探究上团乡温泉水形成条件、化学成分及水质情况

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论文摘要

  温泉是一种由地下自然涌出的泉水。温泉水的形成具有一定特殊的地质条件,不同的地质背景形成的不同类型、不同特点的温泉。上团乡热水沟温泉位于雅江旋卷构造带上,该构造属于“歹”字型构造的次级构造,系川西鲜水河断裂和甘孜理塘断裂间的大型旋卷构造之南缘。而沿甘孜理塘断裂集中分布有一系列温泉,通过对比出露温泉的水化学特征,分析上团乡热水沟温泉与断裂带上其他温泉水水质特征的共同点与差异,以及受地质环境影响形成的特殊水化学特征,从而探讨上团乡热水沟温泉的形成机理及形成条件。

  1、地理位置及出露特征

  上团乡热水沟温泉位于四川省甘孜州九龙县北西部,地理位置坐标29°5'6″~29°4'55″N,101°14'27″~101°14'18″E间,海拔高程在3541.0m~3614.0m之间。

  上团乡热水沟温泉以泉群的形式出露于热水沟沟谷位置,泉群共出露了4个泉眼,其中1#、2#、3#泉眼位于河流左岸(见图1),1#、3#泉均以片状形式流出;2#泉眼泉水呈股状冒出,于泉口附近汇聚形成一水塘;4#泉眼出露于下游约500m处河流右岸(见图2),泉水呈股状涌出,并在泉口附近形成一直径约2m的水塘。具体出露情况见表1。

  【表1】

  2、温泉出露环境及地质条件

  2.1地形地貌

  上团乡热水沟温泉地处九龙县西部高山地区,山岭高俊,沟谷纵横,河流深切,山谷海拔高差较大,约800m~1000m,河段均为深切曲流河谷地貌。

  2.2地层

  泉域范围内出露主要地层由新到老依次有:第四系(Q)砂、砾石、卵石及粘土,三叠系上统新都桥组(T3xn)板岩,以及出露大面积燕山期岩浆岩,主要为燕山期石英闪长岩(鋙52)、花岗闪长岩(沅52)、二长花岗岩(玢52),且受构造控制明显。

  2.3地质构造

  泉域范围内发育的地质构造主要有一系列北北东向的雅江旋卷构造带,该主干构造表现为强烈的压扭性断裂,如八窝龙断层和放马坪断层,其次在主干断裂带间还发育有次级断裂F1。

  除此之外泉域地区还发育的南北向热水沟向斜。两种地质构造主要表现为北北东向断裂斜切南北向构造,泉域构造见图3。

  【图3】

  2.4水文地质条件

  泉域高山峡谷地区广泛分布有三叠系砂板岩及燕山期侵入岩,该岩层受经向构造与“歹”字型构造、旋卷构造的复合作用,地下水类型以构造裂隙水为主。

  泉域附近地下水主要接受大气降水(包括冰雪融化水)入渗补给,局部也受溪沟等地表水入渗补给,大气降水到达地表后,部分参与浅部地下水循环,这部分径流途径短,动态变化大。部份地下水通过构造裂隙等通道,渗入基岩内,参与深部地下水循环,并在漫长的径流过程中,发生水岩相互作用,最终由于地形切割等原因,在恰当部位以泉的形式排泄。

  3、温泉水化学特征

  2013年3月10日对上团乡热水沟温泉泉水进行样品采集,经四川省地质工程勘察院环境工程中心化验分析,水化学具体含量见表2。其中泉水水化学中阴离子主要成分的为HCO3-,含量为97.63mg/L,其次为SO42-,含量为21.04mg/L,其他阴离子含量较少。阳离子主要成分为Na+,含量为43.0mg/L,其次为Ca2+,含量4.01mg/L,其余阳离子含量甚少。该泉水为HCO3-Na型水,矿化度270.4mg/L,属于低矿化度淡水;PH值为8.2,属偏弱碱性水。

  热水中含有某些特殊组分和微量组分,如F、Li、B等。Li和Sr含量分别为0.088mg/L和0.033mg/L,说明温泉围岩中Li和Sr含量较低。其中B常以偏硼酸(HBO2)形式存在,偏硼酸含量为11.51mg/L。热水中氟(F-)含量达到2.0mg/L,其可能来源于岩浆岩中黑云母及角闪石等矿物中富含F-元素,结合我国部分地下热水中氟的分布及特点,在pH呈偏碱性、水化学类型为HCO3-Na型时,均利于氟的富集。偏硅酸含量为122.8mg/L,主要来源于岩石中的石英和硅酸盐矿物,较高温度的地热水促进了矿物的溶滤作用,导致H2SiO3含量高。

  本次水质分析还检测出多种其他微量元素,其中包括锌(Zn)、偏砷酸、锰(Mn)等;除此之外,本次检测游离二氧化碳含量为1.07mg/L,H2S为2.7mg/L左右,表明其源于深部的地质作用。

  此外,本次参考区域雅江旋卷构造带上,甘孜-理塘断裂带出露具有代表性温泉水化学资料(带*号为参考资料),进行对比分析。该区域温泉出露受断裂构造影响明显,分布于断裂带上,大部分出露于河谷谷底位置(统计见表3、表4)

  【表3】【表4】

  Na+/K+比率对温泉带有一定的指示作用,Na+/K+(<15)趋向于发生在已经迅速到达地表的水中;Na+/K+(>15)是侧向流、近地表反应和传导冷却作用的指示。区内温泉中S01、S683*S1317*中Na+/K+均大于15,其余小于15。除此之外,Cl-亦可指示地下水在循环过程中受混合作用的影响程度,其中S01、S683*中Cl-含量仅4.25mg/L和6.38mg/L,说明地下水被有被稀释的特征,而S1317*中Cl-含量为35.74mg/L,说明该泉受混合影响较小。

  断裂带上温泉水质,SiO2含量均较高,范围在41.14mg/L-94.46mg/L间,主要来源石英的溶解和硅酸盐及铝硅酸盐岩的不全等溶解;本区F-含量大部分高于一般浅层地下水F-含量,氟在一些羟基的矿物(白云母、黑云母和磷灰石)中比较富集。

  根据Schoeller图,泉水各离子趋势走向大体一致,阳离子中主要以Na+为主,其次为Ca2+和K+,Mg2+含量最低,这可能与Mg2+离子易于被植物吸收,在地下水系统中可能损耗,或者在一定温度下,随着温度的升高,阳离子交换结果使地下水中相对贫镁而富钠和钙。阴离子主要为HCO3-,其次为Cl-和SO42-。

  SO42--含量整体偏小,除受热储岩层和围岩中硫化物含量低控制外,与地下深部缺氧情况下SO42-易被还原成H2S有关,该地区大部分温泉具有H2S气味相符。

  根据Na-K-Mg三角图解法可以判断区域断裂带上温泉热水落在未平衡区。因此指示热水与围岩矿物未达到水-岩平衡,则需考虑地下热水在上升过程中与浅部冷水之间的混合作用,见图5。

  【图5】

  4、温泉的形成条件分析

  4.1温泉成因模式

  上团乡热水沟温泉出露与北北东向断裂的次级构造和南北向构造复合部位有关。在交汇处具有一定的张性或张扭性,增大了断裂破碎带的裂隙率和开启性,从而沟通了热水含水层,促进了热流物质在断裂交叉处聚集、上涌。因此,在地形及构造适合的部位,温泉的出露。【图6】

  4.2热储层分析

  该温泉热储类型为断裂带控制,地下热水温泉群集中分布于北北东向大断裂的次级断裂F1与南北向褶皱构造的复合部位,由于两种构造的相互切割、相互影响,造成了附近岩石破碎、裂隙发育,从而形成了构造破碎带,具备地下热水的赋存空间,形成了构造热储。

  4.3导热通道分析

  F1断层走向北东-南西,发育长度约12km,该断裂倾向北西,倾角较陡,此外发育有南北向构造,北东向雅江旋卷构造斜切南北向构造,构造交汇处岩石破碎,裂隙发育,为地下热提供导热通道。

  4.4温泉水源分析

  热水沟地下热水的主要由北西侧高山一带补给区入渗,大气降水、地表水沿围岩破碎带、构造裂隙及断层破碎带下渗进行深循环,地下水在径流过程中不断吸收热量形成地下热水,热水在上涌至近地表过程中,与上部冷水产生混合,最终在构造交汇及地形切割适当位置出露地表,形成温泉。

  4.5温泉热源分析

  根据Smith和Shaw(1975)计算了侵入深度10km的各种规模侵入体的冷凝时间,指出100Ma以前的侵入岩体,即使体积为106km3,其温度也己恢复到围岩的环境温度,本泉域附近岩浆岩侵入体,均为燕山期岩体,距今的时间己在100Ma以上,对地下水的升温起到的作用微弱,不太可能构成地热系统的主要热源。

  上团乡热水沟温泉整体位于区域雅江旋卷构造带上,该构造带挽近期仍有活动,温泉的分布主要与活动性断裂和次级断裂有关,显示了断裂是控热、导热构造,可以认为区内温泉热源主要来自断裂沟通的深部热源,由于断裂、裂隙的沟通,地下水经深循环加热形成。该区域较高的热流值及岩浆岩体内的岩浆余热和放射性元素蜕变产生的化学能也为热水增温提供了热源。

  根据Na-K-Mg三角图热水落在未平衡区,阳离子地球化学温标估算热储温度时可能有一定偏差,故本次采用SiO2温标进行计算:

  T=13095.19-lgC1-273.15通过计算得出上团乡热水塘温泉热储温度为134.0℃。

  循环深度推算:

  H(m)=1003(t-t0)+H0推算得出热水地下循环深度约为3920m,表明其经历较深循环途径。

  5、温泉水质评价

  以《地热资源地质勘察规范(GB11615-2010)》附表中的关于“理疗热矿水水质标准”为依据,对上团乡热水沟温泉水质及成分特征进行评价,见表5。【表5】

  上团乡热水沟温泉水的总硫化氢、氟、偏硅酸均达到了“理疗热矿水水质标准”中命名矿水浓度界线以上;另外偏硼酸含量亦达到了“理疗热矿水水质标准”中矿水浓度。矿化度达到有医疗价值浓度。以其特有的水质成分、物理化学特征,构成含一定矿物盐和多种微量元素及成分的高温弱渗的理疗矿泉水,对样品水质按库尔洛夫表达式综合评价如下:

  H2S(2.7)F(2.0)H2SiO3(122.8)M(270.4)HCO370.5SO419.4Na93.5pH9.2T55.3上团乡热水沟温泉综合评价后正式定名为:含硫化氢、氟、偏硅酸高温理疗热矿水。

  6、结论

  (1)上团乡热水沟温泉地下水类型为HCO3-Na型,矿化度为270.4mg/L,通过对比甘孜-理塘断裂带上温泉水化学特征,显示其良好的循环和径流条件,且受上部冷水混入影响。

  (2)地下热水主要接受北西侧高山一带大气降水补给,在围岩破碎带、构造裂隙带下渗进行深循环,经深部加热增温后,沿断裂带上涌,形成温泉。

  (3)泉水总硫化氢、氟、偏硅酸、偏硼酸等多项指标均达到国家矿水标准,有很好的医疗保健功能,且具有较高的开发价值。(图标略)

参考文献
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