摘 要：【目的】以新疆中部天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地東南緣為研究區(qū)，探明烏魯木齊市水磨溝區(qū)地?zé)豳Y源?！痉椒ā客ㄟ^(guò)對(duì)比分析不同區(qū)域地下水組分和化學(xué)特征，探討了地?zé)崴膩?lái)源和成因。按照蘭格利爾-路德維奇圖解確定地?zé)崴ㄟ^(guò)地?zé)崃黧wδD和δ¹⁸O同位素與大氣降水線的關(guān)系，確定地?zé)崴a(bǔ)給來(lái)源。【結(jié)果】地?zé)崴饕植荚谒蠝厝苓叺貛?，水化學(xué)類型以HCO₃-Na型水為主。分析認(rèn)為，地下水熱儲(chǔ)呈帶狀，受斷裂構(gòu)造控制，屬于深循環(huán)地?zé)崃黧w成因。地?zé)崃黧w偏硅酸、溶解性總固體增加較多，其余變化不明顯。按照蘭格利爾-路德維奇圖解確定地?zé)崴疄榻?jīng)過(guò)冷水混合的熱水。地?zé)崴某梢蝾愋涂蓺w納為地質(zhì)構(gòu)造型地?zé)崴?，熱水沿?cái)嗔褞Ъ捌涓浇严断蛏线\(yùn)移，以溫泉的形式出露于地表。通過(guò)地?zé)崃黧wδD和δ¹⁸O同位素與大氣降水線的關(guān)系，確定地?zé)崴a(bǔ)給來(lái)源為大氣降水?！窘Y(jié)論】水磨溝區(qū)溫泉地?zé)豳Y源具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景，合理地開(kāi)發(fā)利用地?zé)豳Y源將有效帶動(dòng)烏魯木齊旅游事業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)城市生態(tài)文明的建設(shè)，保障城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

關(guān)鍵詞：水磨溝區(qū)；水文地球化學(xué)特征；地?zé)崴?；熱?chǔ)；成因分析

中圖分類號(hào)：P314" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1003-5168（2023）21-0082-08

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.21.019

Analysis of the Chemical Characteristics and Causes of Geothermal Hot Water in Shuimogou District of Urumqi City

LU Jianguo1 ZHANG Tongliang2 QI Zhilong1 WANG Yalu1 XI Ying1

（1.First Hydrological Engineering Geology Brigade of Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development， Urumqi 830091， China; 2.Geothermal Research Center of Xinjiang Institute of Engineering， Urumqi 830023， China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to explore the geothermal resources in Shuimogou area of Urumqi city， taking the northern foot of the central Tianshan Mountains and the southeast edge of the Junggar Basin as the research area. [Methods] By comparing and analyzing the groundwater components and chemical characteristics in different regions， the source and origin of geothermal water are explored. This" study determines the geothermal water according to the Langlier-Ludwich diagram. The source of geothermal water supply was determined by the relationship between geothermal fluid δD and δ18O isotopes and atmospheric precipitation lines. [Findings] The geothermal water in Yanggao County is mainly distributed in the surrounding areas of" the hot spring， and the hydrochemical type is mainly HCO3-Na water. According to the analysis， the heat storage of groundwater is banded and controlled by the fault structure， and belongs to the cause of deep circulation geothermal fluid. Geothermal fluid metasililic acid and the total soluble solid increased more， while the rest changed not significantly. According to langlier-Ludwig diagram， geothermal water is hot water mixed with cold water. The genetic types of geothermal water can be summarized as geological structure shape geothermal water， where the hot water moves upward along the fault zone and its nearby cracks and is exposed to the surface in the form of hot spring. Through the relationship between geothermal fluid δD and δ18O isotopes and atmospheric precipitation line， the source of geothermal water supply is determined as atmospheric precipitation. [Conclusions] The development and utilization of hot spring geothermal resources in Shuimogou area have broad prospects. The rational development and utilization of geothermal resources will effectively drive the development of tourism in Urumqi， promote the construction of urban ecological civilization， and ensure the sustainable development of urban economy with considerable economic benefits.

Keywords： Shuimogou District; hydrogeochemical characteristics; geothermal water; thermal storage; genetic analysis

0 引言

地?zé)嶙鳛橐环N新型綠色環(huán)保能源，具有資源量豐富、對(duì)環(huán)境污染小、運(yùn)營(yíng)成本低等特點(diǎn)，潛在的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值已受到越來(lái)越多地關(guān)注。我國(guó)是世界上地?zé)豳Y源儲(chǔ)量較為豐富的國(guó)家之一 ^［1］。近年來(lái)，不少學(xué)者針對(duì)我國(guó)地?zé)豳Y源做了相關(guān)研究，尤其是在地?zé)豳Y源賦存規(guī)律、水文地球化學(xué)特征及成因模式等方面^［2-5］。烏魯木齊市水磨溝區(qū)溫泉地?zé)豳Y源位于新疆中部天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地東南緣，具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景。當(dāng)前，水磨溝區(qū)地?zé)豳Y源利用僅限于烏魯木齊溫泉康復(fù)醫(yī)院對(duì)露頭溫泉開(kāi)發(fā)利用。該區(qū)域地溫梯度較高，具有較好的熱源條件，熱源埋藏較深，主要通過(guò)深大斷裂溝通后獲得。地?zé)崴且环N綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生資源，對(duì)人體具有醫(yī)療保健作用 ^［6-7］。水磨溝溫泉地?zé)崃黧w氟達(dá)到理療礦水命名濃度，地下熱水命名為氟熱礦水，其礦化度達(dá)到礦水濃度，具有很好的理療用途。本研究從水文地球化學(xué)角度分析和研究水磨溝地?zé)崴奶卣骱统梢?，以期為勘探、開(kāi)發(fā)水磨溝地?zé)豳Y源提供技術(shù)參考。

1 研究區(qū)概況

調(diào)查區(qū)位于新疆中部天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地東南緣，區(qū)內(nèi)公路主要為城區(qū)道路，錯(cuò)綜復(fù)雜，除東南部山區(qū)交通不便外，其他地段交通便利。重點(diǎn)調(diào)查區(qū)為水磨溝溫泉周邊地帶，面積為36 km²。地理坐標(biāo)為北緯43°48′01.3″—43°51′17.1″，東經(jīng)87°37′09.6″—87°41′40.1″。

調(diào)查區(qū)總體上分為山區(qū)和平原區(qū)2 個(gè)一級(jí)地貌單元。具體細(xì)分為3 個(gè)二級(jí)地貌單元。山區(qū)地貌分為侵蝕剝蝕低山、侵蝕剝蝕低山丘陵2個(gè)二級(jí)地貌單元；平原區(qū)地貌為河谷沖洪積平原地貌單元（如圖1所示）。水磨溝溫泉所處地貌單元類型為侵蝕剝蝕低山丘陵。區(qū)內(nèi)地形起伏，地勢(shì)總趨勢(shì)南東高，北西低，地形坡度為15‰～30‰。

調(diào)查區(qū)地處亞歐大陸腹地，屬中溫帶大陸性干旱氣候。晝夜溫差大，寒暑氣溫變化劇烈。根據(jù)收集的烏魯木齊1961—2009年氣象資料，多年平均氣溫為7.2 ℃，最冷月和最熱月月均溫差為35.4 ℃，冬夏極端溫差高達(dá)68.8 ℃，一般日溫差為11～12 ℃。年平均降水量為311.06 mm。多年平均蒸發(fā)量為1 351.33 mm，多年最大凍結(jié)深度為1.66 m。調(diào)查區(qū)內(nèi)僅有的地表河流為水磨溝河，水磨溝河是烏魯木齊河水系的一條大泉集水河，發(fā)源于博格達(dá)山西麓山前低山，由巖溶裂隙溢出的泉水匯流而成，受季節(jié)影響小，月變化平穩(wěn)，年分配均勻，多年平均徑流量為0.36×108 m³。由于沿河建有造紙廠、發(fā)電廠等工礦企業(yè)，水磨溝河曾受到嚴(yán)重污染，近些年通過(guò)排污企業(yè)搬遷及污染的治理，已有較大改善。

2 水樣測(cè)試與分析

在調(diào)查區(qū)共采集10 組水樣，僅烏魯木齊溫泉康復(fù)醫(yī)院地?zé)崧额^為溫泉，其余均為冷泉或機(jī)民井水樣。根據(jù)水質(zhì)全分析結(jié)果（見(jiàn)表1），分別從水樣組分含量、組分區(qū)別及組分比值等三個(gè)方面評(píng)價(jià)調(diào)查區(qū)地?zé)崃黧w化學(xué)組分特征。

3 地下水水文地球化學(xué)特征

3.1 地?zé)崃黧w化學(xué)組分特征

①調(diào)查區(qū)水樣全分析結(jié)果顯示：K⁺含量為3.2～40.9 mg/L，Na⁺含量為163～3 216.2 mg/L，Ca²⁺含量為0～861.7 mg/L，Mg²⁺含量為24.3～413.1 mg/L，Cl^-含量為67.4～3 190.5 mg/L，SO₄^2-含量為220.9～2 737.7 mg/L，HCO₃^-含量為262.4～3 417.1 mg/L，CO₃^2-含量為0～984 mg/L，礦化度為737.9～9 493.2 mg/L，pH值為7.11～9.43。

調(diào)查區(qū)熱儲(chǔ)呈帶狀分布，受斷裂構(gòu)造控制，屬于深循環(huán)地?zé)崃黧w成因。Na⁺含量偏高是由于在深部高溫高壓的條件下，結(jié)晶巖被淋濾時(shí)，鈉向溶液中轉(zhuǎn)移的強(qiáng)度將超過(guò)鈣，水質(zhì)變?yōu)殁c型水。同時(shí)，硫酸鈉的溶解度隨著溫度的升高呈一定規(guī)律變化：10 ℃時(shí)為8.3％，30 ℃時(shí)為24％，50 ℃為31.8％，溫度再升高，其溶解度反而降低，這是硫酸鈉的溶解度特征，也是烏魯木齊溫泉康復(fù)醫(yī)院地?zé)岙惓^(qū)水化學(xué)類型呈現(xiàn)為HCO₃-Na型的原因。

②烏魯木齊溫泉康復(fù)醫(yī)院地?zé)崴嘘?yáng)離子以Na⁺為主，陰離子以HCO₃^-為主，這一特征與周邊水化學(xué)特征有很大區(qū)別。分析其原因，主要與二疊系油頁(yè)巖地層有關(guān)，即地下水在深部還原條件下發(fā)生脫碳酸作用，使地?zé)崃黧w中HCO₃^-、H₂S含量較高，SO₄^2-含量降低，pH值增大。

③調(diào)查區(qū)其他元素成分對(duì)比分析。在水文地球化學(xué)中，往往通過(guò)水中某些微量元素比值來(lái)確定其水化學(xué)特征的相似性，以及地?zé)岬臏貥?biāo)，如鈉與鉀比值、硫酸根和鈣比值等。在微量化學(xué)元素溫標(biāo)方面，前人根據(jù)地?zé)峥辈橹械乃牡厍蚧瘜W(xué)研究總結(jié)出熱水系統(tǒng)溫度的化學(xué)指示計(jì)見(jiàn)表2，調(diào)查區(qū)及周邊部分微量元素比特征見(jiàn)表3。根據(jù)表中數(shù)據(jù)比值，將調(diào)查區(qū)內(nèi)的冷、熱水化學(xué)元素比值進(jìn)行分析，調(diào)查區(qū)水體中的化學(xué)元素比值Na⁺/K⁺、Na⁺/Ca²⁺、Mg²⁺/Ca²⁺、Cl^-/F^-、Cl^-/HCO₃^-、SO₄^2-/Ca²存在如下規(guī)律。Na⁺/K⁺比值。烏魯木齊溫泉康復(fù)醫(yī)院露頭溫泉水Na⁺/K⁺比值為78.6，周圍的井泉Q1、Q2、Q3、Q5、J05、J03Na⁺/K⁺比值為29.3～37.8，東山公墓地表水及七道彎J16、葛家溝冷泉Q6Na⁺/K⁺比值分別為165.7、99.1、50.9，由此可知，水磨溝地下熱水與地下冷水不是一個(gè)系統(tǒng)。Mg²⁺/Ca²⁺比值。地下熱水系統(tǒng)Mg²⁺/Ca²⁺比值無(wú)限大，地下冷水系統(tǒng)比值為0.4～3.6，Mg²⁺/Ca²⁺溫標(biāo)低值表示高溫，Mg²⁺/Ca²⁺溫標(biāo)較明顯。Cl^-/HCO₃^-比值。地下熱水系統(tǒng)Cl^-/HCO₃^-比值為0.4，地下冷水系統(tǒng)比值為0.2～5.9，Cl^-/HCO₃^-溫標(biāo)不明顯。

由于調(diào)查區(qū)水化學(xué)類型復(fù)雜，各離子含量變化因素多樣及不確定性妨礙其用于定性解釋，水磨溝地?zé)嵯到y(tǒng)K⁺、Na⁺、NH₄⁺、PO₄^3-、F^-、HCO₃^-、CO₃^-、B離子含量高明顯高于周邊地下冷水系統(tǒng)。

3.2 地?zé)崃黧w化學(xué)組分變化

根據(jù)調(diào)查區(qū)水化學(xué)特征一覽（見(jiàn)表1）及調(diào)查區(qū)水化學(xué)類型（如圖2所示）評(píng)價(jià)調(diào)查區(qū)地?zé)崃黧w化學(xué)組分變化。

以烏魯木齊溫泉康復(fù)醫(yī)院為中心的地?zé)岙惓^(qū)流體特征與周邊流體特征不同。地?zé)岙惓^(qū)水化學(xué)類型為HCO₃-Na型，而周邊以SO₄-Na·Mg或Cl·SO₄-Na·Ca型為主。地?zé)岙惓^(qū)Na⁺離子含量是周邊區(qū)域Na⁺離子含量10倍左右，Mg²⁺含量明顯少于周邊區(qū)域，而HCO₃^-離子是周邊區(qū)域的10倍左右。地?zé)岙惓^(qū)CO₃^-明顯高于周邊，地?zé)岙惓^(qū)的pH值高于周邊區(qū)域。根據(jù)以上分析，地?zé)岙惓^(qū)與周邊流體屬于不同的地下水循環(huán)系統(tǒng)。推測(cè)調(diào)查區(qū)地?zé)崃黧w水化學(xué)類型變遷的可能原因?yàn)楸蔽飨驍嗔褞Ъ氨睎|向斷裂帶是地下水深循環(huán)的地下熱水通道。

以烏魯木齊溫泉康復(fù)醫(yī)院為中心的地?zé)岙惓^(qū)F-離子含量增大可能是脈巖中氟元素含量高所導(dǎo)致的。一方面在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用下，斷裂帶為氟的聚集、遷移提供了空間，使其成為斷層脈狀水的儲(chǔ)存空間和水化學(xué)組成條件；另一方面脈巖本身富氟時(shí)，它就成為溶液中氟的提供者。

綜上所述，調(diào)查區(qū)總體上地?zé)岙惓^(qū)及周邊流體特征變化明顯，進(jìn)一步證明了調(diào)查區(qū)北東向斷裂、北西向斷裂帶共同作用已影響到地?zé)岙惓^(qū)及周邊地層地下水補(bǔ)給和運(yùn)移，形成了特殊的地下水化學(xué)特征。

3.3 地?zé)崃黧w化學(xué)組分歷年變化

根據(jù)本次地?zé)崃黧w化學(xué)組分與1989年地?zé)崃黧w化學(xué)組分對(duì)比分析（見(jiàn)表4），地?zé)崃黧w偏硅酸、溶解性總固體增加較多，其余變化不明顯。

3.4 地?zé)崃黧w水地球化學(xué)特征

根據(jù)調(diào)查區(qū)地?zé)崴瘜W(xué)特征，按照蘭格利爾-路德維奇圖解^［8］，將地?zé)崴瘜W(xué)成分根據(jù)毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)用散點(diǎn)圖展布于X-Y直角坐標(biāo)中，如圖3所示。由圖3可知，調(diào)查區(qū)地?zé)崴蠯⁺+Na⁺的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)較大為96.8%，而陰離子中HCO₃^-+CO₃^2-毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)為57.6%，與在調(diào)查區(qū)所取的冷泉水化學(xué)特征相比較，冷泉的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)基本趨向于X軸，K⁺+Na⁺的含量相對(duì)較?。ㄐ∮?7%），而HCO₃^-+CO₃^2-的含量相對(duì)較大，根據(jù)鹽類與溫度的溶解度關(guān)系如圖4所示可以看出，K⁺和Na⁺隨溫度的升高溶解度增大；而水中CO₂的溶解度受環(huán)境的溫度和壓力控制，CO₂的溶解度隨溫度升高而降低，同時(shí)CO₂的溶解度隨壓力降低而減小，當(dāng)?shù)責(zé)崴鞒龅乇頃r(shí)，一部少部分HCO₃^-便成為游離CO₂從水中逸出。

可見(jiàn)，地?zé)崴蠬CO₃^-+CO₃^2-毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)相對(duì)較低，而在冷水中溶解的HCO₃^-+CO₃^2-毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)相對(duì)較多。

這種圖解方法對(duì)判別地?zé)崴欠裼欣渌旌暇哂泻芎玫闹庇^性。因此，蘭格利爾-路德維奇圖解具有如下4個(gè)特點(diǎn)。

①水溫越高，沒(méi)有冷水混合，其分布越趨向于Y軸；②K⁺+Na⁺的含量越高，陰離子中SO₄^2-與Cl^-的含量較高；③有冷水混合時(shí)HCO₃^-+CO₃^2-的含量隨之增加，K⁺+Na⁺的含量減少，散點(diǎn)分布趨向于X軸；④能較好地判斷地?zé)崴欠裼欣渌旌稀?/p>

由此可知，調(diào)查區(qū)地?zé)崴疄榻?jīng)過(guò)冷水混合的熱水，說(shuō)明地?zé)崴谛纬杉吧仙倪^(guò)程中，受到泉水、大氣降水或地下河流的混合。冷泉水中的元素含量都少于溫泉水的元素含量，說(shuō)明地下熱水通過(guò)深循環(huán)后溫度升高，溶解了眾多巖石中的部分元素，元素含量大幅度增加。而冷泉水形成條件與地下熱水相差甚遠(yuǎn)。調(diào)查區(qū)溫泉含有多種微量元素，所測(cè)元素中除硼含量稍高外，其他微量元素含量甚微，均在分析精度之內(nèi)。

3.5 地?zé)崴梢蚍治?/p>

地下熱水的形成有多種類型。調(diào)查區(qū)地?zé)崴某梢蝾愋涂蓺w納為地質(zhì)構(gòu)造型地?zé)崴?，熱水沿?cái)嗔褞Ъ捌涓浇严断蛏线\(yùn)移，以溫泉的形式出露于地表，大致可分為以下幾個(gè)方面：首先，區(qū)域熱儲(chǔ)層接受大氣降水的補(bǔ)給，形成地下熱水；其次，調(diào)查區(qū)北西向斷裂構(gòu)造裂隙的存在，切割深度大、延伸遠(yuǎn)，為地下熱水的富集及向上運(yùn)移提供了良好的通道；最后，由于調(diào)查區(qū)北東向F6斷裂的存在，阻隔了地下熱水的運(yùn)移，并由次一級(jí)的北東向裂隙導(dǎo)出地表形成溫泉。

從以上論述可以看出，調(diào)查區(qū)遠(yuǎn)源補(bǔ)給、遠(yuǎn)程徑流、深層循環(huán)，接受了地下深部熱源的熱量而成為熱水，在地形最有利處，地?zé)崃黧w通過(guò)裂隙向上運(yùn)移形成上升溫泉。

3.6 同位素化學(xué)與地?zé)崽锍梢蚍治?/p>

本次碳14、碳13、氧18及氚同位素測(cè)試單位為具有認(rèn)證資質(zhì)的美國(guó)測(cè)試中心（Beta Analytic Inc），依據(jù)《水中氫同位素鋅還原法測(cè)定》（DZ/T 0184.19—1997）^［9］及《天然水中氧同位素二氧化碳—水平衡法測(cè)定》（DZ/T 0184.21—1997）^［10］規(guī)范，使用MAT253質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)量。氚同位素測(cè)試單位為國(guó)土資源部地下水礦泉水及環(huán)境監(jiān)測(cè)中心（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所），依據(jù)《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法》（DZ/T 0064—1993），利用超低本底液體閃爍譜儀完成檢測(cè)，調(diào)查區(qū)水體同位素特征見(jiàn)表5。為對(duì)比分析，將不同成因類型水的δO¹⁸和δD值列于表6。

由表5、表6可以看出，調(diào)查區(qū)地?zé)崃黧w及常溫地下水的δ18O和δD值均在大氣降水變化范圍之內(nèi)，

說(shuō)明調(diào)查區(qū)地?zé)豳Y源補(bǔ)給源均為大氣降水，應(yīng)為大氣降水入滲形成。進(jìn)一步加深對(duì)地?zé)崃黧w形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)，對(duì)調(diào)查區(qū)水體補(bǔ)給來(lái)源及補(bǔ)給高程進(jìn)行了研究，具體如下。

①補(bǔ)給來(lái)源。δD和δ¹⁸O含量是水的成因和水與巖石反應(yīng)程度的指示劑。在同位素水文地球化學(xué)研究中，氫氧同位素的分餾主要是蒸發(fā)、凝結(jié)過(guò)程中的同位素分餾（水的同位素分餾主要由不同同位素水分子間的氫鍵的強(qiáng)弱引起）和水與巖石圈、大氣圈及生物圈的不同物質(zhì)之間的同位素交換。其中水的蒸發(fā)、凝結(jié)是自然界氫氧同位素分餾的一種主要方式，也是造成地球表面的各種水體的同位素組成差別且有一定規(guī)律分布的重要原因。但如果是高溫?zé)崴?，水吸收的能量足以達(dá)到破壞分子內(nèi)部氫氧原子的鍵，這時(shí)同位素交換可能占主導(dǎo)地位。

1961年，Craig發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)，即全球淡水中δ²H（D）和δ¹⁸O是相關(guān)的^［11］。Craig全球大氣降水線定義了全球地表淡水D和δ¹⁸O的關(guān)系為式（1）。

δD=8δ¹⁸O+10" " " " （1）

利用調(diào)查區(qū)同位素δD和δ¹⁸O可以判斷其地下水補(bǔ)給來(lái)源。將這些調(diào)查區(qū)的δD和δ¹⁸O與全球大氣降水線進(jìn)行比較（如圖5所示），可見(jiàn)溫泉點(diǎn)落在全球大氣降水線附近，可以判斷調(diào)查區(qū)地?zé)崃黧w來(lái)源于大氣降水。

由于熱水的δ¹⁸O含量遠(yuǎn)小于含氧礦物，在溫度增高時(shí)，地下熱水與圍巖接觸發(fā)生氧同位素交換，使熱水中的δ¹⁸O增高。而δD在造巖礦物中含量很低，同位素交換反應(yīng)對(duì)水的δD值幾乎不產(chǎn)生影響。當(dāng)δ¹⁸O水巖同位素交換反應(yīng)而富集時(shí)，其δD值則基本不變。因此，交換反應(yīng)結(jié)果是使熱水的氧同位素組成向右沿水平或近似水平的方向移動(dòng)，稱為氧-18漂移。由圖5可知，調(diào)查區(qū)地下熱水出現(xiàn)氧漂移現(xiàn)象不明顯，反映出深部熱儲(chǔ)溫度不高，印證了溫標(biāo)計(jì)算結(jié)果，屬于中低溫地下熱水。

②補(bǔ)給高程。當(dāng)海拔高度較高時(shí)，平均氣溫降低，降水中的同位素減少。對(duì)δ¹⁸O來(lái)說(shuō)，高度每升高100 m，其含量減少量為-0.15‰～-0.5‰，而δD的變化量為-1‰～-4‰，這就是高度效應(yīng)。

調(diào)查區(qū)地下熱水來(lái)源于大氣降水，利用δ值的高度效應(yīng)（大氣降水的δ值隨地形高程增加而降低）可以計(jì)算出溫泉補(bǔ)給區(qū)的海拔高度。

方法1：根據(jù)中國(guó)大氣降水的高程效應(yīng)公式，可以推測(cè)地下水的補(bǔ)給區(qū)的位置和高度，公式為式（2）。

δD=-0.02ALT－27" " " " " " " " " " " "（2）

式中：ALT表示的是海拔高度。

方法2：δD和δ¹⁸O含量與當(dāng)?shù)睾０胃叨汝P(guān)系的高程公式為式（3）。

式中：H為同位素滲入高度；δs為水點(diǎn)（泉）的δ18O或δD值；δp為大氣降水的δ¹⁸O值（取-9.15‰）或δD值（取-66‰）；h為水點(diǎn)高程；k為同位素高度梯度，相應(yīng)于海拔高度每變化100 m的δ¹⁸O值的變化（δ¹⁸O取-0.58‰/100 m，δD取-3‰/100 m）。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

依據(jù)調(diào)查區(qū)地下水補(bǔ)給高程計(jì)算結(jié)果（表7），方法1得到的溫泉補(bǔ)給高程為2 593 m，冷泉的補(bǔ)給高程為2 032.5～2 999 m。方法2利用δ¹⁸O計(jì)算得到的溫泉補(bǔ)給高程為824 m，冷泉的補(bǔ)給高程為822～1 018 m，利用δD計(jì)算得到的溫泉補(bǔ)給高程為825 m，冷泉的補(bǔ)給高程為822～1 020 m。利用方法1計(jì)算出的溫泉補(bǔ)給高程比溫泉露頭高1 772 m，計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際情況，而方法2中利用δD和δ18O計(jì)算溫泉得到的補(bǔ)給高程接近于泉點(diǎn)高程，明顯偏小。因此，采用方法1計(jì)算結(jié)果，調(diào)查區(qū)溫泉的補(bǔ)給高程為2 593 m，說(shuō)明溫泉水來(lái)源于南部中山區(qū)。

4 結(jié)論

①調(diào)查區(qū)總體上分為山區(qū)和平原區(qū)2個(gè)一級(jí)地貌單元。具體細(xì)分為3個(gè)二級(jí)地貌單元。山區(qū)地貌分為侵蝕剝蝕低山、侵蝕剝蝕低山丘陵2個(gè)二級(jí)地貌單元；平原區(qū)地貌為河谷沖洪積平原地貌單元。水磨溝溫泉所處地貌單元類型為侵蝕剝蝕低山丘陵。

②以烏魯木齊溫泉康復(fù)醫(yī)院為中心的地?zé)岙惓^(qū)流體特征與周邊流體特征不同。以烏魯木齊溫泉康復(fù)醫(yī)院為中心的地?zé)岙惓^(qū)水化學(xué)類型為HCO₃-Na型，而周邊以SO₄-Na·Mg或Cl·SO₄-Na·Ca型為主。

③調(diào)查區(qū)溫泉均出露于二疊系黑色頁(yè)巖與鈣質(zhì)砂巖中，NH₄⁺、PO₄^3-、F^-、B離子含量高，水磨溝溫泉地?zé)崃黧w氟達(dá)到理療礦水命名濃度，地下熱水命名為氟熱礦水。礦化度達(dá)到礦水濃度，具有很好的理療用途。

④水磨溝區(qū)溫泉地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用具有很廣闊的前景。合理地開(kāi)發(fā)利用地?zé)豳Y源將有效帶動(dòng)烏魯木齊旅游事業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)城市生態(tài)文明建設(shè)和城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2023-05-04

作者簡(jiǎn)介：陸建國(guó)（1966—），男，本科，水工環(huán)高級(jí)工程師，研究方向：水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地?zé)峥辈殚_(kāi)發(fā)。