姜 哲，周 訓(xùn),2，陳柄樺,2，陶廣斌，李 狀，曹入文，隋麗嬡

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地下水循環(huán)與環(huán)境演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

0 引 言

地?zé)嵯到y(tǒng)是指按照其地質(zhì)、水文和能量傳遞的特點(diǎn)，通過(guò)水、蒸汽等流體將分散的熱能量聚集運(yùn)移，并在適宜的環(huán)境構(gòu)成能量資源的系統(tǒng)[1]。Rybach和Muffler[2]根據(jù)地質(zhì)環(huán)境和熱量傳遞方式將地?zé)嵯到y(tǒng)分為對(duì)流型及傳導(dǎo)型兩大類(lèi)，目前此分類(lèi)一直為國(guó)際地?zé)峤缪赜?。我?guó)是地?zé)豳Y源相對(duì)豐富的國(guó)家，地?zé)豳Y源總量約占全球的7.9%[3]，以中低溫地?zé)豳Y源為主，主要分布于大型沉積盆地和隆起山地的斷裂帶上[4]，高溫地?zé)豳Y源主要分布在藏南、滇西、川西和臺(tái)灣地區(qū)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)高溫地?zé)嵯到y(tǒng)200多處[5]。按構(gòu)造成因，可將我國(guó)的地?zé)豳Y源分為沉積盆地型地?zé)豳Y源和隆起山地型地?zé)豳Y源兩大類(lèi)型[6]。王建國(guó)等[7]應(yīng)用地表地球化學(xué)方法分析沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)與隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)的特點(diǎn)，得出最有利富熱部位的有效地球化學(xué)判識(shí)指標(biāo)，并認(rèn)為二者在地球化學(xué)異常模式上存在很大差異。譚肖波等[8]認(rèn)為山東高青縣地下熱水屬于沉積盆地型地?zé)豳Y源，地下熱水沉積封閉、徑流緩慢、礦化度高。溫煜華等[9]分析甘肅武山地?zé)崽锏叵聼崴臍溲跬凰靥卣鳎贸龅叵聼崴饕獊?lái)源為山區(qū)大氣降水。拓明明等[10]對(duì)重慶地區(qū)部分溫泉進(jìn)行研究，得出重慶溫泉出露主要受背斜構(gòu)造的控制，屬于盆地-出露型地下熱水分布類(lèi)型。盧麗等[11]通過(guò)計(jì)算四川昭覺(jué)縣竹核溫泉的補(bǔ)給高程、循環(huán)深度、冷熱水混合比例等，總結(jié)了該溫泉的成因模式。Fournier和Rowe[12]提出地下熱水在上升過(guò)程中，隨著溫度降低，水中SiO2的含量十分穩(wěn)定，可以用于估算地下熱水的熱儲(chǔ)溫度。Reed等[13]提出多礦物飽和指數(shù)法，以多種礦物同時(shí)達(dá)到平衡時(shí)的收斂溫度作為熱儲(chǔ)溫度。Giggenbach[14]創(chuàng)立了Na-K-Mg等一系列三角圖，用來(lái)判斷地?zé)崃黧w中的物質(zhì)來(lái)源。Pang和Reed[15]針對(duì)水化學(xué)數(shù)據(jù)中經(jīng)常缺失Al的情況，提出固定鋁的方法來(lái)修正Q/K圖，使熱儲(chǔ)溫度的計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。Mohammadi等[16]利用多礦物飽和指數(shù)法來(lái)估算伊朗Zagros地區(qū)地下熱水熱儲(chǔ)溫度。黃珣等[17]應(yīng)用固定鋁的方法修正Q/K圖來(lái)計(jì)算康定中谷地區(qū)熱儲(chǔ)溫度，取得了較好的計(jì)算結(jié)果。

前人自20世紀(jì)60年代以來(lái)，開(kāi)展了四川康定市的地質(zhì)和地?zé)岬刭|(zhì)的研究工作。劉再華等[18]對(duì)四川黃龍溝、康定和云南中甸下給3個(gè)地?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行分析，得出3個(gè)地?zé)嵯到y(tǒng)中CO2源自石灰?guī)r變質(zhì)CO2和幔源CO2混合。卞躍躍等[19]認(rèn)為康定雅拉河、榆林河地區(qū)地下熱水是由大氣降水在山區(qū)的補(bǔ)給區(qū)入滲，向下徑流至儲(chǔ)集層，然后受地下深部熱源加熱形成。李玥樾和李曉[20]對(duì)康定二道橋至榆林宮54個(gè)熱水點(diǎn)的出露情況進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)所有熱水均沿著斷裂及水系分布。郭琦和Guo等[21-22]認(rèn)為康定北部雅拉鄉(xiāng)地區(qū)地下熱儲(chǔ)層為三疊系變質(zhì)巖(板巖)，深部地下熱水補(bǔ)給來(lái)源可能為冰雪融水單一補(bǔ)給，而康定南部榆林宮地區(qū)則分為深部的黑云母花崗巖熱儲(chǔ)和淺部的二疊系變質(zhì)板巖熱儲(chǔ)，深部地下熱水補(bǔ)給來(lái)源可能為巖漿水和冰雪融水的混合補(bǔ)給，并總結(jié)了地下熱水的循環(huán)模式。陳炳樺[23]對(duì)康定南部榆林宮地區(qū)溫泉的水化學(xué)特征進(jìn)行了分析，并開(kāi)展反向水文地球化學(xué)模擬，得出地下水在徑流過(guò)程中發(fā)生的礦物溶解-沉淀反應(yīng)。本次研究在野外調(diào)查和采樣測(cè)試的基礎(chǔ)上，分析了康定市北側(cè)二道橋溫泉(SC107、SC107-2)，以及附近人工鉆成的自流熱水井，即康巴人家溫泉(SC107-3)、自流熱水井(SC107-4)和自噴熱水井(SC107-5)的出露特征，以及溫泉的補(bǔ)給來(lái)源、補(bǔ)給區(qū)高程、補(bǔ)給區(qū)溫度，利用SiO2地?zé)釡貥?biāo)和多礦物飽和指數(shù)法估算熱儲(chǔ)溫度，并總結(jié)了該地區(qū)溫泉的成因模式，可為二道橋地區(qū)的地?zé)峥辈楹烷_(kāi)發(fā)利用提供重要依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 地質(zhì)概況

本次研究的5個(gè)溫泉 (鉆井)位于康定市以北1～3 km的雅拉河兩岸，雅拉河由北向南流到康定市區(qū)，匯入康定河，向東流入大渡河。區(qū)域內(nèi)地形高差較大，區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)，即貢嘎雪山主峰海拔7 556 m，而河谷地區(qū)海拔在1 500 m左右，巨大的地形高差使地下水獲得山區(qū)的大氣降水向下入滲補(bǔ)給后極易進(jìn)行深循環(huán)，這也是區(qū)內(nèi)地下熱水形成的重要因素之一。研究區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫7.1 ℃，年平均降水量832 mm，降雨主要集中在5—9月，占全年降水量約77%。

研究區(qū)在大地構(gòu)造上地處松潘—甘孜地塊，位于地中?！柴R拉雅地?zé)釒|部的鮮水河走滑斷裂帶上。鮮水河斷裂帶是位于川西地區(qū)深切地殼的深大斷裂，受印度板塊向亞歐板塊擠壓碰撞的影響，鮮水河斷裂發(fā)生強(qiáng)烈的左行走滑活動(dòng)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，大地?zé)崃髦蹈撸瑸榈叵聼崴男纬商峁┝擞欣麠l件。區(qū)內(nèi)發(fā)育多條斷裂 (圖1)，由西向東依次為大雪山—農(nóng)戈山斷裂、紅衛(wèi)鄉(xiāng)斷裂、雅拉溝斷裂以及跑馬山斷裂。4條斷裂均為鮮水河斷裂帶的次級(jí)斷裂。其中大雪山—農(nóng)戈山斷裂為NW走向、傾向?yàn)镹E，為區(qū)內(nèi)最長(zhǎng)的斷裂。雅拉溝斷裂為NW走向、傾向?yàn)镹E，沿此斷裂發(fā)育雅拉河谷。紅衛(wèi)鄉(xiāng)斷裂為NS走向、傾向正東，跑馬山斷裂為NE走向、傾向?yàn)镹W，兩條斷裂最終均與大雪山—農(nóng)戈山斷裂相交，且跑馬山斷裂在中段被雅拉溝斷裂反扭切斷。斷裂深切地層，溝通深部熱源，斷裂破碎帶為大氣降水入滲和地下熱水上升提供了通道。此次研究的5個(gè)泉點(diǎn)(SC107、SC107-2、SC107-3、SC107-4、SC107-5)均分布在沿雅拉溝斷裂發(fā)育的雅拉河谷中，其分布和出露都受到斷裂和地形的控制。

區(qū)域出露了大面積晉寧期花崗閃長(zhǎng)巖和燕山期花崗巖 (圖1)，主要分布在大雪山—農(nóng)戈山斷裂以西以及跑馬山斷裂以東。其間出露有三疊系、泥盆系、志留系、震旦系的地層。三疊系地層巖性主要為砂礫巖、板巖、結(jié)晶灰?guī)r，泥盆系地層巖性主要為板巖夾千枚巖、結(jié)晶灰?guī)r及石英砂巖，志留系地層巖性主要為結(jié)晶灰?guī)r、大理巖、千枚巖、白云巖，震旦系地層巖性主要為大理巖、千枚巖夾白云巖、砂巖。研究區(qū)熱儲(chǔ)呈帶狀分布，熱儲(chǔ)層為泥盆系危關(guān)群組千枚巖、結(jié)晶灰?guī)r和志留系茂縣群細(xì)晶灰?guī)r、千枚巖、石英砂巖。

1.2 溫泉概況

于2019年7月對(duì)研究區(qū)5個(gè)溫泉點(diǎn)進(jìn)行野外調(diào)查，并采集水樣進(jìn)行測(cè)試。野外調(diào)查主要對(duì)溫泉點(diǎn)的經(jīng)緯度、標(biāo)高、出露環(huán)境以及泉水的溫度、pH、Eh、游離CO2含量進(jìn)行觀(guān)測(cè)，溫泉野外觀(guān)察概況如下：

二道橋溫泉有數(shù)十個(gè)泉眼，出露于雅拉河兩岸，SC107和SC107-2分別采集于二道橋溫泉的“族”泉眼和“衛(wèi)”泉眼 (溫泉浴池直接置于泉眼之上)。另有一個(gè)游泳池直接建在若干泉眼之上。“族”泉眼(SC107)溫度40.8 ℃，泉口出露少量泥盆系危關(guān)群組灰?guī)r，周?chē)鸁o(wú)鈣華沉積，還有一個(gè)小泉眼也出露于灰?guī)r，周?chē)猩倭库}華沉積，泉水溫度33.2 ℃，用于地震觀(guān)測(cè)。該溫泉已被人為修建為洗浴中心。

康巴人家溫泉(SC107-3)位于二道橋溫泉以北約80 m的雅拉河?xùn)|岸，為人工鉆井揭露形成，井口出露于志留系茂縣群灰?guī)r，泉口沉積少量鈣華，水頭高于地面，呈自流狀態(tài)，有輕微的H2S氣味，泉水溫度46 ℃，實(shí)測(cè)pH為6.5。

自流熱水井(SC107-4)位于二道橋溫泉以南約800 m的雅拉河?xùn)|岸，為人工打成的自流井，井口處出露于志留系茂縣群灰?guī)r，附近沉積少量鈣華，且具有輕微的H2S氣味，熱水溫度36.7 ℃，實(shí)測(cè)pH為6.3。

自噴熱水井(SC107-5)位于二道橋溫泉以南約1 km處的雅拉河西岸，熱水自噴出井口，井口出露于志留系茂縣群灰?guī)r，現(xiàn)井口已被公路掩埋，熱水通過(guò)水管向雅拉河噴出排放。井口有少量鈣華沉積，并有輕微H2S氣味。熱水溫度36 ℃，實(shí)測(cè)pH為6.4。

溫泉水樣由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成測(cè)試。其中HCO3-依據(jù)《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法 滴定法測(cè)定重碳酸根》(DZ/T 0064.49—1993)測(cè)定，Cl-、SO42-依據(jù)《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法 離子色譜法測(cè)定氯離子和硫酸根》(DZ/T 0064.51—1993)測(cè)定，Ca2+、Mg2+、Na+、K+依據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 金屬指標(biāo)》(GB/T 5750.6—2006)測(cè)定，TDS依據(jù)《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法 溶解性固體總量的測(cè)定》(DZ/T 0064.9—1993)測(cè)定，Si依據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》(GB/T 5750.6—2006)測(cè)定，δ2H和δ18O分別依據(jù)《水中氫同位素鋅還原法測(cè)定》(DZ/T0184.19—1997)和《天然水中氧同位素二氧化碳-水平衡法測(cè)定》(DZ/T0184.21—1997)完成測(cè)定。經(jīng)陰陽(yáng)離子平衡誤差檢查，水樣誤差范圍為0.4%～2.5%，均小于5%。測(cè)試結(jié)果列于表1。

表1 康定二道橋地區(qū)溫泉水樣水化學(xué)數(shù)據(jù)(ρB/(mg/L))

2 同位素特征

大氣降水中氫氧穩(wěn)定同位素組成受溫度效應(yīng)、季節(jié)效應(yīng)、緯度效應(yīng)、大陸效應(yīng)、降雨量效應(yīng)和高程效應(yīng)等多種因素影響[24]。

2.1 地下熱水補(bǔ)給來(lái)源

研究區(qū)采集的熱水樣δ2H值為-95.8‰～-112.6‰，平均值為-102.6‰，δ18O值為-12.9‰～-14.8‰，平均值為-13.6‰(表1)。水樣的δ2H和δ18O比較偏負(fù)，是高程效應(yīng)所致。

根據(jù)地下水樣的δ2H和δ18O數(shù)據(jù)點(diǎn)在δ2H-δ18O關(guān)系圖 (圖2)上的位置，可以判斷地下水的起源[25]。圖2中繪制了全球大氣降水線(xiàn)[24,26]、中國(guó)大氣降水線(xiàn)[27]以及中國(guó)西南地區(qū)大氣降水線(xiàn)[28]?？梢钥闯?，康定二道橋地區(qū)的5個(gè)熱水樣點(diǎn)的δ2H和δ18O的數(shù)據(jù)點(diǎn)均分布于大氣降水線(xiàn)附近，且無(wú)明顯18O漂移現(xiàn)象[29]，說(shuō)明地下熱水均源自大氣降水補(bǔ)給。

2.2 補(bǔ)給高程計(jì)算

地下熱水補(bǔ)給區(qū)高程的計(jì)算是依據(jù)氫氧穩(wěn)定同位素的高程效應(yīng)[24]，即當(dāng)降水高程較高時(shí)，平均氣溫較低，降水中的重同位素相對(duì)貧乏。采用如下公式對(duì)研究區(qū)地下熱水補(bǔ)給高程進(jìn)行計(jì)算。

中國(guó)大氣降水δ2H的高程效應(yīng)公式[30]：

δ2H=-0.02H-27

(1)

西南區(qū)以及青藏高原高程效應(yīng)公式[31]：

δ18O=-0.001 8H-6.86

(2)

式中：H為補(bǔ)給高程，m。計(jì)算結(jié)果列于表2，可以看出，兩個(gè)公式計(jì)算結(jié)果相差較小，取平均值作為研究區(qū)地下熱水的補(bǔ)給區(qū)高程。結(jié)合研究區(qū)地形地貌，得出補(bǔ)給區(qū)高程為3 000～4 500 m，即為雅拉河谷兩側(cè)海拔較高的山區(qū)，該范圍內(nèi)的大氣降水均可對(duì)區(qū)內(nèi)地下熱水進(jìn)行補(bǔ)給。補(bǔ)給區(qū)發(fā)育有跑馬山斷裂與大雪山—農(nóng)戈山斷裂，大氣降水在巨大地形高差 (水頭差)的作用下沿深切斷裂下滲進(jìn)行深循環(huán)，經(jīng)過(guò)地溫增熱，徑流至雅拉河谷出露成泉。

2.3 補(bǔ)給區(qū)溫度

地下熱水補(bǔ)給區(qū)溫度的計(jì)算是依據(jù)氫氧穩(wěn)定同位素的溫度效應(yīng)[25]，即指大氣降水穩(wěn)定同位素?cái)?shù)值與溫度呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。Dansgaard[26]于1964年建立了全球大氣降水中δ2H和δ18O與年平均氣溫(T)之間的線(xiàn)性關(guān)系：

δ2H=5.6T-100

(3)

δ18O=0.695T-13.6

(4)

另外，中國(guó)地區(qū)的大氣降水δ2H值的溫度效應(yīng)一般可表示為[30]：

δ2H=3T-92

(5)

表2 康定二道橋地區(qū)溫泉的補(bǔ)給高程

表3 康定二道橋地區(qū)溫泉的補(bǔ)給區(qū)溫度

式中：T為年平均氣溫，℃。利用式(3)、(4)和(5)估算研究區(qū)5個(gè)溫泉水樣的補(bǔ)給區(qū)溫度結(jié)果列于表3。

由表3可知，式(3)與式(4)計(jì)算結(jié)果比較接近，式(5)計(jì)算結(jié)果略偏低。根據(jù)研究區(qū)年平均氣溫以及補(bǔ)給高程計(jì)算結(jié)果，取3個(gè)式子計(jì)算結(jié)果的平均值作為補(bǔ)給區(qū)溫度，為-3.5～-0.3 ℃，低于研究區(qū)年平均溫度，是補(bǔ)給區(qū)所在山區(qū)海拔較高及存在冰雪導(dǎo)致的。由補(bǔ)給區(qū)溫度可知，5個(gè)泉點(diǎn)均接受山區(qū)大氣降水和冰雪融水的補(bǔ)給。

3 熱儲(chǔ)溫度計(jì)算

熱儲(chǔ)溫度是評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)潛力的重要依據(jù)，溫度越高的地?zé)嵯到y(tǒng)，其開(kāi)發(fā)潛力也越大。地?zé)釡貥?biāo)是估算熱儲(chǔ)溫度的重要方法。

常用的地?zé)釡貥?biāo)有陽(yáng)離子地?zé)釡貥?biāo)、SiO2地?zé)釡貥?biāo)和同位素地?zé)釡貥?biāo)及氣體同位素溫標(biāo)。

3.1 陽(yáng)離子地?zé)釡貥?biāo)估算熱儲(chǔ)溫度

陽(yáng)離子地?zé)釡貥?biāo)是利用地下熱水化學(xué)組分中的陽(yáng)離子之間的比值與溫度間的關(guān)系建立的。Giggenbach[14]首先提出了用Na-K-Mg三角圖解法，來(lái)評(píng)價(jià)水-巖平衡狀態(tài)，判斷是否適用于陽(yáng)離子地?zé)釡貥?biāo)。三角圖分為3個(gè)區(qū)域：完全平衡水、部分平衡水和未成熟水。根據(jù)研究區(qū)5個(gè)泉點(diǎn)熱水樣檢測(cè)結(jié)果 (表1)繪制了研究區(qū)的Na-K-Mg三角圖 (圖3)，可以看出，5個(gè)水樣點(diǎn)均落在三角圖右下角未成熟水的區(qū)域，說(shuō)明所有水樣點(diǎn)均未達(dá)到水-巖作用平衡狀態(tài)，可能是因?yàn)闊崴谏仙^(guò)程中與淺部冷水發(fā)生混合，或地下水在熱儲(chǔ)中未與圍巖充分反應(yīng)。故陽(yáng)離子地?zé)釡貥?biāo)不適用于估算研究區(qū)熱儲(chǔ)溫度。

3.2 SiO2地?zé)釡貥?biāo)估算熱儲(chǔ)溫度

由于在地下深處恒定溫度下有很長(zhǎng)的滯留時(shí)間，地下熱水可以與SiO2達(dá)到溶解平衡。且地下熱水向上運(yùn)移快速達(dá)到地面的過(guò)程中，SiO2很少或幾乎不發(fā)生沉淀[12]。因此，SiO2常被用來(lái)計(jì)算熱儲(chǔ)的溫度。

表4 康定二道橋地區(qū)溫泉熱儲(chǔ)溫度估算結(jié)果

常用的SiO2地?zé)釡貥?biāo)如下：

(1)石英溫標(biāo)-無(wú)蒸汽分離或混合作用[32]：

T=-42.198+0.288 31SiO2-3.6686×
10-4(SiO2)2+3.166 5×
10-7(SiO2)3+77.034 1 lg SiO2

(6)

(2)石英溫標(biāo)-無(wú)蒸汽損失(0～250 ℃)[33]：

T= 1 309/(5.19-lg SiO2)-273.15

(7)

(3)石英溫標(biāo)-最大蒸汽損失在100 ℃(0～250 ℃)[33]：

T= 1 522/(5.75-lg SiO2)-273.15

(8)

(4)α-方英石溫標(biāo)[33]：

T= 1 000/(4.78-lg SiO2)-273.15

(9)

(5)玉髓溫標(biāo)-無(wú)蒸汽損失(0～250 ℃)[33]：

T= 1 032/(4.69-lg SiO2)-273.15

(10)

式中：T為熱儲(chǔ)溫度,℃; SiO2的濃度單位為mg/L。根據(jù)5個(gè)溫泉水樣的Si含量換算成SiO2含量，利用式(6)-式(10)計(jì)算熱儲(chǔ)溫度的結(jié)果列于表4。

由表4可以看出，研究區(qū)所有水樣的熱儲(chǔ)溫度均在100 ℃左右，基本不存在蒸汽損失，故式(8)不適用。式(6)與式(7)計(jì)算結(jié)果相近，得出研究區(qū)熱儲(chǔ)溫度范圍在99～104 ℃之間。采用式(9)計(jì)算所有泉點(diǎn)熱儲(chǔ)溫度均在50 ℃左右，結(jié)果偏低。采用式(10)計(jì)算結(jié)果得出研究區(qū)熱儲(chǔ)溫度范圍在68～75 ℃之間?？梢园l(fā)現(xiàn)，不同公式計(jì)算結(jié)果相差較大，無(wú)法將研究區(qū)熱儲(chǔ)溫度確定在一個(gè)較小的溫度范圍內(nèi)。

在利用SiO2含量計(jì)算熱儲(chǔ)溫度時(shí)，可以應(yīng)用SiO2-lg (K2/Mg)圖或SiO2溶解度曲線(xiàn)圖來(lái)反映SiO2的存在形態(tài)，以此來(lái)判斷采用何種SiO2溫標(biāo)更為適合。Giggenbach 和 Glover[34]和Giggenbach et al.[35]利用SiO2-lg (K2/Mg)圖判斷地下熱水中不同二氧化硅礦物的平衡狀態(tài)，進(jìn)而選取對(duì)應(yīng)的二氧化硅礦物來(lái)計(jì)算熱儲(chǔ)溫度?；舳┑萚36]繪制了SiO2溶解度曲線(xiàn)圖，得出玉髓控制云南祥云縣王家莊堿性溫泉中SiO2的溶解。根據(jù)研究區(qū)水樣中的K+、Mg2+含量以及SiO2含量繪制了SiO2-lg (K2/Mg)圖 (圖4)?？梢钥闯?，水樣點(diǎn)基本分布于玉髓指示線(xiàn)附近，表明玉髓具有更大的表面能，熱水中SiO2的沉淀與溶解主要受這種礦物的控制，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)玉髓溫標(biāo)計(jì)算的熱儲(chǔ)溫度要相對(duì)準(zhǔn)確，得出研究區(qū)熱儲(chǔ)溫度為68～75 ℃，為中低溫地?zé)嵯到y(tǒng)。

3.3 多礦物飽和指數(shù)法估算熱儲(chǔ)溫度

多礦物飽和指數(shù)法是通過(guò)模擬地下熱水中多種礦物在不同溫度下的化學(xué)平衡，即在某一溫度下，地下熱水中的多種礦物組合與水溶液之間達(dá)到化學(xué)平衡，不同的礦物具有獨(dú)立的平衡曲線(xiàn)，當(dāng)多個(gè)礦物收斂至一個(gè)點(diǎn)或者一個(gè)區(qū)間的溫度時(shí)，可以將這個(gè)點(diǎn)或區(qū)間的溫度作為地下熱水的熱儲(chǔ)溫度[13]。

應(yīng)用PHREEQC軟件[37]來(lái)計(jì)算地下水在不同溫度條件下的礦物飽和指數(shù)。通常來(lái)說(shuō)，水熱系統(tǒng)中受溫度控制的平衡礦物包括石英、玉髓、堿性長(zhǎng)石、方解石等，本文根據(jù)研究區(qū)巖性及地下熱水的化學(xué)特征綜合分析，選取硬石膏、文石、方解石、玉髓、白云石、螢石、石英、云母等礦物，分別計(jì)算它們?cè)?0 ℃、40 ℃、60 ℃、80 ℃、120 ℃、140 ℃、160 ℃的礦物飽和指數(shù)，并繪制T-lg (Q/K)圖(Q為活度積，K為平衡常數(shù))(圖5)。可以看出SC107和SC107-2收斂于65～72 ℃的溫度區(qū)間，而SC107-3、SC107-4和SC107-5并沒(méi)有一個(gè)明顯的收斂區(qū)間。

由于缺少Al的數(shù)據(jù)，在使用多礦物飽和指數(shù)法時(shí)，無(wú)法對(duì)部分長(zhǎng)石類(lèi)礦物進(jìn)行模擬，使估算結(jié)果的可靠性低。Pang和Reed[15]提出應(yīng)用固定鋁(Fix-Al)的方法，來(lái)消除鋁的數(shù)據(jù)缺乏或不準(zhǔn)確而導(dǎo)致的誤差。故采用固定鋁方法對(duì)SC107-3、SC107-4和SC107-5進(jìn)行修正，以減輕水化學(xué)數(shù)據(jù)缺失Al而造成的影響。選取鈣蒙脫石、玉髓、三水鋁石、伊利石、石英、云母等礦物，重新繪制T-lg(Q/K)圖(圖6)。

從圖6可以看出，經(jīng)修正后，SC107-3收斂于65～70 ℃的溫度區(qū)間，SC107-4收斂于65～72 ℃的溫度區(qū)間，SC107-5收斂于68～73 ℃的溫度區(qū)間，與玉髓溫標(biāo)計(jì)算結(jié)果較為吻合。研究區(qū)熱儲(chǔ)屬于中低溫?zé)醿?chǔ)，且根據(jù)多礦物飽和指數(shù)法模擬中對(duì)不同泉點(diǎn)礦物的選取，發(fā)現(xiàn)不同泉水樣中達(dá)到飽和的礦物種類(lèi)有所不同，這是因?yàn)榈叵滤畯娜霛B、徑流到出露成泉的過(guò)程中經(jīng)過(guò)的地層和巖石不同，導(dǎo)致水-巖作用溶解的礦物不同。

綜合SiO2地?zé)釡貥?biāo)和多礦物飽和指數(shù)法的模擬結(jié)果，認(rèn)為研究區(qū)熱儲(chǔ)層溫度為65～75 ℃。

4 溫泉成因模式

研究區(qū)西側(cè)農(nóng)戈山以及東側(cè)跑馬山為相對(duì)海拔較高的山區(qū)，兩處分別發(fā)育有大雪山—農(nóng)戈山斷裂和跑馬山斷裂形成導(dǎo)水通道，大氣降水在地面匯集，通過(guò)斷裂下滲，在較大的水頭差(表現(xiàn)為補(bǔ)給區(qū)與雅拉河谷之間的地形之差)驅(qū)動(dòng)下沿?cái)嗔堰M(jìn)行深循環(huán)，在此過(guò)程中獲得來(lái)自深部大地?zé)崃鞯募訜岵⑴c圍巖發(fā)生水-巖反應(yīng)，使地下熱水中各離子含量發(fā)生改變，最終徑流至雅拉河與雅拉溝斷裂附近，沿著雅拉溝斷裂上升，在深切的雅拉河谷中出露成泉，揭露地下熱水的鉆井也能自流出地表。本文以二道橋溫泉“族”泉眼(SC107)為例，繪制了研究區(qū)溫泉成因模式剖面圖(圖7)。

5 結(jié) 論

(1)康定市二道橋地區(qū)5個(gè)溫泉的氫氧穩(wěn)定同位素測(cè)試結(jié)果顯示，熱水樣的δ2H值為-95.8‰～-112.6‰，δ18O值為-12.9‰～-14.8‰，比較偏負(fù)，是高程效應(yīng)所致。δ2H-δ18O關(guān)系圖顯示5個(gè)溫泉的補(bǔ)給來(lái)源均為大氣降水，無(wú)明顯18O飄移現(xiàn)象。利用δ2H值和δ18O值的高程效應(yīng)和溫度效應(yīng)估算出研究區(qū)溫泉的補(bǔ)給高程為3 000～4 500 m，補(bǔ)給區(qū)溫度為-3.5～-0.3 ℃。其補(bǔ)給來(lái)源為附近較高山區(qū)的大氣降水和冰雪融水。

(2)根據(jù)Na-K-Mg三角圖，研究區(qū)5個(gè)泉點(diǎn)均落在三角圖右下角的未成熟水區(qū)域，表明地下熱水并未達(dá)到水-巖平衡，所以并不能應(yīng)用陽(yáng)離子地?zé)釡貥?biāo)來(lái)估算熱儲(chǔ)溫度。應(yīng)用SiO2地?zé)釡貥?biāo)估算研究區(qū)熱儲(chǔ)溫度，并繪制SiO2-lg(K2/Mg)對(duì)比圖，發(fā)現(xiàn)玉髓更好地控制著SiO2的溶解，故取玉髓溫標(biāo)計(jì)算結(jié)果為研究區(qū)熱儲(chǔ)溫度，其范圍為68～75 ℃。

(3)應(yīng)用多礦物飽和指數(shù)法得出二道橋溫泉(SC107、SC107-2)收斂于65～72 ℃的溫度區(qū)間，而康巴人家溫泉(SC107-3)、自流熱水井(SC107-4)、自噴熱水井(SC107-5)并沒(méi)有很好的收斂區(qū)間。應(yīng)用固定鋁的方法進(jìn)行修正，得到修正后的多礦物飽和指數(shù)圖，得出康巴人家溫泉(SC107-3)收斂于65～70 ℃的溫度區(qū)間，自流熱水井(SC107-4)收斂于65～72 ℃的溫度區(qū)間，自噴熱水井(SC107-5)收斂于68～73 ℃的溫度區(qū)間，結(jié)果與玉髓地?zé)釡貥?biāo)計(jì)算結(jié)果接近，最終得出研究區(qū)熱儲(chǔ)溫度為65～75 ℃。

(4)二道橋溫泉不僅有天然泉眼，在附近打井也能自流熱水。地下水在東部跑馬山和西部農(nóng)戈山處接受大氣降水補(bǔ)給，在補(bǔ)給區(qū)與雅拉河谷巨大高差的影響下，沿大雪山—農(nóng)戈山斷裂和跑馬山斷裂下滲、徑流并與圍巖發(fā)生溶濾作用，在此過(guò)程中獲得來(lái)自深部的大地?zé)崃鞯募訜幔罱K在雅拉河谷與雅拉溝斷裂附近上升出露成泉。