冷熱混合作用下的巖溶地下熱水形成機(jī)制新認(rèn)識(shí)*

肖 勇 莫 培 張巨峰 趙曉彥 李江南 張 鵬 李飛楊

(①西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院， 成都 611756， 中國(guó))

(②中鐵十九局集團(tuán)第七工程有限公司， 珠海 519000， 中國(guó))

0 引 言

隨著我國(guó)“交通強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)和交通事業(yè)的快速發(fā)展，交通工程建設(shè)逐漸向復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)延伸，并朝著“長(zhǎng)大深”方向發(fā)展，使我國(guó)交通建設(shè)不斷面臨新的形勢(shì)和難題(趙志宏等， 2021)。尤其是川藏鐵路世紀(jì)工程建設(shè)的正式實(shí)施，給我國(guó)交通工程建設(shè)帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)(彭建兵等， 2020)。高溫?zé)岷κ俏覈?guó)艱險(xiǎn)山區(qū)交通建設(shè)面臨的主要工程地質(zhì)問(wèn)題之一(郭長(zhǎng)寶等， 2020)，其存在不僅增加施工難度、拖緩工期、降低經(jīng)濟(jì)效益，還可能危及人員健康以及交通結(jié)構(gòu)物安全(朱宇等， 2019)。正確認(rèn)識(shí)地?zé)嵯到y(tǒng)成因機(jī)制是解決高溫?zé)岷?wèn)題的關(guān)鍵。

國(guó)內(nèi)外圍繞地?zé)嵯到y(tǒng)開(kāi)展了大量工作，在熱源、熱儲(chǔ)構(gòu)造、熱儲(chǔ)溫度、地下熱水補(bǔ)給來(lái)源與循環(huán)深度等方面取得了卓越成就和豐富認(rèn)識(shí)(郎旭娟等， 2016； Guo et al.，2017； Ta et al.，2019； Yang et al.，2019； 廖昕等， 2020； 羅璐等， 2020； Mao et al.，2021)。作為典型的地?zé)犷愋?，巖溶型地?zé)嵯到y(tǒng)在我國(guó)分布極為廣泛(張薇等， 2019)。然而，在巖溶地?zé)嵯到y(tǒng)研究中卻很少關(guān)注到巖溶發(fā)育對(duì)于地?zé)嵯到y(tǒng)形成模式的影響。一般而言，巖溶介質(zhì)在水的作用下易形成連通性較好的巖溶通道，較孔隙介質(zhì)和裂隙介質(zhì)具有更好的水循環(huán)交替條件(韓行瑞， 2015)。以往的巖溶地?zé)嵯到y(tǒng)研究已發(fā)現(xiàn)，排泄區(qū)地下熱水具有深循環(huán)熱水與淺循環(huán)冷水混合的顯著特征(Sun et al.，2016)。實(shí)際上，這些冷、熱水混合作用不可輕易忽視，在巖溶較為發(fā)育的條件下排泄區(qū)熱水中冷水混入比例可高達(dá)65%(隋海波等， 2017)，甚至接近90%(余琴等， 2017)。強(qiáng)烈的冷、熱水混合作用會(huì)遮蔽出露熱水?dāng)y帶的真實(shí)“信息”，使得對(duì)地?zé)嵯到y(tǒng)屬性(如熱儲(chǔ)溫度、熱水循環(huán)深度)的認(rèn)知偏于保守(Yang et al.，2019)，從而導(dǎo)致對(duì)地?zé)嵯到y(tǒng)成因模式的認(rèn)識(shí)存在一定偏差，不利于高溫?zé)岷?wèn)題的有效處理。

基于此，本文以川東銅鑼山背斜典型巖溶地?zé)嵯到y(tǒng)——統(tǒng)景地?zé)釣檠芯繉?duì)象，通過(guò)系統(tǒng)采集巖溶地下冷水和地下熱水，深入探討巖溶型地?zé)嵯到y(tǒng)熱水出露過(guò)程中的冷、熱水混合作用，并據(jù)此獲取巖溶地?zé)嵯到y(tǒng)客觀屬性，揭示強(qiáng)烈冷、熱水混合作用下的巖溶地下熱水系統(tǒng)成因模式。本研究可為川藏鐵路沿線及其他地區(qū)巖溶型地?zé)嵯到y(tǒng)成因模式的正確認(rèn)識(shí)提供參考。

1 研究區(qū)概況

四川盆地是我國(guó)巖溶型地?zé)岬闹饕植紖^(qū)之一，其中尤以川東平行嶺谷地區(qū)最為密集。川東平行嶺谷為一系列NE-NNE向分布的巖溶背斜，又稱隔擋式構(gòu)造，這些巖溶背斜形成了區(qū)域地形、地貌和地質(zhì)條件的總體控制。銅鑼山背斜是川東系列巖溶背斜中的典型代表，其北起四川鄰水縣，南至重慶銅鑼?shí){長(zhǎng)江南岸，全長(zhǎng)約180km，呈NNE向延展(圖1)。銅鑼山背斜軸部隆起形成“背斜脊?fàn)钌健?，受溶蝕作用和差異風(fēng)化影響，核部溶蝕形成巖溶槽谷，地貌上呈“一山二槽三嶺”的形態(tài)(圖2)。

圖2 研究區(qū)A-A′剖面地質(zhì)圖

圖1 銅鑼山背斜地質(zhì)簡(jiǎn)圖

銅鑼山背斜軸部出露三疊紀(jì)嘉陵江組(T1j)和雷口坡組(T2l)地層，巖性為碳酸鹽巖(灰?guī)r、白云巖)夾膏巖(石膏與硬石膏)，巖溶和構(gòu)造裂隙發(fā)育。鉆孔揭露背斜核部以下發(fā)育三疊紀(jì)下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)碎屑巖夾碳酸鹽巖。兩翼依次展布為三疊紀(jì)上統(tǒng)須家河組(T3xj)碎屑巖與侏羅紀(jì)(J)紅色砂巖、頁(yè)巖、泥巖等。銅鑼山背斜地下水主要以巖溶水形式賦存于T1j和T2l碳酸鹽巖地層中，T1f地層形成背斜下部的相對(duì)隔水層，T3xj和J地層則形成上部的相對(duì)隔水層。銅鑼山背斜地區(qū)地下熱水資源豐富，主要賦存于500m以深的T1j碳酸鹽巖含水層中，并在地表出露于T1j和T2l地層。據(jù)前人報(bào)道，該區(qū)深部碳酸鹽巖層(埋深1～3km)發(fā)育溶蝕裂隙、巖溶空隙和洞穴等古巖溶(程群等， 2015)，因此該區(qū)地?zé)崴畬賻r溶地下熱水。

統(tǒng)景地?zé)嵛挥阢~鑼山背斜中南部，重慶市渝北區(qū)統(tǒng)景鎮(zhèn)境內(nèi)。銅鑼山背斜在統(tǒng)景境內(nèi)被長(zhǎng)江支流溫塘河?xùn)|西向橫切，并與東側(cè)御臨河南北向平行。受地形控制，銅鑼山背斜南東側(cè)地表水匯入御臨河，北西側(cè)地表水則匯入溫塘河。巖溶槽谷區(qū)域內(nèi)的地表水和地下水主要沿地層走向由NNE向SSW方向徑流(圖1)。統(tǒng)景地?zé)崴?包括天然出露泉水和人工鉆井熱水)均分布于背斜軸部T1j地層的溫塘河橫切溝谷內(nèi)(余琴等， 2017)。統(tǒng)景地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，多年平均氣溫約18.8℃，多年平均降雨量約1200mm，年內(nèi)降水分布不均，年內(nèi)5～9月為豐水期， 12月至次年3月為枯水期，其余月份為平水期。區(qū)內(nèi)地下水動(dòng)態(tài)與年內(nèi)降水變化密切相關(guān)。

表1 統(tǒng)景地區(qū)地下冷熱水水化學(xué)與同位素測(cè)試分析結(jié)果

2 樣品采集與測(cè)試

2019年11月在研究區(qū)開(kāi)展了野外調(diào)查和樣品采集工作，共采集4組地下水樣品，其中銅鑼山背斜核部巖溶地下冷水樣品3組(S1、S2、S3)，統(tǒng)景巖溶地下熱水樣品1組(T1-1)。

同時(shí)收集了前人研究中涉及的區(qū)內(nèi)巖溶地下冷水樣品測(cè)試結(jié)果2組(S4、S5)(漆繼紅等， 2011； 余琴等， 2017)，以及重慶地勘局地下熱水監(jiān)測(cè)資料(T1-2、T1-3、T1-4、T2、T3-1、T3-2、T4、T5，其中T1和T3分別采集了3期和2期)(方明洋等， 2016)。樣點(diǎn)分布及測(cè)試結(jié)果分別見(jiàn)圖1和表1所示，其中T1、T2、T3、T5為鉆井地?zé)崴?，T4為天然出露熱泉水。

水樣采集前均使用HANNA產(chǎn)HI98130型便攜式水質(zhì)分析儀原位測(cè)定擬采集水體水溫(T)、pH等指標(biāo)。水樣采用高密度聚乙烯瓶采集，采樣前利用擬采水體充分涮洗采樣瓶3～5次，并根據(jù)不同的測(cè)試需求密封并編號(hào)，每組樣品均采集兩份用于設(shè)置對(duì)照試驗(yàn)消除誤差。樣品采集后48h內(nèi)送至實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

3 結(jié) 果

3.1 水文地球化學(xué)特征

統(tǒng)景地區(qū)巖溶地下冷水水溫介于18.6～22.3℃，與當(dāng)?shù)卮髿鈿鉁鼗疽恢?，pH值介于6.90～8.41之間，TDS值為142.0～637.3mg·L-1，總體屬于弱酸性至弱堿性淡水(表1)。區(qū)內(nèi)巖溶地下熱水出露溫度介于37.8～62.0℃，pH值為6.80～8.21，TDS值為2167.0～2617.1mg·L-1，為弱酸性至弱堿性高礦化度中低溫地下熱水。

圖3 研究區(qū)水樣Piper圖

3.2 環(huán)境同位素組成特征

為全面探討統(tǒng)景巖溶地下冷水和熱水氫氧穩(wěn)定同位素指示意義，本文系統(tǒng)收集了銅鑼山背斜區(qū)域巖溶地下冷、熱水氫氧穩(wěn)定同位素值(羅云菊等， 2006； 漆繼紅等， 2011； 郭彤等， 2018； Yang et al.，2019)，同時(shí)引入重慶地區(qū)大氣降水線(δD=7.35×δ18O+8.05)(程群等， 2015)作對(duì)比(圖4)。

圖4 研究區(qū)氫氧穩(wěn)定同位素分布特征圖(區(qū)域數(shù)據(jù)引自羅云菊等，2006；漆繼紅等，2011；郭彤等，2018；Yang et al.，2019)

4 討 論

4.1 冷熱水混合作用

統(tǒng)景地下熱水為巖溶型地?zé)崴瑤r溶介質(zhì)的特殊性使得其地下熱水在出露過(guò)程中容易受到淺循環(huán)冷水混入。從氫氧穩(wěn)定同位素組成特征(圖4)來(lái)看，區(qū)域巖溶地下熱水整體呈現(xiàn)出向地下冷水逐漸過(guò)渡的氫氧穩(wěn)定同位素組成特征，說(shuō)明區(qū)域巖溶地下熱水出露過(guò)程中存在不同程度的冷熱水混合。

為了揭示統(tǒng)景地區(qū)出露地?zé)崴幕旌铣潭?，本文引入硅焓方程法?jì)算其冷熱水混合比例。該方法在忽略熱水與圍巖熱量交換產(chǎn)生能量損失的前提下，借助水中SiO2溶解度與溫度、焓值的關(guān)系，間接獲取冷熱水混合比例和地下熱儲(chǔ)溫度。假設(shè)混合后冷水所占的比例為X，則地下熱水的初始焓值和初始SiO2含量與混入冷水后的最終焓值和最終SiO2含量的關(guān)系可以表示如下：

(1)

(2)

式中：X1為熱水初始溫度下計(jì)算出的每一種焓值的混入比；X2為熱水初始溫度下計(jì)算出的每一種SiO2含量的混入比；Sh為深部熱水的初始焓值(J·g-1)；Ss為地下熱水的最終焓值(J·g-1)；Sc為近地表冷水的焓值(J·g-1)，近似等于攝氏溫度數(shù)(郎旭娟等， 2016)，本文取區(qū)內(nèi)調(diào)查地下冷水(表1)的攝氏溫度數(shù)均值，即20.2J·g-1； SiO2h為深部熱水SiO2的初始含量(mg·L-1)； SiO2s為地下熱水SiO2的最終含量(mg·L-1)； SiO2c為地下冷水的SiO2含量，本文取采集地下冷水樣品均值，即9.8mg·L-1。本研究中的地?zé)崴到y(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定，熱水與圍巖熱量交換造成的能量損失可基本忽略不計(jì)，符合硅焓方程前提條件。根據(jù)硅焓法獲得統(tǒng)景地區(qū)巖溶地下熱水與冷水混合比例關(guān)系如圖5所示。

圖5 巖溶地下熱水溫度與冷水混入比關(guān)系圖

總體而言，統(tǒng)景巖溶地下熱水在淺表附近發(fā)生了較大比例的冷水混入，冷水混入比均值高達(dá)76.6%。具體地，T1點(diǎn)地下熱水的冷水混入比例為69.7%～76.4%，均值為73.4%； T2點(diǎn)地下熱水的冷水混入比例為78.8%； T3點(diǎn)地下熱水的冷水混入比例為73.4%～78.8%，均值為76.1%； T4點(diǎn)地下熱水的冷水混入比例為88.5%。4個(gè)取樣點(diǎn)冷水混入比例均值大小順序?yàn)門(mén)1(73.4%)

4.2 地下熱水補(bǔ)給來(lái)源

環(huán)境同位素是研究地下水的天然示蹤劑。水的氫氧穩(wěn)定同位素常被用于揭示地下水的補(bǔ)給來(lái)源、補(bǔ)給特征、徑流路徑以及水巖作用過(guò)程等(秦大軍等， 2019； 王禮恒等， 2019)。

統(tǒng)景地區(qū)巖溶地下熱水與巖溶地下冷水具有顯著的氫氧穩(wěn)定同位素組成差異(圖4)，表明兩者具有不同的補(bǔ)給特征。地下熱水較地下冷水具有明顯的重同位素貧化特征，指示其具有更高的補(bǔ)給高程。此外，區(qū)域巖溶地下熱水還表現(xiàn)出18O 漂移現(xiàn)象，說(shuō)明巖溶地下熱水接受補(bǔ)給后經(jīng)歷了深循環(huán)，在含水層中滯留時(shí)間較長(zhǎng)，擁有足夠時(shí)間與圍巖發(fā)生氧同位素交換(Guo et al.，2017)。巖溶地下熱水年齡逾1萬(wàn)年(漆繼紅等， 2011)，印證了這一結(jié)論。

補(bǔ)給高程是影響大氣降水補(bǔ)給來(lái)源水體氫氧穩(wěn)定同位素組成特征的重要因素，即高程效應(yīng)(顧慰祖， 2011)。通過(guò)水體氫氧穩(wěn)定同位素組成可估算其補(bǔ)給高程并圈定補(bǔ)給區(qū)(Mao et al.，2021)。補(bǔ)給高程計(jì)算公式如下：

(3)

由前述分析可知，地下熱水在上升排泄過(guò)程中接受了大量淺循環(huán)巖溶冷水混入，會(huì)改變其氫氧穩(wěn)定同位素組成，因此需要消除冷水混入的影響。本文引入二元混合模型(式4)反算未混合的深部地下熱水氫氧穩(wěn)定同位素值(戴蔓等， 2021)。

(4)

表2 巖溶地下熱水補(bǔ)給高程

基于消除冷水混入影響前后的地下熱水δD值，利用補(bǔ)給高程式(3)估算結(jié)果如表2所示。未消除冷水混入影響的熱水補(bǔ)給高程為474～531m，而消除冷水混入影響的熱水補(bǔ)給高程則為2128～2388m，兩者均值差異高達(dá)449%。銅鑼山背斜地勢(shì)整體呈北高南低，其地?zé)崴到y(tǒng)補(bǔ)給區(qū)位于背斜北部巖溶裸露區(qū)，高程介于1400～2200m(程群等， 2015)，與消除冷水混入影響的熱水補(bǔ)給高程估算值基本一致，而未消除冷水混入影響的估算結(jié)果則嚴(yán)重低估了其補(bǔ)給高程(平均被低估約78%)。

4.3 熱儲(chǔ)溫度

熱儲(chǔ)溫度是反映地?zé)嵯到y(tǒng)屬性的重要指標(biāo)(Tian et al.，2018)，也是評(píng)價(jià)地?zé)嵯到y(tǒng)開(kāi)發(fā)利用潛力的關(guān)鍵(Yang et al.，2019)。地?zé)崴厍蚧瘜W(xué)溫標(biāo)是研究地?zé)嵯到y(tǒng)熱儲(chǔ)溫度的重要手段，常用的地?zé)釡貥?biāo)包括Na-K溫標(biāo)、Na-K-Ca溫標(biāo)、K-Mg溫標(biāo)、SiO2溫標(biāo)等(Abdelali et al.，2020)。地球化學(xué)溫標(biāo)均是基于地?zé)崴c熱儲(chǔ)圍巖礦物在不同溫度條件下形成的化學(xué)平衡反演熱儲(chǔ)溫度(Li X et al.，2020)。由前述可知，統(tǒng)景地區(qū)地下熱水上升至淺表附近受到淺循環(huán)冷水的大量混入，冷水的大量混入可能會(huì)破壞地?zé)崴谏畈繜醿?chǔ)層中形成的化學(xué)平衡痕跡(Li Y et al.，2020)。因此，需要考慮各地?zé)釡貥?biāo)的適用性。

水-巖平衡狀態(tài)是選取合適地?zé)釡貥?biāo)的重要判據(jù)。從Na-K-Mg圖解可見(jiàn)，統(tǒng)景地區(qū)地?zé)崴畼悠肪湓谖闯墒焖畢^(qū)(圖6)，證實(shí)了淺循環(huán)冷水混入改變了地?zé)崴蠳a、K、Mg的水-巖平衡狀態(tài)，破壞了其在深部熱儲(chǔ)層中形成的高溫平衡痕跡。因此不能直接選用Na-K、Na-K-Ca、K-Mg等溫標(biāo)估算熱儲(chǔ)溫度。

圖6 研究區(qū)地下熱水Na-K-Mg三角圖

SiO2是地?zé)崴兄匾闹甘拘缘V物，其在冷水中溶解度極其有限，而在高溫?zé)崴h(huán)境中溶解度則較大，并且其在熱水冷卻或冷水混入過(guò)程中不會(huì)發(fā)生礦物溶解再平衡，是地?zé)嵯到y(tǒng)熱儲(chǔ)層溫度的理想記錄指標(biāo)(Abdelali et al.，2020)。自然界中SiO2具有多種礦物存在形式，如石英、玉髓、α方石英、β方石英和無(wú)定形SiO2，因此需要判斷熱水中各SiO2礦物的溶解狀態(tài)及其作為地?zé)釡貥?biāo)的適用性。

本文引入SiO2與log(K2/Mg)關(guān)系圖判斷各SiO2礦物的溶解情況(Giggenbach et al.，1992)。從圖7中可知，統(tǒng)景地區(qū)地下熱水均分布于石英和玉髓礦物溶解線之間，表明其溶解SiO2主要來(lái)自石英和玉髓。礦物飽和度模擬結(jié)果(表3)表明，地下熱水中石英和玉髓均處于近飽和至過(guò)飽和狀態(tài)，證實(shí)了上述結(jié)論。因此，選用石英和玉髓溫標(biāo)計(jì)算熱儲(chǔ)溫度較為適宜。

圖7 SiO2礦物溶解判別圖

由前述研究可知，研究區(qū)地下熱水出露過(guò)程中受到了大量冷水混入，直接運(yùn)用淺表地下熱水測(cè)得的SiO2含量估算熱儲(chǔ)層溫度具有較大誤差(郎旭娟等， 2016)。為消除冷熱水混合影響，本文基于淺循環(huán)巖溶冷水和混合后出露熱水?dāng)?shù)據(jù)以及前述硅焓方程計(jì)算的冷水混入比例，采用二元混合模型(式4)反算出未混合的原始熱水SiO2含量(郎旭娟等， 2016)，并據(jù)此估算消除冷、熱水混合影響的地?zé)嵯到y(tǒng)熱儲(chǔ)溫度(表3)。

采用無(wú)蒸汽損失石英溫標(biāo)法、最大蒸汽損失石英溫標(biāo)法和玉髓溫標(biāo)法(Mao et al.，2021)計(jì)算地?zé)嵯到y(tǒng)消除冷、熱水混合前后的熱儲(chǔ)溫度。對(duì)比計(jì)算結(jié)果(表3)可知，未消除冷水混入影響的熱儲(chǔ)溫度估算值顯著低于消除冷水混入影響的估算值(低38%～57%，均值45%)，其中未消除冷水混入影響的玉髓溫標(biāo)估算值(46～57℃)甚至與出露溫度(38～53℃)基本一致。而實(shí)際上，出露過(guò)程中的大量冷水混入(混入比73%～89%)會(huì)極大程度地降低熱水溫度，因此未消除冷水混入影響的熱儲(chǔ)溫度估算結(jié)果嚴(yán)重偏離實(shí)際。

表3 地?zé)崴趸璧V物飽和度指數(shù)與熱儲(chǔ)溫度估算結(jié)果

從估算結(jié)果來(lái)看，消除冷水混入影響的無(wú)蒸汽損失石英溫標(biāo)法估算的熱儲(chǔ)溫度介于128～171℃，最大蒸汽損失石英溫標(biāo)法估算結(jié)果為125～161℃，玉髓溫標(biāo)估算結(jié)果為101～149℃(表3)。無(wú)蒸汽損失的石英溫標(biāo)法和最大蒸汽損失的石英溫標(biāo)法估算結(jié)果接近，玉髓溫標(biāo)法估算結(jié)果偏低。前述硅焓方程法估算的熱儲(chǔ)層溫度為129～172℃(圖5)，與無(wú)蒸汽損失石英溫標(biāo)法估算結(jié)果一致，說(shuō)明消除冷水混合影響后的無(wú)蒸汽損失石英溫標(biāo)法估算結(jié)果較為準(zhǔn)確。綜合石英溫標(biāo)法和硅焓方程法結(jié)果，研究區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)熱儲(chǔ)層溫度取值為128～172℃較為適宜。

4.4 巖溶地下熱水形成模式

統(tǒng)景地?zé)釣榈湫偷闹?低溫巖溶型地?zé)嵯到y(tǒng)，其形成、分布與四川盆地邊緣的隔擋式構(gòu)造及碳酸鹽巖地層分布密切相關(guān)。

研究區(qū)位于坳陷盆地邊緣，基底古老，深部無(wú)巖漿活動(dòng)，且幔源熱和放射熱微弱，其熱源主要為地?zé)嵩鰷?拓明明等， 2018)。區(qū)域隔擋式巖溶嶺谷構(gòu)造地貌為地下熱水形成、運(yùn)移、出露提供了適宜的條件。T1j和T2l碳酸鹽巖地層為地?zé)嵯到y(tǒng)提供了良好的水熱運(yùn)移和儲(chǔ)存場(chǎng)所，其下部的T1f碎屑巖地層和上部的T3xj和J砂巖、頁(yè)巖、泥巖地層分別形成了地?zé)嵯到y(tǒng)有效的下部隔水條件和上部蓋層條件，為地?zé)嵯到y(tǒng)的水熱儲(chǔ)、運(yùn)奠定了重要基礎(chǔ)。同時(shí)，槽谷式背斜山使得T1j和T2l碳酸鹽巖地層出露地表，并被溶蝕形成巖溶洼地、落水洞等地貌，為地下熱水系統(tǒng)補(bǔ)給提供了有利條件。

綜合區(qū)域構(gòu)造、地?zé)岬刭|(zhì)、水文地質(zhì)、水文地球化學(xué)和環(huán)境同位素等研究成果，構(gòu)建獲得川東銅鑼山巖溶槽谷背斜地下熱水系統(tǒng)形成模式(圖8)。地?zé)嵯到y(tǒng)在銅鑼山背斜北部2100～2400m高程的巖溶槽谷區(qū)接受大氣降水補(bǔ)給； 補(bǔ)給水進(jìn)入T1j和T2l碳酸鹽巖含水層后向深部徑流，在深循環(huán)過(guò)程中受地溫增溫加熱，深部碳酸鹽巖熱儲(chǔ)溫度可達(dá)128～172℃； 地下熱水整體隨地勢(shì)和構(gòu)造延展方向，由北東向南西徑流，在河流深切位置，沿巖溶通道向上徑流，并在上升過(guò)程中與巖溶槽谷局部淺循環(huán)冷水發(fā)生混合，混合比高達(dá)73%～89%，導(dǎo)致熱水出露(包括自然出露和鉆孔揭露)溫度降至38～62℃。

圖8 冷熱水混合作用下的巖溶地下熱水形成模式示意圖

5 結(jié) 論

(1)銅鑼山背斜地下熱水出露受隔擋式構(gòu)造及碳酸鹽巖地層分布控制，出露溫度為38～62℃，pH為6.80～8.21，TDS介于2～3g·L-1，水化學(xué)類型為SO4-Ca型，為中-低溫硫酸型巖溶地下熱水。

(2)銅鑼山背斜地下熱水形成模式為其自北部2100～2400m的巖溶裸露區(qū)接受大氣降水補(bǔ)給，補(bǔ)給水沿T1j和T2l碳酸鹽巖儲(chǔ)層向深部徑流，經(jīng)地溫增溫加熱，巖溶熱儲(chǔ)層溫度為128～172℃，熱水在地勢(shì)和構(gòu)造控制下由北東向南西徑流，在地形深切處沿巖溶通道向上徑流，并逐漸受到局部淺循環(huán)冷水混入，比例高達(dá)73%～89%，水溫降低至38～62℃。

(3)巖溶型地?zé)嵯到y(tǒng)熱水出露過(guò)程中會(huì)受到大量淺循環(huán)冷水混入，強(qiáng)烈的冷熱水混合作用會(huì)破壞出露地下熱水?dāng)y帶的地?zé)嵯到y(tǒng)“信息”，從而誤導(dǎo)巖溶地下熱水成因模式認(rèn)識(shí)。以統(tǒng)景地?zé)釣槔?，其補(bǔ)給高程平均低估約78%，熱儲(chǔ)溫度平均低估約45%。因此，巖溶型地下熱水系統(tǒng)成因模式研究中應(yīng)給予冷、熱水混合作用足夠重視。