河北省遵化市湯泉地下熱水賦存特征

楊立順

(河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊，河北 秦皇島066001)

湯泉地?zé)峋秘撌⒚?，其自然出露的溫泉，早在元、明、清朝就已作為治療皮膚病浴用［1］?，F(xiàn)還保留有明朝薊鎮(zhèn)總兵戚繼光在溫泉地表以下用花崗巖石料砌成長7m、寬4 m、深6 m，可容水168 m3的溫泉池，溫泉池高出地表1m，南、北各有一個出水口，溫泉池南側(cè)建有“流杯亭”，北側(cè)的“六棱石幢”記錄了當(dāng)時的湯泉勝景。湯泉的地?zé)峋钜话銥?00～300 m，熱水溫度33℃ ～55℃，最高可達68℃。其特點是地下熱水埋藏淺，便于開發(fā)利用，但地下熱水異常區(qū)面積小，呈條帶狀分布，熱儲層賦存于基巖斷裂帶中，斷裂交匯部位既是熱儲通道又是儲熱層位，地下熱水的出露范圍主要受控于斷裂構(gòu)造。

1 地質(zhì)背景

湯泉位于河北省遵化市西北部，為山前丘陵地區(qū)，座落在一個斷面呈U字型的山角谷地，地勢北高南低，三面環(huán)山，北部及東西部為陡峭的山峰，南部為沖積河谷，背枕燕山期茅山花崗巖體，面向遵化北川盆地。大地構(gòu)造位置為華北地臺燕山沉降帶馬蘭峪復(fù)斜軸部偏南，馬蘭峪山字型的脊柱部位。

地下熱水出露區(qū)域主要地層為新生界第四系沉積的松散巖類和太古界遷西群馬蘭峪組變質(zhì)巖類。

第四系地層由洪坡積和殘坡積的粘土、亞粘土夾碎石組成，厚度因所處地貌位置不同差異較大，最薄處小于1米，碎石成分主要為黑云角閃斜長片麻巖及花崗巖。

太古界遷西群馬蘭峪組主要為紫蘇黑云角閃斜長片麻巖，麻粒巖，局部加有斜長角閃巖，磁鐵石英巖透晶體和混合巖類。地層片麻理走向NNE，傾向NW，傾角40°～60°，風(fēng)化層厚度約10 m。

斷裂構(gòu)造發(fā)育，共分布5條規(guī)模較大的斷裂帶，發(fā)育方向分別為:北東向、北北東向、近南北向、北西向4組，東西向斷裂是規(guī)模較大的斷裂，寬度可達50～60 m，其中4組斷裂交匯于自然出露的溫泉附近。

2 地溫場特征

湯泉地下熱水區(qū)地?zé)犸@示明顯，地溫場呈條帶狀沿斷裂走向分布，地?zé)釡囟犬惓Ｔ谄矫婧痛瓜蛏系目臻g分布均存在差異。

2.1 地溫場平面展布

在區(qū)域地溫場的總體背景上，湯泉一帶地?zé)岙惓Ｓ谐蕯嗬m(xù)帶狀分布的特點，多受北東向、北西向和近南北向斷裂的控制，平面地溫場溫度極不均一，熱異常帶內(nèi)泉水溫度17.7℃ ～28.0℃，自然出露的溫泉溫度為62℃，遠離地?zé)岙惓５拿窬疁?.0℃ ～12.0℃，溫度變化明顯，是一個極不均一的地溫場［2］。

2.2 地溫場的垂向變化

湯泉一帶地?zé)徙@孔孔深相差較大，淺者103 m，最深的可達282 m。大部分地段基巖裸露，第四系蓋層最厚18.48 m。熱儲層均屬于太古界變質(zhì)巖系地層，盡管熱儲巖性相同，但鉆孔溫度相差較大，地溫垂向變化卻十分復(fù)雜，其原因是區(qū)內(nèi)不同方向、不同規(guī)模的斷裂構(gòu)造，大多以張性斷裂的形式復(fù)活，形成多處不同方向斷裂的復(fù)合交匯區(qū)，在受其影響范圍內(nèi)構(gòu)造裂隙發(fā)育，裂隙率增加，成為地下水賦存場所和深循環(huán)通道。地下水在循環(huán)過程中為巖溫所加熱［3］，多呈強制性的對流形式沿斷裂交匯處上升，產(chǎn)生橫向遷移、擴散，并在一定的范圍內(nèi)儲存起來，形成地?zé)岙惓^(qū)。這種對流型地?zé)嵯到y(tǒng)的形式是一種復(fù)雜的熱傳遞過程。沿斷裂帶上升的地下熱水是一種局部的附加熱源，是導(dǎo)致湯泉地下熱水異常區(qū)高低溫度相差較大，形成不均一地溫場的主要原因。因此，湯泉的不均一地溫場的形成，是深部熱源在地殼上層所構(gòu)成的傳導(dǎo)和對流疊加的結(jié)果。

3 熱儲層特征

湯泉地下熱水異常區(qū)的熱儲層主要為基巖裂隙型帶狀熱儲。熱儲是由控?zé)釘嗔褞Ш筒煌较虻臄嗔呀粎R處構(gòu)造裂隙發(fā)育的巖石組成，控?zé)釘嗔褬?gòu)造及其破碎帶融為一體，其結(jié)構(gòu)比較簡單，熱儲的邊界與斷裂破碎帶的邊界密切相關(guān)。在有地?zé)犸@示的地段，熱儲寬度一般與斷裂破碎帶及其影響寬度相近，但沿斷裂帶走向的延伸遠遠小于斷裂帶的長度。熱儲層主要受北東向斷裂控制，該向斷裂為湯泉地區(qū)的構(gòu)造主體，在與后期幾組斷裂的交匯部位形成熱通道，使深部熱水沿交匯部位上升，形成淺層熱儲層。

根據(jù)鉆孔揭露的熱儲層厚度為90～230 m。斷裂破碎帶的巖石比較破碎，裂隙比較發(fā)育，裂隙面上有明顯的綠泥石化、綠簾石化、黃鐵礦化等水熱蝕變現(xiàn)象。熱儲的寬度、長度、埋深、富水型、滲透性及熱水溫度等主要特征，完全受斷裂構(gòu)造的性質(zhì)、活動強度，特別是復(fù)合關(guān)系等因素控制，但不受地層的巖性限制，巖體本身的滲透性很差，主要靠裂隙和破碎帶導(dǎo)水［4］，根據(jù)鉆孔揭露熱水層底界至少大于282 m，熱水溫度33℃～68℃，溫度的高低取決與鉆孔所處的構(gòu)造部位和深度，地形低處水位一般高出地表2.5～6.0 m，熱儲層的富水性極不均一，水量變化較大。

4 地下熱水的形成、賦存及運移

區(qū)域內(nèi)降水豐沛，第四系含水層結(jié)構(gòu)較松散，透水性強，基底斷裂構(gòu)造發(fā)育，為大氣降水、地表水、淺層地下水向深部滲透提供了有利條件。

從地貌上看，北部為峰巒迭嶂的山地，南部為山前平原，地勢北高南低，大氣降水可沿風(fēng)化裂隙、節(jié)理和斷裂破碎帶補給地下水，這就為地下熱水提供了豐富的水資源。但并非所有地下水都成為熱水，只有順斷裂構(gòu)造滲入地下深處，被地下熱能加熱后通過熱對流循環(huán)形成地下熱水。斷裂構(gòu)造溝通了地殼深部的強大熱源，在運移過程中溶解地層中的某些離子并與熱儲巖層進行熱交換，在壓力差和密度差的作用下產(chǎn)生對流，在構(gòu)造發(fā)育地段地下熱水以較快的速度上涌，而來不及與圍巖達到熱平衡，從而將熱能輸送到地殼淺部，在構(gòu)造有利部位形成地?zé)岙惓^(qū)。

湯泉的溫泉就出露在北東、北西和近南北向斷裂的交匯部位，由此可見，地下熱水的補徑排條件主要受控于構(gòu)造斷裂帶及其復(fù)合部位，經(jīng)深部循環(huán)而成為地下熱水，沿著斷裂不斷運移，在多條斷裂構(gòu)造的交匯部位直接溢出地表而形成溫泉。

5 控制因素

斷裂構(gòu)造是控制湯泉地區(qū)地?zé)岱植嫉闹饕蛩?，深大的斷裂帶起到?dǎo)通深部熱能的作用［5］，控制著地?zé)岙惓^(qū)的形態(tài)和展布。不同方向的斷裂相互切割，構(gòu)成縱橫交錯的構(gòu)造網(wǎng)格，成為地下熱水的良好通道，是溝通深部熱源、導(dǎo)熱、導(dǎo)水、儲熱、儲水的基礎(chǔ)條件，構(gòu)造裂隙不僅是儲熱裂隙，更主要的是導(dǎo)熱的構(gòu)造裂隙［6］，地下熱水沿透水性能良好的張性斷裂或壓性結(jié)構(gòu)面相對開啟的部位形成集中滲流，沿通道向上運移，將來自上地幔和花崗巖放射性熱能輸送到地殼淺部，形成地?zé)岙惓^(qū)。

6 地下熱水水化學(xué)特征

湯泉地下熱水的水化學(xué)類型為SO4－Na型，礦化度一般為 0.595 ～0.840 g/L，pH 值為 7.9 ～8.3，陽離子以 Na+為主，其毫克當(dāng)量百分數(shù)在 80.41% ～90.52%;陰離子以SO42－為主，其毫克當(dāng)量百分數(shù)在66.71% ～73.7%。而 冷水陰離子以 Ca2+和 Na+為主，Ca2+的毫克當(dāng)量百分數(shù)42.03% ～57.23%，Na+的毫克當(dāng)量百分數(shù)32.61 ～42.25%，陰離子以HCO3－和SO42－為主，HCO3－的毫克當(dāng)量百分數(shù) 50.63% ～94.05%，而 SO42－的毫克當(dāng)量百分數(shù)最高28.16% ，從 Cl－、SO42－、F－、K+、Na+、SiO2的含量看，地下熱水均比冷水高得多，Cl－高2～4倍，SO42－高6～10倍，F(xiàn)－高8～70倍，K+高4～9倍，Na+高8～10倍。在地下水化學(xué)成分中，許多化學(xué)組分存在著某種相關(guān)關(guān)系，冷熱水中主要離子存在著很大差異。熱水中有些元素高的原因認為是地下熱水在運移過程中對圍巖的溶解作用。

地下熱水F－、SiO2濃度高，主要與湯泉地區(qū)大面積的變質(zhì)巖系和花崗巖有關(guān)。遵化地區(qū)變質(zhì)巖中SiO2含量在52.82% ～60.88%，而花崗巖中的含量更高，從圖1可以看出F－和SiO2與其溫度呈正相關(guān)關(guān)系，地下熱水較高的溫度加強了氟化物和SiO2的溶解，造成了有利于F－和SiO2遷移和積聚的水文地球化學(xué)環(huán)境。

圖1 湯泉地下熱水中F－、SiO2含量與溫度關(guān)系圖

7 結(jié)語

遵化市湯泉的地下熱水賦存于基巖裂隙構(gòu)造帶中，溫泉的出露位置位于斷裂交匯部位，控制地溫的主要因素為斷裂構(gòu)造，斷裂控制著地下熱水活動的強度與分布。湯泉的地下熱水屬由地下水深循環(huán)形成的地?zé)岙惓?，熱能的傳遞形式以水熱對流為主，熱傳導(dǎo)為輔的低溫地?zé)豳Y源，水化學(xué)類型為硫酸－鈉型，熱水中F、H2SiO3含量較高，按醫(yī)療熱礦水可命名為氟水、硅水，在醫(yī)療保健和農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)方面有著廣泛用途。湯泉的地?zé)豳Y源埋藏較淺，易于開采，地理位置優(yōu)越，交通方便，地下熱水開發(fā)前景十分廣闊。

［1］李海龍.遵化市湯泉地?zé)豳Y源開發(fā)利用建議［J］.河北水利，2009，6:43.

［2］秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊.河北省唐山市地?zé)豳Y源調(diào)查評價報告［R］.2003.

［3］陳默香.華北地?zé)幔跰］.北京:科學(xué)出版社，1998:116

［4］周念瀘.地?zé)豳Y源開發(fā)利用實務(wù)全書［M］.北京:中國地質(zhì)科學(xué)出版社，2005.

［5］高仰才，葛玉瑋.內(nèi)蒙古地?zé)豳Y源成因類型及開發(fā)前景初探［A］.見:劉久榮.北京地?zé)釃H研討會論文集［C］.北京:地質(zhì)出版社，2002.91～95.

［6］張戈，姜玉成等.遼寧地?zé)豳Y源與開采潛力研究［J］.地質(zhì)與資源，2004，13(1):22 ～25，42.