何沛欣

摘要：地?zé)崃黧w成因機制涉及熱力-水力-化學(xué)（THC）多過程耦合模式。探討覆蓋型巖溶地區(qū)地?zé)崃黧w成因，對地?zé)峥茖W(xué)開發(fā)利用，劃分生態(tài)環(huán)境保護區(qū)具有重要意義。本文綜合運用水化學(xué)組分和同位素示蹤方法，探討了惠州市某覆蓋型巖溶地?zé)崽锍梢驒C制。

關(guān)鍵詞：覆蓋型巖溶地?zé)崽?水文地球化學(xué);成因機制

1.引言

地?zé)崃黧w的水文地球化學(xué)信息指示著地下水補給來源、水-巖作用及地下水年齡等地?zé)嵯到y(tǒng)水循環(huán)特征[1]。氣體含量變化與深部斷裂構(gòu)造的開閉屬性、新構(gòu)造運動、巖漿活動等密切相關(guān)[2];氚年齡測定可推算水循環(huán)周期，反映熱儲連通性及儲水調(diào)節(jié)性[3];碳、氦同位素組分特征可用于判定熱儲層幔源物質(zhì)是否混入起加熱作用[4]。因此，分析地?zé)崃黧w的水文地球化學(xué)特征，查明其物質(zhì)來源和形成機理，對可持續(xù)開發(fā)利用地?zé)崃黧w，合理劃分地?zé)豳Y源遠(yuǎn)景區(qū)、有利區(qū)、目標(biāo)區(qū)和開采區(qū)及充分發(fā)揮地?zé)醿?yōu)越性、經(jīng)濟可行性、地域發(fā)展性都具有重要的意義。

本文以惠州市龍門縣某覆蓋型巖溶地?zé)崽餆岬V水和地下冷水為研究對象，主要通過水化學(xué)分析方法（Piper三線圖、離子比值法、同位素示蹤）的手段，基于地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)條件，探討地?zé)崃黧w水循環(huán)特征，綜合研究其成因機制，為該地?zé)崽锏責(zé)豳Y源可持續(xù)開發(fā)利用與水源保護提供重要數(shù)據(jù)支撐。

2.地?zé)岬刭|(zhì)條件概況

某地?zé)崽锏靥帠|西向佛岡-豐良深大斷裂帶中段南側(cè)，區(qū)域地層自泥盆系上統(tǒng)春灣組到第四系均有發(fā)育。熱儲層由C2sh碳酸鹽巖組成，D3C1m和C1c砂巖、頁巖和泥巖構(gòu)成隔熱蓋層，局部地區(qū)缺失蓋層。

3.數(shù)據(jù)來源及研究方法

水化學(xué)分析數(shù)據(jù)來源于2018年12月采集的枯水期19組地下水樣（其中9個熱礦水樣，10個地下冷水樣）。所有水樣均在現(xiàn)場過0.45μm的微孔濾膜后裝入預(yù)先酸泡并清洗干凈的聚乙烯采樣瓶中，HCO3-采用滴定法測定。分析測試均在廣東省地質(zhì)試驗測試中心完成。

4.結(jié)果與討論

4.1地下水水化學(xué)特征

地下水Piper三線圖如圖1所示。

A組分布在地?zé)崽铮瑢俚叵聨r溶熱水，均為SO4?HCO3-Na?Ca型地?zé)崃黧w（包括地?zé)峋衣逗妥匀怀雎叮?。pH介于7.40～7.66，陽離子含量Na+>Ca2+>Mg2+，陰離子含量SO42->HCO3->Cl-，說明地?zé)崃黧w處于還原環(huán)境。

B組包括泉水和淺層地下水，包括層狀裂隙型冷水和孔隙型冷水，以HCO3-Ca、HCO3-Ca?Na為主，HCO3-Ca?Mg、HCO3?SO4-Ca次之。pH介于6.55～7.38，主要離子為SO42-、HCO3-、Na+、Ca2+和Mg2+。

C組分布在地?zé)崽锿鈬?，屬HCO3-Ca?Na型地下巖溶熱水。pH值介于7.29～7.75，與地?zé)崽餆岬V水的差異性在于HCO3-、Na+和Ca2+含量，陽離子Ca2+>Na+>Mg2+，陰離子HCO3->SO42->Cl-，說明地?zé)崽锏責(zé)崃黧w與其他龍門縣地?zé)崽锏臒岬V水成因機制具有一定的差異性。

D組包括零星分布的兩個淺層地下冷水，HCO3?SO4-Ca?Na型，pH值在7.04～7.25之間，主要離子為SO42-、HCO3-、Na+和Ca2+。

由此可知，地?zé)崽飪?nèi)地?zé)崃黧w的補給徑流背景和存儲環(huán)境相似，水-巖相互作用具有同一性，所取水樣屬同一地?zé)嵯到y(tǒng)。為充分發(fā)揮地?zé)峥沙掷m(xù)發(fā)展性和經(jīng)濟可行性，綜合研究同一地?zé)嵯到y(tǒng)內(nèi)群井開發(fā)的干擾程度、合理劃分開采區(qū)和保護區(qū)具有重要意義。

4.2水-巖相互作用

Na-K-Mg三角圖[5]是一種將地?zé)崃黧w劃分為完全平衡水、部分平衡水和未成熟水的圖解方法，可進一步研究地?zé)崽锏責(zé)崃黧w與圍巖之間的平衡狀態(tài)和水源混合趨勢。由圖2可以看出，所有地下熱水樣都位于Mg右下角端元處，屬未成熟水。以含鈉、鉀為主的鋁硅酸礦物如鈉長石、鉀長石、伊利石、云母等礦物均未達到飽和狀態(tài)，說明地?zé)崃黧w來源于較熱環(huán)境，沿斷裂上升過程中受淺層未成熟冷水混合稀釋，由飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)化為未飽和狀態(tài)。SiO2溫標(biāo)估算熱儲溫度為156.8°C～161.1°C，均高于實測值，反映了地?zé)崽锞植可w層缺失，且蓋層較薄的地質(zhì)條件，因此計算值僅代表地?zé)崽餆醿Φ纳畈繙囟缺尘爸怠?/p>

4.3地?zé)崃黧w的水文地球化學(xué)過程與特征

由圖3a可知，地下冷水中HCO3-和Ca2+的摩爾濃度比介于2∶1至3∶1之間，以溶解方解石（CaCO3）為主;其比值接近2∶1，表明相比白云石（CaMg（CO3）2）溶解，方解石的溶解所占比重更大。地?zé)崃黧w中Ca2+含量遠(yuǎn)大于HCO3-，這是因為在較高平衡溫度環(huán)境下，高濃度的Ca2+易與HCO3-形成Ca-CO3沉淀，熱水中白云石、方解石、文石等碳酸鹽礦物均為過飽和狀態(tài)，碳酸鹽巖礦物不再發(fā)生溶解，導(dǎo)致HCO3-含量下降。

由圖3b可知，地下冷水樣落在SO42-+HCO3-與Ca2++Mg2+的1∶1等量線上，說明淺層地下冷水中Ca2+、Mg2+、SO42-、HCO3-主要來源于以方解石、白云石為主的碳酸鹽巖和以石膏（CaSO4?2H2O）為主等硫酸鹽巖的溶解[6]。地?zé)崃黧w中[Ca2++Mg2+]/[HCO3-+SO42-]比值均大于1，說明碳酸鹽、硅酸鹽，硫酸鹽礦物的沉淀溶解平衡主導(dǎo)了地?zé)崃黧w離子形成，這與鉆探揭露的地層巖性（砂巖、頁巖、灰?guī)r和炭質(zhì)灰?guī)r）和物探推測隱伏巖體的成果相一致。

如果地?zé)崃黧w中SO42-全部來源于石膏的溶解，Ca2+和SO42-具有很強的相關(guān)性，其比值應(yīng)為1∶1。由圖3c可知，水中[Ca2+]/[SO42-]比值多小于1，說明水中石膏礦物處于未飽和狀態(tài)。SO42-含量增加，一方面可能是因為含硫鐵礦氧化形成的SO42-沿斷裂帶運移進入地?zé)嵯到y(tǒng)（巖心溶蝕面上見團包狀黃鐵礦），另一方面可能是因為H2S氣體從深部還原的環(huán)境到達淺部地殼時被氧化為SO42-。

由圖3d可知，水中[Mg2+]/[Ca2+]比值均小于1，說明地?zé)崃黧w在地殼淺部徑流過程中受貧鎂礦物（如方解石）影響程度較大。熱水中[Na+]/[Ca2+]比值很大，且Ca2+>Mg2+，作者認(rèn)為熱礦水在水文地球化學(xué)過程中以Ca-Na離子交換為主。

4.4地?zé)崽锍梢?/p>

采集的地?zé)崃黧wδ18O值為-6.6‰～-7.5‰，均值為6.9‰;δD值為-41.1‰～-45.6‰，均值為42.8‰。水樣均落在廣東沿海大氣降水線附近，反映了該地?zé)崽飳俅髿饨邓梢蛐偷責(zé)嵯到y(tǒng)。熱水14C測年顯示，地?zé)崃黧w年齡平均值為0.77ka～18.810ka。一般來說，在局部蓋層缺失、蓋層較薄的地質(zhì)條件下，且地層產(chǎn)狀較陡，一般50°～75°，地下水徑流途徑短，更新較快，與14C測年結(jié)果不符，這說明熱水來源于經(jīng)歷長距離徑流、經(jīng)深循環(huán)加熱的地下水。因此，該覆蓋型巖溶地下熱水成因不同于重慶地區(qū)溫泉成因模式[7]，屬常見的大氣降水補給的斷裂-深循環(huán)型地?zé)崮Ｊ健?/p>

5.結(jié)論

本文基于地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)條件，通過水化學(xué)分析方法，探討了廣東省某覆蓋型巖溶地?zé)崽锍梢蚰Ｊ剑涸趶V東沿海高熱流背景下，大氣降水主要由天堂山-良坑頂一帶補給區(qū)向下入滲，沿石磴子組溶隙及構(gòu)造通道向深部徑流，在坑潭-丫鬟山徑流區(qū)進了深循環(huán)并獲取大地?zé)崃骷訜?，增溫?2°C，形成熱儲;在水壓和密度差作用下，沿斷裂上升以溫泉出露。

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