1、1热水塘温泉成因模式分析摘要：通过了解热水塘地区地质背景、水文地质条件，分析温泉的水文地球化学特征，从温泉的构造、热源、水源等方面阐明了热水塘温泉的成因，认为：热水塘温泉是接受大气降水或冰川融水补给，沿海螺沟发育的近东西向裂隙向东运移，在与磨西断裂的交汇地带，形成带状热储，并与深部地热流混合发生一系列物理化学变化，沿磨西断裂不断上升，最终在构造及地貌合适部位出露形成温泉。以期为该地区地热资源开发利用以及研究区域上其他温泉的成因模式提供参考。 关键词：温泉；构造；成因模式 中图分类号：P314.1 文献标识码：A 文章编号：16749944（2016）18016705 1 引言 热水塘温泉位于四
2、川省泸定县磨西镇共和村二组，地理座标为东经1020708，北纬 293745，海拔高程 1600 m，该泉点发育于海螺沟内，距海螺沟沟口约 3 km。海螺沟是四川境内的国家 5A 级名胜风景区，它融低海拔冰川（海拔 3200 m 可见冰川，是全国海拔最低的冰川）、原始森林、丰富的地热资源和多样性物种为一体，极具生态旅游的特色。本文从热水塘温泉的地质、水文地质背景以及水化学特征等方面阐明其温泉的成因模式。 2 热水塘温泉地质概况 22.1 地形地貌 热水塘温泉在区域上位于青藏高原的东缘贡嘎山东坡山脚，属于四川盆地与青藏高原的交接部，为深切割褶皱高山地形。海螺沟为贡嘎山发源的冰水峡谷，有常年冰川融
3、水流出，沟谷呈 U 型，狭深，谷壁陡直，山顶尖削，局部见有崩塌、滑坡。海螺沟沿近东西向延展，在磨西断裂位置，受断裂影响，天然转向北。热水塘温泉发育于海螺沟与磨西断裂交汇位置，地貌上热水塘一带漫滩发育，并有一级阶地，热水塘漫滩发育高程 1600 m，宽 5 20 m，温泉出露在河流漫滩。一级阶地 1608 m，最宽位置 10 m 左右。热水塘段海螺沟左岸发育有巨厚层冰水堆积层。右岸地形陡立，呈峡谷特征，相对切割比 8001500m。 海螺沟属大渡河水系的二级支流。海螺沟水系呈树枝状发育，受海螺沟地形变化影响，水系落差较大，水流急。 2.2 地层岩性 根据现场调查和地质资料分析，热水塘温泉泉域范围
4、内出露地层主要二叠系、岩浆岩和第四系冰水堆积物。 热水塘温泉泉口出露于二叠系上统（P2）地层，岩性为一套石英岩、云母石英片岩夹条带状大理岩、薄层中厚层结晶灰岩，厚 1224 m。泉域附近还出露有二叠系上段（P31） 、中段（P21）以及下段（P11）地层，岩性主要为为砂板岩、片岩、条带状大理岩等，厚在 800900 m。 海螺沟冰川地质作用强烈，沟内发育大量第四系由全新统（Qh）和更新统（Qp）地层，岩性为一套冰水沉积的砂砾石层，偶夹冰川大漂砾，厚 2030 m。 3岩浆岩在区域内按其形成时期可以分为元古代岩浆岩和燕山喜山期岩浆岩两大类。元古代岩浆岩：分布于磨西断裂以东，岩性为斜长花岗岩（O2
5、） 、钾长花岗岩（K2） 、闪长岩（2）等。燕山喜山期岩浆岩：分布于磨西断裂以西贡嘎山东西两麓，岩性主要为斜长花岗岩（O25）以及二长花岗岩（5）等。 2.3 地质构造 热水塘温泉地处磨西断裂西侧次级构造带，属甘孜地槽褶皱带贡嘎山菱形地块。在大地构造上，以磨西断裂为代表的 NW 向鲜水河构造带和以二郎山断裂为代表的 NE 向龙门山构造带，以及以大渡河断裂为代表的SN 向川滇构造带共同组成的三大构造带，亿万年以来，几经海陆变迁和造山运动，在青藏板块与扬子板块陆内碰撞挤压作用下，以青藏高原快速隆升和新构造剧烈活动为特征，最终形成了中国西部最为瞩目的“Y”字型构造格局2。热水塘温泉正好处在此三岔口交
6、接带附近。 热水塘温泉位于草科向斜东翼磨西断裂西侧，距磨西断裂 200m 左右。在草科向斜以西还发育有海螺沟背斜。 （1）草科向斜。位于磨西断裂的西侧，褶轴走向 N10W，长达 60 km 以上，核部为二叠系上统地层，两翼为二叠系下统地层，东翼地层甚陡，一般 6080，局部直立倒转，西翼稍缓，一般 5060。 （2）海螺沟背斜。位于贡嘎山东侧，与草科向斜平行延展。核部为燕山喜山期斜长花岗岩，两翼主要为二叠系下统下段、中段、上段地层，岩性主要为片岩、砂板岩夹条带状大理岩。两翼地层较陡，轴面略向东倾。 4（3）磨西断裂。磨西断裂磨西断裂是康定一石棉地区最大的断裂之一，热水塘温泉区位于磨西断裂中段，
7、全长约为 30 km，沿田湾河谷、湾东沟分布，地貌线性特征清晰，呈 SNN15W 舒缓波状展布，倾向WSWW，倾角约 60803。断层上（西）盘岩性为二叠系片岩、砂板岩、大理岩；下盘由元古代岩浆岩组成。断裂带由宽 5080 m 片理化构造角砾岩-构造片岩带和韧性剪切带组成，具有隔水性质。 3 热水塘温泉水文地质条件 根据石棉、贡嘎地区 150 万区域水文地质普查报告并结合野外调查，将泉域附近地层划分为第四系松散岩类孔隙含水岩组、基岩裂隙水含水岩组、碳酸盐岩或碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙含水岩组三类，其含水岩层特征及富水性如下所述。 3.1 第四系松散岩类孔隙含水岩组 3.1.1 水量中等的含水岩组 由
8、全新统（Qh）和更新统（Qp）砂卵砾石层组成，分布于大渡河一级阶地，上覆砂砾层或粘土，厚 0.248.12 m，含水层厚 4.3817.72 m。 3.1.2 水量贫乏的含水岩组 由第四系未分统（Q）和更新统（Qp）地层组成，岩性为含巨砾的砂质粘土、砂砾层等。主要分布在大渡河及磨西河的二至六级阶地。堆积物包括冲积、洪积、冰水堆积等多种成因类型，其厚度 39522 m。岩性较混，透水性差，含水贫乏。 3.2 基岩裂隙含水岩组 泉域内构造复杂，岩浆作用强烈，岩浆5岩及二叠系变质岩系构成区内主要的基岩构造裂隙水。含水层岩性主要为变质砂岩、灰岩、花岗岩等，岩性复杂，岩相变化大，构造裂隙较发育，构造裂隙
9、率平均 1.45%，是地下水的良好储集空间。泉流量一般为0.11 L/s，地下水径流模数 13 L/（s?km2） 。在构造有利部位，如褶皱的轴部或近轴部及断裂破碎带等部位，富水性较好，泉流量 110 L/s，地下水径流模数 36 L/（s?km2） 。 3.3 碳酸盐岩或碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙含水岩组 主要由二叠系（P） 、泥盆系（D）地层组成。碳酸盐与碎屑岩比例一般为 32。碳酸盐岩主要为白云岩、灰岩以及大理岩，碎屑岩主要为砂泥岩、砂砾岩及泥（页）岩等，溶隙率 0.25%15.68%4。据冷碛镇野牛山矿区钻孔资料，该孔深 124.44 m，揭露泥盆系灰岩，含水层厚46.67 m，水头高出地面
10、 20.41 m，涌水量 46.224 t/d，单位涌水量1.856 t/d?m，渗透系数 0.48 m/d。 4 热水塘温泉水化学特征 4.1 泉水的物理特征 泉水无任何颜色，无悬浮物和胶粒，水质清澈透明，色度小于 4，混浊度 12NTU；无沉淀和钙华，带有硫化氢气味，经检测 H2S 含量达8.6410.97 mg/L，属硫化氢矿泉水。 4.2 泉水水化学组分特征 热水塘温泉水为 HCO3- Na 型水，矿化度 806.53 mg/L，属于小于1000 mg/L 的低矿化度淡水；pH 值为 7.07.1，其阴离子主要成分的为HCO-3，含量为 479.97 mg/L；其次为 SO2-4，含量
11、为 53.97 mg/L。阳离6子主要成分为 Na+，含量为 107.33 mg/L，其次为 Ca2+，含量为 61.79 mg/L。此外泉水中还含有 F、Li、B 等特殊组分。B 常以偏硼酸（HBO2）形式存在，偏硼酸含量为 3.7 mg/L，热水中氟（F）含量达到 2.57 mg/L。热水中偏硅酸含量为 90.74 mg/L，温泉中还含有多种其他微量元素，其中包括锂（Li） 、锶（Sr） 、碘（I） 、偏砷酸、锰（Mn） 、等，具体见表 1。 表 1 热水塘温泉水质分析结果 离子含量/（mg/L）组分（元素）含量/（mg/L）组分（元素）含量/（mg/L）阳离子K+21.23F2.57Mn
12、0.015Na+107.33Br0.05Rn18.8Ca2+61.79I0.01 偏硼酸3.7Mg2+17.02Sr0.7215 偏硅酸 90.74 阴离子 HCO-3479.97Fe0.1475 偏砷酸0.05Cl-4.37Li0.14425 偏磷酸0.05SO2-453.97Ba0.383Ra2.5*10-12 根据中华人民共和国国家标准地热资源地址勘查规范（GB11615-2010） ，医疗矿水水质标准中将各化学成分的浓度分为 3 种类型，分别为有医疗价值的浓度、矿水浓度及命名矿水浓度。热水塘温泉水的总硫化氢含量 10.18 mg/L、氟含量 2.57 mg/L、偏硅酸含量 90.74
13、mg/L 均达到了“医疗热矿水水质标准”中命名矿水浓度界线。另外偏硼酸含量 3.7 mg/L 到了“医疗热矿水水质标准”医疗价值浓度。温泉中还含有少量锶、锂等对医疗有益的微量成分。该泉水水质分析得出共有 3 项指标达到了医疗矿水命名的浓度以上，另外还有 1 项指标达到了医疗价值浓度。热水塘温泉水按“医疗热矿水水质标准”评价，属于含偏硼酸的硫化氢、氟、偏硅酸高温医疗矿泉水。 75 热水塘温泉成因分析 根据热水塘地区地质背景、水文地质条件、热泉水化学组成特征，对热水塘地区温泉成因机模式行分析。 5.1 热水塘温泉形成的地质条件 热水塘温泉形成是特殊地质构造作用和地下水运动形成的。地质调查研究认为磨
14、西断裂是控制其温泉发育和形成的重要断裂，对温泉的形成起重要的作用。磨西断裂是一条多期活动的断裂，该断裂带发育有糜棱岩和碎裂岩，大多数是叠加有碎裂和糜棱岩化两种作用的断层，在热水塘地区断层带为 1020 m 片理化构造角砾岩构造片岩带和韧性剪切带组成，因此磨西断裂带本身是相对隔水的，在区域上形成重要的水文地质边界。磨西断裂由系列断层组成，由于断裂作用，岩体破碎，断层带在区域上主要以沟谷形式形成地貌地势区域，磨西断裂以 SN 向展布，西侧为高山，因此，磨西断裂影响了两侧的地下水运动方向，对深部地下水的运动起重要的控制作用，使磨西断裂西部深部地下水总体向东径流。 在热水塘地区，区域上构造为近 SN
15、向，区域应力场为 EW 向，因此区域上发育有近 EW 向的裂隙密集带，这些裂隙密集带显示张性构造的特征，有利于地下水的运动。根据遥感解译，磨西断裂西部有明显的 EW 向影像显示，西侧发育的水系受 EW 向裂隙带控制。沿 EW 向裂隙密集带，地下水向西径流，深循环并被加热成为地下热水的通道条件。区域地下水具有从西向东远距离径流的宏观水动力条件，这是热水塘温泉发育的重要条件。 85.2 热水塘温泉热储特征 （1）热水塘温泉热储的基本特征。热水塘温泉热储为断裂带型热储，即断层带和裂隙体系构成温泉的热储层，地下水沿裂隙发育、岩石破碎部位循环和运动。 （2）热水塘温泉热储温度及深度估算。本次热储温度的计
16、算选用了SiO2 地热温标，其公式如下： T=13095.19-logC-273.15 根据水质资料，热水塘温泉水偏硅酸的浓度为 90.74 mg/L5，折算成 SiO2 含量为 69.8 mg/L，代入公式可求得热储温度 T 为 118.0 热水塘温泉的循环深度根据下列公式计算： H（m）=1004（T-t0）+h0 式中：H 为热储深度（m） ； 100/4 为地热增温梯度； T 为计算平均热储温度，以 SiO2 温标计算结果为准； t0 为常温带梯度；本区取 13.1 6； H0 为常温带的深度，本区取 20 m。 根据热储温度推算热水塘温泉循环深度约为 2642.5 m。 5.3 热水
17、塘温泉的热源 根据地质资料，热水塘地区二叠系变质岩的总厚度大约为 2000 m 左右，而计算获得的热水循环深度远超其二叠系地层厚度，说明海螺沟地区裂隙体系已经切入地壳深部，来自地壳深部燕山喜山期岩浆岩体或地幔中的高温高压热流（包括热气、热液） ，呈“蒸汽蒸馏”状沿裂隙上升，与地下水混合，形成了本地区的高温矿水7。 研究区内构造活动强烈，表现为差异性断块抬升，尤以磨西断裂等9边界断裂活动最强烈，据中科院成都地理所的研究成果，全新世以来，贡嘎山断块每年隆起 3.212. 7 mm，平均 8 mm 左右8，在作持久性大幅度的差异性抬升过程中，沿断裂破碎带产生的机械摩擦热，也是该区热矿水的热源之一。此
18、外，热源来自正常的地温梯度，地下水在深循环过程中逐渐被加热6。 5.4 热水塘温泉的补给来源及补给区 热水塘温泉的补给区位于贡嘎山东侧的岩溶裸露区、花岗岩侵入接触形成的构造软化带，补给区面积大，高程分布在 25004000 m 一带。持续的融雪、山涧沟河常年流水、大气降水为地下热水丰富的补给源。另外，该区地势西高东低，高差强烈，导致地下水循环径流深度增加。受构造影响，该区岩溶发育，深层岩溶地下水循环径流深度很大，水平运移距离长，径流条件好。 5.5 热水塘温泉的水文地球化学特征分析 为了进一步了解热水塘温泉水的成因，对区域上冷泉水进行水质分析，结果显示，区域冷泉水无色、无味、透明，没有肉眼可见
19、的水生物。水化学类型为 HCO3-Ca 型水，pH 多在 7.68.1 之间，属于弱碱性水；矿化度全部小于 500 mg/L，属于低矿化度水；地下水硬度主要在15112.6 mg/L 之间，属于软水；水样中阳离子主要为 Ca2+，含量主要在 4.0135.07 mg/L 之间，主要阴离子为 HCO-3 和 SO2-4，含量分别在36.61140.3 mg/L、2.419.2 mg/L 之间。热水塘温泉水中高含量的Na+离子和 SiO2 显然是浅层 HCO3 型水与来自地壳深部含复杂成份的高温地热流在断层破碎带及影响带沿途经混合作用，热物理、化学作用产生10的复合型水质。 表 2 为热水塘温泉微
20、量元素浓度与区域水体中微量元素的对照表9，从表中可以看出热水塘温泉元素浓度普遍高于水体中的元素丰度，特别是 Sr 超出甚多，高 Sr 温泉水是深部循环的见证10。说明地下水循环路径较长，循环深度较大。 6 结论 热水塘温泉属于断裂深循环型地热系统，水化学类型为 HCO-3 Na 型水，泉水中多种微量组分含量较高，具有一定的医疗价值，可命名为含偏硼酸的硫化氢、氟、偏硅酸高温医疗矿泉水。温泉得到贡嘎山一带大气降水补给，在地下深循环、深部地热流以及断裂带摩擦热的影响下，形成 118.0 的热储温度。地下水运移至草科向斜与磨西断裂交汇地带沿断裂带上升出露形成温泉。 参考文献： 1四川省地质局航空区域地质调查队.贡嘎幅 H-47-1/20 万区域地质调查报告（地质、矿产）R.成都：四川省地质局，1997. 2袁伟，冉光静，张恒.海螺沟温泉地质成因分析J.中国矿业，2015（4）：8387. 3赵德军，王道永，吴德超，等.磨西断裂变形与运动学特征研究J.沉积与特提斯地质，2008（3）：1520. 4中国人民解放军 00939 部队，石棉、贡嘎地区 1/50 万区域水文地质普查报告R.1980.
