甘肅東南地區(qū)地球化學(xué)特點(diǎn)及其地質(zhì)意義研究

（核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 712000）

甘肅東南地區(qū)地質(zhì)活躍，位于華北、華南板塊構(gòu)造之間，且處于秦嶺山脈地帶，地震頻發(fā)，地質(zhì)活動很不穩(wěn)定，同時，該地區(qū)還水熱資源豐富，水循環(huán)和水化學(xué)類型多樣，地下流體收到各種影響及化學(xué)反應(yīng)不斷上升，形成溫泉流體，溫泉中包含很多化學(xué)元素，如氧、氫、氦等，以及鉀離子、鈣離子、碳酸根離子等，流體能夠很好的反應(yīng)巖石圈特性，也能通過溫度、循環(huán)時間、巖石破碎的程度來判斷地下流體的組成成分，進(jìn)而對地球化學(xué)特性更加了解。地震活動多發(fā)也會對溫泉水的動力條件以及水巖反應(yīng)帶來重要影響，采用溫泉水化學(xué)特性分析來監(jiān)測地震活動也是地震監(jiān)測有效的方法和手段[1]。本文主要分析了甘肅省東南地區(qū)水化學(xué)類型以及熱水來源，流體上升形成溫泉對溫泉水成分含量帶來不同的影響，也會對地震等各方面地質(zhì)活動的異常有所掌握。文本采用了七個地區(qū)的水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，研究了水熱循環(huán)特性和同位素等各種組成成分，進(jìn)而更加了解溫泉流體的來源和形成，促進(jìn)人們對地球化學(xué)特點(diǎn)的了解，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

甘肅東南地區(qū)地處華北板塊、華南板塊之間，同時位于中央造山地帶，和南北地震帶的交匯區(qū)域，北面和祁連造山板塊相連，總體構(gòu)造位于東昆侖斷裂和西秦嶺北緣斷裂區(qū)域，具有十分重要的地理特性，圖1為甘肅東南地區(qū)的西秦嶺地形結(jié)構(gòu)圖，正是由于該地區(qū)鄭重特殊構(gòu)造，具有復(fù)雜的地質(zhì)特性和溫泉流體形成的必備條件，該地區(qū)具有重要的研究價值。

圖1 西秦嶺構(gòu)造單元示意圖

秦嶺造山帶是由于華北板塊和華南板塊的相互碰撞擠壓過程形成的，通過長時間的相互作用影響形成當(dāng)今的板塊構(gòu)造局勢，主要分為三層構(gòu)造巖石地層單位，一是晚太古代到早元古代形成的火山沉積變質(zhì)巖系，二是晚古生代到中三疊紀(jì)形成的裂陷沉積帶來的花崗巖和蛇綠巖等，三是中新生代時陸盆地沉積以及構(gòu)造巖漿活動，由于以上特性，甘肅東南地區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)比較活躍，容易發(fā)生地震以及其他地質(zhì)變化，再加上該地區(qū)的地?zé)?、水熱資源十分豐富，地質(zhì)板塊活動帶動流體不斷上升到地面，形成溫泉，表現(xiàn)出良好的映震能力[2，3]。

2 采樣方法和測量結(jié)果

如何更好的對溫泉流體地球化學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行更好的分析和把握，需要對當(dāng)?shù)厮w進(jìn)行實驗，觀察水質(zhì)變化以及成因，才能更深層的了解地質(zhì)特性，分析地質(zhì)與地震的關(guān)系。本文主要通過采樣實驗的方式來分析結(jié)果，采取了清水地震臺、武山地震臺、成縣地震臺等共七處地方的不同溫泉水樣，表1為本文所選取的采樣點(diǎn)地區(qū)的水化學(xué)及同位素的分析結(jié)果，明顯看出所有的溫泉水質(zhì)pH值均在7到8之間，總體溫度表現(xiàn)為北部水溫高于南部水溫，同時各種金屬離子含量越高、礦化度越明顯，如鈉離子含量最高，鈣離子次之。

3 溫泉流體地球化學(xué)特點(diǎn)的討論和分析

本文針對甘肅東南地區(qū)七處溫泉流體水資源采樣并進(jìn)行水化學(xué)以及同位素的分析，能夠進(jìn)一步掌握溫泉流體地球化學(xué)特性，下面對穩(wěn)定同位素、水化學(xué)分析以及熱儲溫度和深度三個方面進(jìn)行詳細(xì)分析與探討。

第一，穩(wěn)定同位素，主要包括氫氧同位素分析和氦同位素分析。

（1）甘肅地區(qū)地下熱水資源的來源有可能是大氣降水、巖漿水和變質(zhì)水，其中大氣降水與氫氧同位素屬于線性關(guān)系，圖2顯示了當(dāng)?shù)販厝臍溲跬凰亟M成結(jié)構(gòu)，通過分析該地區(qū)水質(zhì)中氫氧同位素的含量變化，能夠得到該溫泉的水大部分來源于大氣降水，并且實在水巖作用的相互影響下逐漸形成的。

圖2 溫泉水氫氧同位素組成

（2）氦屬于一種惰性元素，能夠作為良好的跟蹤劑使用，其中，通過分析得知，在地殼、地幔以及大氣中的含量差異十分顯著，在通渭溫泉中，氦同位素是構(gòu)成殼源形成的主要原因，而武泉水具有明顯的大氣成因，主要是由于該地區(qū)地層斷裂程度比較小，大氣降水經(jīng)過斷裂層流出[4]。

第二，水化學(xué)分析，主要從水化學(xué)類型、水化學(xué)變化與地震兩方面討論。

（1）影響水化學(xué)類型的因素有很多，主要包括地質(zhì)構(gòu)造、水動力以及地?zé)釛l件有關(guān)，通過這些相互作用可以反映出地質(zhì)巖層的特性以及水巖交互的作用類型。本文將七處地區(qū)的溫泉樣本總共分成四種類型，分別為Na*Ca-SQ4、Ca*Mg-SQ4、Na-HCO3*SQ4、Ca*Mg-SQ4*HCO3四 種。通過分析，通渭、清水兩地的溫泉屬于Na*Ca-SQ4類型的，主要地層構(gòu)造包括變質(zhì)巖、花崗巖以及第三系碎屑等。天水和武都地區(qū)的溫泉都屬于Ca*Mg-SQ4類型，pH值偏高，含水層包括相互交互的碎屑、泥巖、灰?guī)r等，此處的溫泉水溫較低，是由于地下水循環(huán)深度較淺。武山地區(qū)的兩處溫泉屬于Na-HCO3*SQ4類型，含水層包括花崗巖、及第三系碎屑加石膏，在地下水循環(huán)過程中，鈉離子聚集，是整體溫泉水的性質(zhì)呈現(xiàn)為弱堿性，同時由于淺層水的混入，致使該地兩處溫泉水溫偏低。最后屬于Ca*Mg-SQ4*HCO3類型的溫泉水為成縣溫泉，通過誰知分析得出鈉離子和氯離子含量較少，陽離子主要是含鈣的巖石溶解物帶來的鈣離子，但大部分都是沉淀形式，因此對總?cè)芙舛鹊挠绊懖桓摺?/p>

（2）甘肅東南地區(qū)的溫泉多處于板塊之間以及山脈斷層之間，地質(zhì)構(gòu)造活躍，容易引發(fā)地震，受到深處應(yīng)力狀態(tài)，改變了斷層對水的運(yùn)移環(huán)境，最終導(dǎo)致地下流體產(chǎn)生化學(xué)異常。在地震發(fā)生前，溫泉中的各種離子含量總體趨于穩(wěn)定狀態(tài)，但在地震發(fā)生后，各離子的含量變化巨大。其中，由于清水溫泉處于地震深處斷裂帶，造成裂隙縮減，溫泉水循環(huán)深度變淺，導(dǎo)致震后水溫下降，證明了地震會對溫泉水體變化具有重要影響。此外，在水溫以及水位等方面，都能反映出地震的情況，也可以針對溫泉水體變化來預(yù)測地震發(fā)生的征兆[5]。

第三，熱儲溫度和深度。

通過分析判斷各個溫泉地區(qū)的水巖反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，才能更好地計算熱儲溫度和深度值，計算公式為，通過該公式，能夠較為精確的估算熱儲溫度，通過分析溫泉地區(qū)的熱儲溫度和深度值，來研究該地區(qū)的地層斷裂情況，以及惹出深度與循環(huán)過程的相關(guān)性，從而對溫泉流體的一些地球化學(xué)特性進(jìn)行分析總結(jié)。

通過以上三個方面的分析和討論，能夠清楚的了解甘肅東南地區(qū)幾個溫泉流體的地球化學(xué)特性，同時也分析了地質(zhì)變化與地震的影響，具有重要意義。

4 結(jié)語

甘肅省東南地區(qū)由于其獨(dú)特的地質(zhì)地形原因，形成了獨(dú)特的溫泉流體現(xiàn)象，主要是由于受到內(nèi)部壓力導(dǎo)致流體上升，進(jìn)而形成溫泉。本文主要從甘肅省的地質(zhì)特點(diǎn)出發(fā)，采用了七處溫泉的水樣本進(jìn)行水質(zhì)分析，進(jìn)而能夠推斷出地層的變化與運(yùn)動，更好的分析出溫泉水的來源以及形成的因素，更好的掌握地球化學(xué)特點(diǎn)，加深了人們對溫泉流體地球特點(diǎn)的了解。

[1]呂超甲,劉雷,周曉成,等.甘肅東南地區(qū)溫泉流體地球化學(xué)特征[J].地震,2017,37(1):52-60.

[2]顏昆.武山溫泉及附近地區(qū)流體地球化學(xué)的研究[D].國家地震局蘭州地震研究所,1990.

[3]張作衡,毛景文,楊建民,等.甘肅小柳溝石英脈型鎢礦床成礦流體地球化學(xué)研究[C]//全國青年地質(zhì)工作者學(xué)術(shù)討論會.1999.

[4]汪萬紅.秦嶺北緣斷裂帶深部流體特征與區(qū)域地震活動的關(guān)系研究[D].中國地震局蘭州地震研究所,2008.

[5]高玲.長白山天池火山口內(nèi)湖濱強(qiáng)氣體釋放帶流體地球化學(xué)研究[D].中國地震局地質(zhì)研究所,2006.