熱水塘溫泉成因模式分析

張 銳，李 曉，韓偉隆，王志遠，張子森

(1.成都理工大學，四川 成都 610059；2.山東省濟南市水文局，山東 濟南 250014)

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熱水塘溫泉成因模式分析

張 銳1，李 曉1，韓偉隆2，王志遠2，張子森2

(1.成都理工大學，四川 成都 610059；2.山東省濟南市水文局，山東 濟南 250014)

通過了解熱水塘地區地質背景、水文地質條件，分析溫泉的水文地球化學特征，從溫泉的構造、熱源、水源等方面闡明了熱水塘溫泉的成因，認為：熱水塘溫泉是接受大氣降水或冰川融水補給，沿海螺溝發育的近東西向裂隙向東運移，在與磨西斷裂的交匯地帶，形成帶狀熱儲，并與深部地熱流混合發生一系列物理化學變化，沿磨西斷裂不斷上升，最終在構造及地貌合適部位出露形成溫泉。以期為該地區地熱資源開發利用以及研究區域上其他溫泉的成因模式提供參考。

溫泉；構造；成因模式

1 引言

熱水塘溫泉位于四川省瀘定縣磨西鎮共和村二組，地理座標為東經102°07′08″，北緯29°37′45″，海拔高程1600 m，該泉點發育于海螺溝內，距海螺溝溝口約3 km。海螺溝是四川境內的國家5A級名勝風景區，它融低海拔冰川(海拔3200 m可見冰川，是全國海拔最低的冰川)、原始森林、豐富的地熱資源和多樣性物種為一體，極具生態旅游的特色。本文從熱水塘溫泉的地質、水文地質背景以及水化學特征等方面闡明其溫泉的成因模式。

2 熱水塘溫泉地質概況

2.1 地形地貌

熱水塘溫泉在區域上位于青藏高原的東緣貢嘎山東坡山腳，屬于四川盆地與青藏高原的交接部，為深切割褶皺高山地形。海螺溝為貢嘎山發源的冰水峽谷，有常年冰川融水流出，溝谷呈U型，狹深，谷壁陡直，山頂尖削，局部見有崩塌、滑坡。海螺溝沿近東西向延展，在磨西斷裂位置，受斷裂影響，天然轉向北。熱水塘溫泉發育于海螺溝與磨西斷裂交匯位置,地貌上熱水塘一帶漫灘發育，并有一級階地，熱水塘漫灘發育高程1600 m，寬5～20 m，溫泉出露在河流漫灘。一級階地1608 m，最寬位置10 m左右。熱水塘段海螺溝左岸發育有巨厚層冰水堆積層。右岸地形陡立，呈峽谷特征，相對切割比800～1500m。

海螺溝屬大渡河水系的二級支流。海螺溝水系呈樹枝狀發育，受海螺溝地形變化影響，水系落差較大，水流急。

2.2 地層巖性

根據現場調查和地質資料分析，熱水塘溫泉泉域范圍內出露地層主要二疊系、巖漿巖和第四系冰水堆積物。

海螺溝冰川地質作用強烈，溝內發育大量第四系由全新統(Qh)和更新統(Qp)地層，巖性為一套冰水沉積的砂礫石層，偶夾冰川大漂礫，厚20～30 m。

2.3 地質構造

熱水塘溫泉地處磨西斷裂西側次級構造帶，屬甘孜地槽褶皺帶貢嘎山菱形地塊[1]。在大地構造上，以磨西斷裂為代表的NW向鮮水河構造帶和以二郎山斷裂為代表的NE向龍門山構造帶，以及以大渡河斷裂為代表的SN向川滇構造帶共同組成的三大構造帶，億萬年以來，幾經海陸變遷和造山運動，在青藏板塊與揚子板塊陸內碰撞擠壓作用下，以青藏高原快速隆升和新構造劇烈活動為特征，最終形成了中國西部最為矚目的“Y”字型構造格局[2]。熱水塘溫泉正好處在此三岔口交接帶附近。

熱水塘溫泉位于草科向斜東翼磨西斷裂西側，距磨西斷裂200m左右。在草科向斜以西還發育有海螺溝背斜。

(1)草科向斜。位于磨西斷裂的西側，褶軸走向N10°W，長達60 km以上，核部為二疊系上統地層，兩翼為二疊系下統地層，東翼地層甚陡，一般60°～80°，局部直立倒轉，西翼稍緩，一般50°～60°。

(2)海螺溝背斜。位于貢嘎山東側，與草科向斜平行延展。核部為燕山—喜山期斜長花崗巖，兩翼主要為二疊系下統下段、中段、上段地層，巖性主要為片巖、砂板巖夾條帶狀大理巖。兩翼地層較陡，軸面略向東傾。

(3)磨西斷裂。磨西斷裂磨西斷裂是康定一石棉地區最大的斷裂之一，熱水塘溫泉區位于磨西斷裂中段，全長約為30 km，沿田灣河谷、灣東溝分布，地貌線性特征清晰，呈SN～N15°W舒緩波狀展布，傾向W～SWW，傾角約60°～80°[3]。斷層上(西)盤巖性為二疊系片巖、砂板巖、大理巖；下盤由元古代巖漿巖組成。斷裂帶由寬50～80 m片理化構造角礫巖-構造片巖帶和韌性剪切帶組成，具有隔水性質。

3 熱水塘溫泉水文地質條件

根據石棉、貢嘎地區1∶50萬區域水文地質普查報告并結合野外調查，將泉域附近地層劃分為第四系松散巖類孔隙含水巖組、基巖裂隙水含水巖組、碳酸鹽巖或碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙含水巖組三類，其含水巖層特征及富水性如下所述。

3.1 第四系松散巖類孔隙含水巖組

3.1.1 水量中等的含水巖組

由全新統(Qh)和更新統(Qp)砂卵礫石層組成，分布于大渡河一級階地，上覆砂礫層或粘土，厚0.24～8.12 m，含水層厚4.38～17.72 m。

3.1.2 水量貧乏的含水巖組

由第四系未分統(Q)和更新統(Qp)地層組成，巖性為含巨礫的砂質粘土、砂礫層等。主要分布在大渡河及磨西河的二至六級階地。堆積物包括沖積、洪積、冰水堆積等多種成因類型，其厚度39～522 m。巖性較混，透水性差，含水貧乏。

3.2 基巖裂隙含水巖組

泉域內構造復雜，巖漿作用強烈，巖漿巖及二疊系變質巖系構成區內主要的基巖構造裂隙水。含水層巖性主要為變質砂巖、灰巖、花崗巖等，巖性復雜，巖相變化大，構造裂隙較發育，構造裂隙率平均1.45%，是地下水的良好儲集空間。泉流量一般為0.1～1 L/s，地下水徑流模數1～3 L/(s·km2)。在構造有利部位，如褶皺的軸部或近軸部及斷裂破碎帶等部位，富水性較好，泉流量1～10 L/s，地下水徑流模數3～6 L/(s·km2)。

3.3 碳酸鹽巖或碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙含水巖組

主要由二疊系(P)、泥盆系(D)地層組成。碳酸鹽與碎屑巖比例一般為3∶2。碳酸鹽巖主要為白云巖、灰巖以及大理巖，碎屑巖主要為砂泥巖、砂礫巖及泥(頁)巖等，溶隙率0.25%～15.68%[4]。據冷磧鎮野牛山礦區鉆孔資料，該孔深124.44 m，揭露泥盆系灰巖，含水層厚46.67 m，水頭高出地面20.41 m，涌水量46.224 t/d，單位涌水量1.856 t/d·m，滲透系數0.48 m/d。

圖1 熱水塘地區區域水文地質

4 熱水塘溫泉水化學特征

4.1 泉水的物理特征

泉水無任何顏色，無懸浮物和膠粒，水質清澈透明，色度小于4°，混濁度1～2NTU；無沉淀和鈣華，帶有硫化氫氣味，經檢測H2S含量達8.64～10.97 mg/L，屬硫化氫礦泉水。

4.2 泉水水化學組分特征

表1 熱水塘溫泉水質分析結果

根據中華人民共和國國家標準《地熱資源地址勘查規范(GB11615-2010)》，醫療礦水水質標準中將各化學成分的濃度分為3種類型，分別為有醫療價值的濃度、礦水濃度及命名礦水濃度。熱水塘溫泉水的總硫化氫含量10.18 mg/L、氟含量2.57 mg/L、偏硅酸含量90.74 mg/L均達到了“醫療熱礦水水質標準”中命名礦水濃度界線。另外偏硼酸含量3.7 mg/L到了“醫療熱礦水水質標準”醫療價值濃度。溫泉中還含有少量鍶、鋰等對醫療有益的微量成分。該泉水水質分析得出共有3項指標達到了醫療礦水命名的濃度以上，另外還有1項指標達到了醫療價值濃度。熱水塘溫泉水按“醫療熱礦水水質標準”評價，屬于含偏硼酸的硫化氫、氟、偏硅酸高溫醫療礦泉水。

5 熱水塘溫泉成因分析

根據熱水塘地區地質背景、水文地質條件、熱泉水化學組成特征，對熱水塘地區溫泉成因機模式行分析。

5.1 熱水塘溫泉形成的地質條件

熱水塘溫泉形成是特殊地質構造作用和地下水運動形成的。地質調查研究認為磨西斷裂是控制其溫泉發育和形成的重要斷裂，對溫泉的形成起重要的作用。磨西斷裂是一條多期活動的斷裂，該斷裂帶發育有糜棱巖和碎裂巖，大多數是疊加有碎裂和糜棱巖化兩種作用的斷層，在熱水塘地區斷層帶為10～20 m片理化構造角礫巖～構造片巖帶和韌性剪切帶組成，因此磨西斷裂帶本身是相對隔水的，在區域上形成重要的水文地質邊界。磨西斷裂由系列斷層組成，由于斷裂作用，巖體破碎，斷層帶在區域上主要以溝谷形式形成地貌地勢區域，磨西斷裂以SN向展布，西側為高山，因此，磨西斷裂影響了兩側的地下水運動方向，對深部地下水的運動起重要的控制作用，使磨西斷裂西部深部地下水總體向東徑流。

在熱水塘地區，區域上構造為近SN向，區域應力場為EW向，因此區域上發育有近EW向的裂隙密集帶，這些裂隙密集帶顯示張性構造的特征，有利于地下水的運動。根據遙感解譯，磨西斷裂西部有明顯的EW向影像顯示，西側發育的水系受EW向裂隙帶控制。沿EW向裂隙密集帶，地下水向西徑流，深循環并被加熱成為地下熱水的通道條件。區域地下水具有從西向東遠距離徑流的宏觀水動力條件，這是熱水塘溫泉發育的重要條件。

5.2 熱水塘溫泉熱儲特征

(1)熱水塘溫泉熱儲的基本特征。熱水塘溫泉熱儲為斷裂帶型熱儲，即斷層帶和裂隙體系構成溫泉的熱儲層，地下水沿裂隙發育、巖石破碎部位循環和運動。

(2)熱水塘溫泉熱儲溫度及深度估算。本次熱儲溫度的計算選用了SiO2地熱溫標，其公式如下：

根據水質資料，熱水塘溫泉水偏硅酸的濃度為90.74 mg/L[5]，折算成SiO2含量為69.8 mg/L，代入公式可求得熱儲溫度T為118.0 ℃

熱水塘溫泉的循環深度根據下列公式計算：

式中：H為熱儲深度(m)； 100/4為地熱增溫梯度；T為計算平均熱儲溫度，以SiO2溫標計算結果為準；t0為常溫帶梯度；本區取13.1 ℃[6]；H0為常溫帶的深度，本區取20 m。

根據熱儲溫度推算熱水塘溫泉循環深度約為2642.5 m。

5.3 熱水塘溫泉的熱源

根據地質資料，熱水塘地區二疊系變質巖的總厚度大約為2000 m左右，而計算獲得的熱水循環深度遠超其二疊系地層厚度，說明海螺溝地區裂隙體系已經切入地殼深部，來自地殼深部燕山—喜山期巖漿巖體或地幔中的高溫高壓熱流(包括熱氣、熱液)，呈“蒸汽蒸餾”狀沿裂隙上升，與地下水混合，形成了本地區的高溫礦水[7]。

研究區內構造活動強烈，表現為差異性斷塊抬升，尤以磨西斷裂等邊界斷裂活動最強烈，據中科院成都地理所的研究成果，全新世以來，貢嘎山斷塊每年隆起3.2～12. 7 mm，平均8 mm左右[8]，在作持久性大幅度的差異性抬升過程中，沿斷裂破碎帶產生的機械摩擦熱，也是該區熱礦水的熱源之一。此外，熱源來自正常的地溫梯度，地下水在深循環過程中逐漸被加熱[6]。

5.4 熱水塘溫泉的補給來源及補給區

熱水塘溫泉的補給區位于貢嘎山東側的巖溶裸露區、花崗巖侵入接觸形成的構造軟化帶，補給區面積大，高程分布在2500～4000 m一帶。持續的融雪、山澗溝河常年流水、大氣降水為地下熱水豐富的補給源。另外，該區地勢西高東低，高差強烈，導致地下水循環徑流深度增加。受構造影響，該區巖溶發育，深層巖溶地下水循環徑流深度很大，水平運移距離長，徑流條件好。

5.5 熱水塘溫泉的水文地球化學特征分析

表2為熱水塘溫泉微量元素濃度與區域水體中微量元素的對照表[9]，從表中可以看出熱水塘溫泉元素濃度普遍高于水體中的元素豐度，特別是Sr超出甚多，高Sr溫泉水是深部循環的見證[10]。說明地下水循環路徑較長，循環深度較大。

表2 微量元素濃度對照

5.6 成因模式小結

根據熱水塘溫泉出露的地質背景，結合現場調查、水質分析揭示的地球化學特征綜合分析，熱水塘溫泉形成是SN向磨西斷裂帶和近EW向裂隙體系復合控制地下水深循環形成，其形成模式圖如圖2所示。

貢嘎山東坡大氣降水或冰川融水滲入地下，沿海螺溝發育的近東西向裂隙向東運移，在深循環過程中被加熱。在與磨西斷層的交匯地帶，形成帶狀熱儲，并與深部地熱流混合發生一系列物理化學變化，沿磨西斷裂不斷上升，最終在熱水塘地區形成溫泉出露。

圖2 熱水塘溫泉成因模式

6 結論

[1]四川省地質局航空區域地質調查隊.貢嘎幅H-47-ⅩⅩⅣ1/20萬區域地質調查報告(地質、礦產)[R]．成都：四川省地質局，1997．

[2]袁 偉，冉光靜，張 恒．海螺溝溫泉地質成因分析[J]．中國礦業，2015(4)：83～87．

[3]趙德軍，王道永，吳德超，等．磨西斷裂變形與運動學特征研究[J]．沉積與特提斯地質，2008(3)：15～20．

[4]中國人民解放軍00939部隊，石棉、貢嘎地區1/50萬區域水文地質普查報告[R]．1980．[5]劉俊賢，梁云甫，等．四川貢嘎山海螺溝溫泉醫療熱礦水水源地評價報告[R]．成都：四川省地質工程勘察院，2000 ．

[6]何 洋，李 曉，肖 堯，等．草科溫泉的水文地球化學特征和成因分析[J]．地下水，2015(37)：30～32．

[7]H．C．H．Armstead．Geothermal energy：its past，present and future contributions to the energy needs of man[M]．New York: Halsted Press，1978．

[8]中國科學院成都山地災害與環境研究所．四川省貢嘎山海螺溝風景區環境地質研究[R]．成都：中國科學院成都山地災害與環境研究所，1991．

[9]何耀燦．貢嘎山東麓海螺溝的溫泉資源[J]．資源開發與保護，1990(4)：219～223．

[10](美)漢森·布拉茨.輻射衛生手冊[M].北京：原子能出版社，1976．

Genetic Model Analysis of Reshuitang Hotspring

Zhang Rui1,LI Xiao1，Han Weilong2, Wang Zhiyuan2,Zhang Zisen2

(1.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China;2.ShandongJinanMunicipalHydrographicOffice,Jinan,Shandong250014,Chin)

This paper expounded the origin of ReshuitangHotspring in structure, heat source and water source through analyzing the regional geology, hydrogeologic conditions and hydrogeochemical features. We argued that the hotspring water derived from precipitationand meltwater, along east-west fracture eastward migrationandform banded thermal reservoirwhere thewater and terrestrial heat flowfrom deep crust with high temperature and pressure were mixed, and at themeantime, some related physical and chemical processes were proceeded. The hotspring was found where the tectonic structure and landform were suitable. It had the great value to exploit the geothermal resources and to study the genetic model of other hotspringin this zone.

hotspring；tectonic structure；genetic model

2016-07-31

張 銳(1992—)，男，成都理工大學碩士研究生。

P314.1

A

1674-9944(2016)18-0167-05