來源[13-14]。
從地?zé)崽飪?nèi)地?zé)崴?、基巖水及第四系水的水質(zhì)方面看，地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl-Na型水，基巖水為HCO3-Ca型水，第四系水為HCO3·SO4-Ca·Mg·Na型水(圖2)，水化學(xué)類型明顯不同，且地?zé)崃黧w中Cl-，F(xiàn)-，Ba2+，Li-，Sr2+，H2SiO3等離子及礦化度的濃度明顯高于溫泉附近基巖水與第四系水中離子的含量(表1)，特別是地?zé)崴甌DS更是高達(dá)3312mg/L。而其周邊的基巖水TDS為863mg/L，第四系水TDS為317ng/L，這也側(cè)面反映了地?zé)崴欢ㄊ墙?jīng)過了深循環(huán)，在循環(huán)的過程中，地?zé)崴粩嗟嘏c圍巖發(fā)生水巖作用，從而導(dǎo)致熱水的礦化度從低變高；地?zé)崽镂挥诔菂^(qū)，附近地下水均受到不同程度的污染，而地?zé)崃黧w經(jīng)過多年的開采，水質(zhì)并未受到污染，這些都表明地?zé)崃黧w的補(bǔ)給來源并不是溫泉附近的第四系水或者基巖裂隙水。
1—第四系；2—粉子山群；3—荊山群；4—郭家?guī)X序列；5—文登序列；6—玲瓏序列；7—雙頂序列；8—萊州序列；9—棲霞序列；10—馬連莊序列；11—官地洼序列；12—石英脈；13—花崗閃長(zhǎng)斑巖脈；14—花崗閃長(zhǎng)玢巖脈；15—石英閃長(zhǎng)斑巖脈；16—閃長(zhǎng)玢巖脈；17—絹英巖；18—地質(zhì)界限；19—張扭性斷裂；20—壓扭性斷裂；21—性質(zhì)不明斷裂；22—片麻理；23—倒轉(zhuǎn)向斜；24—構(gòu)造韌性帶；25—破碎帶；26—招遠(yuǎn)東湯位置圖1 招遠(yuǎn)市構(gòu)造綱要圖
降水中的穩(wěn)定同位素D與18O在補(bǔ)給過程中，將大氣D與18O的信號(hào)傳遞給地下水，地下水在滲透的過程中使得水中同位素的含量發(fā)生變化，這些變化為地下水來源調(diào)查提供了基礎(chǔ)[15]。地下水的δD與δ18O含量在垂向上具有明顯的分層特點(diǎn)，整體表現(xiàn)為隨著地下水的埋藏深度的增加，地下水的δD與δ18O值逐漸偏負(fù)，指示著地下水不同含水層段上水力聯(lián)系微弱[16]。
表1 招遠(yuǎn)東湯地?zé)崃黧w、基巖水及第四系水主要離子及微量元素分析對(duì)比 ng/L
圖2 膠東地?zé)崽锏責(zé)崴?、基巖水、第四系水piper圖
為了進(jìn)一步佐證地?zé)崴c區(qū)域地下水的關(guān)系，該次研究利用不同年份采取的兩組地?zé)崴?、基巖水及第四系水水樣的D，18O同位素分析結(jié)果，來判定不同類型地下水之間的水力聯(lián)系(表2)。由表2及圖3可以很直觀地發(fā)現(xiàn)，隨著地下水埋藏深度的增加，東湯地?zé)崽锔浇牡叵滤摩腄與δ18O值逐漸偏負(fù)，同位素結(jié)果指示著地?zé)崴c其周邊的基巖水及第四系水無明顯的水力聯(lián)系，同位素結(jié)果與水化學(xué)分析結(jié)果一致，可以斷定地?zé)崴c其周邊的水體無水力聯(lián)系，地?zé)崴畞碜杂谏钛h(huán)的地?zé)崴?/p>
表2 招遠(yuǎn)東湯溫泉地?zé)崃黧w氘氧濃度 ×10-3
注：由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試(河北正定)。
圖3 東湯地?zé)崽锏責(zé)崴?、基巖水及第四系水氘氧同位素關(guān)系圖
既然地?zé)崴畞碜杂谏钛h(huán)的地?zé)崴?，那么深循環(huán)的地?zé)崴謥碜杂谀睦?？D、18O同位素是研究地下熱水來源及其成因的天然示蹤劑，通過分析東湯地?zé)崽锏責(zé)崴械腄、18O同位素指標(biāo)，并與大氣降雨線進(jìn)行對(duì)比，可判別地下熱水的補(bǔ)給來源、補(bǔ)給高程、補(bǔ)給區(qū)域等[17]。為了說明東湯地?zé)崴难a(bǔ)給來源，根據(jù)招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽锛澳z東各地?zé)崽锏腄，18O同位素與全球及山東省東部地區(qū)大氣降雨線的關(guān)系(圖4)，可以看出，地?zé)崴腄，18O同位素均落在大氣降雨線的附近，未出現(xiàn)氧漂移的現(xiàn)象，第四系水(1)至基巖水(2)再至地?zé)崴?3)，膠東地區(qū)地?zé)崽锔浇牡叵滤S深度增加其δD與δ18O值逐漸偏負(fù)。綜上可以得出，東湯地?zé)崽锏牡責(zé)崃黧w來源于大氣降雨的補(bǔ)給，入滲的地下水經(jīng)過深循環(huán)加熱后形成地?zé)崴?/p>
圖4 膠東各溫泉地?zé)崴笑腄-δ18O關(guān)系圖
2.1 構(gòu)造依據(jù)
前面已經(jīng)論述東湯地?zé)崴畞碜杂谏钛h(huán)的大氣降水，那么地?zé)崴绾芜M(jìn)入地下進(jìn)行深循環(huán)的？
從招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽锏責(zé)崃黧w開采量及水位長(zhǎng)期觀測(cè)資料分析可知，控制地?zé)崽锏闹饕獦?gòu)造并不是區(qū)內(nèi)的次級(jí)小斷裂，而是區(qū)域性的深大斷裂。招遠(yuǎn)東湯目前地?zé)崴_采量約為2000m3/d，雖然隨著開采量的增大，地?zé)崽锏乃怀霈F(xiàn)了一定程度的下降，冬季水位埋深可達(dá)50m，但是在夏季地?zé)崽镩_采量減小的時(shí)候，地?zé)崽锶阅芑謴?fù)短暫的自流狀態(tài)，充分說明該地?zé)崽锞哂辛己玫难a(bǔ)徑排條件，可更新能力強(qiáng)。但地?zé)崽飪?nèi)的次級(jí)斷裂構(gòu)造的發(fā)育規(guī)模一般，并且在這些次級(jí)斷裂的周邊又沒有很好的補(bǔ)給來源，由此可以推斷，控制招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽锏臄嗔褳閰^(qū)域性的深大斷裂，而非地?zé)崽飪?nèi)發(fā)育的次級(jí)小斷裂。
從地?zé)崽锼幍膮^(qū)域構(gòu)造位置分析(圖1)，東湯地?zé)崽镂挥趦A向SE的招平斷裂帶北段與傾向NW的玲瓏斷裂帶交會(huì)形成的閉合區(qū)域內(nèi)，兩個(gè)深大斷裂在地?zé)崽锏臇|北部雙頂山附近開始交會(huì)，從交會(huì)部位向西南地?zé)崽锓较驍嗔呀粫?huì)帶不斷加深，深切的斷裂不僅溝通了深部熱源，也為地表水通過構(gòu)造裂隙進(jìn)入地殼深部提供了條件[18]，同時(shí)由于近EW向斷裂的切割作用，使得地?zé)崽锵虏繋r石更加破碎，導(dǎo)水能力更強(qiáng)，更有利于地?zé)崴纳嫌浚?dāng)?shù)叵滤?jīng)過深循環(huán)加熱后形成局部的上升壓力，地?zé)崴蜁?huì)沿著斷裂交會(huì)形成的破碎通道上涌形成地?zé)崽?圖5)。
1—斷裂構(gòu)造帶及傾向、傾角；2—推測(cè)的兩條斷裂不同深度復(fù)合投影線；3—地?zé)嶂饕植紖^(qū)；4—冷熱水循環(huán)路徑；5—剖面線；6—溫泉圖5 區(qū)域斷控?zé)釋?dǎo)水裂構(gòu)造復(fù)合關(guān)系圖[18]
綜上所述，可以斷定地?zé)崃黧w補(bǔ)給源并不是來自于地?zé)崽镏苓叺乃w補(bǔ)給，而是大氣降雨通過地表次級(jí)小斷裂，入滲進(jìn)入招平斷裂帶與玲瓏斷裂帶交會(huì)復(fù)合形成的破碎帶，進(jìn)入地下深循環(huán)，在合適的部位沿著熱儲(chǔ)通道上涌而形成地?zé)崽?。那么東湯地?zé)崽锏牡責(zé)崃黧w在哪里通過地表入滲進(jìn)入地下的呢？
3 地?zé)崽镅a(bǔ)給區(qū)確定
由于地形變化、季節(jié)變化等所引起的D與18O同位素變化可以被地下水所保留，這些變化可以用來計(jì)算地下水的補(bǔ)給高程[19]。但是不同時(shí)期的D與18O值會(huì)有不同，如冰期的時(shí)候，大氣降水的氘氧值可能會(huì)比較低，而高程效應(yīng)造成的結(jié)果也是氘氧值低，所以，要考慮到時(shí)間的問題。因此為了排除時(shí)間因素對(duì)D與18O值的影響，該次研究取溫泉地?zé)崴M(jìn)行14C同位素測(cè)年分析，確定地?zé)崴难a(bǔ)給年齡。14C測(cè)年的基本原理是應(yīng)用地下水中的溶解無機(jī)碳作為示蹤劑，以14C測(cè)定地下水中溶解的無機(jī)碳的年齡。年齡是根據(jù)地下水的14C濃度與補(bǔ)給時(shí)濃度之間的差別來計(jì)算。其計(jì)算公式如下：
A=A0×e-λ·t
式中：A0—樣品的初始14C放射性濃度(Bq/g)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)取“現(xiàn)代碳”標(biāo)準(zhǔn)(813.6Bq/g)；A—停止交換t年后樣品的14C放射性濃度(Bq/g)；t—停止交換后所經(jīng)歷的時(shí)間；λ—14C的衰變常數(shù)，λ=ln2/T1/2=0.693/T1/2，T1/2為14C半衰期(5730a)，帶入后得到：
t=(1/λ)×ln(A0/A)=8268ln(A0/A)
招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽锏責(zé)崴?4C分析結(jié)果見表3，將所測(cè)數(shù)據(jù)帶入上式，得出招遠(yuǎn)東湯地?zé)崴挲g在3000a左右，而末次冰期發(fā)生時(shí)間在10ka以前，因此可以排除時(shí)間因素對(duì)D與18O值的影響。
表3 天然溫泉地?zé)崴挲g
注：由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試(河北正定)。
按照氫氧同位素的高程效應(yīng)原理，δD值隨著地下水補(bǔ)給高程的增大而減小[20-22]，根據(jù)東湯地?zé)崽锏責(zé)崃黧wδD值變化來計(jì)算地?zé)崃黧w的補(bǔ)給高程，初步推斷其可能補(bǔ)給區(qū)域，補(bǔ)給高程計(jì)算公式如下：
H=(δg-δp)/K+h
式中：H—補(bǔ)給區(qū)高程，m；K—區(qū)域大氣降水δD高度梯度，(-2.5～-2.0)×10-3/100m；δg—溫泉水δD值，×10-3；δp—地?zé)崃黧w采樣點(diǎn)附近大氣降水δD值，×10-3；h—溫泉所在位置的海拔高度，m。
由于研究區(qū)整體海拔相對(duì)內(nèi)陸較低，為64m，該次計(jì)算取δD值為-2.0×10-3/100m，經(jīng)計(jì)算研究區(qū)地?zé)崃黧w補(bǔ)給區(qū)的高程為314～414m之間，該高程是不同高程補(bǔ)給水體的一個(gè)平均高程而非絕對(duì)高程。
膠東地?zé)崽锞鶎儆谑軘嗔褬?gòu)造控制的開放式對(duì)流型柱狀熱儲(chǔ)地?zé)崽镱愋?，斷裂交?huì)形成的柱狀破碎帶為其主要的導(dǎo)水通道，上文論述了F16招平斷裂與F29玲瓏斷裂交會(huì)形成的破碎帶為東湯地?zé)崽锏闹饕畈窟\(yùn)移的導(dǎo)水通道，次級(jí)斷裂F3為將深部地?zé)崃黧w導(dǎo)入地表的主要斷裂。根據(jù)F16,F29斷裂走向、傾向及匯流區(qū)域推測(cè)地?zé)崽锏哪喜可絽^(qū)、北部山區(qū)為可能的主要的匯流補(bǔ)給區(qū)，但從地形上南部山區(qū)高程普遍在314m以下，不滿足計(jì)算的東湯地?zé)崽镅a(bǔ)給高程條件，因此可以確定其補(bǔ)給區(qū)域主要在招遠(yuǎn)城區(qū)的東北部雙頂山區(qū)域，距離地?zé)崽锛s15km(圖6)。通常地?zé)崴难a(bǔ)給來源并不是單一的補(bǔ)給源，但是由于取樣的地?zé)崴嵌喾窖a(bǔ)給源的水體混合后的結(jié)果，因此，通過D同位素高程效應(yīng)計(jì)算的補(bǔ)給區(qū)高程是一個(gè)多方補(bǔ)給高程的綜合平均值，雙頂山區(qū)域是該地?zé)崽锏闹饕难a(bǔ)給源，而并非是唯一的補(bǔ)給源。
圖6 招遠(yuǎn)東湯地?zé)崽镏饕a(bǔ)給區(qū)域
4 東湯地?zé)崽镅a(bǔ)徑排模型
根據(jù)東湯地?zé)崽镎?、招3、招4、招5、招6、招10、招11地?zé)峋疁y(cè)溫?cái)?shù)據(jù)及斷裂構(gòu)造分布情況得出東湯地?zé)崽锲矫娴販貓?chǎng)分布圖(圖7)及剖面圖(圖8)。從圖中可以看出東湯地?zé)崽镏行奈挥诙嘟M斷裂構(gòu)造交會(huì)復(fù)合部位，這與前面的論述相一致。地?zé)崽镎w呈NW-SE向分布，地?zé)崽锬蠔|部位溫度明顯高于北西部位溫度，從溫度分布可以推斷熱儲(chǔ)從南東向北西由深到淺分布(圖8)。
根據(jù)東湯地?zé)崽锏臉?gòu)造特征，受招平斷裂帶、玲瓏斷裂帶及近EW向次級(jí)斷裂的控制，地?zé)崴纳嫌客ǖ罏?個(gè)斷裂交會(huì)復(fù)合破碎帶，其中招平斷裂與玲瓏斷裂交會(huì)破碎帶為地下水往深部運(yùn)移的主要徑流通道；D，18O同位素的高程效應(yīng)計(jì)算東湯地?zé)崽锏难a(bǔ)給高程為314～414m，結(jié)合導(dǎo)水?dāng)嗔训淖呦蚣皟A向特征確定東湯地?zé)崽锏难a(bǔ)給區(qū)為距離招遠(yuǎn)城區(qū)東北部15km的雙頂山區(qū)域，其補(bǔ)給-徑流-排泄模型見圖9。大氣降雨在雙頂山地區(qū)降落至地表，通過地表裂隙進(jìn)入地下，在循環(huán)的過程中首先吸收圍巖中的熱量，當(dāng)?shù)叵滤畯奈⑿×严哆M(jìn)入到比較破碎的玲瓏斷裂帶及其影響帶(F26)附近時(shí)，地下水沿?cái)嗔褞貧ど畈窟\(yùn)移，在深循環(huán)的過程中，地下水吸收大地?zé)醾鲗?dǎo)熱再次加熱，此時(shí)地?zé)崴臏囟韧ǔＪ钦４蟮責(zé)崃髟鰷仡愋偷牡責(zé)崴?，而?dāng)?shù)叵滤俅瘟鹘?jīng)深切割的導(dǎo)熱斷裂帶(F19)附近時(shí)，地下水與導(dǎo)熱斷裂發(fā)生水熱對(duì)流，地下水迅速升溫形成高溫地?zé)崃黧w，此時(shí)當(dāng)?shù)責(zé)崽锷戏降拇渭?jí)斷裂(F3)溝通深部地?zé)崴畷r(shí)，加熱后的地?zé)崴刂鴶嗔哑扑椴课簧嫌啃纬傻責(zé)崽铩?/p>
圖7 東湯地?zé)崽锏販貓?chǎng)平面分布圖
圖8 東湯地?zé)崽锏販貓?chǎng)剖面圖
圖9 東湯地?zé)崽锏責(zé)崴畞碓醇把a(bǔ)徑排機(jī)制模型示意圖
5 結(jié)論
(1)招遠(yuǎn)市東湯地?zé)崽镌趨^(qū)域上主要受招平斷裂帶、玲瓏斷裂帶及地?zé)崽镏苓叴渭?jí)斷裂帶的共同影響，兩深大斷裂的交會(huì)復(fù)合部位為地下水的入滲補(bǔ)給、深循環(huán)徑流及上涌提供了良好的通道，深大斷裂是控制該地?zé)崃黧w形成的主導(dǎo)因素，次級(jí)斷裂是控制地?zé)崽锍雎段恢玫闹饕蛩亍?/p>
(2)東湯地?zé)崽锏責(zé)崴械腃l-，F(xiàn)-，Ba2+，Li-，Sr2+，H2SiO3等離子及TDS濃度遠(yuǎn)高于其周邊的水體化學(xué)成分，特別是TDS高達(dá)3312ng/L，明顯區(qū)別于周邊水體；隨著埋藏深度的增加，地?zé)崴?、基巖水及第四系水的δ18O與δD值逐漸偏負(fù)，證明地?zé)崴c其周邊的基巖水及第四系水之間并無水力聯(lián)系，證明地?zé)崴难a(bǔ)給并不是地?zé)崽镏苓吽w的直接補(bǔ)給，而是通過深循環(huán)補(bǔ)給。
(3)根據(jù)氫氧同位素的高程效應(yīng)，計(jì)算東湯地?zé)崽锏責(zé)崴难a(bǔ)給高程為314～414m；由地?zé)崽锏腄，18O同位素與山東省東部地區(qū)大氣降雨線的關(guān)系可以看出，東湯地?zé)崽锏牡責(zé)崴畞碓从诖髿饨涤甑难a(bǔ)給；大氣降雨在距離地?zé)崽?5km處的雙頂山地區(qū)降落到地表后沿地表裂隙進(jìn)入地下，然后沿著招平斷裂與玲瓏斷裂復(fù)合的破碎通道運(yùn)移至地殼深部形成地?zé)崃黧w。
(4)地?zé)崴嵌喾窖a(bǔ)給來源的水體混合后的結(jié)果，通過D同位素高程效應(yīng)計(jì)算的補(bǔ)給區(qū)高程是一個(gè)多方補(bǔ)給高程的綜合平均值，雙頂山區(qū)域是該地?zé)崽锏闹饕难a(bǔ)給源，而并非是唯一的補(bǔ)給源。
(5)水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)也可以將全市區(qū)范圍的水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)接入，尤其是水源地的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以便于綜合分析沉降產(chǎn)生的原因等。
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