柯 斌，吳 勇，田夢莎，李存旺，宋 鵬

(1.核工業(yè)西南勘察設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610000；2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059；3.四川省環(huán)境政策研究與規(guī)劃院，四川 成都 610041)

地?zé)豳Y源是賦存于地球深部的一種能源，它與石油、天然氣、煤等不可再生能源不同，地?zé)豳Y源是作為一種新興的環(huán)保能源，不論是從環(huán)保角度還是經(jīng)濟(jì)角度考慮地?zé)豳Y源都存在巨大的開發(fā)潛力[1]。四川開發(fā)了都江堰侏羅紀(jì)溫泉、雅安周公山溫泉、峨眉山靈秀溫泉、安縣羅浮山溫泉及西部大峽谷溫泉等多個頂級溫泉，獨(dú)特的盆地氣候和地?zé)岬刭|(zhì)條件為溫泉的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)[2]。

目前，對于龍門山斷裂帶地?zé)岢梢蚰Ｊ降难芯浚饕性邶堥T山前緣地帶，如較為典型的綿竹釀春池溫泉，對于龍門山后山斷裂的地?zé)岢梢蚰Ｊ窖芯肯鄬^少。從八十年代以來，在四川地?zé)崴难芯恐?，對龍門山斷裂帶地區(qū)地?zé)豳Y源的研究較為貧瘠，主要是集中在川南和川西松潘甘孜地區(qū)[3]。因此，本文以出露于茂汶斷裂(又稱龍門山后山斷裂)上盤白云巖地層中的吉魚溫泉為研究對象，在前人研究成果的基礎(chǔ)上，分析其水文地球化學(xué)特征、水-巖作用程度及熱儲特征，淺析吉魚溫泉的成因機(jī)制，豐富龍門山后山斷裂帶地?zé)岢梢蚰Ｊ降难芯俊?/p>

1 區(qū)域地質(zhì)背景及地?zé)岙惓Ｌ卣?/h2>

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)域上位于四川省西北部、阿壩藏族羌族自治州東南部，地處青藏高原向川西平原過渡地帶。區(qū)內(nèi)地勢總體上呈現(xiàn)為西北高、東南低，岷江河谷兩岸山勢雄偉，河谷、溝谷深切多呈“V”字型，主要地貌類型存在極高山地貌、高山地貌、剝蝕-侵蝕中山地貌、第四系松散堆積地貌。區(qū)內(nèi)氣候總體上屬高原型季風(fēng)氣候，降水量在各地區(qū)分配不均，年降水量均在500～800 mm之間。區(qū)內(nèi)河流分屬岷江水系和涪江水系，各級支流多呈樹枝狀。吉魚溝為岷江的一級支溝，為“V”字型深切窄谷，干流長8.5 km，流域面積約15.2 km2，前人實(shí)測枯水期最小流量為0.4 m3/s，洪水期最大流量為0.7 m3/s。

區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了晉寧運(yùn)動、加里東運(yùn)動、華力西運(yùn)動、印支運(yùn)動、燕山運(yùn)動等多次地殼運(yùn)動，并相應(yīng)產(chǎn)生了多時代的巖漿巖。涉及吉魚溫泉形成的巖漿巖活動為元古代晉寧-澄江期巖漿巖活動，為區(qū)內(nèi)最強(qiáng)烈的一次巖漿活動，形成了元古代晉寧-澄江第四期黑云花崗巖(γ2(4))，分布于牟托一帶以“牟托巖體”獨(dú)立產(chǎn)出，被震旦系燈影組白云巖圍繞呈“馬蹄形”分布(圖1)。

圖1 區(qū)域水文地質(zhì)略圖

1.2 區(qū)域地?zé)岙惓Ｌ卣?/h3>

根據(jù)區(qū)域布格重力異常圖(圖2)，區(qū)域圖及資料反映境內(nèi)龍門山地區(qū)的布格重力異常變化明顯，均為負(fù)值，整體上呈現(xiàn)由西北向東南逐漸升高的趨勢，同時也說明地殼厚度呈現(xiàn)逐漸減小的整體趨勢。根據(jù)區(qū)域布格重力異常圖及資料從松潘至龍門山前緣重力值從-300×105m/s2增大至-150×105m/s2，形成了線狀密集的重力梯級帶，龍門山斷裂帶重力值在-190×105～160×105m/s2之間，重力異常等值線走向與龍門山斷裂帶走向大致相同，等值線分布均勻，無重力高及突變部位。

2 吉魚溫泉的出露特征及水樣采集及分析

吉魚溫泉出露于吉魚溝右岸坡腳處，溫泉出露部位距213國道約1.5 km，距茂縣縣城公路距離約18.0 km。吉魚溫泉共有兩個出露點(diǎn)，兩個出露點(diǎn)直線距離約10 m，根據(jù)吉魚溝流向命名為：吉魚溫泉1#號，吉魚溫泉2#號。L兩個出露點(diǎn)均出露于茂汶斷裂帶上盤震旦系燈影組白云巖地層中，吉魚溫泉1#出露于一條寬約0.5～1.0 m的斷層破碎帶中，泉點(diǎn)出露高程1 640 m，水溫26.0℃，流量約0.5 L/s；吉魚溫泉2#亦沿裂隙流出，泉點(diǎn)出露高程1 643 m，水溫34.0℃，流量約0.4 L/s；溫泉兩個出露部位H2S氣體味均較濃，2#出露處尤為明顯。

為對比分析地?zé)崴⒗淙?、地表水各自的水文地球化學(xué)特征，分別對吉魚溫泉(地?zé)崴?、周邊冷泉及溪溝水(地表水)規(guī)范取樣進(jìn)行水質(zhì)全分析，現(xiàn)場測定每件樣品pH及溫度。此外，還收集到1件岷江水質(zhì)數(shù)據(jù)資料同時進(jìn)行對比分析。

圖2 區(qū)域布格重力異常圖

表1 水化學(xué)測試結(jié)果統(tǒng)計表

3 吉魚溫泉的水文地球化學(xué)特征

3.1 水化學(xué)特征

地?zé)崴?、冷泉、地表水各自其水化學(xué)成分、地下水循環(huán)深度、水-巖作用時長各有不同，反映為地?zé)崴?、冷泉、地表水不同的水化學(xué)特征及類型。對比分析地?zé)崴约敖蠢淙?、地表水水文地球化學(xué)特征有利于理解溫泉與周邊水體的補(bǔ)、徑、排關(guān)系，更加深入認(rèn)識溫泉的形成模式，從而有助于更加深入的認(rèn)識溫泉形成的成因模式[4-14]。采取水樣由專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行測試分析，根據(jù)電中性方程，計算得出陰陽離子總量百分誤差在5%以內(nèi)，測試結(jié)果準(zhǔn)確，可用于水樣分析，其結(jié)果如表1所示。運(yùn)用AquaChem軟件，導(dǎo)入各水樣常量組分Cl-、SO42-、HCO3-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+的含量，得出各類水樣在Piper圖中的分布位置(圖3)，得出溫泉水、冷泉水、溪溝水及岷江江水的水化學(xué)類型。

圖3 吉魚溫泉水、冷泉水、溪溝水、岷江江水Piper圖

溫泉水、溪溝水、岷江江水呈現(xiàn)出各自不同的水化學(xué)特征，也反映了不同的形成環(huán)境及條件。從常規(guī)離子含量分析：溫泉水中陽離子以Ca2+為主，占陽離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)在50%左右；冷泉以及地表水以Ca2+、Mg2+為主，占陽離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)的比例均在80%～95%，含量占比優(yōu)勢明顯。溫泉水中陰離子以SO42-為主，SO42-占陰離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)的70%以上，比冷泉水、地表水SO42-所占比例高出2～4倍，含量上差到1～2個數(shù)量級；冷泉以及地表水以HCO3-為主，HCO3-占陰離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)在60%～80%，溫泉水中HCO3-所占比例相對較小，但溫泉水HCO3-的含量依然較冷泉水、溪溝水大，其原因主要是來自深循環(huán)的溫泉水的礦化度均比淺循環(huán)以及地表水大1～2數(shù)量級，各種離子溶解在溫泉水中的量均占絕對優(yōu)勢。

特殊組分主要分析氟和偏硅酸這兩種在溫泉水中極具代表性的指標(biāo)。一般在相同圍巖條件情況下，地下熱水溫度與熱水中F-的溶解能力存在一定正相關(guān)關(guān)系[14]，吉魚溫泉1#、2#溫泉水中氟的含量分別為2.23 mg/L、3.15 mg/L，冷泉水中含量較低，相差近一個數(shù)量級，亦反映了地?zé)崴疁囟仍礁叻暮吭酱蟮奶卣?。偏硅酸的含量受溫度的影響亦較大，也呈現(xiàn)出溫度越高含量越高的特征，吉魚溫泉1#、2#溫泉水中偏硅酸的含量分別為34.18 mg/L、66.98 mg/L，冷泉水、溪溝水中含量在8.00～12.00 mg/L。

地?zé)崴?、冷泉、地表水水化學(xué)類型方面，吉魚溫泉1#、冷泉水、溪溝水的水化學(xué)類型均為SO4·HCO3-Ca·Mg型，吉魚溫泉2#水化學(xué)類型為SO4-Ca·Mg型，吉魚溫泉1#的水化學(xué)類型與其近源冷水一致，表現(xiàn)為吉魚溫泉兩個出露點(diǎn)不同的水化學(xué)類型。根據(jù)水化學(xué)特征及溫泉兩出露點(diǎn)的出露特征分析，其原因主要為吉魚溫泉1#泉點(diǎn)在其徑流排泄途中混入較多近源冷水，因此呈現(xiàn)出與近源冷水相同的水化學(xué)類型，同時也降低了溫泉出露點(diǎn)的出水溫度。

綜上，地?zé)崴c冷泉水、地表水相比，地?zé)崴谐Ａ拷M分和特殊組分的絕對含量都具絕對優(yōu)勢；地?zé)崴刑厥饨M分氟和偏硅酸在相同圍巖條件情況下，地下熱水溫度與熱水中氟和偏硅酸的含量存在一定正相關(guān)關(guān)系。整體上地下熱水與圍巖的作用時間及程度均較強(qiáng)烈，在地下水的徑流-運(yùn)移過程中，地下熱水相對冷泉水和地表水而言，在水熱作用下地?zé)崴谐Ａ拷M分和特殊組分的富集能力較強(qiáng)。

3.2 水-巖作用及熱儲溫度

在地?zé)豳Y源勘探評價過程中，深部熱儲溫度是評價地?zé)豳Y源的重要參數(shù)，在野外實(shí)地測試得到的溫度是熱水出露后的溫度，而非熱儲溫度，目前通常利用地?zé)釡貥?biāo)方法來估算地下熱水的熱儲溫度。常用的地?zé)釡貥?biāo)有石英溫標(biāo)、陽離子溫標(biāo)和同位素溫標(biāo)三類。在對溫泉的熱儲溫度進(jìn)行估算前，需先用Giggenbach于1988提出的Na-K-Mg三角形圖解法[15]對地下熱水的平衡狀態(tài)和類型進(jìn)行劃分。吉魚溫泉水樣點(diǎn)位于未成熟區(qū)內(nèi)(圖4)，處在Na-K-Mg三角圖中Mg離子的右下方角落處，表明水-巖作用未達(dá)到平衡。吉魚溫泉1#、2#出水點(diǎn)水樣分布位置不同，溫泉1#出水點(diǎn)水樣位置與周邊冷泉水樣點(diǎn)在Na-K-Mg三角圖中所處位置幾乎重合，這也進(jìn)一步說明吉魚溫泉1#徑流、運(yùn)移過程中混入較多近源冷水。

圖4 吉魚溫泉、冷泉水、溪溝水、

通過對吉魚溫泉水-巖作用程度的判斷，吉魚溫泉熱水屬于“未成熟水”，即水-巖作用尚未達(dá)到平衡狀態(tài)，不適合使用陽離子溫標(biāo)法估算地?zé)釡貥?biāo)，宜采用無蒸汽損失的二氧化硅溫標(biāo)進(jìn)行熱儲溫度計算[16]。

根據(jù)無蒸汽損失的二氧化硅溫標(biāo)公式(1)計算出的吉魚溫泉熱儲溫度結(jié)果(表2)如下：

tSiO2=1 309/(5.19-LgCSiO2)-273.15

(1)

通過計算，吉魚溫泉1#、2#熱儲溫度分別為74.05℃、103.22℃，根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB11615-2010)，吉魚溫泉屬中溫地?zé)豳Y源。由于吉魚溫泉1#徑流、運(yùn)移過程中混入了較多近源冷水，導(dǎo)致計算所得的熱儲溫度偏低，因此吉魚溫泉所處的熱儲溫度與吉魚溫泉2#出水點(diǎn)更為接近和準(zhǔn)確。

3.3 熱水循環(huán)深度的估算

根據(jù)溫泉水熱儲溫度及當(dāng)?shù)仄骄責(zé)嵩鰷靥荻瓤梢源笾峦扑愕責(zé)崴难h(huán)深度，引用公式2[17]，其計算結(jié)果可表示在正常地?zé)嵩鰷貤l件下，地下熱水的循環(huán)深度：

H=(t-ta)/G0-h

(2)

式中：H為熱水循環(huán)深度；t為熱儲溫度；ta為當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶜鉁兀?1.0℃；G0為當(dāng)?shù)仄骄販靥荻?，?.03℃/100m；h為常溫帶厚度(一般為覆蓋層厚度)，取0m。

通過計算表明：吉魚溫泉1#和吉魚溫泉2#的熱水循環(huán)深度分別為2 080 m、3 043 m。由于吉魚溫泉1#在徑流、排泄過程中混入了較多近源冷水，致使吉魚溫泉1#溫泉水中偏硅酸含量降低，計算所得的循環(huán)深度較吉魚溫泉2#較小，因此計算所得的吉魚溫泉2#熱水循環(huán)深度更能代表吉魚溫泉熱水循環(huán)深度。在此，需要說明的是在地下熱水的徑流、運(yùn)移過程中，一般還存在其他熱源對其進(jìn)行供熱，因此計算所的熱水循環(huán)深度可視為最大熱水循環(huán)深度，即吉魚溫泉熱水循環(huán)深度在3 000 m左右，熱儲溫度可達(dá)100℃左右。

4 吉魚溫泉的成因模式

4.1 吉魚溫泉的形成條件

熱源是形成溫泉的必要條件之一，而熱源類別是確定溫泉成因的主要因素之一。區(qū)內(nèi)涉及的巖漿巖牟托巖體為元古代晉寧-澄江第四期黑云花崗巖(γ2(4))，元古代花崗巖距今已有500 Ma以上，并出露地表且存在變質(zhì)現(xiàn)象。湯集旸研究表明[18]：100 Ma以前的侵入體，其溫度已恢復(fù)到圍巖的環(huán)境溫度，因此巖漿巖熱源不能成為吉魚溫泉地?zé)崴臒嵩础^(qū)內(nèi)涉及活動性斷裂主要為茂汶斷裂，又稱龍門山后山斷裂，為龍門山斷裂帶的三大主干斷裂之一，該斷裂活動頻繁，活動斷裂和地震產(chǎn)生的機(jī)械摩擦熱對大地?zé)崃髦荡嬖谝欢ǖ呢暙I(xiàn)。綜合分析可知，吉魚溫泉熱源沒有巖漿熱源等特殊熱源，主要熱源是來自深部的地幔熱源，總體上吉魚溫泉屬正常地溫梯度增溫。

根據(jù)吉魚溫泉水、冷泉水、溪溝水、岷江江水各水樣的常量離子，繪制Schoeller圖(圖5)，溫泉水、冷泉水、溪溝水各離子變化趨勢基本一致，僅在垂向上因不同類型水的離子含量變化存在一定差異，即反映溫泉水、冷泉水、溪溝水的補(bǔ)給來源均為大氣降水及區(qū)內(nèi)高山冰雪融水，且在徑流、運(yùn)移過程中存在混合情況[19]。趨勢圖在垂向上存在的差異主要是由于各類水不同的循環(huán)深度、不同的徑流途徑以及不同的水力交替速度等因素致使水化學(xué)特征的不同，亦說明溫泉補(bǔ)給源不是來源于周邊的地表水淺循環(huán)補(bǔ)給，而是來源于外圍高山區(qū)的降水或融雪深循環(huán)補(bǔ)給，同時亦表現(xiàn)在補(bǔ)給高程上的差別。

圖5 離子變化趨勢圖

熱儲是指地?zé)崃黧w相對富集，具有有效空隙和滲透性的巖層或巖體破碎帶。根據(jù)載熱流體賦存空間的不同，熱儲一般分為層狀熱儲和帶狀熱儲[20]。從吉魚溫泉出露的地質(zhì)條件和吉魚溫泉推算的循環(huán)深度分析，吉魚溫泉地?zé)崴饕x存于斷裂帶震旦系燈影組(Zbdn)白云巖和晉寧-澄江期牟托花崗巖體破碎帶以及構(gòu)造裂隙之中，屬帶狀熱儲。

地質(zhì)構(gòu)造分析是研究地?zé)崴梢驒C(jī)制的基礎(chǔ)，大地構(gòu)造位置決定了地?zé)嵯到y(tǒng)的熱背景，小構(gòu)造環(huán)境控制地?zé)嵯到y(tǒng)的斷裂及裂隙發(fā)育、地下熱水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件以及熱水上涌通道的細(xì)節(jié)等條件[18]。經(jīng)前人勘察，吉魚溫泉所處的小構(gòu)造環(huán)境為吉魚溫泉出露處分布的一條斜穿溪溝的斷層發(fā)育并與茂汶斷層交匯，前人將其命名為吉魚溝斷層(圖6)，吉魚溝斷層走向?yàn)?5°，傾角40°，與茂汶斷層呈“入”字型相交，形成寬約100 m的白云巖破碎帶，破碎帶內(nèi)巖石裂隙密集(每米為3～5條)，成為吉魚溫泉地?zé)崴仙雎兜牧己猛ǖ馈?/p>

圖6 吉魚溫泉泉域水文地質(zhì)略圖

圖7 吉魚溫泉成因模式圖

4.2 吉魚溫泉的成因模式

吉魚溫泉淺部不存在年輕巖漿巖體類別的特殊熱源，主要是在略為偏高的區(qū)域地?zé)岜尘爸?，吉魚溫泉地?zé)崴邮艽髿饨邓约皡^(qū)內(nèi)高山冰雪融水補(bǔ)給，通過牟托巖體花崗巖斷裂及茂汶斷裂下滲進(jìn)行深循環(huán)，沿破碎帶及裂隙運(yùn)移至茂汶斷裂帶與吉魚溝斷裂交匯處，在地形和構(gòu)造有利部位排泄。通過對吉魚溫泉出露特征、水文地球化學(xué)特征、形成條件等綜合分析，吉魚溫泉屬于典型的深循環(huán)中低溫對流型地?zé)嵯到y(tǒng)，屬隆起帶深循環(huán)地?zé)崴汀?/p>

綜上所述，吉魚溫泉的地質(zhì)成因模式可概括如下：在略為偏高的區(qū)域地?zé)岜尘爸?，高山區(qū)的降水或雪水通過深大斷裂破碎帶和裂隙體系下滲進(jìn)入深循環(huán)，并沿破碎帶、裂隙構(gòu)造運(yùn)移和循環(huán)。在地下水運(yùn)移過程中，隨著循環(huán)深度的增加，地下水從巖石中不斷吸收存儲熱量，在2 000～3 000 m深處地下水溫度可能達(dá)到70.0℃～100.0℃。熱儲中地?zé)崴畵竦刭|(zhì)條件有利的部位運(yùn)移，即沿破碎帶以及裂隙運(yùn)移，運(yùn)移至茂汶斷裂帶與吉魚溝斷裂交匯處，并

與近源地下水混合后，在有利的地形地貌部位出露成為吉魚溫泉，泉口高程為1 640 m，泉水溫度34.0℃，流量1.0 L/s(圖7)。

5 結(jié)語

(1)吉魚溫泉出露于茂汶斷裂上盤震旦系燈影組白云巖地層中，吉魚溝斷層與茂汶斷裂呈“入”字型相交，形成規(guī)模較大的白云巖破碎帶，破碎帶內(nèi)巖體裂隙密集，構(gòu)成吉魚溫泉形成的小構(gòu)造環(huán)境。

(2)吉魚溫泉水溫32.5℃～34℃，流量約1.0 L/s，水化學(xué)類型為SO4-Ca-Mg型。利用Na-K-Mg平衡圖解判斷吉魚溫泉屬于“未成熟水”，即水-巖作用尚未達(dá)到平衡狀態(tài)；運(yùn)用石英溫標(biāo)估算熱儲溫標(biāo)為103.22℃，熱水循環(huán)深度約3 000 m左右。

(3)通過對吉魚溫泉出露特征、水文地球化學(xué)特征、形成條件等綜合分析可知：吉魚溫泉屬于典型的深循環(huán)中低溫對流型地?zé)嵯到y(tǒng)，屬隆起帶深循環(huán)地?zé)崴汀?/p>