威海市劉公島地?zé)岬刭|(zhì)特征

王仕昌，王曉媛，王海寧，邱愷毅

(1.山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013；2.山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

劉公島位于山東半島東端黃海之濱的威海灣內(nèi)，東西長(zhǎng)4.08km，南北最寬處1.5km，最窄處0.06km，面積3.15km2,距威海市區(qū)2.1海里(3.89km)。劉公島自然風(fēng)光優(yōu)美，素有“海上仙山”和“世外桃源”的美譽(yù)。島上峰巒疊起，植物茂密，森林覆蓋率達(dá)87%，1985年，劉公島由封閉的軍事禁區(qū)正式對(duì)外開(kāi)放。1992年被國(guó)家林業(yè)局公布為“國(guó)家森林公園”。劉公島空氣清新，冬暖夏涼，氣候宜人，年平均氣溫12℃左右，是避暑、度假、療養(yǎng)的理想之地。

從區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)條件看，劉公島緊鄰?fù)Ｊ羞b感解譯Ⅰ類地?zé)岙惓^(qū)，是地?zé)豳x存的有利地帶和地?zé)岢傻V遠(yuǎn)景區(qū)；并且區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，NW向及NE向斷裂構(gòu)造發(fā)育，區(qū)內(nèi)地?zé)岬刭|(zhì)條件與威海市寶泉湯溫泉有相似之處，因而具有較大的地?zé)豳Y源勘查開(kāi)發(fā)價(jià)值。

1 地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)條件

劉公島地處于膠東半島的東端，在大地構(gòu)造位置上位于中央造山區(qū)大別-蘇魯造山帶魯東南折返帶威海斷拱威海凸起的東北部[1]；區(qū)內(nèi)巖石主要有侵入巖、變質(zhì)巖組成，地層不發(fā)育，構(gòu)造以斷裂為主。

乳山-威海凸起是膠東東部地區(qū)最大的地質(zhì)構(gòu)造骨架之一，沿該凸起東翼已有多處溫泉出露。

自中生代以來(lái)，受燕山期地殼運(yùn)動(dòng)的影響，形成了大規(guī)模的深大斷裂，使上地幔物質(zhì)上涌或沿深大斷裂侵入到地殼淺部，從而形成了區(qū)域溫度或熱流值普遍升高的背景。深大斷裂帶附近成為熱水富集的主要區(qū)域。地下熱水既有原生沉積水，也有大氣降水補(bǔ)給成因水。大氣降水經(jīng)過(guò)入滲徑流，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期內(nèi)，沿?cái)嗔褞Ш涂紫?、裂隙?jīng)地殼深部的循環(huán)運(yùn)移，被圍巖加熱并與圍巖發(fā)生水鹽反應(yīng)，溶解礦物質(zhì)及微量元素形成地?zé)崴?/p>

區(qū)內(nèi)的NW向斷裂及NE向斷裂構(gòu)造是該大凸起的次級(jí)構(gòu)造。這2組斷裂在區(qū)內(nèi)控制著區(qū)內(nèi)地?zé)崃黧w的形成、賦存與運(yùn)移。區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源屬深循環(huán)對(duì)流型。熱儲(chǔ)為花崗巖的構(gòu)造破碎帶或裂隙帶，熱儲(chǔ)呈帶狀或點(diǎn)狀分布，受構(gòu)造控制明顯，區(qū)內(nèi)的2組構(gòu)造具導(dǎo)熱、導(dǎo)水的性能。威海市內(nèi)的寶泉湯溫泉、洪水嵐湯溫泉就出露在NW與NE向斷裂的交會(huì)部位。

根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造并結(jié)合劉公島地球物理場(chǎng)特征分析研究，在劉公島東村施工地?zé)峋谎郏?587.2m，蓋層封孔至506.0m，以下為基巖天然井壁，熱儲(chǔ)層深度為1200.0～1500.0m。該孔洗井結(jié)束及抽水試驗(yàn)結(jié)束后形成自流，自流量約6m3/d，靜止水位埋深為+0.03m；水位降深175.0m，水量為400m3/d，出水口水溫為40.0℃[注]山東省物化探勘查院，王聿軍等，山東省威海市劉公島地區(qū)地?zé)豳Y源普查報(bào)告，2013年。。

2 地?zé)崃黧w化學(xué)特征

劉公島地?zé)醽?lái)源于地球內(nèi)部與地球的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成密切相關(guān)，地下熱水的水化學(xué)成分取決于水的溫度、含水層的巖性以及與水伴生的氣體。地下熱水參與自然界中水的總循環(huán)，其水文地球化學(xué)作用主要是溶濾作用，化學(xué)成分主要決定于熱水出露處第四系巖性成因，以及循環(huán)深度內(nèi)的基底巖性和來(lái)自深部氣體的影響。

3 地?zé)釤醿?chǔ)模型

劉公島地?zé)釡厝獙儆跍責(zé)崴偷蜏氐責(zé)豳Y源。地?zé)崽锏男纬蓹C(jī)理是：巖漿侵入地殼形成規(guī)模較大的巖漿熱源體后，隨著溫度、壓力的下降產(chǎn)生結(jié)晶分異作用，使巖漿中的水分含量不斷增加，蒸氣壓力逐漸增大，它一方面通過(guò)熱傳導(dǎo)加熱上部的巖石，再由這些巖石使深部循環(huán)水變熱；另一方面可能有部分巖漿蒸氣沿著巖石的微細(xì)空隙向上滲透進(jìn)入深循環(huán)水中，使水溫增高。當(dāng)熱水系統(tǒng)的上部不存在隔水蓋層時(shí)，只要溫度梯度、滲透通道的深度足以能維持水的熱對(duì)流循環(huán)時(shí)，即可形成由補(bǔ)給、加熱(熱儲(chǔ))及排泄等部分組成的地?zé)崽?圖1)。

圖1 劉公島地?zé)釤醿?chǔ)模型示意圖

4 地?zé)崃黧w質(zhì)量評(píng)價(jià)

4.1 地?zé)崃黧w水質(zhì)評(píng)價(jià)

(1)理療熱礦水評(píng)價(jià)：按照《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T11615-2010)理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，劉公島地?zé)崴?、溴、鍶、偏硅酸、溫度均達(dá)到和滿足“理療熱礦泉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”中“有醫(yī)療價(jià)值濃度”標(biāo)準(zhǔn)；溴、偏硅酸均超過(guò)“礦水濃度”但偏低于“命名礦水濃度”標(biāo)準(zhǔn)，只有鍶元素含量43.65mg/L達(dá)到“命名礦水濃度”標(biāo)準(zhǔn)(10mg/L)，可命名為“鍶型低溫溫水型礦水”[2]，劉公島溫泉礦化度為4217.4mg/L，屬于咸水。

(2)飲用天然礦泉水評(píng)價(jià)：依據(jù)《飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)》(GB8537-2008)進(jìn)行飲用熱礦水水質(zhì)評(píng)價(jià)。劉公島溫泉感官要求，色度、嗅和味滿足要求，但渾濁度、可見(jiàn)物不符合要求；理化指標(biāo)中界限指標(biāo)，鍶含量平均43.65mg/L，大于0.2mg/L的界限指標(biāo)；偏硅酸平均40.79mg/L，大于25.0mg/L的界限指標(biāo)；達(dá)到飲用礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，但是鋅、硒、游離CO2、錳等不符合限量指標(biāo)及污染物指標(biāo)的規(guī)定[3]。

(3)生活飲用水評(píng)價(jià)：依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)，其水質(zhì)渾濁度、肉眼可見(jiàn)物、鐵、錳、氯化物、硫酸鹽、總硬度等均不能滿足國(guó)標(biāo)要求，因而劉公島地?zé)釡厝荒茏鳛樯铒嬘盟甗4]。

(4)農(nóng)業(yè)灌溉用水評(píng)價(jià)：依據(jù)《農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084-2005)，熱水中水全鹽量4185.86mg/L，氯化物2244.07mg/L，分別超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1倍和5倍,故不宜直接進(jìn)行農(nóng)田灌溉[5]。

4.2 地?zé)崃黧w腐蝕性與結(jié)垢評(píng)價(jià)

(1)地?zé)崃黧w腐蝕性：利用拉申指數(shù)計(jì)算式：

式中：LI為拉申指數(shù)；Cl為氯化物濃度(mg/L)；SO4為硫酸鹽濃度(mg/L)；ALK為總堿度(mg/L)。

以上3項(xiàng)以等當(dāng)量的CaCO3(mg/L)表示。經(jīng)計(jì)算劉公島地?zé)崃黧w為42.56，大于10，按照《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T11615-2010)判定為強(qiáng)腐蝕性水。

(2)地?zé)崃黧w結(jié)垢評(píng)價(jià)，根據(jù)鍋垢總量計(jì)算公式：

H0=S+C+36γFe2++17γAl3++20γMg2++59γCa2+

式中：H0為鍋垢總量(mg/L)；S為水中懸浮物含量(mg/L)；C為膠體(SiO2+Fe2O3+Al2O3)(mg/L)；γFe2+，γAl3+，γMg2+，γCa2+分別為Fe2+，Al3+，Mg2+，Ca2+離子含量的每升毫克當(dāng)量(毫摩爾)數(shù)。

經(jīng)計(jì)算：H0=3221.98(mg/L)，>500(mg/L)，屬鍋垢很多的水。

5 地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀與開(kāi)發(fā)前景

5.1 開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

威海地區(qū)地?zé)崛驕囟容^高，易開(kāi)采，開(kāi)發(fā)利用較早(可追溯至明、清年間)而著稱。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，探測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)地?zé)豳Y源的認(rèn)識(shí)逐漸加深，地?zé)崮茏鳛橐环N可供利用的并有著巨大發(fā)展遠(yuǎn)景的新能源，逐步引起人們的重視。威海市劉公島地區(qū)及附近地?zé)狳c(diǎn)現(xiàn)共有地?zé)衢_(kāi)采企業(yè)21家，年開(kāi)采地?zé)?0.18萬(wàn)m3。主要用于洗浴、醫(yī)療、保健、養(yǎng)殖。寶泉湯依據(jù)優(yōu)越的地位優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)利用程度較高。但劉公島地?zé)嵋蚋鞣N條件的限制開(kāi)發(fā)起步晚，目前尚處于勘查階段。

5.2 開(kāi)發(fā)前景

地?zé)豳Y源是一種“綠色能源”，在目前資源緊張，人們環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)的情況下，威海市地?zé)嵩匆蚱湟组_(kāi)采，污染小，做為一種替代能源具有很大的優(yōu)勢(shì)。據(jù)初步估算，威海市劉公島地區(qū)地?zé)嵩纯刹闪窟_(dá)9.23×1015J，折合為標(biāo)準(zhǔn)煤31.49萬(wàn)t，如能充分合理開(kāi)發(fā)利用，將極大地帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

威海，自古以來(lái)就是一個(gè)令人向往的地方。劉公島是威海的海上仙山，風(fēng)光秀美，地理位置優(yōu)越。有膠濟(jì)鐵路相連交通便利，特別是威?！獮鹾?、威?！鄭u，同江—三亞高速公路的開(kāi)通，推動(dòng)了該地經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展。威海是中國(guó)第一個(gè)優(yōu)秀旅游城市群，兩度獲得“國(guó)際迪拜改善居住環(huán)境最佳范例城市”稱號(hào)，是2003年度全球唯一獲得“聯(lián)合國(guó)人居獎(jiǎng)”的城市，2006年，被命名為“中國(guó)溫泉之鄉(xiāng)”。位于經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)和旅游勝地的劉公島地區(qū)更是獨(dú)具特色，這里地?zé)釡厝缓喾N稀有元素和具理療作用的放射性元素等指標(biāo)在“中國(guó)溫泉之鄉(xiāng)”獨(dú)占鰲頭，因此應(yīng)提高檔次，集洗浴、理療、保健、娛樂(lè)于一體，讓來(lái)威海旅游的客人在領(lǐng)略威海優(yōu)美的天然風(fēng)光、人文景觀后洗洗溫泉浴，做做理療保健，可以成為旅游的新亮點(diǎn)。同時(shí)應(yīng)加大熱水養(yǎng)殖的力度，采用新方法，新技術(shù)，提高養(yǎng)殖規(guī)模，還應(yīng)進(jìn)行地?zé)嵩谵r(nóng)業(yè)應(yīng)用方面的研究，充分利用地?zé)豳Y源。

6 結(jié)論

(1)劉公島緊鄰?fù)Ｊ羞b感解譯Ⅰ類地?zé)岙惓^(qū)，是地?zé)豳x存的有利地帶和地?zé)岢傻V遠(yuǎn)景區(qū)。通過(guò)地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查，并利用視電阻率聯(lián)合剖面、可控源音頻大地電磁(CSAMT)測(cè)深工作分析研究認(rèn)為，在區(qū)內(nèi)斷裂切割深度大、破碎寬度大，有一定匯水區(qū)的局部地溫異常區(qū)，具備形成地?zé)岬臈l件。根據(jù)以上方法確定的劉公島東村地?zé)峋?井深1587.2m，水量400m3/d，水溫40.0℃)，進(jìn)一步說(shuō)明了劉公島具有地?zé)豳Y源的形成條件。

(2)劉公島地?zé)釡厝獙儆阪J型低溫溫水型礦水，適應(yīng)于洗浴、理療、保健，可與劉公島旅游資源開(kāi)發(fā)密切結(jié)合。

(3)劉公島具有地?zé)豳Y源形成的條件，建議進(jìn)一步投資進(jìn)行地?zé)豳Y源勘查，以充分利用開(kāi)發(fā)劉公島的地?zé)豳Y源。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋明春.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)圖集[M].濟(jì)南：山東省地圖出版社，2012：10-11.

[2] GB/T11615-2010.《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》[S].

[3] GB8537-2008.《飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)》[S].

[4] GB5749-2006.《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[S].

[5] GB5084-2005.《農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[S].