甘肅省武山聶家河溫泉賦存特征及成因

■孟慶云

（甘肅省地礦局第一地質礦產勘查院甘肅天水741020）

甘肅省武山聶家河溫泉賦存特征及成因

■孟慶云

（甘肅省地礦局第一地質礦產勘查院甘肅天水741020）

武山聶家河溫泉熱流體主要賦存于斷裂交匯部位的碎裂狀斑狀花崗巖體中，熱水水溫56.2℃，富含鋰、鍶、氟、偏硅酸等多種微量元素，主要用于浴療治病和保健。本文通過對溫泉地熱資源形成的地質背景分析，初步論證了地熱田的熱儲和控熱構造，評價了地熱資源儲量，極具開發價值。

武山聶家河溫泉 賦存特征 成因

1 引言

聶家河溫泉位于天水市武山縣東部聶家河上游，距隴海線洛門鎮車站和連霍高速約15km。主要利用聶家河東側支溝大湯溝中的兩眼溫熱自流井開采熱礦泉水進行浴療治病和保健。地熱田面積約0.5km2，熱水水溫56.2℃，富含鋰、鍶、氟、偏硅酸等多種微量元素和極高的水氡含量，屬典型的中低溫醫療礦泉水。

本文通過對武山聶家河溫泉地熱資源形成的地質背景分析，結合鉆探資料，初步論證了地熱田的熱儲、蓋層、導水和控熱構造，分析推斷了地熱異常的成因，評價了地熱資源儲量，為開發利用規劃提供了依據。

2 地下熱水形成的地質環境條件

2.1 地質概況

（1）自然地理。武山聶家河溫泉屬溫帶大陸性半濕潤季風氣候區，多年平均降水量518mm。區內河流主要是渭河南側支流聶家河，流域面積約149km2，多年平均徑流量2025萬m3/a。受新構造運動影響，河流侵蝕下切作用強烈，聶家河峽谷橫剖面形態呈“V”型，谷底及兩岸由粗粒黑云母斑狀花崗巖組成。大湯溝和小湯溝發育規模較小，受聶家河大斷裂橫切溝谷，在斷裂帶及上游有泉群出露，其中大湯溝量為1.235l/s，小湯溝流量為0.783l/s。

圖1 工作區地質圖

（2）地質構造。武山聶家河溫泉區域上處于祁連－北秦嶺造山帶的復合部位（圖1）。祁連－北秦嶺造山帶的復合銜接關系在區域上呈“反S”形扭動構造格局，褶皺、斷裂發育，并伴隨有燕山期巖體的大規模侵入。燕山期侵入巖體（γ52－3）分布于區內溝谷溝底及兩側，向東一直延伸至關子鎮一帶。巖體規模較大，受區域地質構造的控制，侵入于泥盆系地層中。在巖體與圍巖接觸處產生退色蝕變，表現為混合巖化和綠泥石化。F1斷裂破碎帶上，巖石破碎，構造裂隙極為發育，埋藏分布有較為豐富的脈狀承壓熱礦泉水。

圖2 地熱田補給、徑流、排泄條件示意圖Fig.2 Geothermal field recharge,runoff and discharge conditions

對地下熱水形成具有重要控制意義的斷裂構造有：

F1斷裂：出露于聶家河河谷右岸沖溝中，近南北向延伸，為一發震性逆沖活動斷裂。斷裂破碎帶寬300－350m，斷裂帶中斷層成群出現，且彼此平行。比較大的斷層有二級，疊瓦式組合。自西向東第一級斷層（F1－1）寬100m，其產狀為127°∠76°，斷層帶中以細碎顆粒狀物質為主，局部為斷層泥和斷層角礫，含鐵質成份，呈紫褐色或淺紅色；第二級斷層（F1－2）寬45m，與F1－1斷層大致平行，產狀為103°∠86°，斷層中以碎裂狀斑晶花崗巖為主。F1－1和F1－2兩級斷層之間巖體因受強烈擠壓而十分破碎，構造裂隙極為發育，為地下熱水提供了儲存空間和運移通道。

F2斷裂：出露于葛峪溝、大湯溝溝腦，為一壓性斷裂，呈南東－北西向展布。該斷裂帶寬約50m。F2斷裂與F1斷裂斜交擠壓作用導致局部地段地殼應力集中，初步推測F2斷裂為壓扭性控熱斷裂，它在阻擋F1主干斷裂深部地下熱水向北運移的同時，也形成了深部熱水的上升通道。大湯溝、小湯溝位于F1和F2兩條斷裂的交匯部位，沿破碎帶均有多處溫泉出露，而在F2斷裂以北則沒有溫泉出露。

2.2 水文地質條件

與地熱有密切聯系的是斷裂破碎帶脈狀承壓水。大湯溝、小湯溝地熱田熱流體主要賦存于F1、F2斷裂交匯部位的碎裂狀斑狀花崗巖體中，地熱異常區面積約0.5km2，熱儲呈單斜構造發育，為中低溫地熱資源。根據鉆探和溫度觀測資料，地熱田鉆孔出水口溫度56.2℃，孔內達57℃。熱儲層為聶家河主干斷裂的次級斷層F1－1和F1－2之間所夾的斷裂破碎帶，寬度約300m。大湯溝溫泉距F1－1斷層約100m，為一溫熱水自流泉，最高水溫約40℃。據鐵路療養院1979－1980年在大湯溝溫泉下游施工的兩眼鉆孔資料，鉆進至7.0m時，孔內泥漿溫度為21℃，至21.0m時，孔內泥漿溫度為27℃，據此推斷大湯溝溝谷內地熱田熱儲埋藏深度小于7m，其它地段隨地形增高，埋深相應增加。在250m范圍內，熱儲溫度應在55―60℃之間，蓋層為第四系松散堆積物。地熱田內熱流體具承壓性，鐵路療養院在1980年施工的1#熱供水井，洗井時，出水管高出地面3.6m，井內熱水自噴，成井后，出水管高出地面0.6m，一直自流至今。1998年施工的2#井亦有自噴現象，洗井時水頭高出地面6.0m，成井后出水管高出地面0.5m，自流不斷。

大湯溝、小湯溝地熱田熱流體來源于大氣降水和地表水體入滲的轉化。南部的基巖山區，降水充沛，巖體裸露，可直接接受大氣降水的入滲補給和由大氣降水形成的地表水的滲入補給（圖2），接受補給后，地下水在從地勢較高的南部向北部沿斷裂帶深部運移過程中逐漸加熱，至F2斷裂帶附近由于徑流受阻，在大湯溝、小湯溝一帶溢出地表，形成溫泉。大湯溝、小湯溝一帶應為該地熱系統的排泄區，排泄方式有天然露頭和人工露頭兩種，排泄量為540m3/d（包括鐵路療養院、省衛生廳礦泉水療養院供水量和天然露頭流量）。

2.3 地球物理特征

1980年9月原鐵道部第一勘測設計院在地熱田開展了地球物理勘探工作，采用電測深剖面法，通過對地層視電阻率的對比分析，F1斷裂破碎帶屬低阻異常區，視電阻率ρs=50－70Ω?m，在F1斷裂破碎帶以東視電阻率ρs=120－200Ω·m。在地電剖面上反映F1斷裂破碎帶傾向東，傾角85°－87°，接近直立。同時也證實了F1－1和F1－2兩級斷層的存在，為地熱田熱儲的劃界提供了一定的技術依據。

2.4 地球化學特征

地熱田地下熱水天然露頭和人工露頭集中分布在沿F1、F2斷裂交匯部位的大湯溝和小湯溝中。對區內地下熱水、基巖裂隙水和地表水均進行采樣化驗分析，其水化學類型具有明顯的差異。地下熱水的水化學類型為HCO3－-Na+型，基巖裂隙水為SO42―-HCO3－-Na+、HCO3－-Ca2+-Na+和 HCO3－-SO42－-Na+-Ca2+型，地表水為HCO3－-Ca2+型。地下熱水PH值8.20—8.67，溶解性總固體含量318.4—360.8mg/L，放射性總α、總β值符合生活飲用水水質標準。熱水中除常規化學組分外，還含有偏硅酸、氟、溴、碘、硒、鋰、鍶、氡等多種與人體健康有益的微量元素。其中偏硅酸、氟、氡含量遠遠超過《醫療熱礦泉水水質標準》中有醫療價值濃度，達到醫療礦泉水命名濃度，因此，大湯溝、小湯溝地下熱水是名副其實的硅水、氟水和氡水。

3 地下熱水資源儲量評價

按國家醫療礦泉水水質標準對地熱田地下熱水進行熱礦泉水水質評價。根據水質化驗分析結果（表1），大湯溝、小湯溝供水井熱水中溶解性總固體含量分別為318.46mg/l、360.8mg/l，水溫達56℃（標準為25℃）以上，含多種微量元素，具有保健和醫療功效。根據國家標準《天然礦泉水地質勘探規范（GB/T13727－92）》中附錄B及有關醫療礦泉水水質標準，與大湯溝、小湯溝熱供水井水質進行對照評價。從評價結果中可明顯看出，地熱田供水井熱水中氟、偏硅酸、氡三項指標的含量均超過礦泉水醫療價值濃度和礦水濃度，達到命名礦水濃度，水溫亦超過具醫療價值溫度。因此大湯溝、小湯溝熱供水井礦泉水可命名為氟、硅、氡復合性天然醫療熱礦泉水。

水化學特征用庫爾洛夫式表示為：

根據水化學類型可命名為重碳酸鈉型礦泉水。

表1 武山溫泉熱水井水質分析結果表

根據地熱田熱儲特征，計算斷面寬度為地面實測破碎帶寬度值與熱儲傾角換算得出的熱儲真厚度，約為300m，熱儲層垂向厚度則根據鉆探、物探資料推測為300m，水力坡度在徑流、排泄區天然露頭點勾畫的等水位線圖上量取，為10‰。經計算，地下熱水的天然資源量為3204m3/d。

分析多年長期動態監測資料，大湯溝1#、2#熱水井自流量穩定在330－350m3/d之間，平均流量為340m3/d，該溝溫泉流量始終保持在40m3/d，小湯溝兩眼開采井熱水自流量亦穩定在160m3/d。目前地熱田人工露頭和天然露頭總自流量為540m3/d，占地下熱水資源量的16.9%，水量、溫度和水化學成分未發生明顯改變，動態基本穩定。因此，以現狀開采量作為允許開采量是有充分保證的。極具開發價值。

[1] 朱志強，王守穎，蘭州鐵路局洛門療養院地下熱水資源儲量核實報告，2005.11.

[2] 劉光亞，基巖地下水 [M]，地質出版社，1979.12.

[3] 胡玉祿、胡紅文，等.5m地溫測量在地熱勘探中的應用 [J]，水文地質工程地質，2002.

P5[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-55-2

孟慶云（1966～），男，工程師，研究方向為水文地質、工程地質、環境地質勘查。