倪高倩，張 恒，韋玉婷，胡亞召

（四川省地質(zhì)工程勘察院，成都 610000）

四川地?zé)崃黧w水文地球化學(xué)及同位素特征簡(jiǎn)析*

倪高倩?，張 恒，韋玉婷，胡亞召

（四川省地質(zhì)工程勘察院，成都 610000）

四川省范圍內(nèi)有沉積盆地型和隆起山地型兩類地?zé)豳Y源，共劃分五個(gè)地?zé)釁^(qū)。從五個(gè)區(qū)采取的205組水樣的水文地球化學(xué)特征及184組2H、18O和61組14C特征分析顯示，四川省各地?zé)釁^(qū)地?zé)崃黧w基本來自于大氣降水補(bǔ)給，地?zé)崃黧w的水文地球化學(xué)和同位素特征與其所屬的熱儲(chǔ)類型和熱儲(chǔ)開放性有關(guān)。盆地型熱儲(chǔ)主要為巖溶層狀熱儲(chǔ)，山地型熱儲(chǔ)主要是變質(zhì)巖為主的裂隙帶狀熱儲(chǔ)和層狀帶狀復(fù)合型熱儲(chǔ)。盆地型熱儲(chǔ)開放性較山地型弱，地?zé)崃黧w礦化度和理療元素含量均比山地型高，易形成深埋藏的鹵水，地下水平均徑流時(shí)間較山地型長(zhǎng)。本研究可為四川省地?zé)豳Y源未來的開發(fā)利用規(guī)劃提供參考。

四川；地?zé)崃黧w；沉積盆地型地?zé)豳Y源；隆起山地型地?zé)豳Y源；水文地球化學(xué)特征；同位素

0　 引 言

四川省自20世紀(jì)50年代末60年代初開始，從區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)資料到數(shù)量眾多的“水源評(píng)價(jià)報(bào)告”、“地?zé)峋⒐?bào)告”、“地?zé)豳Y源勘查報(bào)告”等針對(duì)具體地區(qū)的資料，已經(jīng)“由面及點(diǎn)”地進(jìn)行了較多的地?zé)豳Y源相關(guān)調(diào)查。在前人研究的基礎(chǔ)之上，四川省地質(zhì)工程勘察院于 2013年對(duì)四川省境內(nèi)已有的地?zé)崧额^開展了一次全面調(diào)查，在全省范圍內(nèi)系統(tǒng)采集了地?zé)崴乃瘜W(xué)樣品、氫氧同位素和年齡同位素樣品，對(duì)四川省內(nèi)的地下熱水進(jìn)行了較全面的了解。雖然此次工作對(duì)地表以下深層空間，包括熱儲(chǔ)層巖性、構(gòu)造作用等對(duì)四川省地?zé)豳Y源及熱礦水出露的影響研究較淺，但綜合分析后得出的研究成果，仍能為后續(xù)省內(nèi)各地進(jìn)行地?zé)豳Y源開發(fā)利用提供依據(jù)。本文即是此項(xiàng)研究成果的總結(jié)。

1　 地?zé)豳Y源類型劃分

四川全省地形可分為四川盆地、川西北高原和川西南山地三大部分。四川盆地由盆地邊緣一系列低、中山山地和盆地底部?jī)纱蟛糠纸M成；川西北高原屬青藏高原東南邊緣和橫斷山脈的一部分，地面海拔一般為4 000 ～ 4 500 m，可分為甘孜-阿壩高原和川西高山山地兩部分；川西南山地是由一系列南北向展布的平行山脈組成，以中山為主，海拔多在1 500 ～ 4 000 m之間。

四川全省有三大構(gòu)造體系：西部青藏川滇歹字型構(gòu)造頭部至中部的轉(zhuǎn)折部位；北部一系列疊置的弧形構(gòu)造；東部新華夏和華夏系。其間的界線為北東向龍門山斷裂帶、北西向鮮水河斷裂帶和南北向安寧河斷裂帶，它們?cè)跒o定以南交匯成“Y”字型。印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)結(jié)果使褶皺、斷裂發(fā)育，并伴有大規(guī)模中酸性巖漿侵入，尤其是西部地區(qū)，出現(xiàn)若干南北向巖漿巖帶，反映了南北向斷裂處于引張狀態(tài)，這是四川地下熱水形成與分布的主要構(gòu)造線方向。特別是鮮水河斷裂、金沙江斷裂及小金河斷裂圍成的區(qū)域斷裂眾多，活動(dòng)斷裂發(fā)育，出露溫泉眾多，全省大多天然溫泉均出露在該地區(qū)［1］。

圖1　四川省地?zé)豳Y源類型分區(qū)圖Fig. 1 Zoning map of geothermal resources type in Sichuan province

根據(jù)地形和構(gòu)造條件，四川省地?zé)豳Y源可分為隆起山地型地?zé)豳Y源（I）和沉積盆地型地?zé)豳Y源（II）兩大類；結(jié)合地?zé)崃黧w溫度，又可分為川西高原高-中溫地?zé)釁^(qū)（I1）、川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)（I2）、盆周山地中-低溫地?zé)釁^(qū)（I3）、四川盆地低溫地?zé)釁^(qū)（II）四個(gè)地?zé)釁^(qū)，以及熱儲(chǔ)情況尚不明確的尚待查明區(qū)（III），其分布范圍如圖 1所示。多數(shù)隆起山地型地下熱水受到斷裂影響大，熱儲(chǔ)呈開放性較好的帶狀，無傳統(tǒng)意義的蓋層，天然露頭多；沉積盆地型主要為以盆地中深埋藏的二疊系、三疊系碳酸鹽巖地層為熱儲(chǔ)層，上覆蓋層厚度大且致密，一般需要人工開鑿深井才能獲得地下熱水。

2　 地?zé)崃黧w化學(xué)特征

地?zé)崃黧w化學(xué)組分及各組分含量通常顯示了流體在形成和運(yùn)移過程中所經(jīng)歷地質(zhì)環(huán)境的特點(diǎn)。通過對(duì)地?zé)崃黧w組分的分析，可以反推、驗(yàn)證其所屬地?zé)嵯到y(tǒng)的地質(zhì)環(huán)境、熱量傳遞方式等特征；對(duì)地?zé)崃黧w中某些組分含量多少的分析，為地?zé)崃黧w今后的開發(fā)利用規(guī)劃提供參考。項(xiàng)目于四川省各地?zé)釁^(qū)的205處地?zé)崧额^所取水樣，由四川省地質(zhì)工程勘察院環(huán)境工程中心進(jìn)行測(cè)試及校正，測(cè)試依據(jù)為GB/T8538-2008《飲用天然礦泉水檢測(cè)方法》。通過對(duì)所得水質(zhì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析、總結(jié)，就其水溫、水化學(xué)類型、總礦化度、理療元素的特征得出以下結(jié)論。取樣點(diǎn)分布情況見圖2。

圖2　四川省地?zé)崃黧w取樣分布圖Fig. 2 Map of sampling of geothermal fluid in Sichuan

2.1水溫及水化學(xué)類型

根據(jù)調(diào)查中對(duì)地?zé)崃黧w溫度的測(cè)定，川西高原區(qū)高溫地?zé)狳c(diǎn)（T ≥ 90℃）占1%，中高溫地?zé)狳c(diǎn)（60℃≤ T ＜ 90℃）占24%，中溫地?zé)狳c(diǎn)（40℃ ≤ T ＜ 60℃）占44%，低溫地?zé)狳c(diǎn)（25℃ ≤ T ＜ 40℃）占31%，根據(jù)溫度分布比例劃分為高-中溫地?zé)釁^(qū)。

川西南區(qū)中高溫地?zé)狳c(diǎn)占 5%，中溫地?zé)狳c(diǎn)占43%，低溫地?zé)狳c(diǎn)占52%，以中低溫地?zé)狳c(diǎn)為主，劃分為中-低溫地?zé)釁^(qū)。

盆周山地區(qū)中高溫地?zé)狳c(diǎn)占11%，中溫地?zé)狳c(diǎn)占32%，低溫地?zé)狳c(diǎn)占57%，同樣以中低溫地?zé)狳c(diǎn)為主，劃分為中-低溫地?zé)釁^(qū)。

盆地內(nèi)主要以人工深井鉆探形式獲取埋藏在深部熱儲(chǔ)層內(nèi)的地下熱水，井口水溫受到鉆探深度和開采方式的影響，自然出露的溫泉溫度均低于40℃，劃分為低溫地?zé)釁^(qū)。

各地?zé)釁^(qū)地?zé)崃黧w溫度特征統(tǒng)計(jì)見表1。

通過前期收集和實(shí)測(cè)的鉆孔測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分析可知，盆地區(qū)鉆孔溫度曲線整體呈線性分布，反映四川盆地區(qū)地下深處的熱量以熱傳導(dǎo)為主，熱儲(chǔ)溫度受地溫梯度以及埋深控制；高原內(nèi)鉆孔溫度曲線存在突變，為非線性關(guān)系，說明控制川西地?zé)崃黧w增溫的因素并非正常的地溫梯度傳導(dǎo)增溫，而是受地下熱流上涌的影響。因此，盆地地?zé)釁^(qū)通過地溫梯度、熱儲(chǔ)頂板埋深及熱儲(chǔ)層有效厚度確定的熱儲(chǔ)層中部溫度為熱儲(chǔ)溫度。山地型地?zé)釁^(qū)綜合二氧化硅、鉀鎂、鈉鉀、鈉鋰四種地?zé)釡貥?biāo)法，估算熱儲(chǔ)層的溫度。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

根據(jù)取樣分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用舒卡列夫分類法進(jìn)行水化學(xué)類型分類、統(tǒng)計(jì)的結(jié)果見表3。

從各區(qū)的水溫、熱儲(chǔ)溫度、水化學(xué)類型和離子含量特征可以說明：

川西高原高-中溫地?zé)釁^(qū)熱儲(chǔ)溫度較高，區(qū)域本身下部熱源種類豐富、熱能儲(chǔ)量大，從流體溫度也較高的情況來看，地下水必定是通過深循環(huán)的對(duì)流傳熱得以將深部的熱能帶到了地表。雖然鉆孔測(cè)溫結(jié)果非線性，但通過前人測(cè)算，該區(qū)平均地溫梯度約4 ～ 5.3℃/100 m［2］9，估算其地下水循環(huán)深度平均可達(dá)2 000 m，大部分在3 000 m左右。因此地下熱礦水形成過程中，徑流途徑相對(duì)較長(zhǎng)，途經(jīng)了深部高溫高壓環(huán)境的變質(zhì)巖地區(qū)。熱礦水徑流受阻時(shí)，沿?cái)嗔鸭捌扑閹蛏线\(yùn)動(dòng)，出露地表的過程中受到淺層地下水和地表水的混合作用的影響較大，地下熱水含水系統(tǒng)構(gòu)造開放性好。

表1　四川省地?zé)崃黧w溫度統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of temperature of geothermal fluid in Sichuan

表2　四川省熱儲(chǔ)溫度統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical table of geothermal reservoir temperature in Sichuan

表3　四川省地?zé)崃黧w水化學(xué)類型統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical table of hydrochemical type for geothermal fluid in Sichuan

川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)的熱源種類相對(duì)川西高原區(qū)種類少，以構(gòu)造和地震活動(dòng)產(chǎn)生的熱能為主，存在一定的地溫梯度增溫。根據(jù)前人的測(cè)算，該區(qū)地溫梯度約3.21℃/100 m［2］9，通過估算該區(qū)地下水循環(huán)平均深度約 800 m，可見地下熱礦水徑流途徑相對(duì)較短。區(qū)域地下熱水受淺層地下水或地表水混合作用較強(qiáng)，且其Ca2+、Mg2+、HCO3-為主的水化學(xué)類型表明了其徑流途徑中經(jīng)歷了碳酸鹽巖地區(qū)，反映出其熱儲(chǔ)除受到構(gòu)造裂隙影響的帶狀特征外，還具有巖溶層狀熱儲(chǔ)性質(zhì)。

盆周山地中-低溫地?zé)釁^(qū)地下熱水大部分通過鉆井開采，井深普遍在2 000 m左右，地下熱礦水中 Ca2+、Na+、Cl-、SO42-、HCO3-含量均較多，反映出其經(jīng)歷的地層巖性較復(fù)雜，體現(xiàn)了帶狀和碳酸鹽巖層狀熱儲(chǔ)共存的特點(diǎn)，地下熱水大多靠地溫梯度增溫。

四川盆地低溫地?zé)釁^(qū)的熱儲(chǔ)層埋深較深，地下水依靠地溫梯度增溫，水化學(xué)類型及陰陽離子含量統(tǒng)計(jì)情況基本體現(xiàn)了該類熱儲(chǔ)層中熱礦水所處環(huán)境相對(duì)封閉，地下水徑流途徑遠(yuǎn)、徑流緩慢的特點(diǎn)，也驗(yàn)證了四川盆地內(nèi)鹵水資源豐富的特點(diǎn)。該區(qū)中，部分水樣檢測(cè)結(jié)果顯示 Ca2+、Mg2+、HCO3-含量較高，主要是因?yàn)槿拥牡責(zé)峋诔删叹畷r(shí)未完全封閉上下含水層，造成取樣時(shí)未取得單一目的含水層地下水，而是上部含水層與下部含水層地下水的混合體，對(duì)最終測(cè)試結(jié)果造成了影響。

2.2總礦化度

總體上，四川省內(nèi)地下熱礦水礦化度具有隆起山地型地?zé)豳Y源小于沉積盆地型地?zé)豳Y源的特點(diǎn)。四川盆地低溫地?zé)釁^(qū)熱礦水的礦化度遠(yuǎn)高于其余幾區(qū)。見表4。

按照《水文地質(zhì)手冊(cè)》中對(duì)地下水中礦化度的分類標(biāo)準(zhǔn)，將地下水分為淡水、微咸水、咸水、鹽水、鹵水這5類（表5）。將上述的205組水樣也按該分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地下熱礦水進(jìn)行劃分，見圖3 ～圖6。

表4　四川省地?zé)崃黧w總礦化度統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistical table of TDS for geothermal fluid in Sichuan

表5　地下水礦化度分類表Table 5 The classification of groundwater TDS

圖3　川西高原高-中溫地?zé)釁^(qū)礦化度分類圖Fig. 3 The Classification of TDS in hyperthermal-mesothermal geothermal area of western Sichuan plateau

圖4　川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)礦化度分類圖Fig. 4 The classification of TDS in mesothermal-microthermal geothermal area of southwestern Sichuan

圖5　盆周山地中-低溫地?zé)釁^(qū)礦化度分類圖Fig. 5 The classification of TDS in mesothermal-microthermal geothermal area of mountain regions around Sichuan basin

圖6　四川盆地低溫地?zé)釁^(qū)礦化度分類圖Fig. 6 The classification of TDS in microthermal geothermal area of Sichuan basin

從上述統(tǒng)計(jì)中可以看出，川西高原高-中溫地?zé)釁^(qū)和川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)內(nèi)熱礦水礦化度普遍較低，與其水化學(xué)類型以HCO3-Na、HCO3-Ca·Mg型水為主的特點(diǎn)具有一致性，共同說明了淺部地下水和地表水與深部熱礦水的混合較為強(qiáng)烈。盆周山地中-低溫地?zé)釁^(qū)中高礦化度水均取自于深井，止水效果較好，反映了深循環(huán)熱礦水礦化度偏高的特點(diǎn)。低礦化水多為天然溫泉，反映該區(qū)地下熱礦水徑流途徑較短，淺部與深度地下水水力聯(lián)系相對(duì)密切。四川盆地低溫地?zé)釁^(qū)礦化度與區(qū)內(nèi)水化學(xué)類型以Na-Cl型水為主相呼應(yīng)，反映了區(qū)內(nèi)地下熱礦水埋深大，徑流途徑長(zhǎng)，徑流緩慢，地下水循環(huán)周期長(zhǎng)，淺、深部地下水交替緩慢的特點(diǎn)。

2.3理療熱礦水評(píng)價(jià)

地?zé)崃黧w通常含有某些特有的礦物質(zhì)成分，可作為理療熱礦水開發(fā)利用，其評(píng)價(jià)參考GB11615-2010《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》中附錄 E“理療熱礦泉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行，對(duì)CO2、氟、溴、碘、鍶、鐵、鋰、鋇、偏硼酸、偏硅酸及氡這11項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

進(jìn)行取樣的205組熱礦水樣達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求濃度數(shù)量見表6。對(duì)達(dá)到有醫(yī)療價(jià)值的水樣點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表7。

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：

（1）隆起山地型地?zé)豳Y源中理療成分明顯少于沉積盆地型地?zé)豳Y源。其中，四川盆地低溫地?zé)釁^(qū)熱礦水中理療成分最為豐富，各成分均含有，川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)水樣理療成分較少，僅5種。

（2）川西高原高-中溫地?zé)釁^(qū)理療成分較為單一，90%以上的水樣富含氟、偏硅酸和偏硼酸，近半數(shù)水樣富含鋰；川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)水樣理療成分較少，僅5種，多數(shù)水樣富含氟、偏硅酸和偏硼酸，氡次之；盆周山地中-低溫地?zé)釁^(qū)理療成分豐富，水樣近半數(shù)富含氟和偏硼酸，偏硅酸次之；四川盆地低溫地?zé)釁^(qū)各理療成分均有發(fā)現(xiàn)，以氟、偏硅酸、鍶、偏硼酸最為豐富；尚待查明區(qū)則富含偏硅酸、氡、氟。

（3）氟、偏硼酸、偏硅酸這三種理療成分在四川省境內(nèi)的熱礦水中基本均含有。

（4）溴、碘、鍶、鋇這四種理療成分目前僅在沉積盆地型地?zé)豳Y源分布區(qū)和隆起山地有層狀熱儲(chǔ)的復(fù)合熱儲(chǔ)類型區(qū)發(fā)現(xiàn)。隆起山地型地?zé)豳Y源分布區(qū)內(nèi)的熱礦水，上述成分均未達(dá)到醫(yī)療價(jià)值濃度；

（5）氡成分濃度具有理療價(jià)值的熱礦水主要分布在川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)和待查區(qū)。

（6）鋰、CO2、鐵這三種成分達(dá)到醫(yī)療價(jià)值濃度的水樣點(diǎn)分布沒有明顯的規(guī)律性。

表6　四川省理療熱礦水評(píng)價(jià)表Table 6 Evaluation table of therapeutic mineral thermal water in Sichuan

3　 同位素

3.1環(huán)境同位素

環(huán)境同位素可以用于研究地下熱水的補(bǔ)給、循環(huán)及其賦存環(huán)境，判斷含水層與大氣降水及地表水的聯(lián)系程度，確定地下水的補(bǔ)給條件和水交替強(qiáng)度等［3］28。地下熱水δ（D）值的變化主要取決于地下熱水接受補(bǔ)給時(shí)的環(huán)境溫度及其補(bǔ)給高程，此外，混合作用亦有一定影響；δ（18O）的變化除與δ（D）相同的影響因素外，還主要取決于地下熱水與圍巖交換的程度［4］397。四川省各地?zé)岱謪^(qū)內(nèi)地?zé)狳c(diǎn)共采集氫氧同位素水樣 184組，四川省五個(gè)地?zé)岱謪^(qū)共采集14C樣品61組，測(cè)試及校正由測(cè)試單位國土資源部巖溶地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)督檢測(cè)中心完成，測(cè)試使用MAT253氣體穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀，測(cè)試依據(jù)為DZ/T0184.19-1997水中氫同位素組成的鋅還原法測(cè)定和DZ/T0184.21-1997天然水中氧同位素的二氧化碳水平衡法測(cè)定。結(jié)果統(tǒng)計(jì)情況如表8所示。

表8　四川省氫氧同位素測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 8 Statistical table of hydrogen and oxygen isotopes test result in Sichuan

由上表統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：δ（D）和δ（18O）平均值沉積盆地低溫地?zé)釁^(qū)（II）＞盆周山地中-低溫地?zé)釁^(qū)（I3）＞川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)（I2）＞尚待查明區(qū)（III）＞川西高原高-中溫地?zé)釁^(qū)（I1）。該結(jié)果恰好與各區(qū)地形地貌條件相對(duì)應(yīng)，體現(xiàn)了氫氧同位素的溫度效應(yīng)和高度效應(yīng)。川西高原高-中溫地?zé)釁^(qū)（I1）和尚待查明區(qū)（III）主要為高原和構(gòu)造侵蝕、冰蝕高山，補(bǔ)給高程普遍大于3 000 m，甚至補(bǔ)給源為高原冰雪融水，因此呈現(xiàn)穩(wěn)定同位素δ（D）和δ（18O）值普遍較低的現(xiàn)象；川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)（I2）主要為一系列中山地貌，補(bǔ)給高程較前兩個(gè)區(qū)低，因此δ（D）和δ（18O）值較前兩個(gè)區(qū)高；盆周山地中-低溫地?zé)釁^(qū)（I3）和沉積盆地低溫地?zé)釁^(qū)（II）以低山、寬谷淺丘、臺(tái)地和平原為主，補(bǔ)給高程普遍較低，因此δ（D）和δ（18O）值較其他區(qū)高。

在全球水循環(huán)蒸發(fā)、凝結(jié)過程中會(huì)出現(xiàn)同位素分餾，CRAIG（1961）通過研究北美大陸大氣降水，發(fā)現(xiàn)降水的氫氧同位素組成顯示線性相關(guān)的變化，并給出數(shù)學(xué)關(guān)系式δ（D） = 8δ（18O） + 10，這就是公認(rèn)的全球大氣降水方程，即 CRAIG方程，作為描述水中穩(wěn)定同位素的標(biāo)準(zhǔn)方法。我國西南地區(qū)大氣降水線方程為δ（D） = 7.96δ（18O） + 9.52，與CRAIG方程十分接近［5］。因此利用我國西南地區(qū)大氣降水線可以判斷地下水的來源。將各地?zé)釁^(qū)的取樣點(diǎn)測(cè)試結(jié)果做成δ（D）-δ（18O）關(guān)系圖，如圖7 ～ 圖11所示。

（1）川西高原高-中溫地?zé)釁^(qū)（I1）

由圖7可知，川西高原高-中溫地?zé)釁^(qū)中水樣的同位素δ（D）和δ（18O）值基本都落在了我國西南地區(qū)大氣降水線的附近，說明溫泉水樣均來自大氣降水補(bǔ)給。偏離大氣降水線較多露頭為一沸泥坑，受到蒸發(fā)濃縮過程的同位素分餾和自然硫出現(xiàn)的影響，偏離大氣降水線。

圖7　川西高原高-中溫地?zé)釁^(qū)δ（D）-δ（18O）關(guān)系圖Fig. 7 Relationship between δ（D） and δ（18O） in hyperthermalmesothermal geothermal area of western Sichuan plateau

高溫條件下的水巖反應(yīng)往往會(huì)導(dǎo)致地?zé)崴摩模?8O）值高于補(bǔ)給的大氣降水，出現(xiàn)δ（18O）相對(duì)富集的現(xiàn)象，即所謂的“氧漂移”［6］。采取的溫泉水溫27℃ ～ 89℃，包含低溫地?zé)豳Y源中的熱水、溫?zé)崴蜏厮?。從圖7中可以看出，川西大部分取樣點(diǎn)位于大氣降水線下側(cè)，有的甚至相距更遠(yuǎn)，出現(xiàn)了明顯的“氧漂移”現(xiàn)象，地?zé)崴?δ（18O）值的增高主要是高溫條件下地下水在地層中滯留和循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，與含氧圍巖（灰?guī)r或硅酸鹽巖石）發(fā)生氧同位素交換的結(jié)果。同時(shí)也反映了其深部熱儲(chǔ)溫度較高，與該區(qū)地幔熱源有關(guān)。

同時(shí)，相對(duì)于 δ（18O）富集產(chǎn)生的“氧漂移”，部分取樣點(diǎn)測(cè)試結(jié)果位于大氣降水線之上，顯示出δ（D）值相對(duì)較高。造成此種現(xiàn)象的原因可能是：該區(qū)地?zé)崃黧w中H2S和CO2的含量較高，循環(huán)過程中H2S、CO2和水之間發(fā)生同位素交換而使地?zé)崴械摩模―）值增高和δ（18O）值降低。

（2）川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)（I2）

由圖8可知，川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)中水樣的同位素δ（D）和δ（18O）值基本都落在了我國西南地區(qū)大氣降水線的附近，說明溫泉水樣基本均來自大氣降水補(bǔ)給。由于該區(qū)為復(fù)合型熱儲(chǔ)，熱儲(chǔ)層中碳酸鹽巖較多，部分取樣點(diǎn)溫度較高，與圍巖發(fā)生反應(yīng)，存在“氧漂移”現(xiàn)象。

圖8　川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)δ（D）-δ（18O）關(guān)系圖Fig. 8 Relationship between δ（D） and δ（18O） in mesothermalmicrothermal geothermal area of southwestern Sichuan

（3）盆周山地中-低溫地?zé)釁^(qū)（I3）

圖9　盆周山地中-低溫地?zé)釁^(qū)δ（D）-δ（18O）關(guān)系圖Fig. 9 Relationship between δ（D） and δ（18O） in mesothermalmicrothermal geothermal area of mountain regions around Sichuan basin

由圖9可知，盆周山地中-低溫地?zé)釁^(qū)中水樣的同位素δ（D）和δ（18O）值大部分落在我國西南地區(qū)大氣降水線的附近，說明溫泉水主要來自大氣降水補(bǔ)給。偏離降水線較多的兩個(gè)點(diǎn)是成都崇州文錦江醫(yī)療熱礦水和成都大邑花水灣醫(yī)療熱礦水，它們的氯離子含量和TDS值較盆周山地其他取樣點(diǎn)的測(cè)試值大，熱儲(chǔ)含水層不僅在地表沒有出露，而且埋深大，熱儲(chǔ)環(huán)境較為封閉，補(bǔ)給的大氣降水通過與含水層溝通的深大斷裂下滲，因此地下水為封閉式縱向深循環(huán)徑流，并在此過程中與圍巖發(fā)生反應(yīng)，造成了“氧漂移”現(xiàn)象。其余點(diǎn)較降水線向左或向上偏移，可能與該區(qū)內(nèi)地?zé)崃黧w中H2S和CO2含量較多有關(guān)。

（4）四川盆地低溫地?zé)釁^(qū)（II）

由圖10可知，盆地低溫地?zé)釁^(qū)中水樣的同位素δ（D）和 δ（18O）值基本都落在了我國西南地區(qū)大氣降水線的附近，說明溫泉水大部分來自大氣降水補(bǔ)給。出現(xiàn)明顯“氧漂移”的瀘州市兩地?zé)峋鸵速e市翠屏區(qū)的地?zé)峋鶎俚貕盒偷責(zé)豳Y源，熱儲(chǔ)層為埋深較大的二疊系熱導(dǎo)較好的一套海相碳酸鹽巖，熱儲(chǔ)露頭補(bǔ)給區(qū)較遠(yuǎn)，因此地?zé)崃黧w徑流途徑長(zhǎng)、速度緩慢，既有一定的溫度，又有相當(dāng)?shù)膲毫?，熱?chǔ)環(huán)境較為封閉，熱水和圍巖的水巖交換反應(yīng)強(qiáng)烈［4］398。同時(shí)，上述三處地?zé)崧额^處在四川盆地鹵水分布區(qū)內(nèi)，根據(jù)林耀庭等人的研究，瀘州市兩地?zé)峋c(diǎn)的氫氧同位素值分布在海水 SMOW（standard mean ocean water）的右下方，于封閉盆地的殘留海水之中，其成因與海水關(guān)系密切，可能含有部分的海相沉積型鹵水［7］。上述 3個(gè)露頭水樣的氯離子、重碳酸根離子、TDS較盆地內(nèi)其他露頭點(diǎn)大，也證明了上述推論的合理性。

圖10　盆地低溫地?zé)釁^(qū)δ（D）-δ（18O）關(guān)系圖Fig. 10 Relationship between δ（D） and δ（18O） in microthermal geothermal area of Sichuan basin

（5）尚待查明區(qū)（III）

圖11　尚待查明區(qū)δ（D）-δ（18O）關(guān)系圖Fig. 11 Relationship between δ（D） and δ（18O） in area that yet to be identified

由圖11可知，尚待查明區(qū)中水樣的同位素δ（D）和 δ（18O）值基本都落在了我國西南地區(qū)大氣降水線上，說明溫泉水樣均來自大氣降水補(bǔ)給。

3.2年齡同位素

放射性同位素不受溫度、壓力或化學(xué)組分等外界條件的影響，而以一定的速率衰變。地下水的年齡一般都較小，所以通常利用半衰期不很長(zhǎng)的環(huán)境天然放射性同位素，計(jì)算水在含水層中的平均貯留時(shí)間，目前比較成熟的是14C方法測(cè)定地下水的年齡［3］29。天然14C是在平流層和對(duì)流層之間的過渡地帶，通過二次宇宙射線的慢中子和氮原子的一種核反應(yīng)生成的，水圈以及巖石圈中部分碳酸鹽巖的沉積物中的14C主要來自于大氣CO2的溶解作用［8］。

四川省五個(gè)地?zé)岱謪^(qū)共采集14C樣品61組，測(cè)試及校正由國土資源部巖溶地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)督檢測(cè)中心完成，校正選用開放系統(tǒng)化學(xué)溶解-同位素交換校正模型（Mook法），測(cè)試結(jié)果如表9所示。

表9　四川省年齡同位素測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 9 Statistical table of age isotopes test result in Sichuan

由于四川省的地?zé)崃黧w普遍來自大氣降水補(bǔ)給，因此通過各地?zé)釁^(qū)地?zé)崃黧w年齡大小關(guān)系可推斷各區(qū)地?zé)崃黧w的徑流途徑和在熱儲(chǔ)層中滯留時(shí)間長(zhǎng)短關(guān)系為：川西高原高-中溫地?zé)釁^(qū)（I1）＞沉積盆地低溫地?zé)釁^(qū)（II）＞盆周山地中-低溫地?zé)釁^(qū)（I3）＞尚待查明區(qū)（III）＞川西南中-低溫地?zé)釁^(qū)（I2）。盆地型地?zé)釁^(qū)平均徑流時(shí)間大于山地型地?zé)釁^(qū)，川西高原高-中溫地?zé)釁^(qū)地下水徑流時(shí)間較長(zhǎng)，可能與其所處地區(qū)斷裂深大，縱向循環(huán)深度大，并在上涌過程中攜帶部分深部古地下水有關(guān)。

4　 結(jié) 論

（1）四川省內(nèi)地貌、地質(zhì)、構(gòu)造條件復(fù)雜。隆起山地型地?zé)豳Y源普遍受到斷裂影響，熱儲(chǔ)開放性較好，流體補(bǔ)給源一般離露頭較近，地?zé)崃黧w多做縱向的深循環(huán)，且在出露地表的過程中與淺部的地下水混合作用較強(qiáng)烈；而沉積盆地型地?zé)豳Y源的熱儲(chǔ)一般較為封閉，且具有一定壓力，流體補(bǔ)給源一般離露頭較遠(yuǎn)，熱儲(chǔ)埋深較大，流體徑流速度較緩慢，與圍巖有更多的水巖交換反應(yīng)發(fā)生。

（2）山地型各地?zé)釁^(qū)熱儲(chǔ)主要是變質(zhì)巖為主的帶狀熱儲(chǔ)或?qū)訝顜顝?fù)合熱儲(chǔ)，盆地型的地?zé)釁^(qū)主要是碳酸鹽巖為主的層狀熱儲(chǔ)，因此各地?zé)釁^(qū)地?zé)崃黧w也呈現(xiàn)出相應(yīng)的特性：①水化學(xué)類型多樣性，山地型地?zé)釁^(qū)＞盆地型地?zé)釁^(qū)，且山地型地?zé)釁^(qū)普遍水化學(xué)類型超過12種；②礦化度，盆地型地?zé)釁^(qū)＞山地型地?zé)釁^(qū)；③盆地型地?zé)崴訡l-、Na+為主，山地型地?zé)崴?HCO3-、Ca2+、Mg2+為主；④理療元素含量及種類，盆地型地?zé)釁^(qū)＞山地型地?zé)釁^(qū)。

（3）從氫氧同位素的分析可知，四川省地?zé)崃黧w補(bǔ)給來源，除盆地部分地區(qū)殘留的古海水外，基本為大氣降水，隆起山地型降水主要通過斷裂下滲，沉積盆地型降水主要從碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層位于地表的露頭下滲。

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Hydrogeochemical and Isotope Characteristics of Geothermal Fluid in Sichuan

NI Gao-qian， ZHANG Heng， WEI Yu-ting， HU Ya-zhao
（Sichuan Institute of Geological Engineering Investigation， Chengdu 610000， China）

There are two types of geothermal resources （conductive geothermal resource and convective geothermal resource） and five geothermal areas in Sichuan. Hydrogeochemical and isotope characteristics of samples from these five areas indicate that most of the geothermal fluids in Sichuan are supplied by atmospheric precipitation and the hydrogeochemical and isotope characteristics are related to the types and openness of the geothermal reservoir. The conductive geothermal resources are mainly stratified reservoir with carbonatite， while the convective geothermal resources are mainly fissure zoned reservoir and zoned and stratified combining reservoir on metamorphic rocks. The reservoir of conductive geothermal resource is more closed than the reservoir of convective geothermal resource， and the total dissolved solids as well as the therapeutic elements contents are higher than those in geothermal fluid of convective geothermal resource. For the geothermal fluid of conductive geothermal resource， it’s also more easily to form brine and has longer runoff time than the geothermal fluid of convective geothermal. This work may provide some references to the development and utilization of geothermal resources in Sichuan.

Sichuan； geothermal fluid； conductive geothermal resource； convective geothermal resource； hydrogeochemical characteristics； isotope

倪高倩（1990-），女，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)研究。

TK521+.3

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2016.03.004

2095-560X（2016）03-0184-11

2016-01-07

2016-03-23