方曉騏,祁家明,曹豪杰,唐仕堯

（核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關(guān) 512029）

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及地?zé)岜尘?/h2>

棉花坑鈾礦床地處廣東省仁化縣長江鎮(zhèn)境內(nèi)，位于閩贛后加里東隆起西南緣與湘、桂、粵北海西-印支坳陷的結(jié)合部東南緣的諸廣南部巖體中部。區(qū)內(nèi)出露的主要巖性為中?；◢弾r，巖石結(jié)構(gòu)致密堅(jiān)硬，裂隙不發(fā)育，其含水性極微弱，僅地表風(fēng)化帶中含弱的基巖風(fēng)化裂隙潛水。

諸廣巖體南部內(nèi)斷裂構(gòu)造具有多向性、規(guī)模大、活動(dòng)頻繁、性質(zhì)多變和等間距分布的特點(diǎn)，這是巖體內(nèi)能形成多個(gè)大型鈾礦床的重要因素。主要構(gòu)造有NWW向棉花坑斷裂帶和NE向油洞斷裂帶2組，而礦床直接充水?dāng)嗔褞槊藁訑嗔褞В▓D1）。

圖1 棉花坑礦床地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Geological structure map of Mianhuakeng deposit

棉花坑斷裂：在地表呈現(xiàn)出“V”形溝谷，產(chǎn)狀：走向60°～70°，傾向SE，傾角75°～80°，主要由糜棱巖和碎裂花崗巖所組成的破碎帶，發(fā)育中等至強(qiáng)絹云母化、綠泥石化和硅化，說明北東斷裂活動(dòng)具有多階段性［1］。根據(jù)斷裂帶擦痕方向說明，棉花坑斷裂帶早期為壓扭性質(zhì)的斷裂帶；而根據(jù)礦脈的錯(cuò)移方向看，成礦后期形成了張扭性質(zhì)的斷裂帶。

2 區(qū)域地下水類型

沿棉花坑斷裂帶發(fā)育的地下水含水類型有風(fēng)化殼網(wǎng)狀裂隙-孔隙水、花崗巖區(qū)斷裂構(gòu)造裂隙水和基巖裂隙水3種：

風(fēng)化殼網(wǎng)狀裂隙-孔隙水：賦存于花崗巖風(fēng)化帶中，受地形切割強(qiáng)烈影響，地表溪流及河谷發(fā)育，有利于地下水運(yùn)移，對裂隙潛水和構(gòu)造裂隙水具有一定的補(bǔ)給作用。

花崗巖基巖裂隙水：區(qū)內(nèi)巖性單一，主要為中粒黑云母花崗巖，由于巖石致密堅(jiān)硬，賦存條件較差。

花崗巖斷裂構(gòu)造裂隙水：構(gòu)造裂隙水主要賦存在成礦后的石英脈晶洞、硅化碎裂巖及碎裂花崗巖的張性裂隙中，富水程度不均，自上而下減弱。其淺層冷水水質(zhì)類型主要為HCO3—Ca·Na型水，深部熱水水質(zhì)類型主要為HCO3—Na型水，礦化度最高達(dá)0.3 g·L-1，p H值6.7～7.6。

3 研究區(qū)水文地球化學(xué)特征

3.1 研究區(qū)水文地球化學(xué)特征

圖2 研究區(qū)水樣取樣分布圖Fig.2 Map showing the water sampling location in the study area

通過對礦區(qū)周邊的水體水化學(xué)取樣得到的分析結(jié)果，地下熱水水化學(xué)類型主要為HCO3—Na，地表水及泉水化學(xué)類型主要為HCO3－Na·Ca。棉花坑深部基巖裂隙熱水接受大氣降水補(bǔ)給后，在裂隙中徑流時(shí)間長，巖石中各種礦物成分導(dǎo)致地下熱水中各種離子及礦化度相比泉水及地表水高；而地表水及泉水分布在礦區(qū)溝谷處，受大氣降雨直接補(bǔ)給，因此礦化度相對較低。

由圖3水化學(xué)Piper圖可將研究區(qū)地下熱水及其補(bǔ)給區(qū)的地下冷水分為3組。分別為：棉花坑鈾礦床地下熱水，礦床附近出露的泉水及補(bǔ)給區(qū)的地表冷水。

圖3 研究區(qū)地下水水化學(xué)Piper三線圖Fig.3 Hydrochemistry Piper diagram of groundwater in the study area

表1 研究區(qū)水質(zhì)離子摩爾百分?jǐn)?shù)一覽表Table 1 A list of water quality molar percentages in the study area

A組為來自棉花坑鈾礦床地全身下熱水，主要為賦存于NE向的棉花坑斷裂全身帶的構(gòu)造裂隙水。水化學(xué)類型多為HCO3—Na型水。其水化學(xué)組分相似。水中主要離子為和Ca2+，陽離子含量大小排序?yàn)镹a+＞Ca2+＞K+，陰離子含量大小排序?yàn)椋綜l-。

B組為研究區(qū)礦床附近出露的泉水。水化學(xué)類型主要為HCO3—Ca·Na型水。水中主要離子為、Ca2+、Na+，陽離子含量大小排序?yàn)镃a2+＞Na+＞K+，陰離子含量大小排序?yàn)椋綜l-。

C組為補(bǔ)給區(qū)的地表水。水化學(xué)類型主要為HCO3—Ca·Na型水。水中主要離子為、Ca2+和Na+，陽離子含量大小排序?yàn)镹a+＞Ca2+＞K+，陰 離 子 含 量 大 小 排 序 為＞Cl-。

3.2 地下熱水化學(xué)特征分析

地下熱水偏硅酸含量超過地表水和泉水約4～8倍［5］，是由于分布較廣的花崗巖中往往含硅較高，且棉花坑斷裂帶規(guī)模較大，往深部延續(xù)性較好，儲(chǔ)水空間較為可觀，有充足的時(shí)空條件。地下水徑流緩慢，循環(huán)途徑較長，是地下水中偏硅酸等離子遷移富集的有利條件。

雖然地下熱水與淺層地下水、泉水等補(bǔ)給來源都為大氣降水，礦物組分差異可以看出，經(jīng)過巖層的深層滲濾作用，礦物組分發(fā)生了改變，主要差異陽離子主要為Ca2+，陰離子為HCO3-、SO42-，應(yīng)是由于地下水在徑流作用下，溶濾出構(gòu)造帶內(nèi)富集的各種礦物導(dǎo)致，該指標(biāo)的差異性顯示出地下熱水更易溶濾出巖層中的礦物組分，可能對深部找礦具有一定的指導(dǎo)意義。

3.3 熱儲(chǔ)溫度計(jì)算

地?zé)釡貥?biāo)類型很多各種溫標(biāo)都有其適用條件，根據(jù)地?zé)崽锏木唧w條件選用。K/Mg地?zé)釡貥?biāo)代表不太深處熱水貯集層中的熱動(dòng)力平衡條件，尤其適用于50～300℃中低溫地?zé)嵯到y(tǒng)，這時(shí)液體與宿主巖體的全部礦物組合之間并未達(dá)到平衡〔2〕，根據(jù)《地?zé)岬刭|(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T 11615—2010）附錄A可知計(jì)算方法為：

式中：C2—水中鉀的濃度，mg·L-1；C3—水中鎂的濃度，mg·L-1。該式代表不太深處熱儲(chǔ)層中的熱動(dòng)力平衡條件，適用于中低溫地?zé)崽铩?/p>

根據(jù)以上水化學(xué)資料計(jì)算，研究區(qū)地?zé)崴甂/Mg地球化學(xué)溫標(biāo)估算的棉花坑斷裂帶中熱儲(chǔ)溫度為67.78℃，井口涌水實(shí)測水溫為46℃，考慮淺層冷水混合作用，孔深377 m鉆孔實(shí)測溫度為51℃，因此使用的K/Mg地球化學(xué)溫標(biāo)估算的熱儲(chǔ)溫度接近于井底實(shí)際情況。地下熱水的Na+、K+含量均高于泉水及地表水，Ca2+、和含量明顯高于地下冷水，而Cl-濃度為3.04 mg·L-1，低于其他泉水，常規(guī)組分含量的差異顯示出地下熱水與上部冷水交換并不頻繁，而偏硅酸含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地表水及泉水表示地下熱水活動(dòng)緩慢且滯留時(shí)間長，溫度較為穩(wěn)定。

4 地下熱水成因探討

1）區(qū)內(nèi)地下熱水來源于大氣降水，補(bǔ)給區(qū)位于棉花坑河上游至南山一帶海拔650～1150 m的區(qū)域［5］，地表水易通過風(fēng)化花崗巖裂隙及斷裂帶中基巖裂隙所形成的通道滲濾，再經(jīng)于下部的熱源混融增溫再運(yùn)移或通過熱傳導(dǎo)使含水體受熱，使較冷的地下水變?yōu)闊崴?/p>

2）礦床內(nèi)地?zé)嵩粗饕欠稚⒃趲r體中的熱量。礦床內(nèi)侵入燕山早期的巖體復(fù)雜多變，從另一角度闡明了該區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，熱源深度較大且向深部延伸。地下熱水中硫酸根離子含量的增高，說明地下水與巖體在深部產(chǎn)生水/巖（在熱能的驅(qū)使下）交換，巖體余熱提供了熱源。

3）棉花坑鈾礦床附近斷裂帶多屬壓扭性斷裂帶，對儲(chǔ)水導(dǎo)水是不利的，但棉花坑斷裂帶切割了一組SN向構(gòu)造蝕變斷裂帶產(chǎn)生構(gòu)造復(fù)合，斷裂發(fā)生轉(zhuǎn)折，在斷裂發(fā)生偏轉(zhuǎn)的部位可能具有張性或張扭性，從而產(chǎn)生地下水通道。而根據(jù)棉花坑鈾礦床涌水孔位置來看，多集中在北部，即棉花坑斷裂與SN向構(gòu)造帶的區(qū)域構(gòu)造交匯部位附近，驗(yàn)證了深部交匯部位可能具有張性，為地下熱源提供儲(chǔ)水空間。

4）棉花坑礦區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)是一個(gè)在花崗巖巖體中發(fā)育起來的裂隙介質(zhì)深循環(huán)對流型地?zé)嵯到y(tǒng)。該系統(tǒng)主要熱源為巖石熱能，在正常的區(qū)域熱背景下，深部受到加熱的地下水就會(huì)上升，而溫度較低地下水則會(huì)下降和側(cè)向運(yùn)動(dòng)以填補(bǔ)空位，運(yùn)動(dòng)至深部受到加熱后再上升，形成地?zé)嵫h(huán)。在由補(bǔ)給區(qū)地下水通過棉花坑斷裂帶內(nèi)的深循環(huán)將地殼深部的熱量帶至排泄區(qū)，儲(chǔ)存于棉花坑斷裂帶深部硅化帶晶洞、裂隙中，形成礦區(qū)的中低溫?zé)崴Y源。

圖4 棉花坑礦床深部地下熱水概念模型剖面示意圖Fig.4 Conceptual model for deep underground hot water in Mianhuakeng deposit

5 結(jié)論

1）棉花坑地下熱水的形成是大氣降水以棉花坑斷裂帶為補(bǔ)給通道，經(jīng)過長時(shí)間的徑流作用到達(dá)深部熱源，受到巖石熱能交換加熱，并儲(chǔ)存于構(gòu)造復(fù)合部位，鉆孔揭露后涌出。

2）棉花坑礦床地下熱水水化學(xué)類型與地表水及大氣降水區(qū)別明顯，主要體現(xiàn)于偏硅酸離子、硫酸根離子及重碳酸根離子濃度異常，初步判別為地下水在經(jīng)過漫長的滲流下，在熱能的驅(qū)使下溶濾出巖石的常量組分所致，且徑流時(shí)間長，地下熱水層位穩(wěn)定。

3）根據(jù)K/Mg溫標(biāo)計(jì)算得出棉花坑礦床熱儲(chǔ)溫度為67.78℃，與鉆孔涌出熱水對比，由K/Mg溫標(biāo)計(jì)算得出的熱儲(chǔ)溫度較為可信，K/Mg溫標(biāo)計(jì)算方法適用于該地區(qū)熱儲(chǔ)溫度的計(jì)算。