甘肅東南地區地球化學特點及其地質意義研究

（核工業二〇三研究所，陜西 咸陽 712000）

甘肅東南地區地質活躍，位于華北、華南板塊構造之間，且處于秦嶺山脈地帶，地震頻發，地質活動很不穩定，同時，該地區還水熱資源豐富，水循環和水化學類型多樣，地下流體收到各種影響及化學反應不斷上升，形成溫泉流體，溫泉中包含很多化學元素，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巖石圈特性，也能通過溫度、循環時間、巖石破碎的程度來判斷地下流體的組成成分，進而對地球化學特性更加了解。地震活動多發也會對溫泉水的動力條件以及水巖反應帶來重要影響，采用溫泉水化學特性分析來監測地震活動也是地震監測有效的方法和手段[1]。本文主要分析了甘肅省東南地區水化學類型以及熱水來源，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活動的異常有所掌握。文本采用了七個地區的水樣進行水質分析，研究了水熱循環特性和同位素等各種組成成分，進而更加了解溫泉流體的來源和形成，促進人們對地球化學特點的了解，具有重要的現實意義。

1 區域地質概況

甘肅東南地區地處華北板塊、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域，北面和祁連造山板塊相連，總體構造位于東昆侖斷裂和西秦嶺北緣斷裂區域，具有十分重要的地理特性，圖1為甘肅東南地區的西秦嶺地形結構圖，正是由于該地區鄭重特殊構造，具有復雜的地質特性和溫泉流體形成的必備條件，該地區具有重要的研究價值。

圖1 西秦嶺構造單元示意圖

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今的板塊構造局勢，主要分為三層構造巖石地層單位，一是晚太古代到早元古代形成的火山沉積變質巖系，二是晚古生代到中三疊紀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造巖漿活動，由于以上特性，甘肅東南地區地質特點比較活躍，容易發生地震以及其他地質變化，再加上該地區的地熱、水熱資源十分豐富，地質板塊活動帶動流體不斷上升到地面，形成溫泉，表現出良好的映震能力[2，3]。

2 采樣方法和測量結果

如何更好的對溫泉流體地球化學特點進行更好的分析和把握，需要對當地水體進行實驗，觀察水質變化以及成因，才能更深層的了解地質特性，分析地質與地震的關系。本文主要通過采樣實驗的方式來分析結果，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地區的水化學及同位素的分析結果，明顯看出所有的溫泉水質pH值均在7到8之間，總體溫度表現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 溫泉流體地球化學特點的討論和分析

本文針對甘肅東南地區七處溫泉流體水資源采樣并進行水化學以及同位素的分析，能夠進一步掌握溫泉流體地球化學特性，下面對穩定同位素、水化學分析以及熱儲溫度和深度三個方面進行詳細分析與探討。

第一，穩定同位素，主要包括氫氧同位素分析和氦同位素分析。

（1）甘肅地區地下熱水資源的來源有可能是大氣降水、巖漿水和變質水，其中大氣降水與氫氧同位素屬于線性關系，圖2顯示了當地溫泉水的氫氧同位素組成結構，通過分析該地區水質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，主要是由于該地區地層斷裂程度比較小，大氣降水經過斷裂層流出[4]。

第二，水化學分析，主要從水化學類型、水化學變化與地震兩方面討論。

（1）影響水化學類型的因素有很多，主要包括地質構造、水動力以及地熱條件有關，通過這些相互作用可以反映出地質巖層的特性以及水巖交互的作用類型。本文將七處地區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，主要地層構造包括變質巖、花崗巖以及第三系碎屑等。天水和武都地區的溫泉都屬于Ca*Mg-SQ4類型，pH值偏高，含水層包括相互交互的碎屑、泥巖、灰巖等，此處的溫泉水溫較低，是由于地下水循環深度較淺。武山地區的兩處溫泉屬于Na-HCO3*SQ4類型，含水層包括花崗巖、及第三系碎屑加石膏，在地下水循環過程中，鈉離子聚集，是整體溫泉水的性質呈現為弱堿性，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，因此對總溶解度的影響不高。

（2）甘肅東南地區的溫泉多處于板塊之間以及山脈斷層之間，地質構造活躍，容易引發地震，受到深處應力狀態，改變了斷層對水的運移環境，最終導致地下流體產生化學異常。在地震發生前，溫泉中的各種離子含量總體趨于穩定狀態，但在地震發生后，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，溫泉水循環深度變淺，導致震后水溫下降，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測地震發生的征兆[5]。

第三，熱儲溫度和深度。

通過分析判斷各個溫泉地區的水巖反應是否達到平衡狀態，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，通過分析溫泉地區的熱儲溫度和深度值，來研究該地區的地層斷裂情況，以及惹出深度與循環過程的相關性，從而對溫泉流體的一些地球化學特性進行分析總結。

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幾個溫泉流體的地球化學特性，同時也分析了地質變化與地震的影響，具有重要意義。

4 結語

甘肅省東南地區由于其獨特的地質地形原因，形成了獨特的溫泉流體現象，主要是由于受到內部壓力導致流體上升，進而形成溫泉。本文主要從甘肅省的地質特點出發，采用了七處溫泉的水樣本進行水質分析，進而能夠推斷出地層的變化與運動，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特點，加深了人們對溫泉流體地球特點的了解。

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

[2]顏昆.武山溫泉及附近地區流體地球化學的研究[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研究[C]//全國青年地質工作者學術討論會.1999.

[4]汪萬紅.秦嶺北緣斷裂帶深部流體特征與區域地震活動的關系研究[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湖濱強氣體釋放帶流體地球化學研究[D].中國地震局地質研究所,2006.