廣西龍勝矮嶺溫泉的形成條件及水化學(xué)特征

錢(qián)攀宇，符榮華，藍(lán)俊康

(桂林理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院，廣西桂林 541004)

廣西龍勝矮嶺溫泉的形成條件及水化學(xué)特征

錢(qián)攀宇，符榮華，藍(lán)俊康

(桂林理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院，廣西桂林 541004)

矮嶺溫泉為一高熱、大流量的礦泉，其熱量源自于地下水在深循環(huán)過(guò)程中與深部高溫巖石的熱對(duì)流作用以及地殼深部的熱液活動(dòng)。由于溫泉補(bǔ)給區(qū)面積大，降雨量充沛，該泉水的流量較大。地下水在活動(dòng)斷層破碎帶內(nèi)向深部循環(huán)過(guò)程中，與圍巖發(fā)生復(fù)雜的地球化學(xué)作用，使地下水富有十多種人體必需的元素及二十多種對(duì)人體有益的元素。該溫泉水質(zhì)為富含偏硅酸的超低鈉重碳酸鈣鎂型水。溫泉的流量、水溫及其化學(xué)成分常年保持不變，且含有適量的氡，是一處較好的浴療礦泉水。為確保礦泉水資源不會(huì)枯竭，建議在今后的開(kāi)采過(guò)程中要嚴(yán)格按造設(shè)計(jì)要求來(lái)控制開(kāi)采量;為防治水源污染，也應(yīng)盡快設(shè)立三級(jí)防護(hù)帶。

溫泉;形成條件;水化學(xué)特征

龍勝矮嶺溫泉位于廣西龍勝縣東部，柳江支流潯江右岸的一個(gè)小沖溝中，西距龍勝縣城34㎞，地貌上為貓兒山系的北側(cè)。在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上位于桂北臺(tái)隆區(qū)越城嶺斷褶帶西部邊緣，與龍勝褶斷帶相鄰。礦泉的形成與西側(cè)的永福—龍勝區(qū)域性深大斷裂的發(fā)育有關(guān)，熱泉距斷層10 km。該深斷裂呈南段呈近南北向展布，北段呈北北東向，與永福一帶與桂林—柳州深大斷裂斜交，北至湖南黔陽(yáng)。該深大斷裂是一條長(zhǎng)期活動(dòng)的斷裂，斷裂帶寬數(shù)百米，深達(dá)硅鎂層，為溝通地球深部熱源創(chuàng)造條件［1］。

泉穴有上下兩處，均從溝谷陡壁裂隙中噴涌而出，上溫泉標(biāo)高40 m，有三個(gè)出水點(diǎn)，流量2.77 L/s;下溫泉流量較大，已開(kāi)發(fā)作為游泳池，兩泉流量在432～538 m3/d間，屬于大流量的天然礦泉［2］。按《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB11615－2010)，可將本地的熱田勘查類型劃分為Ⅱ2型，地?zé)犷愋蜑橹袦氐責(zé)豳Y源。

桂北龍勝地區(qū)，在地質(zhì)歷史中，經(jīng)歷了多次構(gòu)造變動(dòng)。對(duì)本區(qū)影響較大的有:①雪峰運(yùn)動(dòng)，使江南地軸隆起，并有超基性巖和基性巖的侵入;②廣西運(yùn)動(dòng)，使地層褶皺，大斷裂繼續(xù)活動(dòng)，且?guī)r漿活動(dòng)強(qiáng)烈。越城嶺、苗兒山花崗巖體侵入，然后被泥盆紀(jì)沉積層覆蓋;③印支運(yùn)動(dòng)，結(jié)束了本區(qū)海相沉積;④燕山運(yùn)動(dòng)，使地層再次強(qiáng)烈褶皺，近南北向和北東向大斷裂同時(shí)生成，沿?cái)嗔延谢◢弾r侵入，生成巖株和巖脈群;⑤喜山運(yùn)動(dòng)，以間斷性上升為主，河流深切，形成了典型的“V”形河谷，河谷兩側(cè)有瀑布生成［3］。矮嶺溫泉山谷地帶現(xiàn)除了在現(xiàn)代河床中有少量沙卵石之外，基本上無(wú)第四紀(jì)堆積物。

1 地?zé)崽镄纬傻沫h(huán)境地質(zhì)條件

1.1 地形地貌與氣象水文特征

礦泉位于桂北崇山峻嶺之中，屬于中山地貌，山峰標(biāo)高1 000～1 900 m，比高一般在1 000 m以上，山體龐大，坡陡峰險(xiǎn)，溝谷呈“V”字型。礦泉位于矮嶺河一側(cè)沖溝之溝壁上，呈兩個(gè)泉群出露。下泉群標(biāo)高350 m左右，上泉群標(biāo)高400 m左右，矮嶺河屬柳江水系，匯入潯江，再流入柳江。

本區(qū)屬亞熱帶氣候，潮濕多雨，冬暖夏涼。日照、雨量、溫度和濕度變化情況詳見(jiàn)表1。

表1 龍勝矮嶺礦泉常年氣候統(tǒng)計(jì)表

從表1可見(jiàn)，矮嶺溫泉所在地段的氣候特點(diǎn)是春冬不冷，夏秋不熱。降雨集中在春夏秋三季，冬季較少;日照天數(shù)夏秋二季較多，春冬較少;相對(duì)濕度全年保持一致，整個(gè)氣候條件是宜人的。由于氣候溫和，礦泉附近植被很發(fā)育，山體覆蓋著亞熱帶常綠闊葉林和各種奇花異草，及至海拔1 900 m的福平包也是樹(shù)高林茂。

1.2 地層巖性

礦泉附近出露的地層主要有板溪群、震旦系、寒武系。各地層的巖性特征如下:

1)板溪群(Ptbn)

分布于礦泉南側(cè)馬海背斜軸部，巖性為灰至灰黑色、灰綠色的變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖及千枚巖、片巖，厚度大于2 000 m。

2)震旦系南沱組(Zan)

分布于礦泉西側(cè)、西南側(cè)的老虎坳至福平包一帶，以及馬海背斜翼部，巖性為灰綠色、黃綠色泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖，厚300～1000m。

3)震旦系燈影組陡山沱段(Zbd1)

呈帶狀分布于背斜翼部，巖性為灰綠色、灰至黑色頁(yè)巖夾少量白云巖透鏡體厚80～158 m。

4)震旦系燈影組老堡段(Zbd2)

分布于礦泉所在地一帶以及背斜翼部，在礦泉以及其西北大白山一帶有較大面積的分布。巖性為硅質(zhì)巖，淺灰色至灰白色，上部含有少量炭質(zhì)，呈灰至黑色，薄層至厚層狀，巖石成分90%以上為二氧化碳，巖石特別堅(jiān)硬致密、脆性、節(jié)理裂隙非常發(fā)育，地貌景觀易形成陡壁石砬子，該段厚80～280 m。

5)寒武系清溪組(∈ q1)

分布于礦泉的東側(cè)及背斜翼部的其他部位，分布面積較大，巖性為灰至灰黑色的炭質(zhì)頁(yè)巖，及少量的灰至灰綠色砂質(zhì)頁(yè)巖及硅質(zhì)頁(yè)巖，厚542～616 m。

6)寒武系清溪組上段(∈q2):

呈帶狀分布于礦泉東側(cè)，巖性為灰至深灰色灰?guī)r及泥灰?guī)r，厚10～46 m。

7)寒武系邊溪組(∈b)

分布于礦泉東側(cè)，巖性為灰綠色砂巖、頁(yè)巖，厚963～1 066.5 m。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

礦泉附近褶皺、斷裂較為發(fā)育，構(gòu)造線以北北東向?yàn)橹?。礦泉所處的馬海背斜，為軸向近南北的短軸背斜，核部地層為板溪群，并有零星的基性巖巖脈出露;兩翼由震旦系、寒武系地層組成。礦泉位于背斜北段東翼。該背斜形成高山，褶皺緊閉，巖層傾角陡，產(chǎn)狀多大于50°，在背斜中南段軸部地帶，巖層直立倒轉(zhuǎn)、背斜軸面傾向西，說(shuō)明收到強(qiáng)烈的向東擠壓。

礦泉所在地的斷層主要有F1、F2、F3斷層。F1斷層走向近東西向，具扭轉(zhuǎn)特點(diǎn)，表現(xiàn)為北盤(pán)向西、南盤(pán)向東的扭動(dòng)。F2走向近北北東，與F3斷層相交，向南南西延伸約4公里，在礦泉附近，切割震旦系上統(tǒng)老堡段硅質(zhì)層，斷層通過(guò)之處，有構(gòu)造角礫巖、壓碎巖、擦痕;斷層兩側(cè)巖石特別破碎，產(chǎn)狀凌亂。F3斷層即白崖嶺斷層，走向近南北，傾向西，南段傾角44～55度，北段傾角78度，斷層有較寬的破碎帶，屬逆沖斷層，在礦泉東北側(cè)與F2斷層相交匯，礦泉就出露于此交匯點(diǎn)。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料分析，白崖嶺斷裂可能與其西約10 km的永?！垊贁嗔咽峭恍再|(zhì)的，永?！垊贁嗔咽且粭l深度大，波及硅鎂層長(zhǎng)期活動(dòng)的深斷裂，它為溝通地球深部熱源創(chuàng)造了條件［1］。

1.4 水文地質(zhì)條件

1.4.1 地下水賦存類型

1)板溪群變質(zhì)巖類裂隙水

該裂隙水所在的含水層主要的含水介質(zhì)為變質(zhì)的砂頁(yè)巖、片巖，該巖層節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙寬度一般為0.3～0.5 cm。

2)南沱組層間裂隙水

該裂隙水所在的含水層主要為泥質(zhì)砂巖和砂質(zhì)泥巖，層間裂隙較發(fā)育。該含水層所見(jiàn)泉流量不大。

3)老堡段硅質(zhì)巖裂隙水

該裂隙水所在含水層的巖性主要以厚層—中層硅質(zhì)巖為主，由于堅(jiān)硬性脆，受力易形成節(jié)理裂隙，故節(jié)理裂隙及層間裂隙很發(fā)育。受斷層作用可使裂隙發(fā)育較深，是該一帶含水條件較好的層位。地表所見(jiàn)的裂隙水較多，但較分散。

4)寒武系清溪組上段灰?guī)r及泥灰?guī)r裂隙水

該裂隙水的含水介質(zhì)主要為灰?guī)r及泥灰?guī)r，含水層的厚度不大，分布面積窄，巖溶現(xiàn)象少。

5)寒武系邊溪組裂隙水

該裂隙水所在的含水層砂巖構(gòu)造裂隙較發(fā)育，泉流量一般小于1 L/s。

1.4.2 地下水補(bǔ)給、徑流和排泄特征

礦泉附近地下水補(bǔ)給來(lái)源是大氣降水，淺層地下水向各沖溝排泄，匯水面積較大的沖溝常年保持有水形成小溪。沿?cái)鄬有纬傻牧严?，是地下水的匯集帶，特別是深裂隙地下水可運(yùn)移到較深遠(yuǎn)的部位，礦泉水的形成源于地下水在斷裂破碎帶中匯集、儲(chǔ)存及深循環(huán)作用。

1.5 溫泉水出露特征及地?zé)崽锝Y(jié)構(gòu)

1.5.1 泉水出露特征

龍勝矮嶺溫泉分兩個(gè)泉群出露，下泉群中較大的有兩個(gè)集中的泉口，分別稱為1號(hào)泉、2號(hào)泉，均從溝溪陡壁的裂縫中噴涌而出;另外，在1號(hào)泉浴池和2號(hào)泉浴池均有分散狀出露的小泉。下泉群總流量3.35 L/s(實(shí)測(cè)平均值)。上泉群也位于一小溪溝旁側(cè)，比下泉群高50 m，距下泉群約200 m。上泉群較大的有3個(gè)集中的泉口，分別稱為3號(hào)泉、4號(hào)泉、5號(hào)泉，3號(hào)泉及4號(hào)泉從硅質(zhì)巖裂縫中噴涌而出，5號(hào)泉從溝側(cè)石英脈中流出;另外尚有幾個(gè)分散狀的小泉，上泉群流量2.77 L/s。在泉的出水口附近陡壁上，可見(jiàn)到有泉華生成:呈白色的小型鐘乳狀者為CaCO3沉淀物;呈綠色被膜狀為孔雀石(Cu2［CO3］［OH］2);具金屬光澤為Fe2O3·nH2O 和 MnO2。［3］

1.5.2 熱儲(chǔ)構(gòu)造分析

1)熱儲(chǔ)

矮嶺溫泉熱儲(chǔ)為層控?zé)醿?chǔ)，在深水盆地相區(qū)，沉積了總厚達(dá)800～1 200 m的硅質(zhì)巖和碎屑巖，裂隙十分發(fā)育，形成了厚度巨大的熱儲(chǔ)層。

2)熱儲(chǔ)蓋層

主要由泥巖、頁(yè)巖、泥灰?guī)r等隔熱性能良好的地層所組成。

3)熱流體通道

西側(cè)的永福—龍勝區(qū)域性深大斷裂。溫泉位于該斷層與永福一帶與桂林—柳州深大斷裂交匯帶上。地下水沿?cái)鄬悠扑閹蛏畈垦h(huán)，在一定深度受熱增溫增壓，最后又在靜水壓力的作用下，沿?cái)嗔蚜严渡仙诟羲畬幼韪粝鲁雎冻蔁岬V泉［1］。

由于矮嶺溫泉的補(bǔ)給區(qū)面積大，降雨量充沛(1 500 mm)，深層循環(huán)地下水來(lái)源豐富，因此礦泉水量動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

4)熱源

①下石炭統(tǒng)的炭質(zhì)頁(yè)巖、黑色頁(yè)巖、泥灰?guī)r，在一定條件下，可釋出大量的熱能;②桂林至靈川一帶下石炭統(tǒng)灰?guī)r夾層見(jiàn)有強(qiáng)烈的硅化和銻礦化，這反映了在該套地層中存在較強(qiáng)的熱液活動(dòng)或具有較高的熱流值［2］;③來(lái)自于深部的大地?zé)崃鳎堑責(zé)嵩鰷氐慕Y(jié)果。

按地?zé)嵩鰷亟?jīng)驗(yàn)公式推算:

式中:g為地?zé)嵩鰷靥荻?，?℃/100 m計(jì);Th為礦泉水溫度;Tb為年平均溫度;h為恒溫帶深度。

根據(jù)(1)可推算出矮嶺礦泉水來(lái)自的深度為1 200 m以下。

2 溫泉的水化學(xué)特征

2.1 溫泉水水質(zhì)基本特征

龍勝矮嶺溫泉經(jīng)過(guò)水質(zhì)分析鑒定，屬低礦化度含偏硅酸的重碳酸—鈣鎂型礦泉水，含有人體必需的微量元素和組份，鈉含量低，氡達(dá)到醫(yī)療礦泉水的標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)很好，無(wú)任何污染。

該溫泉水無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味、清澈透明，無(wú)任何懸浮物，色度 ＜5°，濁度 ＜5°;pH=7.0 ～7.6(平均 7.27)，屬中性水;礦化度104 ～126 mg/L，平均為 119.9 mg/L，屬淡水;總硬度3.7～4.37德國(guó)度，屬極軟水;硫化物含量很低，無(wú)異味。

礦泉水中的重碳酸平均含量為74.46 mg/L，其毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)，占陰離子總毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)的78.56%，硫酸根和氯離子含量較少;陽(yáng)離子以鈣、鎂為主，鈣平均含量為20.63 mg/L，鎂離子平均含量 4.62 mg/L，其毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)分別占陽(yáng)離子總毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)的68.33%、5.23%，屬HCO3—CaMg型水。這些常量組份，從最近20多年來(lái)的監(jiān)測(cè)資料及1986年～1987的水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料看，都是比較穩(wěn)定的。該礦泉另一大特點(diǎn)是鈉含量低，平均含量只有0.93 mg/L，屬超低鈉型水。

2.2 溫泉水特殊成分和微量元素

龍勝矮嶺溫泉泉水偏硅酸含量為39～54.6 mg/L，最小值已達(dá)飲用水礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，屬偏硅酸礦泉水。含可溶二氧化硅高的主要原因是由于在高溫、高壓條件下由深部向上循環(huán)的地下熱水逐步溶解圍巖中的硅而得到富集，使礦泉水中硅酸含量高［5］。經(jīng)圍巖化學(xué)成分分析。礦泉水附近的圍巖含二氧化硅都很高，在60% ～92%以上。

該礦泉泉水中氡含量在20.26～75.75埃曼，平均含量為40.44埃曼。氡是一種溶于水的放射性氣體，對(duì)醫(yī)療確有它的特殊效果，該溫泉已達(dá)到醫(yī)療礦泉水＞20埃曼，屬氡礦泉。另外，礦泉水中氡含量較高，還間接表示了它深循環(huán)及生成條件的一些特性。

龍勝矮嶺礦泉水水溫為54.55℃，按醫(yī)療礦泉水的溫度分類屬高熱礦泉。從20多年來(lái)的資料看，水溫比較穩(wěn)定。水溫之所以較高又保持恒定是深循環(huán)地下水的特點(diǎn)。

龍勝矮嶺礦泉除含有常量組份外，還含有十多種人體必需的微量元素，如 Sr3+、Li2+、Zn2+、Fe、Mn2+、Cu2+、Mo6+、Co2+、Se2+、I－、Cr3+、Al3+、H3BO3等。這些元素主要是地下水在高溫、高壓條件下，由深部向上循環(huán)過(guò)程中逐步溶解圍巖中的物質(zhì)及與圍巖進(jìn)行一系列物理化學(xué)反應(yīng)而形成的。特別是礦泉水中鋰的出現(xiàn)，更說(shuō)明礦泉水是來(lái)自深循環(huán)，因?yàn)橐话愕牡叵滤泻苌倩蛘卟缓羞@些微量元素［4］。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)矮嶺溫泉的熱量主要來(lái)源于深部巖體的熱液活動(dòng)以及地下水在斷層帶內(nèi)的深循環(huán)過(guò)程中水與深部高溫巖石的熱對(duì)流作用。

(2)溫泉的形成過(guò)程是:以馬海背斜軸部的中山山嶺為補(bǔ)給區(qū)，降雨滲入地下后，在高水位(至少100 m地形高差)作用下獲得高水頭壓力，促使地下水沿著斷裂破碎帶向深部入滲。地下水在深部與高溫巖體發(fā)生熱交換后獲得熱量，隨后又在水壓力的驅(qū)動(dòng)下沿著斷裂上升，在地表附近的隔水層阻隔下出露形成溫泉。

(3)矮嶺溫泉的流量、水溫及其化學(xué)成分常年基本保持不變，不受季節(jié)氣候的影響。這是由于溫泉的補(bǔ)給區(qū)面積大，降雨量充沛(1 500 mm);其次，基于其屬深循環(huán)的特定條件，使得礦泉水量和水質(zhì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

(4)溫泉的水化學(xué)成份與地下水在循環(huán)過(guò)程中所接觸到的巖層的礦物成分有關(guān)。其水質(zhì)屬于偏硅酸超低鈉重碳酸鈣鎂型水。溫泉水中含有十多種人體必需的元素及二十多種對(duì)人體有益的元素，是一處優(yōu)質(zhì)的天然礦泉。另外，水溫適宜，又含適量的氡，故又是一處較好的浴療礦泉。

(5)為確保礦泉熱水資源在開(kāi)發(fā)過(guò)程中不會(huì)枯竭和受到污染，在今后的開(kāi)采過(guò)程中必須按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制開(kāi)采量，并按環(huán)境保護(hù)要求設(shè)立三級(jí)防護(hù)帶，設(shè)立明顯的牌界標(biāo)志，以確保礦泉水資源不受污染和破壞。

矮嶺溫泉礦泉水水源地處于中低山山地，溫泉附近Ⅰ級(jí)防護(hù)帶現(xiàn)已按要求進(jìn)行了建設(shè)，但局部仍還未設(shè)置圍墻，Ⅱ級(jí)衛(wèi)生防護(hù)帶沒(méi)有按照要求進(jìn)行完善，建議盡快能按設(shè)計(jì)要求設(shè)置和完善Ⅰ級(jí)衛(wèi)生防護(hù)帶圍墻和Ⅱ級(jí)防護(hù)帶鐵絲網(wǎng)。

［1］繆鐘靈.桂東北溫泉地質(zhì)研究［J］.勘察科學(xué)技術(shù)，1998，4(5):21—30.

［2］歐陽(yáng)成甫，張明華，梁錦葉.桂林市地?zé)豳Y源成熱地質(zhì)條件及其開(kāi)發(fā)區(qū)預(yù)測(cè)分析［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2002，1(17):97—100.

［3］王琦慶.龍勝矮嶺溫泉初探［J］.桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1981，1(15):94—98.

［4］劉金榮，廖志杰.廣西溫泉的地球化學(xué)特征［J］，水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1989，(1):8—12.

［5］王懋基，程家印，程振炎.中國(guó)地殼深部構(gòu)造的區(qū)域特征［J］.物探與化探，1984，4(1):193 －204.

Forming Condition and Hydrochemical Characteristics of Hot Springs in Longsheng Ailing

Qian Panyu，F(xiàn)u Ronghua，Lan Junkang
(College of Environmental Science and Engineering，Guilin University of Technology，Guilin 541004，Guangxi，China)

The hot spring in Ailing is a mineral one in high temperature and high flow rates.The heat comes from deep crust.The heat is generated not only by the hydrothermal activities in deep circulation zone，but also by the heat convection between groundwater and deep rocks.Due to the large recharge area of the spring and abundant rainfall in the region，the hot spring＇s flow rate is very high.When groundwater goes deep along the fault fracture，a series of complex geochemical reactions between ground water and deep rocks were happened，during which more than ten kinds of essential elements for people and over twenty favorable elements dissolved into the water.Thus，the hot spring has low content of sodium and high content of calcium bicarbonate magnesium.Owe to its low flow rate，stable temperature and high mineral elements content，the spring is suitable for balneotherapy.Therefore，to protect its water resources from pollution and exhaustion，the exploitation must comply with design requirements and three protection zone must be set up as soon as possible.

Hot spring;forming conditions and hydro－chemical characteristics

P641.12

A

1004－1184(2013)05－0001－03

2013-04-23

桂林理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院2012年度本科生科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目

錢(qián)攀宇(1990-)，男，廣西玉林人，主攻方向:水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察。