廬山星子溫泉成因探討

歐陽慶， 鐘江明， 廖見海， 喻 敏， 殷瑞峰

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083;2.江西省地礦局九一六大隊(duì)，江西九江 332100)

廬山星子溫泉成因探討

歐陽慶1，2， 鐘江明2， 廖見海2， 喻 敏2， 殷瑞峰2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083;2.江西省地礦局九一六大隊(duì)，江西九江 332100)

從溫泉區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景入手，利用環(huán)境同位素和SiO2溫標(biāo)測算研究資料提供的地?zé)崴c補(bǔ)給區(qū)的相對時(shí)空位置關(guān)系，在系統(tǒng)解析補(bǔ)給區(qū)與溫泉區(qū)地貌、地質(zhì)構(gòu)造特征以及水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，認(rèn)為溫泉地?zé)崴某梢蚺c廬山地質(zhì)構(gòu)造演化所形成的特殊地貌、地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境及水文地質(zhì)條件有關(guān)，有其特殊的形成條件和自然歷程。

地?zé)崴?成因探討;環(huán)境同位素;溫泉;廬山

江西省星子縣溫泉鎮(zhèn)地?zé)崴Y源作為廬山休閑旅游的一個(gè)重要組成部分，現(xiàn)已成為了一處大型的集現(xiàn)代溫泉療養(yǎng)、休閑、娛樂、酒店為一體的綜合場所。但是，由于開發(fā)利用的不斷升級，隨之而來的地?zé)崴Y源嚴(yán)重不足，形成了東西長約1 000 m、南北寬約500 m的橢圓形降落漏斗，而且存在日益擴(kuò)大和加深的問題。怎樣認(rèn)識這一發(fā)展與保護(hù)中的矛盾?作者試圖從溫泉地?zé)崴某梢蛱接懼?，為決策者們提供一些科學(xué)的依據(jù)。

1 溫泉區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

廬山星子溫泉地?zé)崴乩砩衔挥趶]山南麓，介于廬山隆起與鄱陽湖拗陷的過渡地帶。大地構(gòu)造位置屬近東西向中下?lián)P子坳陷帶九江坳陷的中南部與北北東向贛江深大斷裂北端的交接部位(楊明桂等，2004)。它與廬山隆起共同構(gòu)筑了一個(gè)與區(qū)域極不協(xié)調(diào)的特殊地塊，拔地而起的廬山山體儼然一條“天然地學(xué)斷面”，出露了代表江西最古老的地層巖石，具有獨(dú)特的地貌、地質(zhì)構(gòu)造特征(劉南慶等，1996)。種種跡象表明，這里中新生代構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)、水文條件復(fù)雜，地?zé)崴某梢驘o不與之密切相關(guān)。

2 地?zé)崴c補(bǔ)給區(qū)的時(shí)空關(guān)系

1972年國際原子能機(jī)構(gòu)同位素水文小組提出，在北部大陸地區(qū)，如果沒有明顯的混合過程，地下水的氚含量＜3 Tu。據(jù)中科院地球化學(xué)研究所1983年8月測試，星子溫泉地?zé)崴碾昂繛? Tu①江西省勘察設(shè)計(jì)研究院.2008.江西省星子縣廬山溫泉工人療養(yǎng)院(天沐溫泉)地?zé)峥辈靾?bào)告.。整個(gè)廬山地區(qū)的冷泉水較多，氚含量多集中在12.2～17.1 Tu和20.3～36.6 Tu二個(gè)區(qū)間，前者屬于“存在少量熱核試驗(yàn)生成的氚”這一類型;后者屬于“大氣降水生成”類型。環(huán)境中氚主要有三個(gè)來源:天然氚、核試驗(yàn)產(chǎn)生的氚和核動力產(chǎn)生的氚，到了20世紀(jì)90年代，我國地表水氚濃度已經(jīng)接近全球大氣層核試驗(yàn)前天然氚濃度(任天山等，2005)。結(jié)合該區(qū)冷泉水都處在廬山山體的高位、距離星子溫泉地較遠(yuǎn)這一事實(shí)作一般性推測，溫泉地?zé)崴怯?0～30 a以前的大氣降水補(bǔ)給的。

廬山星子溫泉—廬山山體地區(qū)，由鄱陽湖(20 m)起，經(jīng)歸宗寺聰明泉(60 m)、天下第六泉(130 m)、玉淵泉(145 m)、海會寺(350 m)、松樹嶺泉(567 m)，到廬山的烏龍?zhí)?820 m)、甘泉(990 m)、植物園泉(1 111 m)、小天池(1 210 m)到電視塔井(1 340 m)，是一條很好的垂直剖面，將其氫、氧同位素進(jìn)行相關(guān)分析，得到δD=7.07δ18O+8.3直線方程。其相關(guān)系數(shù)r=0.89，這條直線接近克雷格降水線［δD=8δ18O+10］，溫泉地?zé)崴畢^(qū)1～4號泉及ZK01井的熱水δD，δ18O值都接近或落在這條線上，δ18O只有很少的向右偏移。這說明溫泉地?zé)崴c廬山地區(qū)不同標(biāo)高的眾多冷泉水一樣，都是由同一地區(qū)的大氣降水補(bǔ)給的。中科院地球化學(xué)研究所1983年8月對廬山星子溫泉—廬山山體地區(qū)按高程進(jìn)行了泉水的 δD，δ18O研究，并分別用 δD，δ18O與高度進(jìn)行了相關(guān)分析，得出的結(jié)論是:δ18O與高程之間明顯地存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r=-0.716，線性方程為 H=-3 373.67-532.71 δ18O，即 - δ18O‰ =0.001 88 H+6.33，換算為 100 m后，得出的高度效應(yīng)為每上升100 m，δ18O減少0.188‰。地?zé)崴?8O平均為-8.02，其它冷泉及鄱陽湖水 δ18O平均為 -6.15，利用 H補(bǔ)=(溫泉δ18O平均值-冷泉 δ18O平均值)/0.188(高度效應(yīng))×100 m公式，計(jì)算地?zé)崴难a(bǔ)給高程為955 m。即溫泉地?zé)崴难a(bǔ)給區(qū)應(yīng)在1 000 m標(biāo)高左右。δD與高程亦明顯存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r=-0.609，線性方程為 H= -2 548.97-72.13δD，換算得 -δD=(H+2 548.97)/72.13)=0.013 8 H+35.34。即每增高 1 m，δD減少0.0138‰，每增高100 m時(shí)，δD減少1.38‰。地?zé)崴腄平均為-51.25，其它冷泉及鄱陽湖水δD平均為-36.7，利用H補(bǔ)=(溫泉δD平均值-冷泉δD平均值)/1.38(高度效應(yīng))×100 m公式，計(jì)算地?zé)崴难a(bǔ)給高程為1 054 m。即溫泉地?zé)崴难a(bǔ)給區(qū)亦應(yīng)在1 000 m標(biāo)高左右。由此可以得出，廬山星子溫泉地?zé)崴难a(bǔ)給區(qū)應(yīng)當(dāng)位于相對高程在1 000 m左右的廬山山體位置。

3 補(bǔ)給區(qū)與溫泉區(qū)地貌、地質(zhì)構(gòu)造特征

補(bǔ)給區(qū)(廬山山體)屬侵蝕構(gòu)造中山地貌，海拔高度1 000～1 473.8 m。其中海拔1 000 m以上的山峰有96座，最高峰為大漢陽峰，海拔1 473.8 m。山體展布呈北東向，與區(qū)域構(gòu)造線(北東東)呈明顯的銳角相交，形如長垅狀，其中山脊尖峭、嶺谷相依、縱橫交錯(cuò)，四周深壑幽谷、怪石不絕、兀然拔立。山體坡度一般大于45°，個(gè)別山坡陡峭形成懸崖絕壁(如五老峰等)，山上喬木茂盛。多是由南華紀(jì)含礫石英砂巖、長石石英砂巖、凝灰質(zhì)砂礫巖(Nh)和遭受燕山期強(qiáng)烈混合巖化的中元古代雙橋山群泥砂質(zhì)板(片)巖夾中基性海底火山噴發(fā)熔巖(Pt2sh)、新元古代花崗片麻巖(γ2，同位素年齡(823 ±64)Ma)，以及早白堊紀(jì)二長花崗巖(γ5，同位素年齡(132±0.3)Ma)組成。處于北東向廬山短軸背斜的北西翼及其軸部北東仰起端，其中北東向、北北東向斷裂構(gòu)造復(fù)雜，巖漿活動強(qiáng)烈。溫泉區(qū)(廬山南麓)屬剝蝕構(gòu)造丘陵，由于遭受長期剝蝕、侵蝕作用，山體形態(tài)呈渾圓狀，山脊線不明顯，山體連續(xù)性差，其間分布著寬展的溝谷凹地。海拔高度一般100～300 m，相對高度50～200 m，山坡坡度一般在15～20°，植被以灌木林為主。主要出露古元古界星子巖群(Pt1xg)，由云母石英片巖、石榴石十字石云母片巖、片麻巖組成。斜長角閃片巖(原巖為基性火山巖)鋯石U-Pb法同位素年齡值為(1 869±40)Ma。處于北東向廬山短軸背斜的軸部南西傾伏端，其中隱伏狀線型(航片解譯)北北東—北東向斷裂、近東西向斷裂和北西向斷裂構(gòu)造，以及沿此充填的燕山晚期花崗偉晶巖脈(同位素年齡為(127～138)Ma)發(fā)育(圖1)。

(1)北北東—北東向斷裂。成組出現(xiàn)，多為區(qū)域性北北東向贛江斷裂帶的北端淺部構(gòu)造。走向上自南向北有北北東→北東向的環(huán)弧狀變化規(guī)律，斷層面舒緩波狀，總體向南東(1 100)陡傾(700～800)，近于直立。斷面可見垂直運(yùn)動擦痕，顯示早期以壓扭性為主、后期以張扭性為主的多期活動斷層性質(zhì)，見有基性巖脈及花崗偉晶巖脈侵入，常呈破碎帶形式出現(xiàn)，帶寬＞15 m，帶內(nèi)由里向外有強(qiáng)變形至弱變形之分。斷裂多展布于第四系覆蓋區(qū)，據(jù)物探資料推測延長500～700 m。

(2)東西向斷裂。多局限于廬山短軸背斜的軸部，遙感影像上呈直線狀，延長4～5 km?？傮w走向860，向北中高角(60～85°)傾伏。呈破碎帶形式發(fā)育，帶寬30～100 m，帶內(nèi)發(fā)育構(gòu)造透鏡體、斷層泥及碎裂、角礫巖等，帶壁呈舒緩波狀，近旁巖石強(qiáng)烈擠壓破碎、片理化，斷面上有斜沖擦痕和顯示順時(shí)針扭動的水平擦痕。具先壓后扭力學(xué)性質(zhì)。

(3)北西向斷裂。多為疏散分布，局部成組出現(xiàn)。遙感影像呈直線狀，山脊沿走向被錯(cuò)斷，具走滑剪切正斷層性質(zhì)?？傮w走向310～320°，近于直立，延長＞2 km。常呈破碎帶形式發(fā)育，帶寬10～30 m，帶內(nèi)具有分帶性，由里向外構(gòu)造變形由強(qiáng)到弱。

(4)巖漿巖。主要有新元古代混合巖化花崗片麻巖和早白堊紀(jì)二長花崗巖及燕山晚期偉晶巖脈。前二者主要發(fā)育(侵位)于廬山短軸背斜軸部仰起端，屬主動侵位型。后者主要為花崗偉晶巖，以北東向—北北東向、北西向?yàn)橹?，次為近東西向和近南北向，屬裂隙侵入型。脈寬幾米至十幾米，延長數(shù)十米至百余米。同位素年齡127～138 Ma。

圖1 廬山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造略圖Fig.1 The geologic tectonic sketch in Lushan areas

4 補(bǔ)給區(qū)與溫泉區(qū)水文地質(zhì)條件

(1)地下水類型。二區(qū)地下水類型相差不大，主要有三種:風(fēng)化裂隙水、構(gòu)造裂隙水和松散巖孔隙水。前者主要賦存于基巖風(fēng)化裂隙中，接受大氣降水補(bǔ)給，順坡逕流沿溝谷排泄，枯季泉流量0.1～1 L/S，水質(zhì)類型為重碳酸(鉀、鈉)鈣型;中者主要賦存于基巖構(gòu)造裂隙中，接受大氣降水和側(cè)向基巖水補(bǔ)給，沿構(gòu)造裂隙帶運(yùn)移，于山前坡麓處以泉的形式排泄，單井涌水量500～600 m3/d，水質(zhì)類型以重碳酸鈣型為主;后者主要賦存于全新統(tǒng)沖積層底部砂礫層孔隙中，接受大氣降水和基巖水補(bǔ)給，從溝谷低洼處排泄，單井涌水量10～50 m3/d，水質(zhì)類型以重碳酸(鉀、鈉)鈣型為主(高柏等，2006)。

(2)地?zé)崴牡刭|(zhì)特征。該區(qū)地?zé)崴烊宦额^以上升泉的形式出現(xiàn)，泉群的分布嚴(yán)格受北東向短軸背斜軸部和近東西向壓性斷裂以及北西向張扭性斷裂復(fù)合控制。地?zé)崴畬俪袎簶?gòu)造裂隙水，主要賦存于古元古界星子巖群歸宗寺變粒巖和燕山期花崗偉晶巖的斷裂構(gòu)造帶中，是由20～30 a以前的大氣降水補(bǔ)給的。這種賦水?dāng)嗔褬?gòu)造帶其實(shí)就是上述北北東—北東向、近東西向及北西向斷裂三交匯的破碎帶區(qū)，但并不是所有的裂隙交匯處都含有水，這主要取決于裂隙交匯處的巖性及裂隙的張開程度。一般有花崗偉晶巖脈充填的破碎帶區(qū)，儲水條件較好。

(3)地?zé)崴熈?、排泄條件。廬山山體是一個(gè)兀然拔立高聳于長江和鄱陽湖湖之間的特殊高地，雨量豐富，年降水量可達(dá)1 950～2 000 mm。巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地形地貌等條件極有利于地表水下滲補(bǔ)給地下水:廬山北部牯嶺一帶，嶺谷相間，相對高差不大，谷地寬淺，南華系砂巖裂隙發(fā)育，水源豐富，溪流眾多，成為地下水的良好入滲補(bǔ)給區(qū);廬山中東部星子秀峰寺一帶山峰由混合巖化片麻巖構(gòu)成，雖然抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，但垂直節(jié)理發(fā)育，經(jīng)流水沖刷切割形成陡峭山勢及瀑布，也有利于大氣降水入滲。而位于廬山南麓的星子溫泉一帶地勢突然降低，相對高差在1 000 m以上，主要由本區(qū)最古老的地層(星子巖群歸宗寺變粒巖)構(gòu)成，巖性復(fù)雜、破碎，加之?dāng)嗔芽v橫，將巖石分割成菱形或網(wǎng)絡(luò)狀，有利于地下水的排泄?？v貫全區(qū)的北北東—北東向壓扭性斷裂和北西向張扭性斷裂構(gòu)造為大氣降水向深部運(yùn)移提供了良好通道。北北東—北東向斷裂構(gòu)造是贛北區(qū)域性大斷裂(贛江斷裂)的組成部分，該斷裂淺部是一組近平行的環(huán)弧狀斷裂，切穿廬山地區(qū)各時(shí)代地層，深部為一線型深斷裂。其與(或被)后期的北西向斷裂復(fù)合(或切割)連通，使得其淺部沿低序次構(gòu)造裂隙、風(fēng)化裂隙下滲的大氣降水入滲匯集，又經(jīng)其進(jìn)行深部循環(huán)(據(jù)有關(guān)地?zé)崴乃疁亍⑺瘜W(xué)成份測試，其均與特定的地質(zhì)構(gòu)造、巖性成份和深循環(huán)過程中的水文地質(zhì)條件有關(guān)，補(bǔ)給水源下滲深度應(yīng)在3 700 m以上)。在溫泉區(qū)發(fā)育的近東西向壓性斷裂構(gòu)造與受北東向短軸背斜控制的花崗巖體，具有明顯的阻水作用。受這種逕流條件和礦區(qū)得天獨(dú)厚的地質(zhì)構(gòu)造條件控制，北北東—北東向斷裂與東西向、北西向斷裂構(gòu)造的交匯處便成為熱水導(dǎo)出的良好通道，并以上升泉的形式排泄于地表(圖2)。

圖2 溫泉出露剖面示意圖Fig.2 The profile section of the hot spring outcropped

5 熱儲基本特征及其成因探討

該區(qū)熱儲巖性以花崗偉晶巖為主，局部夾少量云母片巖，埋深淺，總體呈帶狀，厚度一般30～50 m。地?zé)崴植际軘嗔芽刂?，其中北北東—北東向區(qū)域性贛江大斷裂北端視為控?zé)帷?dǎo)熱構(gòu)造，北東向、北西向和東西向斷裂交匯處的裂隙帶起儲熱構(gòu)造作用(鄭乾墻等，2009a，2009b)。值得明確的是，這三組斷裂只有一組北西向斷裂具有張扭性，其它二組多以先壓(或壓扭)后扭(或張扭)性質(zhì)出現(xiàn)，斷裂圍巖又以泥質(zhì)巖石為主，大部分裂隙帶處于半閉合狀態(tài)，不甚具備儲水條件。只有當(dāng)在三組斷裂構(gòu)造裂隙交匯處，受到燕山期花崗巖漿的侵入疏通，在垂直方向上這三組含水裂隙帶才會被勾通，形成由深部到淺部呈彎曲狀的熱水通道。

由此熱儲基本特征并結(jié)合補(bǔ)給區(qū)與溫泉區(qū)地貌、地質(zhì)構(gòu)造及其水文地質(zhì)條件，作者認(rèn)為廬山星子溫泉地?zé)崴某梢蚴堑刭|(zhì)構(gòu)造運(yùn)動與地貌之間的一種巧合。在近東西向“九江坳陷”的中南部受北北東向贛江深大斷裂北端的強(qiáng)烈而持續(xù)的不同方式的構(gòu)造作用，形成了具有特殊運(yùn)動方式的北東向廬山短軸背斜及其斷裂構(gòu)造系統(tǒng)，在此構(gòu)造系統(tǒng)的發(fā)展演化過程中，背斜的北西翼及其軸部仰起端地層巖性相對強(qiáng)硬，抗風(fēng)化剝蝕能力強(qiáng)，留下了高峻的山岳地貌，而背斜的軸部傾伏端交接部位地層巖性相對脆弱，抗風(fēng)化剝蝕能力弱，只能殘存低矮的丘陵地貌。正是由于這種地貌上的極大差異，造成了廬山山體得天獨(dú)厚的氣象氣候條件，具有豐富的大氣降水來源，同時(shí)亦使溫泉礦區(qū)成為了一個(gè)地區(qū)“大氣候”與山體“小氣候”突然變化的過渡地帶，承接著“小氣候”所帶來的自然排泄。正是由于這種斷裂構(gòu)造性質(zhì)和巖漿侵位機(jī)制，形成了補(bǔ)給區(qū)特殊的入滲補(bǔ)給和深循環(huán)通道，同時(shí)亦使溫泉區(qū)出現(xiàn)了獨(dú)一無二的阻水巖體構(gòu)造，為地下(熱)水的逕流、排泄創(chuàng)造了良好而難得的路徑。正是由于具備這種特殊的補(bǔ)給、逕流、排泄條件以及沿途的地質(zhì)構(gòu)造巖性組合，注定了地?zé)崴畯难a(bǔ)給區(qū)到溫泉區(qū)需要經(jīng)歷20～30 a的時(shí)間，循環(huán)深度在3 716.28 m(李學(xué)禮等，1992a，1992b)，同時(shí)亦造就了溫泉地?zé)崴厥獾钠焚|(zhì)。所以，從地質(zhì)角度上看，廬山星子溫泉地?zé)崴皇榇笞匀涣艚o人類的不可多得的自然資源，有其特殊的形成條件和自然歷程。

因此，認(rèn)識了這個(gè)問題，對于怎樣利用和開發(fā)溫泉地?zé)崴Y源，有著極其重要的指導(dǎo)意義。否則，不加限制地過度開發(fā)利用，勢必會給地?zé)崴Y源帶來嚴(yán)重的破壞，以至造成無地?zé)崴捎玫牡夭?。故此，人們只能是在充分認(rèn)識其規(guī)律的基礎(chǔ)上，綜合利用、合理開發(fā)，方能形成“天人合一”的和諧環(huán)境。

本文成稿后承蒙江西地礦局劉南慶高級工程師進(jìn)行審閱，并提出了寶貴的修改與補(bǔ)充意見，在此謹(jǐn)表致謝!

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Discussion on Geothermal Water in Lushan Xingzi Hot Spring

OU Yang-qing1，2， ZHONG Jiang-ming2， LIAO Jian-hai2， YU Min2， YIN Rui-feng2
(1.China University of Geosciences，Beijing 100083，China;2.No.916 Geological Party，JBEDGMR，Jiujiang，JX 332100，China)

Beginning with the analysis of regional geotectonic background of the hot spring，using the measured studies by environmental and SiO2temperature to the space-time relatively positions of geothermal water and recharge areas，based on this，systematic analysis of the recharge and hot spring areas on feature of the landform、geologic structure and condition of hydrogeology，this paper gets to the point that the origin of geothermal water in hot spring relates to the specific landform、the geothermal structure environment and the condition of hydrogeology which caused by the geologic-tectonic evolutional in Lushan.It has its specific formation condition and natural adventure.

geothermal water;discussion;environmental isotope;hot spring;Lushan

P314.1

:A

:1674-3504(2011)01-081-05

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.01.013

2009-12-11

歐陽慶(1964—)男，高級工程師，碩士生，主要從事應(yīng)用地球物理、應(yīng)用地球化學(xué)、地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查、地質(zhì)工程等綜合性研究工作。E-mail:ouyangqing1025@163.com