何 洋，李 曉，肖 堯，張子森

(成都理工大學(xué) 地災(zāi)防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610059)

四川省的溫泉資源豐富，全省已發(fā)現(xiàn)溫泉(群)305處，在眾多溫泉中，水溫80℃以上的高溫溫泉及沸泉12處，60℃～80℃的中高溫泉 39處，40℃ ～60℃的中溫溫泉 137處，25℃ ～40℃的低溫溫泉117處[1]。四川的地下熱水及地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用有廣闊前景，目前在全川范圍內(nèi)開(kāi)發(fā)利用的溫泉已有近百處。

分析草科溫泉的水化學(xué)特征，計(jì)算溫泉熱儲(chǔ)層溫度和深度、補(bǔ)給高程和補(bǔ)給量，在分析了熱源、水源和導(dǎo)熱通道等基礎(chǔ)要素的基礎(chǔ)上提出了溫泉的成因模式，對(duì)于溫泉的繼續(xù)開(kāi)發(fā)，今后該地區(qū)的地?zé)豳Y源的合理開(kāi)采及溫泉的遠(yuǎn)景規(guī)劃具有一定的指導(dǎo)意義。

1 自然地理環(huán)境

草科溫泉位于石棉縣草科藏族鄉(xiāng)田灣河右岸擺羅山下，地理位置坐標(biāo) 29°23＇37″N，102°06＇18″E，海拔高程 1 462 m，出露處比田灣河高處2 m左右。溫泉以泉群形式出露，股狀涌出，流量為80～100 L/s，溫度為46.5℃。溫泉地處貢嘎山南麓，氣候溫暖濕潤(rùn)，年平均氣溫僅 13.1℃，年降水量為1 186.8 mm。

2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)在大地構(gòu)造上處在歐亞板塊的青藏亞板塊與南華亞板塊的接合部。以貫穿貢嘎山東麓的鮮水河斷裂為界，東側(cè)為康滇古陸的北段，由晉寧期斜長(zhǎng)花崗巖與閃長(zhǎng)巖所構(gòu)成，西側(cè)屬松潘甘孜褶皺系，由上古生界和廣布的三疊系所構(gòu)成。[2]研究區(qū)的主要斷裂系為北西 -南東向的鮮水河斷裂帶，該斷裂帶在康定附近折向南南東，在草科溫泉附近為鮮水河斷裂帶南延部分—康定-磨西斷裂，斷裂向南經(jīng)磨西、灣東、田灣，主體呈 NNW—SSE向延伸，斷裂西盤(pán)為震旦系、泥盆系、二疊系地層，東盤(pán)為晉寧 -澄江期花崗巖和閃長(zhǎng)巖。[3]研究區(qū)主要的褶皺是草科向斜和毛坪背斜，草科向斜位于磨西斷裂以西，褶軸走向北10°西，核部為上二疊統(tǒng)，兩翼為下二疊統(tǒng)，西翼與毛評(píng)背斜鄰，東翼多被磨西斷裂破壞而殘缺不全。毛坪背斜位于草科向斜之西側(cè)，核部最老地層為下二疊統(tǒng)下段，兩翼分別為下二疊統(tǒng)中、上段。

圖1 溫泉區(qū)構(gòu)造綱要圖

研究區(qū)的地層巖性及分布較為復(fù)雜，主要巖性有二疊系上統(tǒng)(P2)灰?guī)r與大理巖、二疊系下統(tǒng)(P11～3)和泥盆系中統(tǒng)上段(D1)的變質(zhì)巖系，以及燕山期(γo52)花崗巖。溫泉出露于二疊系上統(tǒng)(P2)地層，地層有巖性為厚層狀的灰?guī)r與大理巖，中間夾有石英云母片巖和千枚巖，其中灰?guī)r層巖溶發(fā)育，以溶隙為主，二疊系的灰?guī)r為研究區(qū)主要的含水層。研究區(qū)經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，褶皺核部與斷層帶附件節(jié)理裂隙十分發(fā)育，大氣降水入滲補(bǔ)給后，沿著構(gòu)造裂隙或者溶隙向深部徑流，成為了深層的地下水，在循環(huán)過(guò)程中，從深部的巖石中吸取熱量升溫，并最終在深層地層中形成了深部熱儲(chǔ)。

研究區(qū)發(fā)育的康定—磨西斷層，主斷帶多由構(gòu)造透鏡體、千糜巖、糜棱巖、斷層泥等組成，斷裂兩側(cè)常見(jiàn)與之平行的次級(jí)小斷裂并發(fā)育有數(shù)百米寬的擠壓破碎帶和糜棱巖帶，草科溫泉處在次級(jí)小斷裂帶上，溫泉出露于草科向斜的西側(cè)，毛坪背斜南側(cè)的傾伏端，毛坪背斜的傾伏端由于褶皺的扭曲，形成了高傾角的剪切裂隙，裂隙成張性，為背斜核部深層地下水通向地表提供了通道。

3 水文地球化學(xué)特征

3.1 水化學(xué)特征

地下水水化學(xué)特征是巖土體中的礦物成分和地下水流之間相互作用的結(jié)果，它決定于地下水運(yùn)動(dòng)時(shí)接觸的圍巖成分、水文地質(zhì)條件和氧化還原環(huán)境等。本次研究中，于2014年5月在草科溫泉泉口取樣，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定了 pH值為7.0，溫度為46.5℃，電導(dǎo)率在503 μS/cm左右。水樣送至四川省地質(zhì)工程勘察院環(huán)境工程中心進(jìn)行了全分析水質(zhì)檢測(cè)，水質(zhì)分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 草科溫泉水質(zhì)分析結(jié)果

溫泉水無(wú)任何顏色，無(wú)懸浮物和膠粒，水質(zhì)清澈透明;無(wú)沉淀和鈣華，有輕微的硫化氫氣味。溫泉的礦化度661.9 mg/L，屬于淡水，泉水陰離子主要成分的為 HCO3-，含量為256.3 mg/L;其次為 SO42-，含量為 188.8 mg/L。陽(yáng)離子主要成分為 Ca2+，含量為 107.2 mg/L，其次為 Na+，含量為 53 mg/L。泉水水化學(xué)類(lèi)型為HCO3·SO4-Ca·Na型水。

草科溫泉水中還含有 F、Sr、B等特殊組分和微量組分。偏硼酸含量為2.23 mg/L。草科溫泉水中還含有 F、Sr、B等特殊組分和微量組分。依照DZ40-85《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法》中規(guī)定的醫(yī)療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，偏硼酸有醫(yī)療價(jià)值的濃度是含量大于1.2 mg/L。草科溫泉的偏硼酸含量為2.23 mg/L，有一定的醫(yī)療價(jià)值。水化學(xué)成分中，各種組分之間的含量比例系數(shù)可以用于研究地下水的成因，地下水化學(xué)成分來(lái)源、地下水化學(xué)類(lèi)型的分類(lèi)等問(wèn)題。其中 Ca/Sr系數(shù)，γNa/γCl系數(shù)比例系數(shù)被用來(lái)確定地下水成因[4]。

碳酸鹽沉積巖中的Sr不富集，溶慮此類(lèi)巖石的地下水的Ca/Sr系數(shù)比較大，接近200;正海洋水的 Ca/Sr系數(shù)比較高，鹽類(lèi)濃縮沉淀后更高，與海水有關(guān)的沉積水的 Ca/Sr系數(shù)約為33，草科溫泉的Ca/Sr系數(shù)為93，說(shuō)明溫泉水并不是海相沉積水，主要是由大氣降水補(bǔ)給，說(shuō)明地下水流經(jīng)地層的巖性部分是碳酸鹽巖層。

標(biāo)準(zhǔn)海水的 γNa/γCl系數(shù)平均值為0.85;如果水來(lái)自于含巖鹽地層，γNa/γCl系數(shù)接近于1;海相沉積的地下水中的Na+與地層中的交換性鈣離子產(chǎn)生陽(yáng)離子交換，則Na+含量下降，γNa/γCl系數(shù)小于 0.85，草科溫泉的 γNa/γCl系數(shù)為1.53，大于1，說(shuō)明溫泉水在地下曾發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的水巖反應(yīng)，由于過(guò)熱水的溶濾作用使得長(zhǎng)石中的Na、K元素隨熱水大量遷出。

一些企業(yè)在與客戶(hù)簽訂購(gòu)銷(xiāo)合同時(shí)，并沒(méi)有按照嚴(yán)格的規(guī)范來(lái)執(zhí)行，尤其是一些較小的企業(yè)，客戶(hù)較少且比較穩(wěn)定，他們之間經(jīng)常以口頭的形式來(lái)購(gòu)銷(xiāo)貨物，當(dāng)這些客戶(hù)采取賒銷(xiāo)的方式時(shí)，這些企業(yè)只是口頭答應(yīng)，并沒(méi)有簽訂一份有效的賒銷(xiāo)證明，給企業(yè)財(cái)務(wù)帶來(lái)了極大的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)應(yīng)收賬款無(wú)法收回時(shí)，這些企業(yè)甚至沒(méi)有證據(jù)來(lái)證明應(yīng)收賬款沒(méi)有收回，也不受法律的保護(hù)，這將給企業(yè)資金帶來(lái)巨大的困難。因此，企業(yè)在賒銷(xiāo)時(shí)，一定要與客戶(hù)按照規(guī)范的程序，簽訂規(guī)范有效的購(gòu)銷(xiāo)合同，給應(yīng)收賬款多一點(diǎn)保障，提高企業(yè)資金的安全性。

3.2 同位素組成特征

為了研究溫泉地下水的補(bǔ)徑排條件，對(duì)水樣進(jìn)行了同位素經(jīng)測(cè)試，取樣高程為1 465 m。樣品的氫氧同位素測(cè)試由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院貴陽(yáng)地球化學(xué)研究所分析，氫同位素采用鋅法、氧同位素采用CO2-H2O平衡，標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)SMOW標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)定的結(jié)果 δD‰為 -90.33%，δ18O‰為 -13.10%。溫泉溝下段溪水 δD‰為 -70.33%，δ18O‰為 -9.96%。

圖2 草科溫泉 δD-δ18 O關(guān)系圖

參照我國(guó)西南大氣降水線(xiàn) δD=7.96δ18O+9.52[5]，繪制δD-δ18O關(guān)系圖，根據(jù)圖2顯示，草科溫泉的來(lái)源于大氣降水。

4 溫泉成因

4.1 熱源

研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，表現(xiàn)為差異性斷塊抬升，尤以磨西斷裂等邊界斷裂活動(dòng)最強(qiáng)烈，據(jù)中科院成都地理所的研究成果，全新世以來(lái)，該貢嘎山斷塊每年隆起 3.2～12.7 mm，平均 8 mm左右，在作持久性大幅度的差異性抬升過(guò)程中，沿?cái)嗔哑扑閹Мa(chǎn)生的機(jī)械摩擦熱，是該區(qū)熱礦水的熱源之一。熱源來(lái)自正常的地溫梯度，地下水在深循環(huán)過(guò)程中加熱，此外，還有少部分熱源來(lái)自于巖漿巖等熱源和花崗巖放射性衰變產(chǎn)生的熱量。

4.2 熱儲(chǔ)

4.2.1 地球化學(xué)溫標(biāo)和熱儲(chǔ)溫度估算

地球化學(xué)溫標(biāo)是估算熱儲(chǔ)溫度的有效方法，其原理是地?zé)崃黧w與礦物在一定溫度條件下達(dá)到化學(xué)平衡，在隨后地?zé)崃黧w溫度降低時(shí)，地?zé)崃黧w中的化學(xué)成分并不會(huì)改變。常用的地?zé)釡貥?biāo)有陽(yáng)離子溫標(biāo)、SiO2溫標(biāo)和同位素溫標(biāo)。1988年Giggenbach首先提出了Na-K-Mg三角圖的方法來(lái)計(jì)算地?zé)釡貥?biāo)，并利用該圖判斷熱水是否適合Na-K-Mg離子溫標(biāo)[6]。

由圖3可知，草科溫泉位于未成熟區(qū)，因此不適宜用陽(yáng)離子估算熱儲(chǔ)溫度，而應(yīng)選擇 SiO2溫標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，采用《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘察規(guī)范(GB11615-2010)》的無(wú)蒸汽損失SiO2溫標(biāo)，估算溫泉熱儲(chǔ)溫度。計(jì)算公式如下:

二氧化硅地?zé)釡貥?biāo)(SiO2，溫標(biāo))

草科溫泉采用SiO2溫標(biāo)法計(jì)算得出熱儲(chǔ)溫度為91.60℃，根據(jù)溫泉發(fā)育條件和溫泉出露是有淺層地下水混入的特征分析，溫泉實(shí)際熱儲(chǔ)溫度應(yīng)在108℃ ～136℃范圍內(nèi)。

4.2.2 熱儲(chǔ)深度計(jì)算

熱水循環(huán)深度計(jì)算根據(jù)下公式:H=(TZ-T0)/G+H0

式中:H為熱儲(chǔ)深度，m;TZ為熱儲(chǔ)溫度;T0為恒溫帶溫度，℃;G為地溫梯度;H0為恒溫帶深度。

G地溫梯度選取地?zé)嵩鰷芈嗜?℃/100m，T0選取補(bǔ)給區(qū)年平均氣溫13.1℃，H0常溫帶深度取20 m，推算得出溫泉的熱儲(chǔ)深度1 935 m左右。

4.3 補(bǔ)給范圍與補(bǔ)給量

4.3.1 補(bǔ)給高程

溫泉補(bǔ)給區(qū)的海拔高程是圈定溫泉補(bǔ)給范圍的必要依據(jù)。大氣降水的同位素組成一般具有高程效應(yīng)，大氣降水中氫同位素(δD)和氧同位素(δ18O)隨著地面高度的增加而逐漸降低的現(xiàn)象，草科溫泉的δD值都比同高程地表水或地下水的δD值低，說(shuō)明溫泉是由地理位置相對(duì)較高的山區(qū)降水補(bǔ)給。根據(jù)δD的高程效應(yīng)補(bǔ)給高程計(jì)算公式:

Z=Z0+(D-D0)/gradD

式中:Z為地下熱水的補(bǔ)給高程(m);Z0為參照點(diǎn)地面高程(m);D為地?zé)崴?δD‰(SMOW);D0為當(dāng)?shù)卮髿饨邓摩腄‰(SMOW);gradD為δD隨高程遞減梯度

據(jù)中國(guó)科學(xué)研貴陽(yáng)地球化學(xué)研究所于津生等人對(duì)西南地區(qū)高程效應(yīng)的研究，我國(guó)西南地區(qū) δD的梯度為 -2.6‰/100m～-3‰/100m，本次計(jì)算 δD的梯度 -2.6‰/100m。計(jì)算得出草科區(qū)溫泉的補(bǔ)給高程在3 147 m左右?？紤]到溫泉在上升過(guò)程中與淺表的地下水混合，計(jì)算得出的補(bǔ)給高程較實(shí)際高程偏低，根據(jù)地質(zhì)和水文地質(zhì)條件分析，溫泉的補(bǔ)給高程在3 200 m左右，補(bǔ)給區(qū)在溫泉西北部方向的山區(qū)。

4.3.2 補(bǔ)給量

采用降雨入滲法對(duì)溫泉補(bǔ)給量進(jìn)行估算，計(jì)算公式如下:

Q=2.74α·W·A

式中:Q為溫泉補(bǔ)給量，m3/d;α為降水入滲系數(shù)，依據(jù)補(bǔ)給區(qū)地形地貌特征、巖溶及植被的發(fā)育狀況取值;W為年均降雨量(mm);A為補(bǔ)給區(qū)匯水面積(km2)。

溫泉補(bǔ)給區(qū)位于溫泉西北部山區(qū)，地形為中到緩坡，植被覆蓋，地表水滯留時(shí)間較長(zhǎng)，有利于地表水的入滲，且補(bǔ)給區(qū)巖溶發(fā)育。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)降雨入滲系數(shù) α取值為0.25。年均降雨量取1 186.8 mm。補(bǔ)給區(qū)匯水面積依據(jù)補(bǔ)給高程，考慮到同位素的混合作用，取3 200 m高程附近的山區(qū)為補(bǔ)給區(qū)，在地形圖上圈閉補(bǔ)給區(qū)匯水面積，結(jié)果為7.9 km2，求得溫泉的補(bǔ)給量為 6 418 m3/d，溫泉水的自流流量 6 912～8 640 m3/d，計(jì)算得出補(bǔ)給量較溫泉流量要小，這表明溫泉有淺表地下水的混合。

4.4 成因模式

綜合上文對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)條件和水文地球化學(xué)分析，認(rèn)為草科溫泉是受一組由北西轉(zhuǎn)為近東西向的活動(dòng)性環(huán)狀斷裂構(gòu)造控制的斷層，溫泉補(bǔ)給區(qū)位于貢嘎山南坡海拔3 200 m左右，補(bǔ)給主要來(lái)源于大氣降水，降水順著構(gòu)造裂隙帶向深部徑流至熱儲(chǔ)層中，成為深循環(huán)地下水，順熱儲(chǔ)層層間裂隙深循環(huán)運(yùn)移，獲得地?zé)嵩鰷?，熱?chǔ)溫度為91.6℃，地下水運(yùn)移至草科背斜傾伏端，在水壓差和密度差的作用下，沿背斜核部的壓扭性斷裂和高傾角剪切裂隙上涌流出形成溫泉。

5 結(jié)語(yǔ)

草科溫泉屬開(kāi)放式補(bǔ)給的斷裂深循環(huán)型地?zé)嵯到y(tǒng)，水化學(xué)類(lèi)型為HCO3·SO4-Ca·Na型水，其中偏硼酸含量較高，具有一定的醫(yī)療價(jià)值。溫泉可以得到貢嘎山一帶的補(bǔ)給，但通過(guò)計(jì)算補(bǔ)給量可知，溫泉地?zé)崴翘烊毁Y源量是有限的，建議合理規(guī)劃開(kāi)采量，避免出現(xiàn)溫泉水位降低等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。此外，應(yīng)做好周邊地區(qū)的環(huán)境保護(hù)工作，如貢嘎山補(bǔ)給區(qū)的生態(tài)保護(hù)，保證溫泉及熱水孔水頭不低于田灣河以免因地表水體倒灌而遭受污染等。

[1]陳夢(mèng)熊，馬鳳山.中國(guó)地下水資源與環(huán)境[M].北京:地震出版社.2002:363.

[2]傅廣海.四川省甘孜州溫泉類(lèi)型、成因及旅游開(kāi)發(fā)模式研究[D].成都理工大學(xué).2009.

[3]宋志.磨西河流域性泥石流形成特征與危險(xiǎn)區(qū)劃[D].成都理工大學(xué).2012.

[4]趙平.地?zé)嵯到y(tǒng)氣-水冶石體系化學(xué)熱力學(xué)平衡及模擬計(jì)算[J].巖石學(xué)報(bào).1992，8(4):311-322.

[5]張洪平，劉恩凱，王東升，等.中國(guó)大氣降水穩(wěn)定同位素組成及影響因素[J].中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)工程地質(zhì)研究所所刊.1991(7):101-109.

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