四川石棉縣草科鄉(xiāng)大熱水溫泉成因探討

張正鵬，周大吉，孫 東

( 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心，四川 成都 610036)

0 引言

草科鄉(xiāng)地?zé)豳Y源主要以溫泉的形式出露地表，人們利用溫泉時間較長，受限于水溫與水量，溫泉的利用方式為洗浴。在當(dāng)前節(jié)能減排，大力發(fā)展清潔能源的大前提下，應(yīng)充分研究分析草科鄉(xiāng)溫泉的形成模式，并在此基礎(chǔ)上全面開發(fā)地?zé)豳Y源。

前人對草科鄉(xiāng)地?zé)岬男纬赡Ｊ接胁煌恼J(rèn)識，一種觀點認(rèn)為草科鄉(xiāng)大熱水溫泉的補(bǔ)給區(qū)位于草科鄉(xiāng)西南側(cè)的貢嘎山南坡[2]；另一種觀點認(rèn)為磨西斷裂在草科地?zé)釁^(qū)形成了負(fù)花狀構(gòu)造，地下熱水沿摩西斷裂上涌，在分支斷裂處分為多支，并在地表出露，從而形成大熱水、小熱水溫泉[5]。

本次研究在綜合地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探及前人成果的基礎(chǔ)上，認(rèn)為草科鄉(xiāng)大熱水溫泉的補(bǔ)給區(qū)位于大熱水所在位置的南側(cè)山區(qū)，且大熱水、小熱水溫泉的出露均受控于草科斷裂。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)地質(zhì)

溫泉出露于上二疊統(tǒng)(P2)的大理巖中，中間夾有云母片巖。

草科鄉(xiāng)所在區(qū)域內(nèi)構(gòu)造見圖1，主要構(gòu)造：① 草科斷裂：草科斷裂北起灣東之西，向南分為兩支大致平行延伸，至草科東部又合為一，長超過23 km，北段走向近SN，南段NW20°。斷裂發(fā)育于二疊系變質(zhì)巖中。斷面東傾，傾角70°～80°，斷距超過500 m[1]。② 草科向斜：位于磨西斷裂和草科斷裂之西，走向NW10°，北端延入瀘定境內(nèi)，長達(dá)60 km。核部為上二疊統(tǒng)，兩翼為下二疊統(tǒng)，西翼與毛坪背斜毗鄰[1]。③ 毛坪背斜：位于草科向斜西側(cè)，并與之平行，延展超過35 km，兩翼地層較陡，一般大于50°，局部倒轉(zhuǎn)。東翼稍緩，傾角一般為30°～50°，局部直立。軸面略向東傾，脊線略具起伏，傾伏角約為30°。該背斜為樞紐向南傾伏的緊密線狀尖棱褶皺[1]。

圖1 草科鄉(xiāng)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structural outline map of Caoke Township1—背斜 2—向斜 3—深大斷裂 4—一般斷裂 5—剖面線

1.2 研究區(qū)水文地質(zhì)

根據(jù)本次對研究區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查的可知：① 田灣河草科鄉(xiāng)溫泉(大熱水溫泉、小熱水溫泉)均出露于田灣河南岸，北岸無出水點及熱水活動痕跡；② 小熱水溫泉出露于田灣河南岸的坡腳及河漫灘，且靠近河漫灘水溫相對于坡腳較低；③ 根據(jù)多位村民敘述：2007年前小熱水溫泉水溫約43℃，水量為現(xiàn)在的3～4倍；2007年在小熱水南側(cè)山坡距離小熱水200 m位置施工EW向引水隧道后，小熱水水溫與水量驟減，現(xiàn)小熱水溫泉水溫為27℃，出水點的水量約0.7 L/s；④ 大熱水溫泉出露于田灣河右岸坡腳，溫泉沿基巖裂隙出露，水量約900 m3/d，水溫42℃，溫泉存在時間超過60年，且水溫、水量多年未變。⑤ 大熱水出露于田灣河南岸，南岸為陡崖，北岸為古滑坡(滑坡跡象明顯)，大熱水出露點所在位置除溫泉點外無其他地方出露溫泉(圖2)。⑥ 土壤測溫分析：測溫成果圖(圖3)表層地溫測溫資料顯示，高溫帶主要位于田灣河的南岸，沿南岸的山腳順河分布，高溫帶分別以小熱水與大熱水為端點[3]。

圖2 區(qū)域水文地質(zhì)圖Fig.2 Regional and hydrogeological map of the study area

圖3 地溫成果圖Fig.3 Ground temperature result map of the study area1—地表測溫30℃～45℃ 2—地表測溫25℃～30℃ 3—地表測溫13℃～25℃ 4—地表測溫<13℃ 5—測溫點

1.3 研究區(qū)物探

本次物探采用的是音頻大地電磁法(AMT)。其成果顯示，在穿過大熱水的L01號物探剖面(圖4)[1]中，顯示在大熱水溫泉的下方發(fā)育一低阻帶，該低阻帶與ZK02井下方的低阻帶具有連通性，且ZK02井揭露的溫泉出水后，大熱水溫泉的水量顯著減小，因此可以判定，該低阻帶為深部的熱水儲水帶。

圖4 物探成果圖Fig.4 Geophysical exploration result map of the study area

1.4 鉆探驗證

本次研究區(qū)布設(shè)2口鉆孔，2口鉆孔均布設(shè)在音頻大地電磁測深的低阻帶上。先后施工ZK01、ZK02井。ZK01井井深為150.30 m，施工過程中無水活動及溫度異常顯示[1]。

ZK02井位于大熱水溫泉對岸，距離約86 m。鉆探施工過程中0～40 m為正常鉆進(jìn)段，該段無溫度及水量異常，該段巖心主要為沖洪積卵石層；40～84 m段，巖心為大理巖、變質(zhì)砂巖，該段巖心較為完整，局部存在裂隙，該段鉆井時出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，涌水量約200 m3/d；84～96.2 m巖性以大理巖、變質(zhì)砂巖為主，但巖心較為破碎，局部巖心斷面可見擦痕，揭露該段后涌水量立刻增加至1225.68 m3/d，穩(wěn)定水溫45℃。ZK02井自涌水的第二天，大熱水溫泉的流量逐漸減少，6天后大熱水溫泉的涌水量約150 m3/d[1]。

由此可知：①ZK02井揭穿的熱儲層與大熱水溫泉熱儲屬于同一熱儲層；②40～84 m段基巖較為完整，裂隙發(fā)育程度較低，可視為蓋層，但蓋層條件較差，部分地下熱水會沿河床低排泄；③ZK02井揭露的熱儲帶未向ZK01井方向延伸(未沿田灣河向下游延伸)。

2 水質(zhì)與氫氧同位素分析

2.1 水質(zhì)分析

本次采集了大熱水、小熱水、地?zé)峋|(zhì)進(jìn)行分析，根據(jù)水質(zhì)成果可知(表1)[1]：

表1 大熱水、小熱水及地?zé)峋|(zhì)成果Table 1 Water quality data of Large Hot spring， Small Hot spring and geothermal well

1)小熱水受地表水混合較多，大熱水、地?zé)峋艿乇硭旌狭枯^小。

2.2 氫氧同位素分析

大熱水溫泉的氫氧同位素位于西南地區(qū)大氣降水線[4]的左上方且靠近西南地區(qū)大氣降水線(圖5)。說明：①溫泉水的補(bǔ)給源為大氣降水；②溫泉水在地表出露段接受了地表水的混合。

圖5 大熱水溫泉水樣δD - δ18O關(guān)系圖Fig.5 δD - δ18O diagram of water samples in Large Hot spring

根據(jù)δ18O的高程效應(yīng)補(bǔ)給高程公式計算，計算結(jié)果見表2。

Z=Z0+(D-D0)/gradD

(1)

式中：Z為地下熱水的補(bǔ)給高程，m；Z0為參照點地面高程，m；D為地?zé)崴摩?8OSNOW；D0為當(dāng)?shù)卮髿饨邓摩?8OSNOW；gradD為δ18O隨高程遞減梯度，取-0.26%/100 m[1]。

表2 補(bǔ)給高程計算成果Table 2 Calculation result of replenishment elevation

3 討論

3.1 補(bǔ)給水源

根據(jù)氫氧同位素分析可知，大熱水、小熱水溫泉水的水源主要為大氣降水，補(bǔ)給區(qū)高程為2673 m。

本次調(diào)查可知，田灣河溝域內(nèi)的地?zé)豳Y源主要分布于南岸，且結(jié)合土壤測溫成果可知，高溫帶均分布于靠近田灣河南岸坡腳，可知草科鄉(xiāng)溫泉大熱水、小熱水溫泉水的來源位于田灣河的南側(cè)，與北側(cè)無關(guān)。

結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)圖可知田灣河南側(cè)山區(qū)的花崗巖與大理巖之間為侵入接觸帶，侵入巖接觸帶中的大量成巖裂隙為地下水的賦存提供了較好的空間。

3.2 運(yùn)移通道

研究區(qū)位于磨西斷裂西側(cè)，該區(qū)域受磨西斷裂影響在西側(cè)發(fā)育一系列走向近SN的構(gòu)造，形成了走滑斷裂系統(tǒng)中的負(fù)花狀構(gòu)造[5]，前人的地震解譯資料也可證明負(fù)花狀構(gòu)造的存在[6]。

因此本次研究認(rèn)為在大熱水、小熱水南側(cè)的區(qū)域可能發(fā)育一條SN向的斷層或節(jié)理裂隙密集帶，該斷層或節(jié)理裂隙密集帶聯(lián)通了侵入巖接觸帶，為賦存于侵入巖接觸帶的地下水向南運(yùn)移提供了徑流通道。本次鉆探揭露的巖心斷面中的擦痕亦證明了該斷層或節(jié)理裂隙密集帶的存在。

3.3 埋藏條件

根據(jù)本次研究工作可知，草科溫泉的地下熱水主要賦存于大理巖中，大熱水溫泉位置熱儲層頂板埋藏深度為96.2 m，該儲層的裂隙較為發(fā)育，為地下熱水的賦存提供了良好的空間。

3.4 熱源

研究區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)的熱量來源包括地殼放射性生熱(60 mW/m2)[7]、部分熔融體熱傳導(dǎo)(15 mW/m2)和走滑斷裂摩擦生熱(<20 mW/m2)。研究區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)的熱量來源為多源型，受到地殼放射性生熱、部分熔融體導(dǎo)熱和走滑斷裂摩擦生熱的共同作用，其中燕山期—喜山期花崗巖的放射性生熱是地?zé)嵯到y(tǒng)的主要熱量來源[5]。

4 地?zé)崮Ｐ?/h2>

小熱水溫泉由于人工活動導(dǎo)致地下水的天然排泄條件發(fā)生改變，因此本次不對其地?zé)崮Ｐ瓦M(jìn)行深入研究分析。

綜上，大熱水溫泉的補(bǔ)給源為南側(cè)山區(qū)的大氣降水，徑流通道為侵入巖接觸帶與SN向的斷層或節(jié)理裂隙密集帶，在排泄區(qū)由于草科斷裂的原因?qū)е聹厝c古滑坡在田灣河南岸出露于地表。其地?zé)崮Ｐ鸵妶D6。

圖6 大熱水溫泉形成模式圖(注：該剖面圖為區(qū)域水文地質(zhì)圖B—B′剖面)Fig.6 Formation model map of Large Hot spring(Noted that the profile is B-B' section in regional and hydrogeology map)1—花崗巖 2—大理巖 3—斷層 4—裂隙 5—大氣降水 6—溫泉出露點 7—施工地?zé)峋?8—地下熱水流向

5 結(jié)論

本次研究認(rèn)為草科鄉(xiāng)大熱水、小熱水的補(bǔ)給水源位于田灣河南側(cè)山區(qū)，平均補(bǔ)給高程為2673 m。接受大氣降水補(bǔ)給的地下水沿侵入巖接觸帶與SN向的斷層或節(jié)理裂隙密集帶向南徑流，在徑流過程中，隨深度增加，溫度也增加，最終在田灣河溝谷內(nèi)遇草科斷裂的橫向切割，導(dǎo)致地下熱水沿草科斷裂裂隙上涌，并出露至地表形成大熱水溫泉。