貴州思南溫泉的成因分析

鐘響,楊鵬程,楊文亮

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局111地質(zhì)大隊(duì)，貴州 貴陽　550008；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢　430074)

貴州思南溫泉的成因分析

鐘響1,2,楊鵬程1,楊文亮1

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局111地質(zhì)大隊(duì)，貴州 貴陽550008；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430074)

通過地質(zhì)分析，借助可控源音頻大地電磁測深物探手段，認(rèn)為思南溫泉補(bǔ)給源來自其西部沙溝向斜核部熱水沿櫻桃斷裂帶上升，并在鸚鵡溪背斜核部巖體破碎帶排泄出地表。通過對貴州思南溫泉水樣的水質(zhì)分析，采用地球化學(xué)溫標(biāo)法研究了思南溫泉的熱儲溫度為53℃，并研究得出熱水循環(huán)深度為1500m。

思南溫泉;水質(zhì)分析;熱儲溫度;循環(huán)深度；貴州

引文格式：鐘響,楊鵬程,楊文亮.貴州思南溫泉的成因分析[J].山東國土資源，2015,31(10)：40-43.ZHONG Xiang, YANG Pengcheng, YANG Wenliang. Study on the Origin of Sinan Hot Springs in Guizhou Province[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(10):40-43.

溫泉因其具有對人體有益的豐富微量元素及較高的水溫而被人們所鐘愛。貴州省思南溫泉出露于思南縣城西部鸚鵡溪鎮(zhèn)以北的溫塘村附近，常年水溫達(dá)38℃左右，日流量可達(dá)1896m3/d，是貴州省有名的溫泉。該文分析了思南溫泉的形成條件，對思南溫泉的開發(fā)利用及保護(hù)有指導(dǎo)意義。通過對溫泉水質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)該溫泉水中偏硅酸含量達(dá)到了飲用天然礦泉水的限量指標(biāo)。

1　研究區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件

研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上以NNE向的雁列式構(gòu)造為主，具有侏羅山式隔擋式褶皺組合特征[1]?？?zé)釁^(qū)域構(gòu)造方面，研究區(qū)位于思南-白馬洞走滑斷束。思南-白馬洞走滑斷束總體走向NE，具“S”型特征，總體傾向SE，傾角在50°～80°左右，平面延伸數(shù)十千米，深切上地幔，是研究區(qū)內(nèi)主要的區(qū)域性導(dǎo)熱構(gòu)造。

1.1地層巖性

研究區(qū)主要分布寒武紀(jì)—三疊紀(jì)地層，由新至老分別為：早三疊世茅草鋪組及夜郎組，巖性以灰?guī)r為主底部含泥巖；晚二疊世吳家坪至長興組含泥巖、棲霞至茅口組,巖性為灰?guī)r、燧石灰?guī)r為主；早志留世韓家店群、早奧陶世湄潭組，巖性以頁巖、泥巖為主；早奧陶世桐梓至紅花園組,巖性以白云質(zhì)灰?guī)r為主；寒武紀(jì)婁山關(guān)群,巖性以白云巖為主。

1.2地?zé)岬刭|(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)主要受NNE向的沙溝向斜、鸚鵡溪背斜、塘頭向斜、櫻桃斷層構(gòu)造體系控制。

(1)沙溝向斜：向斜軸向NNE，呈長條狀展布。背斜W翼巖層傾角一般10°～20°，E翼巖層傾角30°左右。向斜核部地層為志留-三疊紀(jì)地層，兩翼地層為相應(yīng)較老的地層，E翼發(fā)育走向與向斜軸向一致的斷層。

(2)鸚鵡溪背斜：軸向NNE，長條狀，呈“S”展布。背斜寬4～5km，長度大于100km，為一軸面傾向NW的斜歪閉合褶皺，SE翼地層傾角較陡，一般大于50°，NW翼30°～40°。常被NE向斷層切斷。核部地層為寒武紀(jì)及奧陶紀(jì)地層，兩翼為志留紀(jì)地層。在軸部附近及兩翼有小褶曲發(fā)育。

(3)塘頭向斜：南部軸向NNE，北部軸向NE，呈“S”展布。背斜寬4～8km，長度大于120km，為一開闊向斜，兩翼地層傾角較緩，一般小于20°。常被NE向斷層如塘頭斷層、思南斷層切斷。核部地層為寒武系-三疊系，兩翼為對應(yīng)較老的地層。在軸部附近及兩翼有小褶曲發(fā)育。

(4)櫻桃斷裂：走向NNE，與鸚鵡溪背斜形影相隨，具“S”形彎曲。在櫻桃以北，多傾向SEE，傾角約50°；傾向NWW，傾角約50°。破碎帶寬20～100m，具方解石化、硅化等。

1.3熱儲結(jié)構(gòu)

據(jù)研究區(qū)內(nèi)分布的地層巖性特征，可以將其劃分為2個(gè)熱儲單元。

第一熱儲單元：熱儲蓋層為早奧陶世湄潭組至早志留世韓家店群的泥巖、頁巖地層，熱儲含水層為寒武紀(jì)婁山關(guān)群至早奧陶世桐梓紅花園組的碳酸鹽巖地層。

第二熱儲單元：熱儲蓋層為晚二疊世至早三疊世的泥巖、頁巖地層；熱儲含水層為中二疊世碳酸鹽巖地層。

2　溫泉地質(zhì)成因

2.1CSAMT剖面反演

CSAMT即可控源音頻大地電磁測深法，該物探方法被廣泛用于深部斷裂的判斷，尋找深部地下水等領(lǐng)域[2]。該次在研究區(qū)布置了一條近西至東的剖面線，以查明櫻桃斷裂的發(fā)育深度及傾向特征。通過其反演圖(圖1)，可以看出櫻桃斷層傾向NWW，其上盤的沙溝向斜較下盤的鸚鵡溪背斜視電阻率低，具有富水特征。同時(shí)，櫻桃斷裂帶表現(xiàn)出相對的低阻異常帶，說明櫻桃斷層是相對導(dǎo)水的。

圖1　CSAMT剖面反演圖

2.2溫泉水質(zhì)分析

表1　水質(zhì)分析主要成分含量(mg/L)

注：*CFU/mL；**MPN/100mL

2.3熱儲溫度的確定

化學(xué)溫地球標(biāo)法被廣泛用于地?zé)崴Y源的循環(huán)深度的確定方面，而且該法相對比較經(jīng)濟(jì)，包括有陽離子溫標(biāo)以及SiO2溫標(biāo)2種，前者主要是依據(jù)鈉、鉀、鈣、鎂離子濃度與溫度的關(guān)系確定，后者主要是依據(jù)水溶狀態(tài)SiO2濃度來確定的溫標(biāo)。當(dāng)然，這2種方法都有一個(gè)前提條件，那就是要求溶液-礦物是否達(dá)到了平衡態(tài)。針對這個(gè)問題，目前的解決方法主要有4種：三角圖解法(Na-K-Mg)、SiO2溶解曲線法、參考(溫標(biāo))法和Log(Q/K)圖解法。由于前面2種方法簡便明了，該文選取了這2種方法。

2.3.1三角圖解法(Na-K-Mg)

1988年Giggenbanch提出的Na-K-Mg三角圖解法常被用來評價(jià)熱礦水-巖礦的平衡態(tài)[4-6]，其控制性化學(xué)反映為：

(1)

40鉀長石+8H2O+5Mg2+=4云母+氯化物+27SiO2+10K+

(2)

通過式(3)至(5)可以確定目標(biāo)點(diǎn)在三角圖中的位置：

S=(CNa+/1000)+(CK+/100)+(CMg2+)0.5

(3)

DNa+=CNa+/(10S)

(4)

DMg2+=100(CMg2+)0.5/S

(5)

式中：DNa+，DMg2+為Na+，Mg2+的百分含量，用于確定點(diǎn)在三角圖中的位置；CNa+,CK+,CMg2+分別表示Na+,K+,Mg2+的含量，單位為mg/L。

將思南溫泉的實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算投影到Na-K-Mg三角圖中可以看到：思南溫泉位于圖中的鎂離子一角，屬于未成熟的水。顯然不能用陽離子溫標(biāo)法確定思南溫泉的熱儲溫度，只能采用二氧化硅溫標(biāo)法(圖2)。

圖2　思南溫泉Na-K-Mg三角圖

2.3.2SiO2溶解曲線法

在300℃以內(nèi)，石英、玉髓以及非晶質(zhì)硅等地?zé)峄瘜W(xué)研究所涉及的二氧化硅礦物中，礦化度以及壓力對SiO2溶解度的影響小。當(dāng)然到底是哪一種礦物為控制性礦物，就需要采用SiO2溶解曲線來確定了。通過圖3發(fā)現(xiàn)，思南溫泉靠近玉髓曲線，故采用玉髓法來估算其熱儲溫度。

2.3.3熱儲溫度的確定

1977年Fournier提出了玉髓法溫標(biāo)估算公式：

T=1032/[4.69-Log(CSiO2)]-273.15

(6)

式中：T為熱儲溫度(℃)；CSiO2為泉水中二氧化硅的濃度(mg/L)。

通過計(jì)算得到思南溫泉的熱儲溫度為53℃。

圖3　SiO2溶解曲線

2.4循環(huán)深度

取研究區(qū)的地溫梯度值r為2.8℃/100m,通過公式(7)來估算思南溫泉的循環(huán)深度：

(7)

式中：T為熱儲溫度(℃)，通過前面計(jì)算為47.7℃；Ta為研究區(qū)年平均氣溫(℃)，根據(jù)思南縣多年平均氣溫統(tǒng)計(jì)為16.1℃；H為循環(huán)深度(m)；h為恒溫帶深度(m)，根據(jù)貴州省經(jīng)驗(yàn)，取30m。通過計(jì)算得到思南溫泉的循環(huán)深度約為1500m。

2.5溫泉的成因

在經(jīng)過以上分析后，發(fā)現(xiàn)思南溫泉西部的降水滲入地下，由于沙溝向斜的匯水作用，在地下1000m以深的第一熱儲單元內(nèi)富集。而溫泉西部發(fā)育的傾向NWW的櫻桃斷層具有導(dǎo)水、導(dǎo)熱作用，使得沙溝向斜深部的熱水沿?cái)嗔褞驕\部運(yùn)移。背斜的形成過程會將其核部的巖體擠壓得很破碎，這樣沿櫻桃斷層帶上升至淺部的地下熱礦水，就會沿鸚鵡溪背斜核部附近并匯合淺部冷水排泄出地表(圖4)。而區(qū)域上由沙溝向斜、鸚鵡溪背斜、櫻桃斷裂的組合得到的熱儲結(jié)構(gòu)模型分布面積達(dá)到數(shù)十平方千米，以近SN向長軸狀發(fā)育的地?zé)崽镄问酱嬖冢寄蠝厝皇窃摰責(zé)崽锏囊谎厶烊宦额^。

圖4　思南溫泉地質(zhì)剖面圖

3　結(jié)論

通過研究，思南溫泉的熱儲溫度為53℃、循環(huán)深度達(dá)1500m左右，其熱儲含水層為溫泉西部的沙溝向斜核部的第一熱儲單元。該研究對于思南溫泉的開發(fā)利用規(guī)劃，以及水源的保護(hù)意義重大，對思南溫泉地?zé)崽锏拈_發(fā)利用有指導(dǎo)意義。

[1]韓至鈞,金占省.貴州省水文地質(zhì)志[M].北京:地震出版社，1996：15-80.

[2]GB/8537/2008.飲用天然礦泉水[S].

[3]底青云，石昆發(fā)，王妙月，等.CSAMT法和高密度電法探測地下水資源[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2001，16(3):53-56.

[4]鄭西來，劉鴻?。?zé)釡貥?biāo)中的水-巖平衡狀態(tài)研究[J]．西安地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，18(1)：74-79．

[5]宋小慶，彭欽，夏顏樂，等.甕安老墳嘴變質(zhì)巖區(qū)SK08_2井地?zé)崴疅醿囟群脱h(huán)深度估算[J].節(jié)水灌溉，2012，(10)：24-26.

[6]王瑩，周訓(xùn)，于湲，等．應(yīng)用地?zé)釡貥?biāo)估算熱儲溫度[J]．現(xiàn)代地質(zhì)，2007，21(4)：605-612．

Study on the Origin of Sinan Hot Springs in Guizhou Province

ZHONG Xiang1,2, YANG Pengcheng1, YANG Wenliang1

(1. No.111 Geological Brigade of Guizhou Exploration Bureau of Geology and Mineral Resources, Guizhou Guiyang 550008, China; 2. Environment School of China University of Geosciences,Hubei Wuhan 430074, China)

Through geological analysis and geophysical research, by means of controlled source audio frequency magnetotelluric sounding, it is regarded that Sinan hot spring recharge source is from the hot water rising along Yingtao fault zone in the core area of Shagou syncline in its western part. It excrets from the fracture zone in the core of Yingwuxi anticline to the surface. Through water quality of water samples of Sinan hot spring in Guizhou province, by using geothermometer method, it is regarded that heat reservoir temperature is 53℃, and the hot water cycle depth is 1159m.

Sinan hot spring; water quality analysis; heat reservoir temperature; circulation depth; Guizhou province

2015-03-20；

2015-04-02；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

鐘響(1986—)，男，貴州余慶人，助理工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)方面工作；E-mail:573515359@qq.com

P314.1

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