桓仁大川溫泉地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析

池春廣

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110006）

桓仁大川溫泉地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析

池春廣

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110006）

本文根據(jù)溫泉的形成原因，分析了桓仁大川溫泉區(qū)的地質(zhì)條件，包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件。通過物探及鉆探等勘察手段，根據(jù)溫泉出露現(xiàn)狀對溫泉區(qū)進(jìn)行地?zé)岙惓Ъ暗販販y量，估測熱源深度，分析地下水深循環(huán)和熱流通道。

溫泉；地質(zhì)構(gòu)造

1 概述

桓仁大川溫泉位于遼寧省本溪市桓仁縣黑溝鄉(xiāng)大川村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)125°15＇42″，北緯41°24＇34″，距桓仁縣城17公里。區(qū)域上屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季嚴(yán)寒，其中一月份氣溫最低，最低溫度-29.1℃，月平均氣溫-14.4℃；夏季溫?zé)岫嘤?，其中七月份氣溫最高，最高溫?3.9℃，月平均氣溫22.3℃。年平均降雨量800-1000m m，雨量多集中在7-8月份。常年主導(dǎo)風(fēng)向夏季為南風(fēng)，冬季為西北風(fēng)，四季冷暖干濕分明。

2 地質(zhì)條件

2.1 區(qū)域地質(zhì)

桓仁大川溫泉區(qū)位于遼寧省東北部，為長白山脈的南延部分，山體走向N E，多為侵蝕斷褶低山地形，山頂多呈尖頂狀，溝谷垂直切割較深，海拔一般為500～800m。大地構(gòu)造單元為四級構(gòu)造單元桓仁凸起，位于太子河～渾江臺陷的東部，西以八河川斷裂與遼陽—本溪凹陷相隔，向東延入吉林省內(nèi)，北以二戶來—拐磨子斷裂與龍崗斷凸分界。二戶來—拐磨子斷裂，走向約為N E 70°，傾向SE，傾角近直立，長約34km，溫泉區(qū)附近蓋縣組地層逆沖于果松組之上，斷谷地貌清楚，斷層兩側(cè)地層強(qiáng)烈擠壓破碎。

該溫泉即位于本構(gòu)造單元的北側(cè)，緊鄰二戶來—拐磨子斷裂。

2.2 基本地質(zhì)條件

溫泉區(qū)位于一個(gè)呈N W向展布的溝谷內(nèi)，谷底寬200～600m，兩側(cè)山體陡峻，多為尖頂狀，一般山頂高程500m左右，最大山頂高程827.70m，相對高差200～500m，屬中等切割中低山地形，山上植被發(fā)育。溝谷內(nèi)發(fā)育地表水系哈達(dá)河，系渾江支流，年流量變化較大，冬季河水結(jié)冰，流量較小。

區(qū)內(nèi)出露地層較簡單，主要有太古代早期混合花崗巖（Mr1）、下元古界遼河群大石橋組（P t1d）、侏羅系上統(tǒng)果松組（J3g）及第四系沖洪積砂礫石層（Q4）。其中太古代早期混合花崗巖（Mr1）為本區(qū)古老的基底巖性，埋深約820m；侏羅系上統(tǒng)果松組（J3g）為一套中酸性火山碎屑巖系，厚度約4785m。

通過多次物探及鉆探成果，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)成果，本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖見圖1。

圖1 溫泉區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖（1∶2萬）

從圖1可以看出，本區(qū)共分布7條斷層，其中以F 1及F 6斷層為主要控制構(gòu)造，形成本區(qū)構(gòu)造框架，尤其是F 1斷層作為兩個(gè)地質(zhì)構(gòu)造單元的分界，規(guī)模較大，切割深度大，其它斷層則均為該兩斷層的次一級構(gòu)造或羽狀剪裂帶。

F 1斷層，即二戶來—拐磨子斷裂，破碎帶電性影響寬度為25～30m，切割深度達(dá)到85m以上，異常走向?yàn)镹 E 62°，傾向SE，傾角較陡。

F 6斷層，其破碎帶電性影響寬度為15～20m，切割深度達(dá)到85m以上，其異常走向?yàn)榻颇媳毕?，傾向東，傾角近直立。

3 溫泉現(xiàn)狀

3.1 溫泉水出露特征

本區(qū)熱水已知出露的有三處。一處是直接涌出地表的魚種場熱水池，此處鉆孔深121.42m，在鉆進(jìn)至15m處開始孔口涌水，涌水量194.4m3/d，水溫量測37℃，終孔后涌水量382m3/d；一處是直接涌出地表的大川榆樹湯池?zé)崴?，自流量約為30m3/ d；另一處分布于高臺頭饅頭山東側(cè)耕地中（未涌出地表），據(jù)當(dāng)?shù)鼐用窠榻B曾挖灌溉井時(shí)挖出熱水，現(xiàn)已埋上，于該處附近布置鉆孔，孔深1436m，出水量240m3/d，水溫量測26℃。

這三處熱水出露點(diǎn)均分布于哈達(dá)河右岸一級階地上，基本上沿N W295°方向展布，間距1km左右，地面高程388.0～398.7m，與河床相對高差2～3m。熱水出露寬度約10m。

3.2 地?zé)岙惓Х植?/p>

經(jīng)多次采用熱紅外測溫技術(shù)對魚種場至饅頭山進(jìn)行了地表淺部溫度測量，共發(fā)現(xiàn)有三個(gè)熱異常帶。

第一個(gè)熱異常帶分布于魚種場及其東南、北西方向，由三個(gè)不連續(xù)的熱異常帶組成，帶內(nèi)等溫曲線變化規(guī)律性較強(qiáng)，無大的跳躍，特別是零線附近相當(dāng)穩(wěn)定，溫度峰值相對較高。

第二個(gè)熱異常帶即大川堡子南榆樹湯池?zé)崴c(diǎn)，該異常帶峰值較高，等溫曲線變化較穩(wěn)定，規(guī)律性較明顯，異常點(diǎn)主要集中在北西與北東向兩組斷裂（F 4、F 5）的交會(huì)部位，以湯池?zé)崴獮橹行?，北西向形成帶狀，寬約30m左右。

第三個(gè)熱異常帶分布于饅頭山以東耕地內(nèi)，沿北西向呈孤立的點(diǎn)狀熱異常出現(xiàn)，峰值不高，范圍較小。

4 地溫測量

對所布置的兩個(gè)鉆孔均進(jìn)行了地溫測量，結(jié)合鉆孔成果，溫泉井及1436m勘探井地溫曲線見圖2。

圖2 溫泉井及1436m勘探井地溫曲線

從圖2可以看出，魚種場鉆孔（溫泉井）自60m以下溫度開始下降，一直降到24.4℃基本穩(wěn)定，可以斷定該處熱水來自水平通道，通道埋深約60m左右；1436m勘探井800m以內(nèi)地溫梯度為0.45℃/100m，800m以下地溫梯度有明顯增大，為1.5℃/100m，對其進(jìn)行線性回歸，可得到以下線性回歸公式：

式中：T—地溫（℃）；h—深度（m）；相關(guān)系數(shù)r=0.99。

按此公式推算，當(dāng)深度達(dá)到5000m時(shí)，地溫溫度接近100℃，但縱觀其地溫梯度在深度上的變化，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件（變質(zhì)巖地區(qū)集聚變質(zhì)熱能），也可推測自1400m以下地溫梯度有增大趨勢，即熱源分布于地下2000～3000m范圍內(nèi)。

5 綜合分析

5.1 形成原因

溫泉的形成一般可分為兩種，第一種是地殼內(nèi)部的巖漿作用所形成，多發(fā)生在火山巖地區(qū)；第二種是地表水滲透循環(huán)作用所形成，即大氣降水至地表向下滲透，通過構(gòu)造形成深循環(huán)，受下方的地?zé)峒訜岢蔀闊崴?。其產(chǎn)生必須具備以下五個(gè)條件：1）熱源；2）水源；3）地下水循環(huán)；4）儲(chǔ)集層；5）靜水壓力差。

本溫泉區(qū)大地構(gòu)造單元屬桓仁凸起，自第四紀(jì)以來火山活動(dòng)基本停止，一直處于上升階段，至使古老基底變質(zhì)巖系廣泛出露，雖本區(qū)經(jīng)歷了侏羅紀(jì)時(shí)活躍的火山運(yùn)動(dòng)，但多為蓋層沉積，故可以斷定本溫泉區(qū)地下熱源并非活動(dòng)的或殘留的巖漿，而古老的變質(zhì)巖往往集聚熱能，尤其是在地下深處，通過對1436m探測井所實(shí)測地溫結(jié)果表明，自地下800m進(jìn)入太古代混合花崗巖開始地溫梯度明顯增加，可以推測本區(qū)地下熱源即為古老混合花崗巖所集聚的熱能，熱源深度推測為地下2000～3000m。

分布于本區(qū)北側(cè)的F 1斷層即二戶來—拐磨子斷裂，為四級構(gòu)造單元的分界線，逆沖于北部侏羅系果松組之上，北部侏羅系果松組屬紅廟子盆地建造，厚度約4785m，可以斷定該構(gòu)造的切割深度是相當(dāng)大的，另侏羅系果松組地層是良好的地下水儲(chǔ)集場所，為本區(qū)地下水發(fā)生深循環(huán)創(chuàng)造了有利的條件。

分布于本區(qū)東側(cè)的F 6斷層，走向?yàn)槟媳毕?，根?jù)地層結(jié)構(gòu)分布，可初步斷定其為平移張性斷層，其中下盤為下元古界大石橋組地層，據(jù)1436m探測井鉆探成果，該層厚度805m，未見規(guī)模較大的溶洞即地下水通道，只是于地層淺部發(fā)育規(guī)模較小的溶蝕孔洞，可以斷定本層不具備規(guī)模較大的地下水儲(chǔ)集條件及運(yùn)移條件；上盤大部分為侏羅系果松組地層，僅北部一小部分為下元古界大石橋組地層，該兩地層為不整合接觸，接觸帶巖體一般較破碎，儲(chǔ)水能力較強(qiáng)，距離斷層較近部位則與斷層共同可形成較好的垂直通道。

5.2 地下水循環(huán)分析

根據(jù)本區(qū)溫泉產(chǎn)生的原因，結(jié)合地貌特征、巖性特征及構(gòu)造特征，按N W300°方向進(jìn)行剖面，本區(qū)地下水及熱水循環(huán)剖面示意圖見圖3。

從圖3可以看出，侏羅系果松地層做為良好的儲(chǔ)水介質(zhì)，通過F 1斷層進(jìn)行深循環(huán)，被地下熱源加熱成熱水后，向上四處漫溢，在到達(dá)F 6斷層及果松組與大石橋組接觸帶附近時(shí)，與向下循環(huán)的冷水相遇，形成靜水壓力差，熱水沿F 6斷層及果松組與大石橋組接觸帶不斷上涌，進(jìn)入上部淺逕流帶（通過對溫泉井的地溫測量結(jié)果可知，本區(qū)淺部逕流帶埋深約為60m），沿逕流通道漫延，通過逕流通道的垂直補(bǔ)給通道涌出地表。

圖3 本區(qū)地下水及熱水循環(huán)剖面示意圖

6 結(jié)語

通過對溫泉區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析研究，基本上可以確定溫泉的形成原因、涌出通道及熱源深度。這對溫泉的有效合理開發(fā)利用做到有的放矢，對周圍環(huán)境的保護(hù)及減少投資等起到指導(dǎo)作用。

［1］朱長生.礦泉水、溫泉水的勘察評價(jià)與開發(fā)利用［M］.北京：地質(zhì)出版社，2004.

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［4］馬杏垣.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，2004.

T V 221.2

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：1672-2469（2015）09-0068-03

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.09.022

池春廣（1977年—），男，高級工程師。