林塨

（福建省196 地質(zhì)大隊(duì) 福建漳州 363000）

地下水是最活躍的地質(zhì)因素，其在地殼淺部的循環(huán)方式一定程度上決定了周邊溫度場(chǎng)的差異變化。當(dāng)?shù)叵滤乜紫读严哆\(yùn)移方向向下時(shí)，吸收周邊巖石放射性元素衰變釋放的熱量，引起圍巖溫度場(chǎng)下降，即顯示該區(qū)域溫度低于外圍區(qū)域，不利于地?zé)幔厝┵Y源的形成；當(dāng)遠(yuǎn)處深部的地下水經(jīng)長(zhǎng)途運(yùn)移后，吸收沿途圍巖熱量，形成具有一定溫度的地?zé)豳Y源，在地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育位置沿構(gòu)造裂隙向地殼淺部運(yùn)移時(shí)，會(huì)引起淺部水體溫度升高，即形成局部地溫異常和溫泉出露。因此，地下水循環(huán)在一定程度上決定了地下水影響區(qū)圍巖溫度場(chǎng)的異常變化和分布。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于漳州開發(fā)區(qū)石坑社區(qū)湯洋村。區(qū)內(nèi)出露的地層為第四系，主要分布于山坡至山間盆地，巖性為灰褐色、淺黃色黏性土，并見有正長(zhǎng)花崗巖碎石及黃棕色、棕灰色殘積砂質(zhì)粘土，厚度1～12 m，局部厚度可達(dá)30 m；深部沿途均為侵入巖，巖性主要為黑云母二長(zhǎng)花崗巖，次為細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖，侵入巖體同位素年齡為1.48 億a。構(gòu)造上，湯洋地區(qū)位于長(zhǎng)樂—南澳深斷裂帶北東走向深大斷裂東側(cè)，同時(shí)地處環(huán)太平洋前沿活動(dòng)帶，構(gòu)造形跡主要表現(xiàn)為斷裂或巖脈侵入。本區(qū)主要構(gòu)造骨架為南北向、北東向、北西向等構(gòu)造，它們聯(lián)合控制了本區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、地?zé)岱植?、地震?gòu)造及地貌形態(tài)，其中以南北向構(gòu)造為本區(qū)主要構(gòu)造特征，見圖1。

圖1 湯洋地區(qū)地貌及區(qū)域地質(zhì)圖

2 地下水循環(huán)及周圍巖體溫度場(chǎng)的熱響應(yīng)［1］

地下水的垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)是地下水在巖石孔隙及裂隙活動(dòng)的主要表現(xiàn)形式。經(jīng)研究，垂直運(yùn)動(dòng)是地下水對(duì)周圍巖體溫度場(chǎng)影響較大的方式，見圖2。無地下水運(yùn)動(dòng)的區(qū)域內(nèi)，均勻巖體溫度場(chǎng)的影響因素主要為熱傳導(dǎo)，地下巖體的溫度隨深度均勻遞增（圖2 的1 線），且地下巖體溫度在水平面上呈均勻分布。當(dāng)?shù)叵滤貛r體構(gòu)造裂隙進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，周邊巖體溫度的垂直分布表現(xiàn)為曲線狀態(tài)。當(dāng)?shù)叵滤憩F(xiàn)為上升運(yùn)動(dòng)時(shí)，曲線自上而下呈凸?fàn)顝澢▓D2 的2 線）。相反，當(dāng)?shù)叵滤氏陆颠\(yùn)動(dòng)，則曲線呈自上而下呈凹狀彎曲（圖2 的3 線），其曲線的彎曲率隨流速的增大而增大。地下水垂直運(yùn)動(dòng)區(qū)域的圍巖溫度，在平面上的分布形態(tài)是以構(gòu)造裂隙在地表的分布為中心，呈規(guī)則或不規(guī)則的圈閉狀。地下水水平運(yùn)動(dòng)區(qū)域，平面上的圍巖等溫面呈半封閉或不封閉的長(zhǎng)條狀，或圍巖溫度場(chǎng)不明顯。

地下水流動(dòng)狀態(tài)的不同，對(duì)地溫梯度也有影響。地下水的強(qiáng)烈活動(dòng)會(huì)造成局部存在地溫梯度，地溫異常增高或降低的特點(diǎn)。當(dāng)?shù)叵滤仙\(yùn)動(dòng)后，周圍巖體溫度因受到來自水體的熱傳導(dǎo)而異常增高，有利于地?zé)豳Y源的形成；當(dāng)?shù)叵滤陆颠\(yùn)動(dòng)后，周圍巖體因熱量喪失，溫度會(huì)低于外圍區(qū)域，不利于地?zé)豳Y源的形成。地下水活動(dòng)區(qū)內(nèi)的地溫特點(diǎn)是：徑流區(qū)和低溫下行水流活動(dòng)區(qū)內(nèi)，水平范圍內(nèi)圍巖地溫小于外圍溫度；在上行水流活動(dòng)區(qū)內(nèi)，水平范圍內(nèi)圍巖地溫高于外圍溫度。也就是說，地下水上升運(yùn)動(dòng)有利于地?zé)豳Y源的形成；反之，則不利于地?zé)豳Y源的形成。

3 溫度場(chǎng)異常、地下水循環(huán)深度及補(bǔ)給分析

3.1 溫度場(chǎng)異常

根據(jù)以往調(diào)查資料分析，湯洋地?zé)岽嬖跉v史悠久，地?zé)狳c(diǎn)出露區(qū)位于湯洋村東側(cè)、聯(lián)誼公司西側(cè)南北向的小溪溝中，原可以宰殺雞鴨。20 世紀(jì)20 年代，在地?zé)狳c(diǎn)上構(gòu)筑了攔水壩以引水灌溉農(nóng)田，地?zé)釓拇讼А?jù)調(diào)查訪問，在原地?zé)狳c(diǎn)上，平鋪了4 根0.3 m 寬、1.5 m 長(zhǎng)的條石，便于宰殺牲畜后在此處褪毛用。后因地?zé)嶙匀幌Ф鴹売?，?0 世紀(jì)90 年代在河道清理中埋沒，本地區(qū)地?zé)豳Y源初步確定已消失了近100 a。

根據(jù)淺層測(cè)溫結(jié)果，湯洋地區(qū)淺層測(cè)溫等值線明顯受南北向構(gòu)造控制，地溫異常為自南至北一帶，沿溪溝呈南北向封閉展布。礦區(qū)常溫帶深度25 m，常溫帶溫度24 ℃，淺層測(cè)溫最高為25.6 ℃。

根據(jù)湯洋地區(qū)淺層測(cè)溫等值線（圖3），溫度異常曲線呈南北向長(zhǎng)條狀，說明地下水在本出露區(qū)呈上行，并沿溪溝有一定的水平運(yùn)動(dòng)。

圖3 湯洋地區(qū)淺層測(cè)溫等值線圖

3.2 地下水循環(huán)深度

本區(qū)已施工ZK02 鉆孔，經(jīng)抽水試驗(yàn)，最大出水量達(dá)1 000 m3/d以上，出水溫度30 ℃，屬于低溫溫水資源，孔深860 m，孔底測(cè)溫為33.56 ℃，采用SiO2溫標(biāo)法估算深部熱儲(chǔ)溫度，見式（1）。

式中：c1為可溶性SiO2含量。

ZK02 中可溶性SiO2含量為64.5 mg/L，通過式（1）計(jì)算結(jié)果為114.1 ℃；

因計(jì)算所得深度熱儲(chǔ)溫度與實(shí)測(cè)溫度相差較大，說明地表水中可溶性SiO2含量較高。故采用鉀鎂溫標(biāo)進(jìn)行重新計(jì)算，見式（2）。

式中：c2為水中鉀的濃度；c3為水中鎂的濃度。

ZK02 中鉀取1.55 mg/L、鎂取4.18 mg/L，通過式（2）計(jì)算結(jié)果為37.6 ℃。

經(jīng)比較，采用鉀鎂溫標(biāo)對(duì)本區(qū)地下熱儲(chǔ)的評(píng)價(jià)更切合實(shí)際。

根據(jù)計(jì)算出的熱儲(chǔ)溫度求其埋藏深度［4］，見式（3）。

式中：H 為熱儲(chǔ)深度；h 為常溫帶深度；t 熱為熱儲(chǔ)溫度；t 為常溫帶溫度；K 為地?zé)崽荻取?/p>

已知湯洋地區(qū)常溫帶深度為25 m，常溫帶溫度24 ℃，周邊平均地溫梯度為2.0 ℃/100 m，計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

表1 湯洋地下熱水循環(huán)深度表

3.3 補(bǔ)給分析

穩(wěn)定性同位素，如2H（氘，D）、18O（氧）等元素在地?zé)幔厝┵Y源的研究過程中，可用于地?zé)幔厝┵Y源的水源成因或補(bǔ)給來源研究。

本次采集的地?zé)峥姿ǖ叵聼崴?、測(cè)溫孔水（地下冷水）以及湯洋溪溝水（地表水）各3 份，均來自礦區(qū)內(nèi)。進(jìn)行了同位素［2H（D）、18O］對(duì)比檢測(cè)分析，采用的氣體穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀為MAT253-EA 型，由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)水文化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)SMOW（標(biāo)準(zhǔn)平均大洋水），分析精度滿足要求。分析結(jié)果見表2。

表2 D、18O 同位素比率測(cè)試結(jié)果 （‰）

大氣降水方程采用周邊地區(qū)，修正后為式（4）。

δD 和δ18O 關(guān)系見圖4。根據(jù)圖4，本區(qū)地下熱水、地下冷水及地表水的和值均處于大氣降水線近處，表明該區(qū)域無論地下水還是地表水的來源均為大氣降水。

圖4 δD 和δ18O 關(guān)系圖

4 湯洋地區(qū)地?zé)豳Y源形成原因分析

湯洋地區(qū)地下水的穩(wěn)定同位素帶有明顯的雨水信號(hào)。根據(jù)湯洋地區(qū)的構(gòu)造發(fā)育特征，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育南北向斷裂，區(qū)內(nèi)的主要水源補(bǔ)給為南側(cè)丘陵山地，補(bǔ)給高程約100 m，地下水自南側(cè)丘陵低山向北排泄至大海。從地質(zhì)構(gòu)造條件排除來自遠(yuǎn)源補(bǔ)給的可能，同時(shí)通過循環(huán)深度計(jì)算為705 m，說明湯洋地區(qū)地下熱水不是來自地殼深部的熱源。熱源來自周圍花崗巖的放射性元素衰變熱，是大氣降水入滲后的中深循環(huán)作用所致。

5 結(jié)論

（1）湯洋地區(qū)地?zé)豳Y源的形成與地下水運(yùn)移活動(dòng)密切。根據(jù)分析，地下水運(yùn)移對(duì)周圍巖石的影響變化規(guī)律，湯洋地區(qū)地下熱水為低溫溫水上升運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。

（2）湯洋地區(qū)的循環(huán)深度為705 m，這個(gè)深度與ZK02 鉆孔揭露熱水深度（605 m）基本吻合，湯洋地區(qū)地下水補(bǔ)給源是南側(cè)高差100～200 m 處丘陵山區(qū)大氣降水經(jīng)中深度水循環(huán)后形成的。

（3）本區(qū)低溫溫泉溫度為30 ℃，經(jīng)勘查的資源量大于1 000 m3/d。經(jīng)簡(jiǎn)單處理后可用于魚苗、樹苗等恒溫養(yǎng)殖，并可用于開發(fā)溫泉泳池等旅游資源，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。