趙 敏，肖 江，皮 景

(1.湖南科技大學(xué)，湖南 湘潭 411201；2.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四〇二隊(duì)，湖南 長沙 410004)

湖南省是地下熱水資源較豐富的地區(qū)，境內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，為形成較豐富的地?zé)豳Y源創(chuàng)造了有利條件。湖南省地下熱水主要賦存于巖溶裂隙層狀含水層及花崗巖構(gòu)造破碎帶脈狀含水層中[1]。據(jù)已有研究成果可知[2-4]，全省共有116處地下熱水單元，地下熱水以低溫地?zé)豳Y源為主，占總數(shù)的98.3%，中溫?zé)崴Y源僅占1.7%。全省平均水溫為35.75℃，最低為25℃，最高為98℃。

地下熱水中含有豐富的微量元素，特別是含有大量對人體有益的微量元素，當(dāng)某一種元素的含量達(dá)到飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，本文稱之為地?zé)嵝惋嬘锰烊坏V泉水，簡稱熱礦泉水。一般來說，熱礦泉水作為特殊類型的地下水，包含兩方面的含義：第一是指在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下可供開發(fā)利用的，出露地表溫度高于25℃以上的地下熱水；第二是指其含有某些特殊化學(xué)組分或氣體成分，具有較高總礦化度的礦水。熱礦泉水既具有地下熱水資源的全部屬性，又具有礦泉水資源的全部屬性，是一種難得的復(fù)合型資源，因此，可以同時(shí)作為地下熱水和礦泉水開發(fā)，具有雙重開發(fā)利用價(jià)值。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地層

湖南省境內(nèi)自元古宙至新生界各時(shí)代地層發(fā)育齊全，出露完整。地層巖石組合及分布范圍由老至新如下：冷家溪群、板溪群、震旦系、寒武系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系和第四系。沉積類型有海相、陸相、海陸交互項(xiàng)、冰川沉積相。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)《中國區(qū)域地質(zhì)志·湖南志》，湖南省可劃分為湘北斷褶帶、粵湘贛早古生代沉降帶、云開沉降帶、雪峰構(gòu)造帶、湘桂早古生代陸緣沉降帶和洞庭盆地6個(gè)三級構(gòu)造單元。湘北斷褶帶包括石門-桑植復(fù)向斜和沅潭褶沖帶；粵湘贛早古生代沉降帶處在炎陵-汝城沖斷褶隆帶之上；云開沉降帶屬于寧遠(yuǎn)-桂陽坳褶帶；雪峰構(gòu)造帶涉及武陵斷彎褶皺帶、沅麻盆地、雪峰沖斷帶和湘東北斷褶帶；湘桂早古生代陸緣沉降帶為邵陽坳褶帶和醴陵斷壟帶。

省內(nèi)深大斷裂主要有NE-NNE向深大斷裂和NW向深大斷裂。其中NE-NNE向深大斷裂主要有慈利-保靖斷裂、晨溪-懷化斷裂、溆浦-靖州斷裂、通道-江口斷裂、城步-新化斷裂、公田-灰湯-新寧斷裂、連云山-衡陽-零陵斷裂、川口-雙牌斷裂、茶陵-郴州斷裂、桂東-汝城斷裂。該組深大斷裂的主要活動(dòng)時(shí)期大多為中生代，部分?jǐn)嗔讶绱壤?保靖斷裂、溆浦-靖州斷裂及城步-新化斷裂等在新元古代和加里東期有重要活動(dòng)。NW向深大斷裂由北東向和北西向主干斷裂組成的網(wǎng)狀斷裂系統(tǒng)是中生代最為醒目的構(gòu)造變形圖像，其中常德-安仁斷裂和郴州-邵陽2條北西向深大斷裂具有重要的構(gòu)造意義。

1.3 巖漿巖

湖南省火山巖不發(fā)育，零星出露于雪峰山以東地區(qū)。中酸性侵入巖比較發(fā)育，出露大于0.1 km2巖體有193個(gè)，總面積17 457 km2，占湖南省巖漿巖侵入巖面積的95%，其他的侵入巖體雖多，但總面積小，侵入時(shí)代自中元古代至中生代晚白堊世，巖性以花崗巖為主。

2 熱礦泉水分布特征

湖南省內(nèi)熱礦泉水資源豐富，種類齊全，水質(zhì)良好，是我國礦泉水資源大省。其中含有豐富的微量元素，特別是含有大量對人體有益的微量元素。我省礦泉水按用途分為醫(yī)療礦泉水和飲用礦泉水兩大類。根據(jù)《湖南省地下熱水資源》[5]，目前，湖南省熱礦泉水其中符合《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)飲用天然礦泉水》(GB8537-2018)的指標(biāo)元素且未超過限量指標(biāo)元素的達(dá)標(biāo)熱礦泉水有39處可作為天然飲用礦泉水。

2.1 行政區(qū)域分布特征

湖南省熱礦泉水分布廣泛，但相對集中，主要分布在湘西北、湘東和湘東南三大區(qū)域。

符合天然飲用熱礦泉水總共39處，在全省14個(gè)市州中，分別分布在長沙市、郴州市、常德市、邵陽市、衡陽市、張家界市、株洲市、永州市、湘西土家苗族自治州9市州中。從熱礦泉水?dāng)?shù)量來看，郴州市最多，共16處，占熱礦泉水總數(shù)的41.03%，主要分布在郴州市區(qū)、宜章縣、永興縣、汝城縣等；張家界市8處，占熱礦泉水總數(shù)的20.51%，主要分布在慈利縣和桑植縣；長沙市4處，占熱礦泉水總數(shù)的10.26%，主要分布在長沙市區(qū)；湘西土家苗族自治州3處，衡陽市3處，分別占熱礦泉水總數(shù)的7.69%；常德市2處，占熱礦泉水總數(shù)的5.13%；株洲市、邵陽市、永州市各1處，分別占熱礦泉水總數(shù)的2.56%，見圖1。

圖1 熱礦泉水在各州市分布占比圖

2.2 構(gòu)造單元分布特征

除洞庭盆地?zé)o熱礦泉水分布外，符合天然飲用礦泉水標(biāo)準(zhǔn)的 39處熱礦泉水單元在其余構(gòu)造單元均有分布，其中粵湘贛早古生代沉降帶熱礦泉水點(diǎn)最多，有12處，占總點(diǎn)數(shù)的30.77%；其次為湘北斷褶帶，有10處，占總點(diǎn)數(shù)的25.64%；雪峰構(gòu)造帶和云開沉降帶各有7處，分別占總點(diǎn)數(shù)的17.95%；湘桂早古生代陸緣沉降帶分布最少，有3處，占總點(diǎn)數(shù)的7.69%。如圖2。

圖2 熱礦泉水在各構(gòu)造單元分布占比

湖南省熱礦泉水主要與區(qū)域斷裂構(gòu)造帶有密切關(guān)系。深大斷裂不僅是將地球內(nèi)熱向上轉(zhuǎn)移再分配的通道，還控制著熱礦泉水的活動(dòng)區(qū)范圍。如圖3，石門-古丈-新晃北東向斷裂帶以北為熱礦泉水強(qiáng)烈活動(dòng)區(qū)，熱礦泉水遍布全區(qū)，該斷裂帶以南則為熱礦泉水活動(dòng)微弱區(qū)。斷裂的交匯部位巖石比較破碎，有利于熱礦泉水的富集，沿多條近平行斷裂組成的斷裂帶也是熱礦泉水的富集地帶，而華夏陸塊斷裂較發(fā)育，熱礦泉水分布也較多。另外，褶皺構(gòu)造的核部或翼部也為熱礦泉水的富集帶。

圖3 湖南省飲用型熱礦泉水分布圖

3 熱礦泉水水化學(xué)特征

3.1 熱礦泉水水化學(xué)類型

地下熱水的水化學(xué)特征是巖土體中的礦物成分與地下流水相互作用的結(jié)果，它主要取決于地?zé)崴畯搅鬟^程中接觸的圍巖成分、水文地質(zhì)條件及氧化還原條件等外界因素[6]。本次研究對39處熱礦泉水單元數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，省內(nèi)39處熱礦泉水屬于中低溫水，最高溫度為53.6℃，最低溫度為25℃，平均溫度為36.86℃。發(fā)現(xiàn)湖南省39處熱礦泉水絕大部分屬于中-弱堿性，pH最大值為9.1，最小值為6.8，平均值為7.58，主要集中在7.0～9.0。全省39處熱礦泉水大部分為淡水，TDS最大值為1 014.8 mg/L，最小值為203.39 mg/L，平均值為478.32 mg/L。而TDS越高，說明熱礦泉水在徑流溶濾過程中，徑流途徑相對較長，接觸到不同種類的巖層多，同時(shí)與圍巖的萃取也不充分[7]。

湖南省39處熱礦泉水單元富含多種元素，其中陽離子主要有K+(0.09～5.73 mg/L)、Na+(0.32～75.95 mg/L)、Ca2+(12.3～199.2 mg/L)、Mg2+(4.4～56.52 mg/L)，陰離子以Cl-(0.18～7.44 mg/L)、SO42-(11.6～391.33 mg/L)、HCO3-(71.8～398.09 mg/L)為主。根據(jù)39處水質(zhì)分析資料統(tǒng)計(jì)，全省熱礦泉水除未見氯化物型外，重碳酸型熱礦泉水為主要水化學(xué)類型，其余水化學(xué)類型多樣，共計(jì)有11種，其中以HCO3-Ca·Mg型、HCO3-Ca型、HCO3-SO4-Ca·Mg型和SO4·HCO3-Ca·Mg型居多。Piper三線圖(見圖4)上：陽離子三角圖上熱礦泉水單元大多落于左下角，陰離子三角圖上熱礦泉水單元大多落于左中下角，在菱形圖中熱礦泉水單元大多處于5區(qū)，說明其水化學(xué)類型確實(shí)大多為重碳酸型。

圖4 湖南省熱礦泉水piper三線圖

3.2 熱礦泉水類型特征

湖南省39處熱礦泉水類型可分為單一型和復(fù)合型兩種類型，共39處。

單一型是指單元素達(dá)標(biāo)熱礦泉水。全省共有26處，占熱礦泉水總數(shù)的66.67%，其中以鍶型熱礦泉水為主，有17處，其次為偏硅酸型熱礦泉水，有7處，鋅型熱礦泉水最少，只有2處。

復(fù)合型是指多元素達(dá)標(biāo)熱礦泉水。湖南省39處熱礦泉水單元有三元素達(dá)標(biāo)1類，雙元素達(dá)標(biāo)2類，共計(jì)13處，占熱礦泉水總數(shù)的33.33%。其中三元素復(fù)合型有溶解性總固體鍶偏硅酸型熱礦泉水1處；雙元素復(fù)合型有鍶偏硅酸型熱礦泉水10處，鍶鋰型熱礦泉水2處。具體見表1。

表1 熱礦泉水類型統(tǒng)計(jì)表

3.3 熱礦泉水分類成礦特征

成礦元素是指達(dá)到天然飲用礦泉水命名要求的元素。湖南省39處熱礦泉水單元中成礦元素為偏硅酸、鍶、鋰、鋅和溶解性總固體(TDS)，受成礦作用影響，形成了相應(yīng)的天然熱礦泉水。具體見表2。

表2 湖南省天然飲用熱礦泉水特征表

3.3.1 Sr型熱礦泉水

大多分布于湘北斷褶帶和粵湘贛沉降帶。富Sr的熱礦泉水的水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca·Mg和HCO3-Ca，說明重碳酸型熱礦泉水較有利于Sr2+的富集，但Sr2+的含量卻普遍偏低，平均含量1.03 mg/L，這是由于水中的Ca2+對Sr2+的遷移產(chǎn)生影響造成的。在地下水與周圍介質(zhì)作用時(shí)，Sr2+就會(huì)伴隨著Ca2+從富Ca或者富K的巖石中被釋放出來，或者由于陽離子吸附交替作用，使Ca2+與Sr2+被解析而從高分散顆粒(如黏土)表面轉(zhuǎn)入水中，但當(dāng)?shù)叵滤蠧a2+濃度達(dá)到飽和而發(fā)生沉淀時(shí)，Sr2+常置換Ca2+發(fā)生共沉淀，這樣會(huì)導(dǎo)致一部分溶解到水中的Sr2+又發(fā)生了沉淀，造成了HCO3-Ca礦泉水中Sr2+的含量普遍偏低。

富Sr的熱礦泉水水化學(xué)類型為HCO3-SO4-Ca·Mg的分布雖不如前兩者廣泛，但Sr2+的含量較高，這是水中SO42-對Sr2+行為的影響造成的。而熱礦泉水中主要陰離子與Sr2+含量的分析表明：SO42-與Sr2+有明顯的正相關(guān)關(guān)系，可見SO42-對Sr2+有重要的控制作用。

3.3.2 偏硅酸型熱礦泉水

在雪峰構(gòu)造帶分布較多。偏硅酸型熱礦泉水水化學(xué)類型較為復(fù)雜，多為重碳酸型，其中主要為HCO3-Na·Ca和HCO3-Na，且H2SiO3平均含量較高，可見HCO3-Na·Ca和HCO3-Na型熱礦泉水有利于H2SiO3的富集。

礦泉水中偏硅酸的含量不僅與圍巖中SiO2的多少有關(guān)，還與組成巖石的礦物成分的穩(wěn)定程度有關(guān)，礦物的分解越強(qiáng)，SiO2越易轉(zhuǎn)入水中。全省碳酸鹽巖中偏硅酸型熱礦泉水的分布數(shù)量最多，從巖性來看，并不具備偏硅酸水的形成條件，但作為含水介質(zhì)富水性較好的碳酸鹽巖，其圍巖大多為高SiO2含量的花崗巖或碎屑巖等，物質(zhì)來源較為豐富，熱礦泉水在深循環(huán)對流過程中，不僅獲得熱能，而且溶濾圍巖SiO2的能力相對比冷水更加強(qiáng)烈，從而形成眾多的偏硅酸型熱礦泉水。

3.3.3 Li型熱礦泉水

這2處Li型熱礦泉水主要分布在雪峰構(gòu)造帶，且達(dá)標(biāo)元素還有Sr，因此，屬于鋰和鍶的復(fù)合型熱礦泉水。水化學(xué)類型為SO4-Ca和SO4·HCO3-Na·Ca。

3.3.4 Zn型熱礦泉水

Zn型熱礦泉水僅有2處，分別分布在云開晚古生代沉降帶和湘北斷褶帶。水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg。

3.3.5 TDS型熱礦泉水

TDS型熱礦泉水只有1處，分布在粵湘贛沉降帶，同時(shí)，它還滿足鍶型、偏硅酸型礦泉水的元素含量條件，因此，屬于溶解性總固體鍶偏硅酸型熱礦泉水。水化學(xué)類型為SO4·HCO3-Ca·Mg。

4 結(jié)語

(1)全省符合天然飲用礦泉水標(biāo)準(zhǔn)的39處熱礦泉水單元主要分布在湘西北、湘東和湘東南。在全省14省個(gè)市州中，9個(gè)市州均有分布。按照構(gòu)造單元的分布特征，表現(xiàn)為粵湘贛沉降帶最多，其次為湘北斷褶帶，再次為雪峰構(gòu)造帶和云開沉降帶，湘桂陸緣沉降帶分布最少。

(2)全省熱礦泉水屬于中低溫水，pH值主要集中在7.0～9.0，絕大部分屬于中-弱堿性，且大部分熱礦泉水均為淡水。

(3)熱礦泉水化學(xué)類型主要為重碳酸型，其中以HCO3-Ca·Mg型、HCO3-Ca型、HCO3-SO4-Ca·Mg型和SO4·HCO3-Ca·Mg型居多。主要熱礦泉水類型分為單一型和復(fù)合型，單一型有鍶型、偏硅酸型和鋅型，其中鍶型熱礦泉水?dāng)?shù)量最多，偏硅酸型熱礦泉水次之，鋅型熱礦泉數(shù)量最少；復(fù)合型有鍶鋰復(fù)合型、鍶偏硅酸復(fù)合型以及溶解性總固體鍶偏硅酸復(fù)合型，其中鍶偏硅酸型熱礦泉水?dāng)?shù)量最多。