黔東南州北西部溫泉地熱水水化學及同位素特征研究

高福興

摘要：對黔東南州北西部出露的12處溫泉的水化學特征、同位素特征進行了分析，得出黔東南州北西部溫泉水的來主要為大氣降水補給、年齡以現代水為主。黔東南州北西部溫泉水與圍巖礦物未達到完全平衡，不適宜用Na、K、Mg地熱溫標，玉髓的地熱溫標顯示黔東南州北西部溫泉熱儲溫度在42.3℃～75.6℃。對下一步黔東南州北西部的溫泉地熱勘查、開發利用具有指導意義。

關鍵詞：溫泉；水化學特征；同位素；溫標；黔東南州

1.前言

黔東南州北西部地區是貴州省省溫出露較為密集的地區，目前已發現的自然出露溫泉有4處，著名的有劍河溫泉。溫泉地水已在洗浴、水療、供暖、淡水養殖、旅游業等方面得到廣泛的開發利用，取得了明顯的經濟效益和社會效益。隨著黔東南州經濟的快速發展和人民物質生活水平的提高，溫泉地熱水開發利用的規模日益加大，盲目擴大溫泉地熱水的開采所產生的問題也隨之而來。

2.地熱地質條件及地熱資源分布特征

2.1地層與構造

研究區大地構造位置分屬華南褶皺帶及揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱的貴陽復雜構造變形區，主要經歷了雪峰期、加里東期、燕山期及喜山期，形成了一系列褶皺及斷裂。研究區東南部雷山、劍河及臺江等地區的大地構造上屬華南褶皺帶。其構造主要以北東向一北北東向為主，主要褶皺有：崇梭溪背斜、白枝山背斜、雷公坪向斜、三穗向斜等；主要斷裂有：革東斷層、施洞口斷層等。區內鎮遠一施秉帶，有兩條平行延伸的東西向斷層，北面為蕉溪斷層，南面為震源斷層，兩側伴隨若干次級同向斷層，亦全稱為鎮遠東西向斷裂帶。研究區地層除侏羅系、三疊系外，從青白口系至第四系均有出露，以青白口系和寒武系分布最為廣泛。

2.2地熱異常的地球化學特征

通過本次研究區內的RaA剖面測量成果顯示：一般情況下，研究區內RaA射線脈沖背景值一般為10個～20個/5分鐘，在挽近期活動斷層破碎帶附近，曲線呈高值突變，其5分鐘的異常值可達30個～40個，高于背景值2倍～3倍以上，說明勘研究區內的挽近期活動斷裂是氡氣遷移、賦存的最有利的地質條件，有利于地熱水的形成、遷移、賦存。

2.3地溫場分布特征

研究區總體地熱增溫率小于1.0℃/100m～2.0℃/100m，地熱增溫率總體偏低，在平面上由南東向北西整體呈現增大趨勢，有西向東呈近似等值區分布，其中劍河、雷山呈現突變趨勢。再垂向上，通過對區內的8個地熱井的井溫測試，一定深度下遇斷裂構造帶，其地溫變幅、地熱增溫率偏大，上盤地熱增溫率大于下盤地熱增溫率，區內熱源主要是由于深大斷裂構造帶溝通地幔的熱源，與挽近期活動斷裂及深大斷裂構造帶密不可分。

綜上，區內地溫增溫率總體偏低，但在挽近期活動斷裂帶及與之相關的分支斷裂帶會出現地溫“異常”，即增溫率高值區。

2.4地熱資源分布特征

研究區內地熱異常點共12處，其中天然溫泉點4處，人工揭露地熱井8處。

根據研究區地熱異常空間分布、所處地質構造部位等來看，其地熱資源分別主要有以下規律：（1）區內的地熱資源出露點均分布于東西向、北北東向斷裂及次生斷裂帶上，說明區內的斷裂帶及次生斷裂對地熱水的形成及遷移起主要作用。（2）區內地熱資源出露點分布的斷裂帶大都為第三紀以來的斷裂，主要表現在切割了區內的第三系，說明新構造運動是控制地熱水形成的另一個重要因素。

綜上，研究區內地地熱資源出露點與區內挽近期的斷裂帶及次生斷裂關系密切，是控制地熱水形成的主要因素。

3.地熱溫泉的水化學特征

3.1礦化度及pH值特征

對區內測定的8個地下熱礦水點中，pH6～7的0個，pH7～8的4個，占總數的50%；pH8～9的4個，占總數的50%。說明區內的地下熱水主要為中偏弱堿性。礦化度一般都很低，均小于1g/L，屬淡水。

3.2主要離子特征分析

根據區內地熱水全分析測試表明：區內地熱水主要組分中陽離子為K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、主要陰離子為Cl^-、SO₄^2-、HCO₃^-，少數有碳酸根離子、氟離子。

3.3地熱流體的化學類型

區內的地熱流體化學類型與其出露的地層有直接關系，通過取樣分析，有如下特征：（1）寒武系中上統婁山關群一下統清虛洞組熱儲含水層的地熱水化學類型為HCO₃-Ca²⁺型，在凱里大中出露的地熱水其水化學類型為HCO₃-Ca²⁺、Mg²⁺型，可能是區內的二疊系中統棲霞一茅口組熱儲含水層對其共同補給的原因造成。（2）板溪群清水江組變質巖地層地下熱水化學類型為HC03-Na型。

3.4有益元素特征分析

寒武系中上統婁山關群一下統清虛洞組熱儲含水層地下熱水有益組分包括二氧化碳、鍶、鐵、鋇、偏硅酸，其中二氧化碳濃度為31.09mg/L、鍶濃度為1.04mg/L～3.3mg/L、鐵濃度為0.166mg/L、鋇濃度為0.05mg/L、偏硅酸濃度為23.97mg/L～38.09mg/L。其中偏硅酸含量達到“醫療熱礦泉水水質標準”，具有良好的醫療價值。

板溪群清水江組變質巖地層地下熱水有益組分包括二氧化碳、鍶、鐵、鋇、偏硅酸、鋰，其中二氧化碳濃度為1.94mg/L、鍶濃度為0.64mg，L、鐵濃度為0.4mg/L、鋇濃度為0.14mg/L、偏硅酸濃度為39.36mg/L、鋰濃度為1mg/L。其中偏硅酸、鋰含量達到“醫療熱礦泉水水質標準”，具有良好的醫療價值。

4.地下熱水的同位素地球化學特征

4.1地熱水補給來源

利用δD-δ¹⁸O關系曲線可判斷地下水的補給來源，根據水樣檢測結果繪制δD-δ¹⁸O散點圖，從圖1可以看出，δD-δ¹⁸O點均落在大氣降水線附近，說明地熱水主要為大氣降水入滲補給。圖1中數據點分布還為認識地熱田類型提供了證據。一般來說，高溫地熱水地帶會表現出顯著的氧漂移。黔東南州北西部溫泉熱水并沒有表現出顯著的氧同位素單向富集（氧漂移），證明了該區地熱田屬于中低溫類型。

4.2同位素估算古水、現代水的混合比例

對地下水氚含量的研究，有助于地下水補給時期的判斷，并推算地熱礦水1953年以前的水與近代水（1953年后）的混合比例。根據附近河水的氚含量和有關熱礦水的氚含量，其熱礦水中1953年以前的水和現代水的混合比例可按下式作粗略估算。

α=[（T3—T2）/（T1-T2）]×100%

式中：α為近代水在熱水中的比例；T1、T2、T3分別為近代水、古水和熱礦水中的氚含量；根據毛健全等對貴州省溫泉中氚含量的初步研究，貴州省溫泉附近水樣氚含量T1平均值30Tu，地下熱水本來無氚，T2取值1Tu。區內的地熱水受1953年以后大氣降水的影響是很小的。

5.熱儲溫度的估算

該次工作選用無蒸汽損失的玉髓作為地化溫標，對黔東南州北西部溫泉熱儲溫度分別進行計算，黔東南州北西部溫泉熱儲溫度在42.3℃～75.6℃，相差33.3℃。大部分溫泉的熱儲溫度都在地球化學溫標方法被廣泛地運用于地熱水熱儲溫度估算，但是在運用過程中時常會產生偏差，其根本原因是用溫標估算水樣熱儲溫度時，不滿足礦物（或巖石）—水溶液間的相平衡條件。

6.結語

黔東南州北西部地區是貴州省天然溫泉分布較密集的地區，溫泉水溫22℃～48℃，均出露于2組斷裂交會處或不同巖體接觸帶。溫泉熱水來源以大氣降水溶濾補給為主。熱水年齡多小T40a，小部分溫泉年齡大于40a。研究區溫泉屬于中低溫地熱田類型，熱儲溫度在43.3℃～75.6℃。