山西省盂縣寺平安地區(qū)熱礦水成因分析

竇艷芳，楊海燕

(山西省陽泉市水務局，山西 陽泉 045000)

寺平安熱礦水區(qū)位于山西省陽泉市盂縣梁家寨鄉(xiāng)寺平安村東500 m的滹沱河岸邊，總面積250 km2。西距忻縣110 km，東距河北西柏坡70 km，北距五臺山110 km，南距陽泉市115 km。

本區(qū)熱礦水含氡量介于211～349埃曼，為山西省已查明的含氡量最高的熱礦泉。地面礦水溫度44℃ ～53℃，屬高熱型礦水，總礦化度0.77～0.89 g/L，屬氯化物硫酸鈉型水，氡含量 211～349埃曼/升，二氧化硅 50～60 mg/L，氟 5.61～7.32 mg/L，同時含有鋰、鍶、鐵、錳、硼、溴、硫等多種微量元素，為中、低溫氮氣氡水，同時又屬氡水與硅酸復合型礦泉水，為良好的醫(yī)療熱礦水，用熱礦水浸浴對高血壓、冠心病、關(guān)節(jié)炎和婦科各種炎癥均有不同程度的療效，具有較高的醫(yī)用價值。

本區(qū)地形結(jié)構(gòu)，除滹沱河兩岸為河流谷地處，廣大地區(qū)均為中低山地形，標高370～1 600 m?？偟牡貏菔卿镢幽媳眱砂陡?，河谷中間低。東北部的清泉灣西北山峰標高1 573 m，南部的柏巖尖標高1 273.5 m，滹沱河沿岸谷地標高370～500 m左右，熱礦水出露標高410 m，滹沱河下游河谷中的閻家莊為本區(qū)最低點，標高為370 m。切割深度400～900 m，切割密度 0.5 ～1 km/km2。

本區(qū)河流屬滹沱河水系。滹沱河由西向東橫穿該區(qū)。它發(fā)源于繁峙縣橫澗鄉(xiāng)，由定襄縣嶺子底流入縣境，流經(jīng)莊里、梁家寨、豹川口、崔家莊、王只、寺平安、活川口、北峪口至閻家莊流入河北省平山縣境。屬暖溫帶大陸性氣候，四季分明。多年平均氣溫 11.7℃，降雨量 570 mm，蒸發(fā)量 1 157 mm，降雨多集中在 7、8、9三個月份。

1 區(qū)域地質(zhì)條件

1.1 地層和構(gòu)造

區(qū)內(nèi)廣泛出露著結(jié)晶基底變質(zhì)巖，其中以付變質(zhì)巖為主，部分綠泥片巖、斜長角閃巖、透閃巖等為正變質(zhì)巖。主要分布有四個巖組:①榆林坪組:分布于明查灣、活川口、榆林坪一帶。②燈花組:分布于君才、梁家寨、喬家莊以東榆林坪組之西部。③會理組:分布于陳家莊、蔡家坪、會理村、樊家匯一帶。④牛心溝組。分布于賈家峪、牛心溝一帶。該區(qū)構(gòu)造單位處于五臺隆起南部、太行斷裂隆起中段西側(cè)。主要有七泉—青崖同斜短背斜、下石塘—砂瓦尖同斜背斜、東西—北西向共軛深斷裂、活川口南北向斷裂。

該區(qū)構(gòu)造單元處于五臺隆起南部、太行斷裂隆起中段西側(cè)。從太古代至新生代，雖然發(fā)生過多期構(gòu)造運動，但由于該區(qū)廣泛出露太古代結(jié)晶變質(zhì)巖，僅能反應五臺運動、呂梁運動的構(gòu)造形跡。主要存在七泉—青崖同斜短軸背斜，下石塘—砂瓦尖同斜向斜，東北—北西向共軛深斷裂，活川口南北向斷裂。

河谷兩側(cè)發(fā)育有不對稱的堆積階地，其堆積物由新生界上更新統(tǒng)黃土、亞砂土、砂礫石層構(gòu)成。熱礦泉出露于太古界龍華河群榆林坪組上部和燈花組下部。

1.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)含水介質(zhì)的巖性、水力特征、地下水儲存條件以及水質(zhì)、水溫等，可將本區(qū)地下水劃為三種基本類型:①松散巖類孔隙水:主要分布于滹沱河河床及一級階地區(qū)，含水層厚度一為3～5 m，巖性多為砂礫石，水位埋深般為1～3 m，單位涌水量1～10 m3/d。地下水的主要補給來源是大氣降水及地表河水的入滲，在熱礦水區(qū)還可接受深部熱礦水的頂托補給。水化學類型多為 HCO3－Na·Ca型，礦化度小于0.5 mg/L。②變質(zhì)巖裂隙水:主要分布于滹沱河兩岸，淺部風化和構(gòu)造裂隙發(fā)育，含少量裂隙潛水，深部基巖完整，基本不含水。風化裂隙潛水受地形控制，溝谷中風化裂隙發(fā)育，補給條件好，含水較豐富，泉水流量一般為0.5～1 m3/s。水化學類型以 HCO3－Na或 HCO3－Na·Mg型為主，礦化度0.11～0.4 mg/L，水溫 10～17℃，pH 值為 7 ～7.7。③偉晶巖深循環(huán)承壓脈狀裂隙熱礦水:本區(qū)地下熱礦水的分布和出露嚴格受構(gòu)造與巖性控制，分布于南北向壓扭性斷裂上盤，其出露點為偉晶巖脈中小斷裂和裂隙。本區(qū)地下熱礦水為大氣成因類型，主要是大氣降水和地表水通過松散巖層孔隙和基巖裂隙滲入地下深處，冷水在深處加溫后，在靜水壓力作用下，導水斷裂和裂隙上升，于地形相對低凹的河谷地區(qū)溢出地表成泉。地下水化學類型為 Cl－Na型，礦化度0.8 mg/L，水溫44℃ ～53℃，pH 值為 7.71 ～8.16。

2 熱礦水分布特點

該區(qū)有三個熱礦水分布區(qū)，總面積為27 hm2。

寺平安村西熱礦水分布區(qū):該區(qū)呈南北向紡錘形狀，南北長達800 m，東西最大寬度為220 m，面積 12.3 hm2，熱礦水賦存于呂梁期偉晶巖脈之中，經(jīng)地面測繪和物探證實，偉晶巖中發(fā)育有北北西，近東西及近南北向三組構(gòu)造裂隙。區(qū)內(nèi)有位于王只鐵橋中間橋墩內(nèi)熱礦水泉1處和陽煤集團1號熱礦水井1眼，位于該熱礦水區(qū)的中部，實測水溫62℃。

崔家莊村南熱礦水分布區(qū):該區(qū)呈鞋底形狀，面積4.8 hm2。熱礦水賦存于混合巖化偉晶巖脈中，北東東向張扭性裂隙較為發(fā)育，熱礦泉水溫度40℃。

豹川口村東熱礦水分布區(qū):該區(qū)呈蛋園形狀，面積9.9 hm2，為中深層熱礦水分布區(qū)。

3 熱礦水形成的控制因素

本區(qū)熱礦水形成主要受地質(zhì)構(gòu)造，地層巖性及水文網(wǎng)切割等三大因素控制。

3.1 構(gòu)造因素

從大地構(gòu)造上看，本區(qū)位于阜平隆起中部，屬典型的開啟構(gòu)造。區(qū)內(nèi)地熱水的運動和分布嚴格受地質(zhì)構(gòu)造所控制，壓扭性斷裂為地熱水的匯集和貯存創(chuàng)造了條件，張扭性斷裂為地熱水的運動和傳輸創(chuàng)造了重要條件。

據(jù)野外調(diào)查，地熱水分布區(qū)主要壓扭性斷裂有兩條:一是活川口南北向壓性逆斷層，其延伸長度大約30 km，深度大，糜棱巖發(fā)育，另一是寺平安南北向壓扭性逆斷層，其延伸長度大約為1 km，兩條斷裂具有很好的阻水作用，為地熱水的匯集和貯存創(chuàng)造了重要條件。西部的張扭性斷裂起到了很好的導水作用，既對淺部地下水的入滲起到通道作用，又為經(jīng)深循環(huán)形成的熱礦水往上集中排泄創(chuàng)造了條件，張扭性斷裂為本區(qū)主要導水通道，所有熱礦泉點均受張扭性斷裂控制。

3.2 巖性因素

本區(qū)地層巖性以太古界龍華河群付片麻巖類為主，其間穿插了許多偉晶巖脈。從區(qū)域調(diào)查表明，個別偉晶巖中曾發(fā)現(xiàn)有鈾的礦化點，可見偉晶巖脈的存在為本區(qū)氡水形成創(chuàng)造的物質(zhì)條件。

表1 巖石微量元素含量(ppm)表

3.3 地形因素

本區(qū)屬強烈上升地區(qū)，水文網(wǎng)發(fā)育，山體呈羽毛狀切割，滹沱河流經(jīng)其間，為熱礦水的補給、匯集與排泄創(chuàng)造了良好的條件。

根據(jù)區(qū)域新構(gòu)造運動及地貌發(fā)育史分析，該區(qū)熱礦水大體上形成于第三紀末到老四紀初期，屬于大氣降水入滲與地表水入滲正常增溫、隆起斷裂型、深循環(huán)的放射性熱礦水。依據(jù)如下:

① 地熱礦中所含的N2屬大氣成因;

②穩(wěn)定同位素含量符合全球大氣降水線;

③據(jù)水質(zhì)分析資料，rNa/rCl系數(shù)大于1。

從地熱角度看，區(qū)內(nèi)地熱水是在正常增溫條件下形成的。由于水交替較為緩慢，地下水礦化度偏高，一般情況下為0.77～0.89 g/l。在溶濾作用與離子交替的條件下，形成了硫酸鹽型與氯化物型的過渡型水，即屬偏堿性的氯化鈉型水。本區(qū)熱礦水屬于正常增溫、隆起斷裂型、深循環(huán)的放射性熱礦水。

4 熱礦水運動機制

4.1 熱礦水補給條件

根據(jù)水文地質(zhì)條件與環(huán)境同位素分析成果，初步圈定的熱礦水補給面積250 km2，補給區(qū)標高在1 500 m左右。整個補給區(qū)由中等切割的變質(zhì)巖中低山構(gòu)成，區(qū)內(nèi)水文網(wǎng)與構(gòu)造裂隙極為發(fā)育，為降雨入滲創(chuàng)造了良好條件。

在降雨入滲過程中，絕大部分水量形成淺循環(huán)的變質(zhì)巖裂隙水，水溫與礦化度極低。僅有少量降水沿著發(fā)育很深的構(gòu)造裂隙下滲而形成了深循環(huán)的熱礦水。

4.2 熱礦水運動特征

本區(qū)一般變質(zhì)巖分化帶裂隙水沒有統(tǒng)一含水層，其水循環(huán)特點為局部補給與局部排泄。而深循環(huán)的熱礦水在壓力水頭作用下，則由西、北、南沿構(gòu)造裂隙向東運動，由于活川口和寺平安兩條逆斷層的阻水作用，加之冷水增溫后比重降低的影響，致使熱礦水沿張扭性斷裂帶向上運動，溢出地表便形成了若干個熱礦水泉點。

根據(jù)水文物探資料，寺平安地區(qū)熱礦水體大致上呈蘑菇狀，其整體由西向東傾斜。由于淺部變質(zhì)巖裂隙發(fā)育和松散蓋層透水性良好，熱礦水上升至淺部后便向四周擴散，故形成了層狀次生熱礦水體。深部柱狀熱礦水與淺薄部層狀熱礦水共同構(gòu)成了所謂蘑菇狀熱礦水體。

從熱礦水運動條件看，大體上可劃分為垂直入滲帶、水平滲流帶及深循環(huán)對流帶(見圖1)。據(jù)氚樣分析資料，本區(qū)深層熱礦水年齡在50年以上，說明熱礦水運移速度是相當緩慢的。另外熱礦水中氡氣含量較高，也反應了熱礦水循環(huán)途徑長與滲流速度慢的特點。

圖1 盂縣寺平安熱礦水區(qū)冷熱水相互轉(zhuǎn)化模式圖

4.3 熱礦水排泄途徑

寺平安熱礦泉群為熱礦水的排泄中心。該泉群由5個泉點組成，出露長度約300 m，從泉點分布來看，具有分散狀特點。

據(jù)抽水試驗資料，抽水時各泉點之間互有影響，水化學成分基本一致，說明各泉點之間水力聯(lián)系密切，系來源于同一熱水儲庫，因冷水混入量不等而導致水溫上的差別。

該熱礦水泉群基本上屬于全排型泉水，因為在寺平安南北向壓扭逆斷層東側(cè)，尚未發(fā)現(xiàn)熱礦水泉點。熱礦泉出露高程較滹沱河水位高0.5 m。

5 熱礦水區(qū)氡水形成條件

就天然放射性水分類而言，主要可劃分為氡水、鐳水和鈾水三大類，其中氡水是分布最廣泛的放射性水。而根據(jù)水循環(huán)條件、氣體成分和水化學特點，可分為風化殼氡水、構(gòu)造裂隙氡水及射氣聚集體氡水。

根據(jù)監(jiān)測測示結(jié)果，寺平安地區(qū)熱礦水中鈾與鐳含量未見異常，氡含量平均值為1.4×10－6g/L，屬氡水類型。本區(qū)熱礦水屬深構(gòu)造裂隙承壓水，其特點是水溫很高，礦化度不大，氯化鈉質(zhì)水型，pH值偏高，二氧化硅含量較大，氣體成分氧氮為主，為典型的氮氣氡水放射性水文地質(zhì)資料表明，在具有正常分散含量放射性元素的變質(zhì)巖含水層中，氡的含量為100～300埃曼，一般不超過400埃曼。而由于吸附作用而使鐳在導水裂隙中富集，形成很強的射氣聚集體，水中氡含量高達2 000～3 000埃曼;而由鈾礦存在時，水中氡含量則高達數(shù)萬埃曼。因此本區(qū)熱礦水氡含量增高的原因是由于構(gòu)造斷裂而引起的巖石射氣系數(shù)增大。據(jù)文獻資料，花崗偉晶巖的平均射氣系數(shù)達28%。

從地下水動力條件分析，地下水流徑越長，流速越慢，水中含氡量越高;地下水流出量越大，水中含氡量越低。此點在寺平安熱礦水區(qū)也可得到證實。如出露于偉晶巖裂隙中的熱礦泉，其熱礦水流量小，水中含氡量高達350埃曼;深井抽水量較大，水中的含氡量一般為210埃曼;熱礦水觀測孔，靜止時水中氡含量為30埃曼左右，當深井抽水時水中氡含量可猛增至80埃曼。

水質(zhì)化驗結(jié)果表明:該區(qū)熱礦水水質(zhì)為氯化物硫酸鹽鈉型水，水溫 44℃ ～53℃，礦化度 0.77～0.89 g/L，pH 值為7.71 ～8.16，氟含量 5.61 ～7.32 mg/L，二氧化硅含量 50 ～60 mg/L，偏硼酸含量 1.6 ～3.0 mg/L。

6 熱礦水開發(fā)利用現(xiàn)狀及保護措施

該地區(qū)地熱水A2級可采資源量為79.35萬 m3/a，A2+B級可采資源量為120.45～164.25萬 m3/a。目前盂縣寺平安地區(qū)有熱礦水九處，其中熱礦泉五處，鉆井四處，取水量約為35萬 m3/a，因此，該地區(qū)地熱水尚有較大的開發(fā)潛力，A2級開采資源量保證程度較高，可大力開發(fā)利用。同時，當?shù)卣诖罅﹂_發(fā)當?shù)貙氋F的地熱資源的同時，應采取有效措施保護地熱水。

合理開采。應以A2級可開采資源量作為寺平安熱礦水區(qū)的開采限額，嚴禁超量開采造成水位大幅度下降，防止河水與魚池水大量滲入淺部熱礦水層。在開采過程中，應加強熱礦水的動態(tài)觀測工作，及時掌握水質(zhì)、水溫及含氡量的變化規(guī)律。

控制污染源。禁止在本區(qū)興建污染性的工礦企業(yè)，不得施用有失持久性和劇毒性的農(nóng)藥，嚴禁隨意堆放垃圾與工業(yè)廢渣，對全部魚池要采用可靠的防治措施，以免污染熱礦水體。

制定熱礦水開發(fā)利用方案。為長遠保護本區(qū)可貴的熱礦水資源，當?shù)卣畱捎梅墒侄谓岬V水衛(wèi)生防護帶，制定熱礦水合理開發(fā)利用的方案，大力支持開展地熱水的綜合開發(fā)利用，發(fā)揮地熱水資源最大的社會經(jīng)濟效益，促進當?shù)貒窠?jīng)濟發(fā)展。

7 結(jié)語

1)寺平安熱礦泉出露于太古界龍華河群燈花組底部榆林坪頂部的呂梁期偉晶巖中，熱礦水分布面積0.27 km2。

2)該熱礦泉群屬于隆起斷裂型熱礦泉水，大氣降水為熱礦泉水的主要補給來源，熱礦水循環(huán)深度1 800 m左右，其年齡超過50 a，屬于全排型熱礦水泉群。

3)該區(qū)熱礦水屬中等放射性水，含氡量211～350埃曼/升，偉晶巖脈中放射性元素含量偏高和構(gòu)造破碎帶巖石射氣系數(shù)增大是氡水形成的基本條件。

［1］山西省盂縣寺平安熱礦水區(qū)物探結(jié)果報告.陽泉市水資源管理委員.山西地礦局第一水文地質(zhì)工程隊.1986.

［2］山西省盂縣寺平安熱礦水區(qū)勘查報告.陽泉市水資源管理委員.山西地礦局第一水文地質(zhì)工程隊.1986.