河南省魯山縣百里溫泉地?zé)豳Y源的成因分析

摘要：車村-下湯斷裂帶是魯山縣百里溫泉形成的主要控?zé)針?gòu)

造。從地?zé)嵝纬商攸c(diǎn)出發(fā)：車村-下湯斷裂帶應(yīng)由北部的車村-下湯斷層、南部的二郎廟-湯溫廟斷層及其以東的糜棱巖帶和兩大斷層之間的強(qiáng)破碎帶組成，它是一條長(zhǎng)期活動(dòng)的深大斷裂帶，新構(gòu)造期仍有活動(dòng)。文章認(rèn)為，百里溫泉高氟、高偏硅酸主要來(lái)源于巖漿中的氟與硅，百里溫泉的出露主要受斷層交匯破碎帶和水壓力控制。

關(guān)鍵詞：百里溫泉車村-下湯斷裂帶熱源熱儲(chǔ)地?zé)崃黧w魯山

1 概況

河南省魯山縣百里溫泉位于魯山縣城西約10km以西的外方山和伏牛山之間的沙河河谷兩側(cè)，其在約30km距離內(nèi)等間距的出露于上湯、中湯與溫湯廟、下湯和堿場(chǎng)（圖1）等地。除溫湯廟溫泉以單一泉出露外，其余均呈泉群出露，共計(jì)有19個(gè)泉眼。實(shí)測(cè)其總自流量為180.62m3/h，泉水溫度26～62℃，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Na型，PH值7.8～9.04，礦化度0.36～0.57g/L，氟含量15～24.85mg/L，偏硅酸含量為52～97.5mg/L，屬氟、偏硅酸醫(yī)療熱礦水。因此，研究魯山縣百里溫泉地?zé)豳Y源的成因具有一定的理論和實(shí)踐意義。

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圖1河南省魯山縣五大溫泉出露條件示意圖

2 關(guān)于車村-下湯斷裂認(rèn)識(shí)問(wèn)題

魯山縣百里溫泉出露于車村-下湯斷裂帶內(nèi)部，地?zé)豳Y源形成與溫泉出露嚴(yán)格受車村-下湯斷裂帶控制，兩者之間具有密切的聯(lián)系，這是地?zé)岬刭|(zhì)工作者的共同認(rèn)識(shí)。雖然對(duì)車村-下湯斷裂有較多的研究，但也存在不同認(rèn)識(shí)，斷裂帶邊界確定和新構(gòu)造活動(dòng)研究不足。1978年，原河南省地質(zhì)研究所出版的《河南省基巖地質(zhì)圖及說(shuō)明書》將車村-下湯斷裂稱為“車村-魯山大斷裂”，與欒川-明港-固始深斷裂并列。1989年出版的《河南地質(zhì)志》，將車村-下湯斷裂歸并于欒川-明港-固始深斷裂帶內(nèi)，其共同點(diǎn)均認(rèn)為是深大斷裂。上述研究為我們提供了斷裂形成時(shí)間、規(guī)模、切割深度、活動(dòng)強(qiáng)度、活動(dòng)性質(zhì)等資料和證據(jù)，但未涉及斷裂范圍或邊界以及新構(gòu)造期斷裂活動(dòng)特點(diǎn)與證據(jù)等。

3 關(guān)于熱源問(wèn)題

“熱源”是地?zé)豳Y源形成的基礎(chǔ)，是地?zé)豳Y源潛力分析和評(píng)價(jià)的依據(jù)。傳統(tǒng)地?zé)崂碚撜J(rèn)為：地?zé)豳Y源形成的“熱源”主要有地幔熱、巖漿巖余熱和放射性元素衰變放熱等。

據(jù)了解，關(guān)于魯山縣百里溫泉地?zé)豳Y源形成的“熱源”至今未做過(guò)專門勘查與研究工作，也很少對(duì)其進(jìn)行過(guò)較詳細(xì)的探討?！棒斏椒?：20萬(wàn)《區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告》”（1983年）曾對(duì)百里溫泉地?zé)豳Y源形成的“熱源”進(jìn)行過(guò)專門分析，該報(bào)告認(rèn)為，百里溫泉熱源有兩種可能性：其一是地下水通過(guò)斷裂和剖面“X”節(jié)理通過(guò)深循環(huán)，受地殼本身加熱而形成地下熱（礦）水；其二，受酸性侵入巖的余熱和放射性礦物的蛻變放熱作用而形成的熱（礦）水。前者為地?zé)嵩鰷匦?，后者為巖漿余熱+放射性熱型。除上述兩者外，熱源也可能屬于二者兼而有之。有專家認(rèn)為，古近系以前的巖漿巖，由于形成時(shí)間達(dá)千萬(wàn)年以上，其余熱已釋放殆盡，故對(duì)地?zé)豳Y源形成的可能性很小。從1975年地質(zhì)力學(xué)研究所黃尚瑤等在上、中、下湯進(jìn)行的水化學(xué)分析也證實(shí)，溫泉水含有一定量的“U”和“Ra”等放射性元素，但值得懷疑的是除盧氏、欒川、商城和百里溫泉外，其它花崗巖分布區(qū)為什么未形成溫泉或地?zé)崽?，這一現(xiàn)象除地質(zhì)構(gòu)造影響外，很可能與熱源有關(guān)。因此，放射性蛻變放熱對(duì)百里溫泉地?zé)豳Y源的形成不是主要的。

4 關(guān)于熱儲(chǔ)問(wèn)題

《地?zé)豳Y源勘查規(guī)范》對(duì)熱儲(chǔ)的定義是：“指埋藏于地下，具有一定有效空隙度和滲透性的地質(zhì)建造（地層、巖體或構(gòu)造帶），其中儲(chǔ)存有一定的地?zé)崃黧w可供地?zé)衢_發(fā)生產(chǎn)?！睙醿?chǔ)可分為層狀熱儲(chǔ)與帶狀熱儲(chǔ)兩種類型。

地?zé)崂碚撜J(rèn)為，地?zé)崽锟煞譃槌练e盆地型和隆起山地型兩種類型。前者分布于構(gòu)造盆地之中，根據(jù)地層埋藏深度、形成時(shí)代，熱儲(chǔ)呈多層狀結(jié)構(gòu)特征，以面狀分布為主，為深度熱傳導(dǎo)供熱，地溫隨深度而增加，常具有明顯的地溫梯度，屬地?zé)嵩鰷匦偷責(zé)犷愋?；后者分布于隆起山地之中，溫泉多出露于山地?fù)地形之中，嚴(yán)格受地質(zhì)構(gòu)造控制，熱儲(chǔ)以帶狀為主，根據(jù)對(duì)流型斷裂深循環(huán)地?zé)嵝纬商卣?，溫泉是隆起山地型地?zé)豳Y源的主要顯示方式。

魯山縣百里溫泉地?zé)崽飳俾∑鹕降匦偷責(zé)崽?，它分布于車?下湯斷裂帶內(nèi)部，其熱儲(chǔ)展布特征、水熱對(duì)流與儲(chǔ)存、溫泉出露等，嚴(yán)格受車村-下湯深大斷裂控制，以南、北兩大斷層為邊界，熱儲(chǔ)總體上呈近東西向帶狀展布。1997年，“魯山縣五大溫泉地?zé)豳Y源普查”中，曾用K-Na地球化學(xué)溫標(biāo)計(jì)算五大溫泉熱儲(chǔ)溫度為92.64～181℃，采用熱水初焓和SiO2終焓圖解法求取的熱儲(chǔ)溫度為157～220℃；冷水混入份額可達(dá)71.5～83.5%。很顯然，上述計(jì)算的熱儲(chǔ)溫度與泉水溫度有一定的差異，如果計(jì)算的溫度有一定可信度的話，計(jì)算的熱儲(chǔ)溫度不是淺部的熱儲(chǔ)溫度，很可能是深部斷裂深循環(huán)帶內(nèi)的熱儲(chǔ)溫度。由此，認(rèn)為：百里溫泉熱儲(chǔ)可以分為“深部熱儲(chǔ)”和“淺部熱儲(chǔ)”兩種類型，不認(rèn)識(shí)這一特征，就不可能正確計(jì)算、評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源。

上述等等均說(shuō)明，百里溫泉具有復(fù)雜的熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)特征，它可能有深部熱儲(chǔ)和淺部熱儲(chǔ)兩種類型。我們主張將斷裂深循環(huán)帶劃為深部熱儲(chǔ)，其熱儲(chǔ)溫度可能接近地球化學(xué)溫標(biāo)計(jì)算或作圖求得的熱儲(chǔ)溫度值，它是高溫?zé)崴h(huán)、儲(chǔ)存帶和淺部熱儲(chǔ)供熱帶，熱儲(chǔ)的形成主要受車村-下湯斷裂帶南、北兩大斷層所控制。淺部熱儲(chǔ)主要分布于斷裂帶內(nèi)部，受斷裂帶北東北西向展布的控制，它是深循環(huán)地?zé)崴嫌浚跍\部與基巖裂隙地下水混合、運(yùn)移、儲(chǔ)存空間，熱儲(chǔ)熱源主要來(lái)自深循環(huán)地?zé)崴尫诺臒崃浚部煞Q水熱增溫型熱儲(chǔ)。它是一個(gè)開放的熱儲(chǔ)，增溫、保溫能力差。涼水的混入份額主要決定于深循環(huán)地?zé)崴乃^壓力和涼、熱水的數(shù)量比例。從堿場(chǎng)86m深井水溫變涼的實(shí)例，淺層熱儲(chǔ)超量開采，水頭壓力降低可增加涼水混入量，對(duì)其實(shí)施回灌補(bǔ)源可能是一種錯(cuò)誤的措施。上述也說(shuō)明，淺部熱儲(chǔ)由于地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性和有效裂隙發(fā)育的不均一性，引起地?zé)崃黧w和溫度變化的復(fù)雜性及不均一性，為地?zé)豳Y源計(jì)算與評(píng)價(jià)增加了難度。因此，百里溫泉地?zé)豳Y源如何計(jì)算與評(píng)價(jià)是值得今后勘查研究的關(guān)鍵問(wèn)題。

5 關(guān)于百里溫泉地?zé)崃黧w起源與形成年齡問(wèn)題

地?zé)釋＜乙恢抡J(rèn)為：無(wú)論沉積盆地型地?zé)崽?，還是隆起山地型地?zé)崽?，其地?zé)崃黧w均來(lái)自大氣降水補(bǔ)給。不同位置、不同層位的地?zé)崃黧w，其補(bǔ)給位置和補(bǔ)給高程是不同的，因此，勘查研究百里溫泉地?zé)崃黧w的補(bǔ)給位置與高程，對(duì)地?zé)豳Y源計(jì)算與評(píng)價(jià)是有參考價(jià)值的。根據(jù)百里溫泉所處的區(qū)域地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造特征，以及百里溫泉水化學(xué)從西到東的變化特征，我們認(rèn)為百里溫泉地?zé)崃黧w的補(bǔ)給位置很可能位于溫泉群西部的木札嶺-石人山一帶或其以西地區(qū)。因此，建議在百里溫泉勘查研究中，首先在上述地區(qū)建立雨水采樣站，分季、分年度采取雨水樣品，進(jìn)行δD、δ18O穩(wěn)定同位素分析，建立當(dāng)?shù)卮髿饨涤昃€。然后在百里溫泉范圍內(nèi)采取溫泉水樣、淺層地下水樣和河水樣進(jìn)行穩(wěn)定同位素分析，建立大氣降水與溫泉地?zé)崴腄-δ18O關(guān)系線和計(jì)算方程，以便確定百里溫泉地?zé)崃黧w的補(bǔ)給位置和補(bǔ)給高程。

地?zé)崃黧w的形成年齡可以幫助研究地?zé)崃黧w補(bǔ)給速度和補(bǔ)給距離等問(wèn)題，是地?zé)崃黧w補(bǔ)給強(qiáng)度和更新速度的指標(biāo)。地?zé)崃黧w形成年齡常用放射性同位素測(cè)定予以確定。目前，有近十種放射性同位素測(cè)定方法來(lái)研究地下水和地?zé)崃黧w的形成年齡，但最常用的方法有3H和14C兩種地?zé)崃黧w形成年齡放射性研究方法。故建議在今后百里溫泉地?zé)豳Y源勘查研究中，加強(qiáng)這方面的測(cè)試與研究，為地?zé)豳Y源的計(jì)算與評(píng)價(jià)提供更為科學(xué)的依據(jù)。

6 關(guān)于百里溫泉溢出形成問(wèn)題

溫泉是地?zé)豳Y源在地表的直接顯示，溫泉溢出形成嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制。斷裂構(gòu)造破碎帶一方面為地?zé)崃黧w或地下水補(bǔ)給、徑流和儲(chǔ)存提供了有效空間和通道條件；另一方面，斷層面、壓性斷層、擠壓片理化帶以及泥質(zhì)充填或蝕變礦物充填堵塞，具有隔水、阻水徑流運(yùn)移的性能。當(dāng)?shù)責(zé)崃黧w或地下水在徑流運(yùn)移過(guò)程中遇到隔水或阻水構(gòu)造，或者遇到上覆壓力較小的強(qiáng)破碎帶，在水頭壓力作用下，上升成泉溢出地表，這是溫泉和一般上升泉的形成特征。另外，上述阻水構(gòu)造還可能具有阻熱、隔熱作用。下湯原浴池院內(nèi)有2個(gè)人工開挖的泉坑，呈南北向分布，兩個(gè)泉坑相距2m左右，深2m左右，北泉坑水溫22℃，南泉坑水溫61℃，溫差39℃。在2003年熱2井的三次降深抽水過(guò)程中，南泉坑水被疏干，北泉坑水位僅下降17cm。據(jù)1997年調(diào)查，在下湯泉域東部見一寬僅1m的擠壓片理化帶，呈東西向延伸，按方向推斷，大致位于兩泉坑之間。由其說(shuō)明，擠壓片理化帶或壓性斷層不僅有隔水阻水作用，還有隔熱、阻熱的效應(yīng)。

據(jù)1997年魯山五大溫泉淺部物探成果表明：各溫泉出露區(qū)均有兩條以上不同方向斷層在溫泉出露附近交接。不同方向斷層交接部位應(yīng)該是巖石或地層最破碎、構(gòu)造風(fēng)化裂隙最發(fā)育的部位，上覆蓋層極薄或上覆壓力小，而百里溫泉地?zé)崃黧w在原始條件下都具有較大的水頭壓力，在水頭壓力作用下，沿?cái)嗔哑扑閹仙扇?，?yīng)該是一種必然的自然現(xiàn)象。

我們認(rèn)為：車村-下湯斷裂帶北部的車村-下湯邊界斷層和南部的二郎廟-溫湯廟邊界斷層以及東部的糜棱巖帶均具有切割深、延伸遠(yuǎn)的特點(diǎn)，它對(duì)深部熱源供給和斷裂深循環(huán)地?zé)崃黧w的形成起著主導(dǎo)控制作用；而南北兩大斷層之間的北西、北東向小斷層是在兩大邊界斷層歷次活動(dòng)局部應(yīng)力場(chǎng)條件下形成的，大部未穿過(guò)兩大邊界斷層，雖然發(fā)育密度較大，但具有切割深度小的特點(diǎn)。它是斷裂深循環(huán)地?zé)崃黧w在淺部的儲(chǔ)存帶或儲(chǔ)存空間，也是基巖裂隙涼水補(bǔ)給、運(yùn)移儲(chǔ)存和混合的空間。

深循環(huán)地?zé)崃黧w沿北部邊界大斷層破碎帶向東運(yùn)移，遇北東向小斷層后向南西運(yùn)移，至中湯眾斷層收斂或交匯部位在水頭壓力作用下，溢出成泉。據(jù)調(diào)查，北東65°走向的小斷層具壓性特征，也見一條走向355°近直立的壓性小斷層，它們對(duì)地?zé)崃黧w向東徑流可能起到阻隔作用，也成為泉水溢出的條件之一；溫湯廟溫泉出露于斷裂帶南部邊界糜棱巖化帶與北西向蛾溝斷層交匯處，糜棱巖帶雖屬?gòu)?qiáng)應(yīng)變帶，構(gòu)造節(jié)理雖然發(fā)育，但以壓性為主，可能是溫湯廟泉流量小的主要原因；下湯溫泉北距北部邊界斷層3100m，北西向楊莊斷層是斷裂帶內(nèi)規(guī)模較大的一條斷層，沿?cái)鄬佣嗵幰娪胁贿B續(xù)的硅化巖脈，該斷層從下湯泉域西部通過(guò)，7個(gè)泉眼呈近東西向分布，北部為近東西向擠壓帶，下湯溫泉的出露與分布明顯受這兩條斷層控制，其地?zé)崃黧w主要來(lái)源于北部邊界斷層的深循環(huán)地?zé)崃黧w；堿場(chǎng)溫泉出露于北東、北西向斷層交匯部位，地?zé)崃黧w主要來(lái)自南部邊界斷層的深循環(huán)地?zé)崃黧w，最早施工的86m深井由53℃熱水變成不能應(yīng)用的涼水，也可能說(shuō)明地?zé)崃黧w從南部邊界斷層經(jīng)與之相接的北東向斷層而進(jìn)入堿場(chǎng)一帶的。

河南省魯山縣天然出露的溫泉無(wú)論在泉眼數(shù)量，還是溫度以及總自流量在全省來(lái)說(shuō)都是無(wú)以倫比的。2012年11月22日，魯山縣被國(guó)土資源部正式命名為“中國(guó)溫泉之鄉(xiāng)”。這對(duì)魯山縣的知名度和經(jīng)濟(jì)建設(shè)非常有利。

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