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(安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，安徽 合肥 230001)

安徽昭關(guān)溫泉形成條件及地?zé)崴瘜W(xué)特征分析

陳學(xué)鋒，丁海亮，李莉莉，湯皓，付文博

(安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，安徽 合肥 230001)

昭關(guān)溫泉位于安徽省含山縣昭關(guān)鎮(zhèn)，溫泉的溫度適宜，流量大。采用多種技術(shù)手段對(duì)昭關(guān)溫泉出露區(qū)進(jìn)行勘查，結(jié)合地層構(gòu)造、地球物理、地球化學(xué)、地層溫度以及水文地質(zhì)等方面對(duì)地?zé)嵝纬蓷l件及形成規(guī)律進(jìn)行研究可知，推覆構(gòu)造和斷裂構(gòu)造對(duì)地?zé)峋哂锌刂谱饔?，巖層受斷裂構(gòu)造作用，裂隙發(fā)育、破碎，隱伏溶洞、溶蝕裂隙及溶孔發(fā)育強(qiáng)烈，形成了水力聯(lián)系的良好通道，這些均是形成昭關(guān)溫泉的重要地質(zhì)基礎(chǔ)。溫泉由早期大氣降水補(bǔ)給，在埋藏于千米之下的熱儲(chǔ)中匯集、升溫，在水頭壓力作用下順斷裂出露地表，形成41℃的地?zé)崴?，水化學(xué)類型主要為SO4-Ca·Mg型。分析結(jié)果為在類似地區(qū)尋找地?zé)崽峁﹨⒖迹龠M(jìn)地?zé)峥辈楣ぷ鳌?/p>

昭關(guān)溫泉；地?zé)崴?；形成條件；化學(xué)特征分析

地?zé)崮苁且环N綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源，是一種現(xiàn)實(shí)可行且具有競爭力的清潔能源。加快開發(fā)利用地?zé)崮懿粌H對(duì)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、改善環(huán)境具有重要意義[1]。我國利用地?zé)嵋延卸Ф嗄甑臍v史，開發(fā)利用方式有發(fā)電、供暖、醫(yī)療、洗浴、養(yǎng)殖等，隨著國家大力提倡因地制宜地開發(fā)和推廣使用地?zé)崮?，各地掀起尋找地?zé)岬母叱保珜ふ业責(zé)岬母唢L(fēng)險(xiǎn)在一定程度上阻礙了地?zé)岬陌l(fā)展。

昭關(guān)溫泉位于安徽省含山縣昭關(guān)鎮(zhèn)，距含山縣城以北約10 km，春秋時(shí)“伍子胥過昭關(guān)，一夜愁白了頭”這一傳奇歷史故事就發(fā)生此地。溫泉出露區(qū)地面標(biāo)高約15 m，地形東南高西北低，東南部為丘陵，南部、西部為淺丘狀平原，東北部為波狀平原，附近最高山為標(biāo)高256.6 m的雙尖山，位于東偏北約5 km處。溫泉的溫度適宜，流量大，目前主要用于養(yǎng)殖熱帶魚，結(jié)合人文景觀、自然資源，對(duì)溫泉進(jìn)行綜合開發(fā)利用的潛力巨大。本文利用勘查資料，從地層、構(gòu)造、地球物理、地球化學(xué)、地層溫度、水文地質(zhì)等方面，對(duì)昭關(guān)溫泉的成因進(jìn)行深入分析，總結(jié)地?zé)嵝纬傻囊话阋?guī)律，為在類似地區(qū)尋找地?zé)崽峁﹨⒖家罁?jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)條件

1.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

昭關(guān)溫泉處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)下?lián)P子臺(tái)坳的北部，屬沿江拱斷褶帶巢湖穹斷褶束(圖1)。北東向?yàn)槠渲黧w構(gòu)造格架，并且發(fā)育推覆構(gòu)造；北西向構(gòu)造較為發(fā)育。推覆構(gòu)造由兩個(gè)北東向展布的弧形擠壓斷褶帶(石楊—龍王尖斷褶帶和天鼓山—昭關(guān)斷褶帶)組成。

溫泉出露于石楊-龍王尖復(fù)背斜的南端部分，為其傾沒端，發(fā)育有以震旦系～奧陶系所組成的大型倒轉(zhuǎn)褶皺及一系列疊瓦狀逆沖斷層，總體走向北東，發(fā)育北東向推覆斷層和斷層及北西向斷層。

1.2 地層巖性

昭關(guān)溫泉出露區(qū)位于揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)巢湖地層小區(qū)[2]，地?zé)崴婕暗貙訋r性如下：

震旦系燈影組主要分布在勘查區(qū)東北角一帶，呈北東向展布，厚度超過164 m，為淺灰或灰白色中厚層白云巖、微晶白云巖[3]。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造與地?zé)彡P(guān)系圖

寒武系地層分布在勘查區(qū)東北部山區(qū)，呈北東向展布。幕府山組厚47 m，厚層狀，主要為灰至深灰色鮞狀白云巖、灰黃色含泥質(zhì)白云巖。炮臺(tái)山組厚31 m，為灰色白云巖、微晶白云巖、泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖。觀音臺(tái)組厚188 m，為灰至淺灰色中薄至中厚層白云巖、微晶白云巖。

志留系地層主要分布在勘查區(qū)東南、西部一帶。高家邊組厚度大于310 m，為灰黑、灰黃、黃綠色頁巖、泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、石英砂巖。墳頭組厚337 m，巖性為灰黃、灰綠、黃綠色泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、長石石英砂巖、泥巖。

白堊系浦口組于勘查區(qū)西南部的沿山前或山間坳陷分布，厚度大于58 m，中～厚層狀，巖性主要為紫紅色灰質(zhì)礫巖，上細(xì)下粗。

第四系地層分布于勘查區(qū)北部及南部山間，厚度一般10～20 m，山前及山間較薄。下蜀組分布于山前及山間，厚度2～13 m，巖性為淺棕黃色、淺棕褐色粉質(zhì)粘土，山前地帶夾棱角狀碎石。蕪湖組沿昭關(guān)水庫上、下游溝谷兩側(cè)發(fā)育，厚度5～13 m，局部揭露最大厚度為21.75 m，巖性為灰、灰黑色粉質(zhì)粘土。

2 水文地質(zhì)特征

出露區(qū)的地下水類型有松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和碎屑巖類裂隙水三類。

松散巖類孔隙水主要分布在西北部和東南部。含水層由全新統(tǒng)蕪湖組和上更新統(tǒng)下蜀組組成，厚0.5～20 m。多為潛水，山間及山前為半承壓水。水化學(xué)類型主要為HCO3·Cl-Ca·Mg，溶解性總固體<1.0 g/L。富水性較差～極差。

碳酸鹽巖類裂隙巖溶水多以裸露形式展現(xiàn)，近山前局部隱伏于松散層下，主要分布于背、向斜核部。隱伏型裂隙巖溶水的水化學(xué)類型多為HCO3-Ca、地?zé)崴疄镾O4-Ca·Mg型，溶解性總固體0.5～1.0 g/L，地?zé)崴?.0 g/L左右，單井涌水量一般>500 m3/d，富水程度為中等～豐富。裸露型的富水程度為貧乏～中等。

碎屑巖類裂隙水分布于低山丘陵區(qū)中部。水化學(xué)類型為HCO3-Ca、HCO3-Na·Ca、HCO3·Cl-Ca·Na型，溶解性總固體1.0 g/L左右，單井涌水量一般為10～100 m3/d，白堊系上統(tǒng)單井涌水量<10 m3/d，富水程度為貧乏～極貧乏。構(gòu)造裂隙發(fā)育部位的地下水水化學(xué)類型為HCO3-Ca型，單井涌水量為181.4 m3/d，富水性中等。

震旦系上統(tǒng)～奧陶系下統(tǒng)以白云巖為主，在斷層帶兩側(cè)的白云巖，巖層上部電阻率高，巖石較完整，裂隙及巖溶發(fā)育微弱，單井流量100～500 m3/d，泉流量10 L/s，富水程度為貧乏～中等。第四系較薄，一般厚0～20 m，山麓及低洼處較厚，沿?cái)鄬悠扑閹Х植驾^厚，主要為粘性土，夾薄層砂透鏡體，第四系的含水性和滲透性較差，單井涌水量一般<10 m3/d，富水程度極貧乏。

3 水化學(xué)特征

地?zé)崃黧w化學(xué)成分與周邊地下水有著顯著的區(qū)別，溶解性總固體比冷地下水高3～5倍，標(biāo)量元素含量很高(如SO42-、可溶性SiO2、F-、放射性Rn等)。前已述及，冷地下水水化學(xué)類型為HCO3·Cl-Ca·Na、HCO3-Ca·Na型，少數(shù)為SO4·HCO3-Ca·Mg型，溶解性總固體小于1.0 g/L；地?zé)崃黧w化學(xué)類型均為SO4-Ca·Mg型，以硫酸鹽為主(SO42-含量為668.90～1 582.00 mg/L)，溶解性總固體較高(1.8～2.56 g/L)。地?zé)崃黧w顯著特點(diǎn)是總硬度、溶解性總固體較大，而總堿度較小，屬微咸水。

4 地球物理特征

地?zé)岬男纬梢邆溆欣牡貙訋r性、地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境及較為獨(dú)立完整的地下水循環(huán)系統(tǒng)。其所形成的地球物理場也具有特殊性。

地層、構(gòu)造的判別主要根據(jù)電阻率的空間分布及其數(shù)值大小和形態(tài)變化等特征，如電阻率等值線的密集帶(梯級(jí)帶)、低阻帶及等值線的扭曲、不連續(xù)等。一般情況下，電阻率等值線的密集帶(梯級(jí)帶)往往是線性構(gòu)造的反映或不同電性的分界線。電阻率的野外數(shù)據(jù)采集采用加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8電法勘探儀器，數(shù)據(jù)處理使用的是該公司的專業(yè)軟件。

圖2上可見3125點(diǎn)附近傾向北西的電阻率梯級(jí)帶為F1斷層的反映，3325點(diǎn)附近傾向南東的低阻帶為F2斷層的反映，4725點(diǎn)附近傾向北西的低阻帶為F4斷層的反映，4225點(diǎn)附近近直立的電阻率梯級(jí)帶為F3斷層的反映，4775點(diǎn)附近向北西陡傾的相對(duì)低阻是F5斷層的反映。

圖2 CSAMT電阻率及其解譯成果剖面圖

圖3 3 m淺層地溫等值線平面圖

在1025點(diǎn)～3125點(diǎn)之間上部低阻體與白堊系砂巖、粉砂巖、第四系粘土相對(duì)應(yīng)，其下部的高阻體為志留紀(jì)～三疊紀(jì)地層的反映；3125點(diǎn)～4225點(diǎn)之間的高阻體為寒武、奧陶紀(jì)灰?guī)r的反映，其下部-800～1 500 m之間的低阻體可能為熱儲(chǔ)，頂部低阻體為第四系松散層，厚0～20 m；4225點(diǎn)～4725點(diǎn)之間為鍥形低阻體主要為志留系的反映；4625點(diǎn)～5825點(diǎn)之間上部主要是二疊系、三疊系的反映；5825點(diǎn)～6075點(diǎn)之間上部主要是寒武系、奧陶系的反映，其下部為震旦紀(jì)地層的反映。

淺層地溫在鉆孔中測(cè)量，鉆孔采用口徑為45 mm的PVC管進(jìn)行護(hù)壁，孔底的PVC管頭用60目濾網(wǎng)包好，測(cè)量時(shí)采用WMY-01型電子溫度傳感器，讀數(shù)精度為0.1℃，分別在1、3、5、7、9 m的深度進(jìn)行往返觀測(cè)。

淺層地溫異常呈北北東向分布于查莊～花莊一帶(圖3)，寬約250 m，長約800 m，該異常由二個(gè)次級(jí)異常組成?；ㄇf異常：位于花莊西，近園型，直徑約180 m，地溫最大值為23℃；漁場異常：位于魚塘的東南部，長約500 m，呈北北東向展布，地溫最大值為26℃，在魚塘的東南角局部異常呈北西向展布，其外圍地溫等值線分別向北西、南東凸出，顯示出在北東向異常上疊加了北西向異常。

地溫異常一般為地下熱水沿?cái)嗔殉雎兜乇砘驖B透到地下淺部所致。在魚塘的東南角局部異常呈北西向展布，推測(cè)與北西向斷裂有關(guān)，由于該處為斷裂的交匯處，巖石破碎，導(dǎo)水性好，因此該處的地溫異常最大(圖4)。

圖4 淺層地溫剖面圖

圖5 地?zé)崃黧wδD和δ18O偏差值與全國及全球現(xiàn)代大氣降水線的關(guān)系圖

5 形成條件分析

地?zé)岬男纬梢獜臄嗔褬?gòu)造、地層巖性、地下水循環(huán)因素及物探異常等方面進(jìn)行分析推斷。

昭關(guān)溫泉與湯泉、香泉、半湯溫泉均位于同一構(gòu)造帶上，均出露于構(gòu)造交匯處。CSAMT電阻率高阻體往往是灰?guī)r的反映，低阻體為第四系或斷裂破碎帶的反映，其解譯成果與勘查區(qū)構(gòu)造相吻合，淺層地溫等值線分別向北西、南東凸出，進(jìn)一步驗(yàn)證了北北東向和北西構(gòu)造在此交匯，充分說明了溫泉的形成與斷裂構(gòu)造存在著緊密的聯(lián)系。

地?zé)峋欠€(wěn)定流降壓試驗(yàn)[4]期間，各地?zé)峋乃蛔兓３滞?，下伏震旦系上統(tǒng)～奧陶系下統(tǒng)裂隙巖溶冷水和第四系松散巖類孔隙冷水的水位、水溫、水質(zhì)基本無變化，說明天然狀態(tài)下冷水系統(tǒng)與地?zé)崴到y(tǒng)的水力聯(lián)系差。

溫泉水中的同位素是地球化學(xué)綜合反映的重要指標(biāo)，是地?zé)岢梢蚍治龅闹匾罁?jù)。對(duì)地?zé)崃黧w、地表水和雨水分別采取了樣品測(cè)定氫氧穩(wěn)定同位素和14C。地?zé)崃黧w中δD和δ18O的值稍微偏離全球大氣降水線(圖5)，多在全國大氣降水線附近，反映出地?zé)崃黧w主要來源于大氣降水。地?zé)崃黧w中3H和14C的測(cè)試結(jié)果又表明它的形成歷史較為久遠(yuǎn)。同時(shí)溫泉與冷水的水化學(xué)成份也存在較大差異，都說明地?zé)崴c冷水來自完全不同水力系統(tǒng)。

綜合以上幾個(gè)方面的成果，昭關(guān)溫泉應(yīng)來源于早期的大氣降水，在斷裂構(gòu)造的溝通作用下，沿構(gòu)造破碎帶逐步循環(huán)到地殼深部[5]，在運(yùn)移過程中吸收圍巖的熱量，與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在昭關(guān)斷裂深部交匯處匯集儲(chǔ)存，形成中低溫地?zé)崴Ｔ谒^壓力作用下，熱儲(chǔ)中的熱水沿由斷裂形成的通道上升到地表，形成昭關(guān)溫泉(圖6)。

圖6 昭關(guān)溫泉形成模式圖

6 結(jié)語

(1)推覆構(gòu)造、斷裂構(gòu)造對(duì)地?zé)峋哂锌刂谱饔?，這是形成昭關(guān)溫泉的重要地質(zhì)基礎(chǔ)。

(2)巖層受斷裂構(gòu)造作用，裂隙發(fā)育、破碎，隱伏溶洞、溶蝕裂隙及溶孔發(fā)育強(qiáng)烈，形成了水力聯(lián)系良好的通道。

(3)溫泉由早期大氣降水補(bǔ)給，在埋藏于千米之下的熱儲(chǔ)中匯集、升溫，在水頭壓力作用下順斷裂出露地表，形成41℃的地?zé)崴?，水化學(xué)類型為SO4-Ca·Mg型。

(4)熱儲(chǔ)呈帶狀，受構(gòu)造斷裂控制，地?zé)崽镆?guī)模較小，地面有溫泉出露[6]，屬Ⅱ-2型中低溫地?zé)崽铩?/p>

(5)不同于層狀地?zé)幔瑯?gòu)造型地?zé)岬男纬蓷l件更加復(fù)雜，僅在所有條件都具備的特定地區(qū)才能形成獨(dú)具特色的地?zé)幔瑥亩鴽Q定了此類地?zé)豳Y源的珍貴性，要做好相關(guān)保護(hù)與開發(fā)利用工作[7]。

[1]國家發(fā)展和改革委員會(huì)，國家能源局，國土資源部.地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃.2017.

[2]安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局.安徽省區(qū)域地質(zhì)志.1987.

[3]安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站.安徽省含山縣昭關(guān)地?zé)豳Y源可行性勘查報(bào)告.2016.

[4]張高鋒，穆建軍，李曉輝，等.基于抽水試驗(yàn)的地?zé)醿?chǔ)層水文地質(zhì)特征研究[J]地下水.2009.

[5]汪集陽，熊亮萍，龐忠和.中低溫對(duì)流型地?zé)嵯到y(tǒng)[M].科學(xué)出版社.1993年.

[6]地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范 GBT 11615-2010.2011.

[7]汪集旸，馬偉斌，龔宇烈，等.地?zé)崂眉夹g(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社．2004.

P314.1

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1004-1184(2017)05-0051-03

2017-05-18

陳學(xué)鋒(1976-)，男，安徽太湖人，高級(jí)工程師，主要從事水工環(huán)、地?zé)岬刭|(zhì)基礎(chǔ)研究工作。