新疆地熱水分布與地質構造的關系

陳　鋒，劉　濤，顧新魯，呂　陽，賀根義

（新疆地質礦產勘查開發局第二水文工程地質大隊，新疆昌吉831100）

新疆地熱水分布與地質構造的關系

陳鋒*，劉濤，顧新魯，呂陽，賀根義

（新疆地質礦產勘查開發局第二水文工程地質大隊，新疆昌吉831100）

新疆地熱水點主要分布于西昆侖山、天山和阿爾泰山的基巖山區，其分布特征與地質構造有很大的關系，地熱露頭的成帶狀分布與區域地質構造的展布具有一致性的特征，同時也充分反映了區域地質構造的活動性，說明新疆地熱水的分布與形成明顯的受區域地質構造和活動性構造的控制；同時地質構造又影響著地熱水的賦存、運移和出露特征。并且地熱水點周圍新構造運動越強烈，地熱水溫度越高。

新疆；地熱水；分布特征；斷裂構造

溫泉和熱水井是地熱水的天然露頭和人工露頭。據不完全統計，目前新疆有50多處地熱露頭，其中出露溫度大于90℃的僅1處。通過調查，溫度的高低在空間上具有很大的差異，以西昆侖山區最高，尤其是塔什庫爾干斷裂帶上，地熱井最高溫度146℃，中部天山區溫度次之，北部阿爾泰山溫度最低，經過研究分析，地熱點出露溫度的高低受斷裂構造的影響，新構造運動越強烈，地熱點出露溫度越高；構造運動越弱，出露溫度越低。

1　地熱水分布及其特征

新疆地熱水點主要分布在阿爾泰山、天山、昆侖山以及與盆地相銜接的山前地帶。新疆地下熱水的分布與賦存受地質構造的控制，與含水層巖性、所處地貌單元和水文地質條件具有密切的關系，依據出露地區的不同，地下熱水也呈現出彼此各異的特點。區內絕大多數地熱水在成因上屬深循環對流型。受大氣降水或高山積雪融水的補給，沿斷裂破碎帶循環于地下深處，經大地熱流加熱，在合適的構造條件下，沿深大斷裂上升出露于地表形成溫泉或補給淺層地下水。

區內地熱點分布在昆侖山區的相對較多，多出露在地形切割較深、構造發育的河谷地段，有的則出露在河床之中，河水大時常被淹沒；出露海拔均在3000m以上，沿北西南東方向呈帶狀展布，溫泉水溫一般較高，多數大于40℃；其中羊布拉克溫泉72℃，塔縣曲曼熱水井146℃。天山區最多，多分布海拔在1500～3000m范圍之內，出露于河谷或地形呈明顯轉折的部位；天山區溫泉主集中分布于烏魯木齊—伊犁一帶，呈東西向帶狀分布，溫泉水溫在25℃～60℃，其中以和靜縣阿熱先溫泉出露溫度最高，65℃。阿爾泰山區最少，主要分布于阿爾泰山南麓，出露海拔1400～2000m，出露在河床或谷側坡角處，洪水期常被淹沒；溫泉水溫一般不高，在30℃～52℃，其中以福海阿拉善溫泉出露溫度最高，為52℃。從以上分布情況可知，地熱異常活動由南向北為逐漸減弱的趨勢。

地熱水由于深循環溶解的礦物質含量較多，水化學成分復雜，許多為低溫地下水中所不具有的類型。從礦化度來看，最低為0.152g/L，最高為18.4g/L，62%小于1g/L，特別是阿爾泰山區礦化度最低，均小于0.5g/L，較高礦化度的溫泉水可能與中新生代沉積水有關，如古海溫泉。溫度的高低變化對礦化度具有較大的影響作用，因為它直接影響周圍介質中鹽類和氣體的溶解度，礦化度與溫度呈正相關。地熱水pH值基本上呈中性—弱堿性，pH最低為6.35，最高為9.95。6.5≤pH＜8.5的占44%，達到地下水Ⅱ類水標準。地熱水中主要陰陽離子成分為Cl、SO4、Na、Ca為主，水化學類型以SO4-Na、SO4·HCO3-Na、SO4·Cl-Na、Cl-Na、Cl· SO4-Na型居多。

2　地熱水分布、賦存與構造體系的關系

區內地熱水在空間上的分布受區域地質構造的控制，主要表現在阿爾泰山南坡、天山西部以及西昆侖山等地區，其溫泉分布密度與構造形跡、主要構造體系的基本構造格局是相對應的，見圖1［1］。

圖1　新疆地熱點與構造體系關系圖（一）緯向構造體系：1.復式背斜；2.復式向斜；3.壓扭及壓扭性斷裂；4.區域東西向構造帶壓性斷裂；（二）西域構造體系：5.復式背斜；6.復式向斜；7.壓扭性斷裂；（三）阿爾金構造體系：8.復式背斜；9.復式向斜；10.壓扭性斷裂；（四）中亞構造體系：11.壓扭性斷裂；（五）河西構造體系：12.斷裂（帶）；（六）弧形構造體系：13.復式背斜；14.壓扭性斷裂；15.復式背斜；16.復式向斜；（七）歹字形構造體系：17.壓性及壓扭性斷裂；18.復式背斜；19.復式向斜；（八）經向構造體系：20.復斜；21.斷裂；（八）未歸屬北東向構造：22.斷裂（帶）；（九）其它：23.扭性斷裂；24.張性斷裂；25.隱伏斷裂；26.中小型旋卷構造體系；27.山間盆地中第四系；28.第三系；29.前寒武系；30.現代火山口；31.晚古生代中酸性侵入巖；32.中生代中—酸性侵入巖；33.前寒武紀及早古生代中—酸性侵入巖；34.熱汽泉；35.溫泉

（1）阿爾泰山南坡溫泉集中分布在富蘊—可可托海一帶，構造上位于蒙古弧形構造帶與河西構造體系的交接復合部位，斷裂構造極為發育，活動性較強。蒙古弧形構造帶形成時間較早、活動性較弱，而河西構造體系形成時間較晚，活動性極強，挽近以來活動劇烈，以紅山咀斷裂為代表，長約176km，是一條典型的右旋脆性剪切破裂帶，曾多次發生強烈地震，斷裂切割深度較大，傳導深部熱流，并以與其伴生的或被改造的低序次的次級張扭性斷裂導熱賦水，從而基本控制了該帶地下熱水的形成和分布。該帶溫泉集中出露在紅山咀斷裂的兩側，表明河西構造體系是控制該熱水形成的主要因素，同時，也反映了該構造體系的活動性。主要溫泉有巴利爾斯溫泉、沃薩依溫泉等［2］。

（2）天山區地熱資源受區域構造體系的控制，熱水露頭主要集中分布在天山西部。天山西部地區構造極為復雜，經過了多期構造變動，挽近以來構造活動極為劇烈，不同體系構造的活動為熱水的形成、運移創造了良好的條件，不同構造體系的交接復合部位成了熱水富集、出露的有利地段。

烏魯木齊—烏蘇一帶，熱水露頭位于西域構造體系、中亞構造體系和緯向構造體系的交接復合部位。西域構造體系的活動性較強，改造和歸并了緯向構造體系天山復雜構造帶的某些構造形跡，成為控制該帶構造格局的主要影響因素，從而決定了該帶熱水的分布、賦存和出露條件。控制熱水形成與分布的構造主要為近東西向展布的博羅科努—阿其克庫都克斷裂帶，該斷裂延伸數百千米以上，規模巨大，活動性極強。沿該帶出露有烏魯木齊水磨溝溫泉、呼圖壁、沙灣、烏蘇等溫泉。

伊犁谷地是天山中部溫泉出露較多的地帶，構造上位于天山復雜構造帶中部的二級構造單元——伊犁沉降構造帶。控制熱水形成與分布的構造主要為尼勒克大斷裂以及一系列與之配套的北東向和北西向斷裂。沿該構造帶出露的溫泉主要有巴爾蓋提、布隆溫泉和尼勒克阿拉善溫泉等。

南天山地區熱水露頭均沿天山復雜構造帶最南部的二級構造單元卡拉臺克—庫魯克塔格—阿拉塔格斷格構造帶分布，溫泉多出露在阿爾金構造體系和天山復雜構造帶的交接復合部位，主要有阿合奇吉魯蘇溫泉、拜城鐵列克溫泉等。控制熱水形成的構造主要為東西向區域性大斷裂，其規模巨大，延伸數百千米以上，活動性極強，為熱水的形成和運移創造了良好的環境。

（3）昆侖山地區熱水露頭多沿帕米爾“歹”字型構造體系的頭部地區分布，受后期中亞構造體系活動的影響，溫泉主要沿塔什庫爾干斷裂、公格爾斷裂、康西瓦斷裂分布，出露的溫泉主要有塔合曼溫泉、達布達爾溫泉、唐哥塔溫泉等。控制溫泉形成與分布的構造主要為北北西向區域壓扭性斷裂及一系列與之配套的北東向交叉和入字型次級張扭性斷裂，均為晚近復活性斷裂，構造活動極為劇烈，長期頻繁的構造活動，使該區巖石強烈破碎，基巖裂隙密布，形成了地熱水的良好通道和賦存空間［3］。

（4）塔里木和準噶爾盆地，構造活動性較弱，這些地帶多形成盆地深埋型熱水，并受基底構造控制。典型的為準噶爾盆地的古海溫泉和塔里木盆地的塔中熱水井。

新疆地熱分布與構造體系的關系極為密切，受構造體系的控制，多出露在不同構造體系的交接復合部位，表現為南強北弱、西強東弱的特征，地熱分布與新構造運動關系的活動強度相對應。

3　地熱水分布、賦存與板塊構造的關系

板塊與板塊之間的相對運動區，是全球活動性最強的地帶，這里即是高熱流區，又是年輕的造山運動、火山活動、巖漿侵入、地震活動以及變質作用等強烈發生的地區，也是地熱形成的有利地帶；上述地質作用為高強度地熱活動的形成與分布提供了熱源、通道及地熱流體中某些特殊組分富集等有利條件，絕大多數高熱流區呈帶狀集中分布于板塊邊界。而在板塊內部，則是相對比較剛性的塊體，雖也受拉伸、剪切和擠壓應力作用，在不同地質時期也發生過或正在發生著復雜的褶皺、斷裂及升降運動，以及火山噴發和巖漿活動等，但就其構造的活動強度、斷裂的深度及規模而論，都遠遠不及板塊與板塊之間的界面地帶所發生的情況，所以在板塊內部，則廣泛發育著低溫地熱活動［4］。由于地熱活動嚴格地受板塊構造的控制，按板塊構造學說，地熱帶首先被劃分為板緣（或板間）地熱帶、板內地熱帶2大類［5］。

昆侖山地區的溫泉多分布在羌塘板塊與塔里木板塊縫合線地帶的西部地區，溫泉分布密度較大、水溫較高、礦化度較低，屬于板緣地熱帶類型，多形成中高溫地熱資源。天山地區地熱的分布則兼具板塊板緣與板內兩種類型地熱帶的特點，溫泉分布密度較小、水溫不高，多為中低溫地熱資源。阿爾泰地區地熱點的分布距板緣縫合線地帶較遠、溫泉水溫較低，多低于40℃；屬西伯利亞板塊板內地熱帶類型［6］。

新疆地熱的分布具有一個明顯的特點，即地熱活動的強弱與構造活動的強弱具有一致性的規律，表現在地熱水溫上南部地區最高達146℃，向北水溫逐漸變低。這是因為自南而北地熱活動區逐漸遠離現代板塊邊界地區，表明地熱活動的強度受板塊構造的控制，自板緣向板內逐漸減弱，地熱資源由高溫向中溫、中低溫變化的特征，反映了地熱資源分布與板塊構造的關系［7］。

4　地熱分布、賦存與構造形跡的關系

新疆地質構造發育，地熱水分布賦存與構造形跡的關系十分密切，受構造行跡的控制，分布具有一定的規律。主要表現在與褶皺構造和斷裂構造的關系方面。從地熱水的出露條件來看，與褶皺構造關系較為密切，在褶皺的傾伏端或背、向斜過渡地帶分布的溫泉點占20%以上。處于這種構造部位的地熱水，一般礦化度較高，皆大于1g/L，為中等—高礦化的半咸水—咸水。地熱水分布與斷裂構造的關系則更為密切，在斷裂帶上分布的地熱水點占全區地熱水露頭總數的75%以上；其中有20多處分布在區域性斷裂與其次級斷裂的交匯部位及其張扭性分支斷裂上；其余10余處則分布在近東西向交叉斷裂或“入”字型構造的分支斷裂，以及斷裂構造的支、叉、拐端等構造部位。該類型地熱水礦化度皆小于1g/L，涌水量相對較大。根據區內地熱水賦存的構造部位，將其按形成條件和賦存特征大致可歸納為3種：

（1）對于褶皺構造來說，復背斜或大型背斜兩翼的傾伏端及背、向斜的過渡地帶，有利于地熱水的補給、賦存和地熱能的集中傳遞，是地熱水形成、賦存的良好地段。

拜城縣鐵列克溫泉在構造上位于南天山向斜褶皺帶的哈雷克套復背斜與庫車山前坳陷的銜接部位，空母依來背斜和圖舍科夫向斜過渡地帶的次級褶皺上，三疊紀地層不整合在二疊紀地層之上，2個構造層呈一背斜構造形態（見圖2）；其南翼為一北東走向的正斷層，下盤破碎帶寬達200m以上，溫泉出露在破碎帶上的二疊系石英斑巖、花崗斑巖與三疊系礫巖、砂巖的裂隙中。該背斜為長期活動的深大斷裂，地下熱水沿斷層破碎帶上升，而后通過二疊系與三疊系的巖石裂隙溢出地表形成溫泉。在卡普斯朗河河谷內沿斷層展布方向出露有20多處，最高水溫58.5℃。

圖2　鐵列克溫泉地質剖面圖1.砂巖；2.礫巖；3.花崗斑巖；4.正斷層；5.地下水流向；6.溫泉

（2）區域性斷裂與其次級斷裂的交匯部位及張扭性分支斷裂上，是地熱水露頭集中出露的地帶，是地熱水形成賦存的有利地段。如昆侖山的塔合曼溫泉分布在構造的上述部位［8］。

塔合曼溫泉位于塔什庫爾干斷裂與其次級張扭性斷裂的交匯部位，塔什庫爾干斷裂為右行走滑斷裂，熱水從斷層破碎帶中流出；據物探資料，斷裂帶寬80m，周圍花崗巖受構造破壞，裂隙發育，形成了熱水賦存、運移的良好通道和空間；熱水水溫較高64℃，流量穩定。

除上述溫泉外，烏蘇南山溫泉、福海阿拉善溫泉、溫泉縣城北溫泉、尼勒克巴爾蓋提溫泉等，也都出露于不同斷裂構造的交匯部位；這種類型的熱水具有一個共同的特點，即以區域壓扭性斷裂傳導深部熱量，而以次級張扭性斷裂儲熱富水；含水介質和空間主要為斷裂破碎帶和基巖構造裂隙，因而該區的熱水的分布形成又具有基巖裂隙水的特征。

（3）近東西向交叉斷裂或入字型斷裂的分支斷裂以及斷裂的兩端都是熱水儲存和富集的良好地段，也是溫泉出露的有利部位；它是以主干壓扭性斷裂產熱，次級張扭性斷裂水平導熱富水的典型代表。這類溫泉一般水溫較高，水量較大。

沙灣縣金溝河溫泉療養院，位于博羅科努—阿其克庫都克斷裂的次一級斷裂帶上，該處支斷裂極為發育，主要有2組，一組沿東西向展布，另一組沿北東向分布，大氣降水沿博羅科努—阿其克庫都克超巖石圈斷裂帶滲入地下，在運移過程中接受深部巖漿加熱，在金溝河溫泉附近受北東向分支斷裂的阻擋，從斷裂帶中流出，水溫較高，水量較大，水溫50℃，見圖3。

圖3　金溝河溫泉形成模式圖

塔縣的拜什庫爾干溫泉、唐哥塔溫泉、羊布拉克溫泉等都出露在斷裂構造的兩端或分支斷裂上。

綜上所述，熱水賦存于構造的上述有利部位，其溢出的形式有2種：一是從基巖裂隙中或斷裂帶直接涌出地表；二是從2條斷裂的交匯處，通過上覆第四系砂礫石層涌出地表；熱水賦存的含水空間是基巖構造裂隙或斷層破碎帶，溫泉的成因類型主要為構造裂隙上升泉或斷裂上升泉。

5　斷裂構造對地熱形成的影響

斷裂構造、特別是深大斷裂對地熱的成因有著重要的影響。一般來說，斷裂規模越大、切穿深度越大，近期活動性越強，越有利于地熱的集中和傳導，從而有利于地熱異常的形成。

（1）由于各種構造的受力方式、結構面性質、形態、規模和組成巖層的不同，對地熱水影響和本身的賦水性也不同。簡而言之，地質構造對地熱水的影響可歸結為2方面：

①構造破壞了巖層完整性，產生裂隙，形成賦存地熱水的空間。構造的性質、形態和規模的不同，所產生的儲水空間大小、性質也就不同，地熱水賦存的形式和數量也就不同，運動方式也不同，從這個意義講，構造對地熱水影響是絕對的。

②構造使富水程度不同的很多地層，隔水的和含水的、貧水的和富水的在空間和平面上，擺布成一定格局，從而控制著地熱水分布、徑流方向和匯集排泄地點。

（2）對地熱水來講，地質構造的主導作用更在于溝通深部熱源。區內深大斷裂眾多，有些甚至是超殼斷裂，溝通了地球深部的地殼熱流和地幔熱流，為地熱水提供了熱源。

6　結論

通過對新疆地熱水分布與地質構造關系的研究分析，發現地熱水的形成、賦存、運移和出露受地質構造的控制，地熱出露部位往往都是地質構造的交匯部位，地熱水點分布也相對較多，且水溫相對較高。從空間分布上看，新疆的地熱水與地質構造有密切聯系。要充分搞清楚地熱的賦存規律并指導地熱資源勘探開發，還需投入大量的實物工作量進行深入研究。

［1］陳鋒，等.新疆維吾爾自治區地熱資源調查與評價報告［R］.新疆地礦局第二水文工程地質大隊，2011.

［2］新疆維吾爾自治區構造體系說明書及構造圖1∶100萬［R］.新疆地質局區域地質調查大隊，2000.

［3］新疆維吾爾自治區區域地質志［R］.新疆維吾爾自治區地質礦產局，1982.

［4］周念滬.地熱資源開發利用實務全書［M］.中國地質科學出版社，2005：49-68.

［5］成守德，等.新疆大地構造演化基本特征［J］.新疆地質，1998，16（2）：97-107.

［6］徐世光，郭遠生.地熱學基礎［M］.科學出版社，2009：103-113.

［7］于常武.平莊盆地地熱地質特征及地熱勘查遠景區研究［D］.遼寧：遼寧工程技術大學，2002：39-44.

［8］程先鋒.云南省安寧溫泉地熱地質特征及成因模式［J］.水文地質工程地質，2008（5）：124-128.

P314.1

A

1004-5716（2016）02-0144-05

2015-02-05

項目資助：新疆國土資源廳基金辦兩權使用費和價款項目資助。

陳鋒（1982-），男（漢族），新疆昌吉人，工程師，現從事水文地質、工程地質和環境地質工作。