滇東南薄竹山地區(qū)溫泉地質(zhì)特征及成因分析*

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滇東南薄竹山地區(qū)溫泉地質(zhì)特征及成因分析*

陶時雨1，張世濤1，張東澤2，張磊3，黃威虎4

(1.昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093；2.昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，

云南 昆明 650051；3.云南省昭通市水利水電勘查設(shè)計研究院，云南 昭通 657000；

4.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，貴州 貴陽 550005)

摘要：滇東南薄竹山地區(qū)溫泉出露5處，分別分布于薄竹山花崗巖體的南西、北東兩側(cè)，均為上升泉，其熱水化學類型均為HCO3-Na+型；溫泉補給來源主要為大氣降水，補給高度在海拔2 000 m以上；呈帶狀熱儲結(jié)構(gòu)，熱儲溫度以鄰區(qū)類比為70～110 ℃；估算熱水循環(huán)深度2 580～2 977 m.區(qū)域內(nèi)北西向張性斷裂及發(fā)育的巖溶通道起主要導水作用，區(qū)內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造裂隙網(wǎng)起導熱作用.該區(qū)溫泉成因模式為大氣降水補給的斷裂深循環(huán)型地熱系統(tǒng).

關(guān)鍵詞：薄竹山溫泉；地熱地質(zhì)；水化學；成因模式

薄竹山位于云南省文山州馬關(guān)縣小街鎮(zhèn)，該區(qū)出露溫泉共5處，均位于老君山國家級自然保護區(qū)內(nèi)，分別沿3條北東向斷層呈線狀分布.所有溫泉流量都較小，現(xiàn)僅有流量較大的菖蒲塘溫泉(3.5 L/s)被當?shù)卮迕耖_發(fā)用于洗浴，其余溫泉均未開發(fā)利用.

研究總結(jié)了薄竹山地區(qū)的水文地質(zhì)特征，在分析熱能來源、熱儲結(jié)構(gòu)、溫泉補、徑、排條件等基礎(chǔ)上結(jié)合該地區(qū)地質(zhì)背景提出溫泉成因模式，為該地區(qū)進一步認識、開發(fā)地熱資源提供依據(jù).

1區(qū)域地質(zhì)背景

溫泉出露區(qū)位于滇東南華南板塊西緣的滇東南褶皺帶內(nèi)[1].區(qū)內(nèi)總體為以薄竹山花崗巖體為核心的穹窿構(gòu)造，寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系地層由內(nèi)向外依次環(huán)繞花崗巖體分布.區(qū)內(nèi)最高峰為海拔2 991 m的薄竹峰；最低處為區(qū)域南部標高1 100 m的那么果河，相對高差近1 900 m，屬強烈切割高中山地貌，地形不平坦，地勢較陡，總體上北高南低，山脊大致呈南北向分布.

1.1地層

薄竹山及其外圍出露地層主要是古生代寒武系(∈)、下奧陶統(tǒng)(O1)、下泥盆統(tǒng)(D1)及布于溝谷間松散的第四系(Q).缺失中奧陶統(tǒng)(O2)、上奧陶統(tǒng)(O3)及志留系(S)地層.沉積主要表現(xiàn)為砂泥質(zhì)建造，下部有類復(fù)理石沉積結(jié)構(gòu)特征，由下往上沉積特征逐漸穩(wěn)定.

區(qū)內(nèi)碳酸鹽類沉積巖因其溶隙、孔隙發(fā)育，有利于地表水滲入，巖溶水受大氣降雨補給后沿溶隙、孔隙向下滲透，為溫泉水的補給及流通提供了充足條件.

1.2巖漿巖

薄竹山地區(qū)巖漿活動頻繁[2]，主要為印支期、燕山期和喜馬拉雅期.巖漿巖類型以基性、酸性兩類巖為主，以侵入活動方式為主，少數(shù)為噴溢.

在地質(zhì)印支期主要是基性巖漿的噴溢和少量同類巖漿侵入，燕山期時則以酸性巖漿侵入為主，到了喜馬拉雅期酸性巖漿的侵入比燕山期大量減少.巖漿的活動為形成溫泉提供了重要的地下熱源.

1.3構(gòu)造

研究區(qū)位于華南褶皺系滇東南褶皺帶的文山—富寧斷褶束[3]，區(qū)域經(jīng)過漫長的地質(zhì)歷史時期，形成的各種構(gòu)造形跡、斷裂、褶皺相互組合、疊加發(fā)育，褶皺主要為薄竹山穹窿，斷裂則以北西向、北東向及近東西向三組為主[3].

圖1　薄竹山地區(qū)構(gòu)造綱要圖

區(qū)內(nèi)最早的構(gòu)造線方向為北東向，薄竹山地區(qū)的褶皺為軸部近北東向的背斜，而溫泉則出露于背斜的南西翼.褶皺形成時間早于薄竹山花崗巖體，主要為壓扭性斷層，具有隔水性質(zhì)，并有多期次活動的特點.

北西向斷裂垂直褶皺軸展布，有向北西撒開、向南收斂的規(guī)律，具左旋平移及多期活動的特征，表現(xiàn)出巖性較為破碎、含水性較強及透水性良好的特點，為區(qū)內(nèi)主要導水構(gòu)造.

近東西向的斷裂構(gòu)造形成最晚，切穿另外兩組較老的構(gòu)造形跡，且多表現(xiàn)出張扭性質(zhì).斷層帶中部見破碎角礫構(gòu)造，兩側(cè)巖石裂隙及張開程度逐漸增強，部分礦體順該向斷裂發(fā)育，在已有坑道內(nèi)見斷裂帶有滴水現(xiàn)象，表明為導水斷層.

2溫泉水化學特征

薄竹山地區(qū)的溫泉主要為①菖蒲塘溫泉、②腰店熱水塘、③陳家寨溫泉、④馬家寨溫泉及⑤二河溝熱水塘5個，均出露于花崗巖內(nèi)部，位于斷層位置附近.水溫41～52 ℃不等，流量0.3～3.5 L/s不等，各溫泉出露高程1 400～1 990 m不等.泉水無色，有輕微臭雞蛋氣味(H2S)，水質(zhì)清澈透明，泉口附近未見鈣華等沉積物(表1).

表1　薄竹山溫泉出露特征表

薄竹山地處云南滇東中低溫水熱活動區(qū)丘北-文山亞區(qū)的硯山-文山低溫熱水帶[4]，區(qū)內(nèi)溫泉均屬中溫溫泉(40～60 ℃)，水溫長期恒定不變.分別取4處溫泉水樣進行水化學分析(表2).

表2　薄竹山地區(qū)溫泉水化學分析表(mg/L)

數(shù)據(jù)測試單位：云南省核工業(yè)二○九地質(zhì)大隊測試研究中心

地熱水的化學成分是地下水在長期地下循環(huán)過程中形成的，它與圍巖的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地表水及冷泉水(低于25 ℃的地下水)的水質(zhì)有一定關(guān)系，由表2可知溫泉水為堿至弱堿性，均屬于硬水，與地表水化學成分相比所溶各離子成分相對增加，說明地下循環(huán)過程中與圍巖發(fā)生的物理、化學變化相對明顯.

3溫泉成因模式淺析

3.1熱源

文山州處于云南省中低溫熱儲亞區(qū)，天然熱流量2 164大卡/秒，熱儲溫度以鄰區(qū)類比為70～110 ℃，由估算循環(huán)深度的公式[6]：

式中：H—循環(huán)深度(m)；

t—熱儲溫度(℃)；

to—恒溫帶溫度(℃)，取15 ℃(即當?shù)仄骄鶜鉁丶? ℃)；

h—恒溫帶深度(m)，本區(qū)取20 m；

T—地溫梯度(℃/100 m)，該地區(qū)取3.5 ℃/100 m.

經(jīng)計算基礎(chǔ)深度約為2 580～2 977 m，地下水深循環(huán)表明更新能力較強[7-8],運移途徑較遠[9].

根據(jù)覃玉璽等[10]劃分的云南省溫泉區(qū)劃，該溫泉區(qū)屬于麗江-楚雄-綏江-文山溫泉區(qū)硯山-文山溫泉帶.據(jù)地溫等值線資料可知，巖石圈低溫分布，莫霍面上溫度僅537 ℃[11]，地殼地溫梯度平均為1.2 ℃/m，溫泉地熱場受到區(qū)內(nèi)穹窿構(gòu)造及派生斷裂控制，以薄竹山斷裂為中心，呈北東-南西向不對稱紡錘狀分布.

各項數(shù)據(jù)顯示滇東南地區(qū)為云南省低熱流區(qū)，有典型的穩(wěn)定地熱特征.在低溫熱流背景下，薄竹山花崗巖體及周邊分布的構(gòu)造斷裂網(wǎng)絡(luò)形成局部地熱異常.溫泉的熱源除了來自正常的地溫梯度外，地幔熱流、上地殼含放射性元素衰變釋放的熱量、薄竹山復(fù)式花崗巖體深部殘留的巖漿余熱等構(gòu)成了薄竹山溫泉地熱系統(tǒng).

3.2熱通道與熱儲結(jié)構(gòu)

區(qū)內(nèi)溫泉排泄于3條并列北東向菖蒲塘斷裂(F5)、腰店斷裂(F6)及背陰山-狗頭山-多依樹斷裂(F7)附近，經(jīng)區(qū)域物、化探[2]資料結(jié)合遙感解譯，斷裂切穿花崗巖體，均表現(xiàn)為逆斷層性質(zhì).斷裂向花崗巖深部延伸，擠壓破碎帶形成良好的裂隙通道對導水導熱起重要作用，深部加熱的地下水在構(gòu)造破碎帶上涌出露形成溫泉.

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)特征，區(qū)內(nèi)沒有固定的隔熱地層，熱儲結(jié)構(gòu)主要受構(gòu)造裂隙帶的控制.斷裂破碎帶在深部既是儲熱導熱空間，又是對流通道.區(qū)域資料顯示在構(gòu)造薄弱地見地熱異常現(xiàn)象，屬于帶狀熱儲結(jié)構(gòu).

3.3熱水補、徑、排條件

根據(jù)水文地質(zhì)條件，分析該區(qū)降雨量與溫泉水溫變化關(guān)系[12](圖2)，可知溫泉與大氣降水有一定關(guān)系.受到不同地層巖性對滲流的控制，區(qū)域碳酸鹽巖類地下水徑流量較大，巖溶水強烈交替循環(huán)，當淺層水與深層上涌熱水合流，就會導致水溫降低.此外熱水流運移過程中熱量擴散，也會使水溫降低.

圖2　溫泉出露區(qū)降雨量與溫度變化圖

在野外地質(zhì)調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)溫泉排泄區(qū)北西方向樂詩沖一帶有地表水流逐漸減小甚至斷流現(xiàn)象.結(jié)合其他地質(zhì)情況分析得知：該區(qū)碳酸鹽巖沉積建造的白云巖、灰?guī)r，經(jīng)過漫長的地質(zhì)構(gòu)造運動作用，除節(jié)理裂隙特別發(fā)育外，深部物探結(jié)果可知巖溶也較發(fā)育，貫通的巖溶裂隙使地表水流下滲，在地下形成富水性良好的含水層.而該區(qū)的溫泉均為上升泉，表現(xiàn)出明顯的承壓性.根據(jù)地下水動力學原理[13]結(jié)合溫泉區(qū)流溢的高程分析，溫泉群補給高度在海拔2 000 m以上，這與北西側(cè)樂詩沖一帶的高程情況完全吻合.在地表接受大氣降水補給以后，沿熔巖裂隙及北西向的張性斷裂向深部徑流，形成深循環(huán)的地下水.

圖3薄竹山溫泉成因模式圖

Fig.3The genesis model chart of hotspring in Bozhushan area

丘北-文山亞區(qū)內(nèi)[4]地熱水與冷泉水化學成分相似，F(xiàn)、CO2含量極微，SiO2、K、Na含量有隨水溫升高而有增加趨勢，表明熱水與冷泉水之間有補給關(guān)系，說明該區(qū)地下水力聯(lián)系較為密切.在區(qū)域構(gòu)造控制下復(fù)雜的裂隙網(wǎng)既溝通了深部熱源，也為地下水深循環(huán)吸收熱量、排泄出露提供重要的通道，起導熱、導水的作用.

4小結(jié)

通過以上分析，薄竹山地區(qū)溫泉地熱系統(tǒng)的成因模式可概括為：大氣降水在向地殼深處滲流過程中，隨著深度的增加溫度升高，在循環(huán)達到一定深度后，因巖漿余熱的加熱，然后在適宜的條件下又沿著導水的構(gòu)造裂隙流至地表形成溫泉，因此定義為深層滲入循環(huán)型上升溫泉.

參考文獻:

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Analysis of Geological Characteristics and Genesis of Hot

Springs in Bozhushan Area in Southeast of Yunnan Province

TAO Shi-yu1， ZHANG Shi-tao1， ZHANG Dong-ze1， ZHANG Lei2， HUANG Wei-hu4

(1. College of Land Resources Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China；

2.Kunming Engineering & Research Institute of Non-ferrous Metallurgy Co.，LTD,

Kunming 650051，China；3.Zhaotong Investigation，Design & Research Institute of Water Conservancy &

Hydropower,Zhaotong 657000，China；4.Non-ferrous Metals and Nuclear Industry Geological

Exploration Bureau of Guizhou, Guiyang 550005，China)

Abstract:There are five hot springs，which is distributed in the south west and north east side of granite body in Bozhushan area in southeast of Yunnan Province.All of them are ascending springs and the heat-hydro chemical type is HCO3-Na+.The source of replenishment is atmospheric precipitation，and its replenishment height is above an altitude of 2 000 m.The reservoir structure is banded，and its temperature is 70～110 ℃ according to analogy with adjacent regions. Estimated heat-water circulation depth is 2 580～2 977 m.Main water channels are the north-west faults and karst channel of this area，furthermore the structural fissures network plays a role of conducting heat.The genetic model of springs in this area is fracture deep circular geothermal system recharged from atmospheric precipitation.

Keywords:Hot springs of Bozhushan area; Geothermal geology; Hydrochemistry; Genetic model

中圖分類號：P641；P56

文獻標志碼：A

文章編號：1007-9793(2015)06-0065-05

通信作者：張世濤，教授，博士生導師，主要從事區(qū)域地質(zhì)與成礦作用方面研究.Email：taogezhang@hotmail.com.

作者簡介：陶時雨(1989-)，男，云南普洱人，傣族，碩士研究生，主要從事區(qū)域構(gòu)造、水文地質(zhì)與工程地質(zhì)方面研究.Email：576622591@qq.com.

基金項目：云南省地質(zhì)勘查基金資助項目(Z201102).

收稿日期：*2015-08-10