甘肅省武山聶家河溫泉賦存特征及成因

■孟慶云

（甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院甘肅天水741020）

甘肅省武山聶家河溫泉賦存特征及成因

■孟慶云

（甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院甘肅天水741020）

武山聶家河溫泉熱流體主要賦存于斷裂交匯部位的碎裂狀斑狀花崗巖體中，熱水水溫56.2℃，富含鋰、鍶、氟、偏硅酸等多種微量元素，主要用于浴療治病和保健。本文通過(guò)對(duì)溫泉地?zé)豳Y源形成的地質(zhì)背景分析，初步論證了地?zé)崽锏臒醿?chǔ)和控?zé)針?gòu)造，評(píng)價(jià)了地?zé)豳Y源儲(chǔ)量，極具開(kāi)發(fā)價(jià)值。

武山聶家河溫泉 賦存特征 成因

1 引言

聶家河溫泉位于天水市武山縣東部聶家河上游，距隴海線洛門(mén)鎮(zhèn)車站和連霍高速約15km。主要利用聶家河?xùn)|側(cè)支溝大湯溝中的兩眼溫?zé)嶙粤骶_(kāi)采熱礦泉水進(jìn)行浴療治病和保健。地?zé)崽锩娣e約0.5km2，熱水水溫56.2℃，富含鋰、鍶、氟、偏硅酸等多種微量元素和極高的水氡含量，屬典型的中低溫醫(yī)療礦泉水。

本文通過(guò)對(duì)武山聶家河溫泉地?zé)豳Y源形成的地質(zhì)背景分析，結(jié)合鉆探資料，初步論證了地?zé)崽锏臒醿?chǔ)、蓋層、導(dǎo)水和控?zé)針?gòu)造，分析推斷了地?zé)岙惓５某梢?，評(píng)價(jià)了地?zé)豳Y源儲(chǔ)量，為開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃提供了依據(jù)。

2 地下熱水形成的地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地質(zhì)概況

（1）自然地理。武山聶家河溫泉屬溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量518mm。區(qū)內(nèi)河流主要是渭河南側(cè)支流聶家河，流域面積約149km2，多年平均徑流量2025萬(wàn)m3/a。受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，河流侵蝕下切作用強(qiáng)烈，聶家河峽谷橫剖面形態(tài)呈“V”型，谷底及兩岸由粗粒黑云母斑狀花崗巖組成。大湯溝和小湯溝發(fā)育規(guī)模較小，受聶家河大斷裂橫切溝谷，在斷裂帶及上游有泉群出露，其中大湯溝量為1.235l/s，小湯溝流量為0.783l/s。

圖1 工作區(qū)地質(zhì)圖

（2）地質(zhì)構(gòu)造。武山聶家河溫泉區(qū)域上處于祁連－北秦嶺造山帶的復(fù)合部位（圖1）。祁連－北秦嶺造山帶的復(fù)合銜接關(guān)系在區(qū)域上呈“反S”形扭動(dòng)構(gòu)造格局，褶皺、斷裂發(fā)育，并伴隨有燕山期巖體的大規(guī)模侵入。燕山期侵入巖體（γ52－3）分布于區(qū)內(nèi)溝谷溝底及兩側(cè)，向東一直延伸至關(guān)子鎮(zhèn)一帶。巖體規(guī)模較大，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的控制，侵入于泥盆系地層中。在巖體與圍巖接觸處產(chǎn)生退色蝕變，表現(xiàn)為混合巖化和綠泥石化。F1斷裂破碎帶上，巖石破碎，構(gòu)造裂隙極為發(fā)育，埋藏分布有較為豐富的脈狀承壓熱礦泉水。

圖2 地?zé)崽镅a(bǔ)給、徑流、排泄條件示意圖Fig.2 Geothermal field recharge,runoff and discharge conditions

對(duì)地下熱水形成具有重要控制意義的斷裂構(gòu)造有：

F1斷裂：出露于聶家河河谷右岸沖溝中，近南北向延伸，為一發(fā)震性逆沖活動(dòng)斷裂。斷裂破碎帶寬300－350m，斷裂帶中斷層成群出現(xiàn)，且彼此平行。比較大的斷層有二級(jí)，疊瓦式組合。自西向東第一級(jí)斷層（F1－1）寬100m，其產(chǎn)狀為127°∠76°，斷層帶中以細(xì)碎顆粒狀物質(zhì)為主，局部為斷層泥和斷層角礫，含鐵質(zhì)成份，呈紫褐色或淺紅色；第二級(jí)斷層（F1－2）寬45m，與F1－1斷層大致平行，產(chǎn)狀為103°∠86°，斷層中以碎裂狀斑晶花崗巖為主。F1－1和F1－2兩級(jí)斷層之間巖體因受強(qiáng)烈擠壓而十分破碎，構(gòu)造裂隙極為發(fā)育，為地下熱水提供了儲(chǔ)存空間和運(yùn)移通道。

F2斷裂：出露于葛峪溝、大湯溝溝腦，為一壓性斷裂，呈南東－北西向展布。該斷裂帶寬約50m。F2斷裂與F1斷裂斜交擠壓作用導(dǎo)致局部地段地殼應(yīng)力集中，初步推測(cè)F2斷裂為壓扭性控?zé)釘嗔?，它在阻擋F1主干斷裂深部地下熱水向北運(yùn)移的同時(shí)，也形成了深部熱水的上升通道。大湯溝、小湯溝位于F1和F2兩條斷裂的交匯部位，沿破碎帶均有多處溫泉出露，而在F2斷裂以北則沒(méi)有溫泉出露。

2.2 水文地質(zhì)條件

與地?zé)嵊忻芮新?lián)系的是斷裂破碎帶脈狀承壓水。大湯溝、小湯溝地?zé)崽餆崃黧w主要賦存于F1、F2斷裂交匯部位的碎裂狀斑狀花崗巖體中，地?zé)岙惓^(qū)面積約0.5km2，熱儲(chǔ)呈單斜構(gòu)造發(fā)育，為中低溫地?zé)豳Y源。根據(jù)鉆探和溫度觀測(cè)資料，地?zé)崽镢@孔出水口溫度56.2℃，孔內(nèi)達(dá)57℃。熱儲(chǔ)層為聶家河主干斷裂的次級(jí)斷層F1－1和F1－2之間所夾的斷裂破碎帶，寬度約300m。大湯溝溫泉距F1－1斷層約100m，為一溫?zé)崴粤魅罡咚疁丶s40℃。據(jù)鐵路療養(yǎng)院1979－1980年在大湯溝溫泉下游施工的兩眼鉆孔資料，鉆進(jìn)至7.0m時(shí)，孔內(nèi)泥漿溫度為21℃，至21.0m時(shí)，孔內(nèi)泥漿溫度為27℃，據(jù)此推斷大湯溝溝谷內(nèi)地?zé)崽餆醿?chǔ)埋藏深度小于7m，其它地段隨地形增高，埋深相應(yīng)增加。在250m范圍內(nèi)，熱儲(chǔ)溫度應(yīng)在55―60℃之間，蓋層為第四系松散堆積物。地?zé)崽飪?nèi)熱流體具承壓性，鐵路療養(yǎng)院在1980年施工的1#熱供水井，洗井時(shí)，出水管高出地面3.6m，井內(nèi)熱水自噴，成井后，出水管高出地面0.6m，一直自流至今。1998年施工的2#井亦有自噴現(xiàn)象，洗井時(shí)水頭高出地面6.0m，成井后出水管高出地面0.5m，自流不斷。

大湯溝、小湯溝地?zé)崽餆崃黧w來(lái)源于大氣降水和地表水體入滲的轉(zhuǎn)化。南部的基巖山區(qū)，降水充沛，巖體裸露，可直接接受大氣降水的入滲補(bǔ)給和由大氣降水形成的地表水的滲入補(bǔ)給（圖2），接受補(bǔ)給后，地下水在從地勢(shì)較高的南部向北部沿?cái)嗔褞畈窟\(yùn)移過(guò)程中逐漸加熱，至F2斷裂帶附近由于徑流受阻，在大湯溝、小湯溝一帶溢出地表，形成溫泉。大湯溝、小湯溝一帶應(yīng)為該地?zé)嵯到y(tǒng)的排泄區(qū)，排泄方式有天然露頭和人工露頭兩種，排泄量為540m3/d（包括鐵路療養(yǎng)院、省衛(wèi)生廳礦泉水療養(yǎng)院供水量和天然露頭流量）。

2.3 地球物理特征

1980年9月原鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院在地?zé)崽镩_(kāi)展了地球物理勘探工作，采用電測(cè)深剖面法，通過(guò)對(duì)地層視電阻率的對(duì)比分析，F(xiàn)1斷裂破碎帶屬低阻異常區(qū)，視電阻率ρs=50－70Ω?m，在F1斷裂破碎帶以東視電阻率ρs=120－200Ω·m。在地電剖面上反映F1斷裂破碎帶傾向東，傾角85°－87°，接近直立。同時(shí)也證實(shí)了F1－1和F1－2兩級(jí)斷層的存在，為地?zé)崽餆醿?chǔ)的劃界提供了一定的技術(shù)依據(jù)。

2.4 地球化學(xué)特征

地?zé)崽锏叵聼崴烊宦额^和人工露頭集中分布在沿F1、F2斷裂交匯部位的大湯溝和小湯溝中。對(duì)區(qū)內(nèi)地下熱水、基巖裂隙水和地表水均進(jìn)行采樣化驗(yàn)分析，其水化學(xué)類型具有明顯的差異。地下熱水的水化學(xué)類型為HCO3－-Na+型，基巖裂隙水為SO42―-HCO3－-Na+、HCO3－-Ca2+-Na+和 HCO3－-SO42－-Na+-Ca2+型，地表水為HCO3－-Ca2+型。地下熱水PH值8.20—8.67，溶解性總固體含量318.4—360.8mg/L，放射性總α、總β值符合生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。熱水中除常規(guī)化學(xué)組分外，還含有偏硅酸、氟、溴、碘、硒、鋰、鍶、氡等多種與人體健康有益的微量元素。其中偏硅酸、氟、氡含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)《醫(yī)療熱礦泉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中有醫(yī)療價(jià)值濃度，達(dá)到醫(yī)療礦泉水命名濃度，因此，大湯溝、小湯溝地下熱水是名副其實(shí)的硅水、氟水和氡水。

3 地下熱水資源儲(chǔ)量評(píng)價(jià)

按國(guó)家醫(yī)療礦泉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地?zé)崽锏叵聼崴M(jìn)行熱礦泉水水質(zhì)評(píng)價(jià)。根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)分析結(jié)果（表1），大湯溝、小湯溝供水井熱水中溶解性總固體含量分別為318.46mg/l、360.8mg/l，水溫達(dá)56℃（標(biāo)準(zhǔn)為25℃）以上，含多種微量元素，具有保健和醫(yī)療功效。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《天然礦泉水地質(zhì)勘探規(guī)范（GB/T13727－92）》中附錄B及有關(guān)醫(yī)療礦泉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，與大湯溝、小湯溝熱供水井水質(zhì)進(jìn)行對(duì)照評(píng)價(jià)。從評(píng)價(jià)結(jié)果中可明顯看出，地?zé)崽锕┧疅崴蟹?、偏硅酸、氡三?xiàng)指標(biāo)的含量均超過(guò)礦泉水醫(yī)療價(jià)值濃度和礦水濃度，達(dá)到命名礦水濃度，水溫亦超過(guò)具醫(yī)療價(jià)值溫度。因此大湯溝、小湯溝熱供水井礦泉水可命名為氟、硅、氡復(fù)合性天然醫(yī)療熱礦泉水。

水化學(xué)特征用庫(kù)爾洛夫式表示為：

根據(jù)水化學(xué)類型可命名為重碳酸鈉型礦泉水。

表1 武山溫泉熱水井水質(zhì)分析結(jié)果表

根據(jù)地?zé)崽餆醿?chǔ)特征，計(jì)算斷面寬度為地面實(shí)測(cè)破碎帶寬度值與熱儲(chǔ)傾角換算得出的熱儲(chǔ)真厚度，約為300m，熱儲(chǔ)層垂向厚度則根據(jù)鉆探、物探資料推測(cè)為300m，水力坡度在徑流、排泄區(qū)天然露頭點(diǎn)勾畫(huà)的等水位線圖上量取，為10‰。經(jīng)計(jì)算，地下熱水的天然資源量為3204m3/d。

分析多年長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料，大湯溝1#、2#熱水井自流量穩(wěn)定在330－350m3/d之間，平均流量為340m3/d，該溝溫泉流量始終保持在40m3/d，小湯溝兩眼開(kāi)采井熱水自流量亦穩(wěn)定在160m3/d。目前地?zé)崽锶斯ぢ额^和天然露頭總自流量為540m3/d，占地下熱水資源量的16.9%，水量、溫度和水化學(xué)成分未發(fā)生明顯改變，動(dòng)態(tài)基本穩(wěn)定。因此，以現(xiàn)狀開(kāi)采量作為允許開(kāi)采量是有充分保證的。極具開(kāi)發(fā)價(jià)值。

[1] 朱志強(qiáng)，王守穎，蘭州鐵路局洛門(mén)療養(yǎng)院地下熱水資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告，2005.11.

[2] 劉光亞，基巖地下水 [M]，地質(zhì)出版社，1979.12.

[3] 胡玉祿、胡紅文，等.5m地溫測(cè)量在地?zé)峥碧街械膽?yīng)用 [J]，水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2002.

P5[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-55-2

孟慶云（1966～），男，工程師，研究方向?yàn)樗牡刭|(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)勘查。