臨沂市溫泉分布及成因機(jī)理

于人人, 劉玲霞, 畢志偉,3

(1.河北地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，河北 石家莊 050031； 2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北 石家莊 050803； 3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 第四紀(jì)年代學(xué)及水文環(huán)境演變重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050803)

溫泉是地下熱水流出地表的露頭，是構(gòu)造活動(dòng)期間產(chǎn)生的熱量被基巖裂隙水所攜帶，通過斷裂帶或者巖石孔隙流出地表的產(chǎn)物。地?zé)岬哪芰恳话闶莵碓从诘厍騼?nèi)部的熔巖，儲(chǔ)存在構(gòu)造斷裂處的裂縫或者巖石孔隙中的熱能[1]。臨沂市地處魯西隆起的南部，背靠群山，沂沭斷裂縱貫?zāi)媳保責(zé)豳Y源豐富，溫泉?dú)v史悠久。近年來隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城市的發(fā)展，提高地?zé)豳Y源的利用率，加強(qiáng)對(duì)地?zé)豳Y源的保護(hù)和合理開發(fā)利用成為必然趨勢(shì)。本文以臨沂市為例，探討地?zé)豳Y源的成因模式，為溫泉資源的合理開發(fā)利用、保護(hù)和管理提供參考。

1 地理概況

臨沂是山東省的地級(jí)市，位于魯東南地區(qū)，鄰近黃海，東連日照，西與棗莊、泰安、濟(jì)寧相接，北與淄博、濰坊相鄰，南部與江蘇省相鄰。氣候類型為暖溫帶大陸性氣候，氣候適宜，年均溫14.1 ℃，無霜期長(zhǎng)，雨熱同期。區(qū)內(nèi)以低山丘陵為主，平原區(qū)主要位于東南部，地勢(shì)西北高東南低，主要山脈呈西北-東南走向，主要河流為沂河和沭河，屬淮河流域水系，沂沭河流域西、北、東三面環(huán)山，南部為沖積平原。區(qū)內(nèi)航空、鐵路和高速公路有效支撐了對(duì)外交通格局，工業(yè)部門類型全面。

2 地質(zhì)背景

臨沂市在大地構(gòu)造上屬于華北板塊魯西隆起區(qū)南部，郯廬斷裂山東段即沂沭斷裂帶將其分成東西兩個(gè)地塊，斷裂東西兩側(cè)的沉積和地層截然不同[2]。沂沭斷裂帶是一條深切至地幔、破碎寬度大的深大斷裂，斷裂以東屬膠南-威海隆起區(qū)的巖石區(qū)，長(zhǎng)期遭受剝蝕，為侏羅系、白堊系地層；斷裂以西除志留系、泥盆系、三疊系、古近系、新近系地層缺失外，其他地層均有發(fā)育[3]。區(qū)內(nèi)地層系統(tǒng)較為復(fù)雜，受構(gòu)造影響，地層多為NW-SE向展布，在凹陷區(qū)覆蓋較厚的中生代地層[4]。

臨沂市大部分地區(qū)主要為花崗巖、灰?guī)r、砂頁巖的裸露區(qū)，巖漿巖分布面積廣，約占全區(qū)面積的1/6，主要分布在斷裂帶的凸起斷塊上，巖性主要是二長(zhǎng)花崗巖、閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖之類的酸性巖漿巖。第四系地層普遍欠發(fā)育，在不同地區(qū)厚度不同，一般為0.5～7 m，河道地區(qū)主要分布著砂礫石，丘陵和平原地區(qū)主要沉積著亞黏土和亞砂土[5]。

3 溫泉分布和成因

我國(guó)的地?zé)豳Y源以兩種形式存在，一是賦存于構(gòu)造隆起區(qū)裂隙帶中的熱水，一是沉積盆地深部熱儲(chǔ)層的熱水。構(gòu)造隆起區(qū)的溫泉主要是依靠構(gòu)造活動(dòng)提供的熱量，沉積盆地的溫泉主要是依靠地溫梯度提供淺層或者深層地溫能。地?zé)嵋话阋云蛩男问匠雎兜乇恚瑥?qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)形成構(gòu)造變形，隨后造成的斷裂帶為汽或水提供了儲(chǔ)存空間和上升的通道，因此地?zé)豳Y源受構(gòu)造活動(dòng)的控制。

溫泉的形成一般分為兩種：一種是地殼內(nèi)部巖漿作用而形成，另外一種是地表水向地下滲透循環(huán)并吸收地?zé)崽荻榷纬伞５貧?nèi)部高溫高壓，巖漿作用十分強(qiáng)烈，基巖裂隙水在滲透進(jìn)入地殼內(nèi)部之后，通過熱交換吸取到巖漿作用產(chǎn)生的熱量，在通過一系列的運(yùn)移后出露地表。一般來說，形成溫泉要滿足三個(gè)基本條件：一是有地下熱水存在；二是存在靜水壓力差；三是有能夠讓熱水到達(dá)地面的裂隙[6]。補(bǔ)給水源首先在補(bǔ)給區(qū)下滲，一般以基巖裂隙水的形式在巖層中運(yùn)移，隨后逐漸運(yùn)移至斷裂破碎帶。到達(dá)斷裂破碎帶之后繼續(xù)向深處循環(huán)形成地下水，在接觸到地下熱源作用之后，地下水受熱形成熱水，由此形成溫度較高的地下水。當(dāng)沉積在構(gòu)造之上的隔水巖體使地下熱水處于相對(duì)封閉的環(huán)境中，其水壓升高，當(dāng)覆巖體后期遭受構(gòu)造作用、風(fēng)化剝蝕或流水侵蝕作用破碎后，地下熱水便在構(gòu)造裂隙處出露形成溫泉[7]。

4 溫泉的形成模式

4.1 構(gòu)造條件

臨沂市地處華北板塊魯西隆起的南部、沂沭斷裂的南段，斷裂、褶皺等構(gòu)造均有發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。自前寒武紀(jì)至晚古生代研究區(qū)內(nèi)經(jīng)歷過一系列強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，發(fā)育了四條主要的深大斷裂帶：鄌郚—葛溝斷裂、沂水—湯頭斷裂、安丘—莒縣斷裂和昌邑—大店斷裂。構(gòu)造斷裂處地?zé)岙惓＃瑹嵩礊樯系蒯：蜕畈康貧r體中儲(chǔ)存的大量溫度高且穩(wěn)定的熱；熱儲(chǔ)溫度場(chǎng)為受構(gòu)造斷裂控制的基巖裂隙；蓋層為寒武系砂頁巖、白堊系凝灰?guī)r、砂礫巖[8]。這些構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和斷裂帶的存在為地?zé)豳Y源的形成提供了良好的地質(zhì)條件。臨沂市構(gòu)造斷裂較多且活動(dòng)強(qiáng)烈，這為其提供較為有利的構(gòu)造條件。臨沂市地?zé)豳Y源集中分布在構(gòu)造斷裂帶附近，多以構(gòu)造模式下的地?zé)釡厝雎叮牡責(zé)釡厝兄鞘厝^溫泉、觀唐溫泉，均沿?cái)嗔褞Х植迹瑢儆跇?gòu)造控制型地?zé)釡厝?/p>

4.2 補(bǔ)給水源

深層地下水的活動(dòng)與水動(dòng)力條件密切相關(guān)，水動(dòng)力條件強(qiáng)時(shí)，地下水運(yùn)動(dòng)也相對(duì)活躍，水動(dòng)力條件弱時(shí)，地下水運(yùn)動(dòng)也相應(yīng)減弱。臨沂市構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水的補(bǔ)給、運(yùn)移和賦存等受構(gòu)造活動(dòng)控制。臨沂市背靠沂蒙山，面向沂河谷地，為典型的沿河型城市。臨沂市地下水的補(bǔ)給水源主要為大氣降水補(bǔ)給，地下水的主要流向?yàn)檠氐貏?shì)較高的沂蒙山向東南徑流至沂河谷地，流量在逐漸增加。

臨沂市地?zé)釡厝嘣诤庸取⒑恿麟A地等地出露。出露地點(diǎn)多數(shù)為海拔高度較大的山地前緣，山地地區(qū)的大氣降水沿地表下滲進(jìn)入基巖裂隙，在吸收巖體中賦存的熱量之后，通過地下徑流匯集形成熱水富集區(qū)，熱水富集區(qū)受到海拔高度的影響形成靜水壓力差[9]，受壓力的影響最終在裂隙帶或地表較破碎地區(qū)出露形成溫泉。

4.3 熱源

在巖漿巖廣布的地區(qū)，當(dāng)?shù)叵滤虻乇斫邓c巖體斷裂帶熱接觸時(shí)，水體吸收巖體斷裂帶中的熱可形成地?zé)崴瑥亩纬蓽厝Ａ硗猓鶕?jù)地溫梯度的變化，隨著深度的增加，地下溫度在逐漸增加，這也可以提供大量的熱源。因此，有學(xué)者認(rèn)為地下熱水的熱源來自巖漿活動(dòng)的熱量。他們同樣認(rèn)為，地殼活動(dòng)產(chǎn)生變形，變形較大之后會(huì)產(chǎn)生一系列的構(gòu)造活動(dòng)，構(gòu)造活動(dòng)也會(huì)帶來大量的熱量，這些也可以支撐溫泉的熱量來源。隨著對(duì)地?zé)嵫芯康牟粩嗌钊耄糠謱W(xué)者對(duì)巖漿巖是否能為溫泉提供熱源提出了不同的觀點(diǎn)，他們認(rèn)為在巖漿活動(dòng)不活躍的地區(qū)，巖漿余熱不足以支撐溫泉的熱量來源，部分溫度較高的溫泉水可能開采自深部地下熱水，其熱源并非巖漿余熱。臨沂市溫泉的熱源主要依靠地殼內(nèi)部的巖漿作用產(chǎn)生的熱量以及構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的熱量，這些熱源為臨沂市溫泉提供較為充足的熱量來源。

4.4 溫泉形成機(jī)理

根據(jù)熱儲(chǔ)、熱蓋及補(bǔ)給水的水文特征分析，臨沂市地?zé)釡厝獌?chǔ)熱層主要分為兩種：一般分為無蓋或較薄沉積的蓋層，另一類是有蓋層。其中無蓋層的形成過程是：補(bǔ)給水源沿?cái)嗔哑扑閹聺B形成深循環(huán)對(duì)流，吸收深部巖體中的熱能形成地下熱水。有蓋層的形成過程是：地下熱水通過富集之后形成地下承壓水，在后期構(gòu)造作用下或受斷裂影響蓋層受到破壞，地下熱水沿構(gòu)造裂隙處或斷裂部位出露至地表，形成溫泉。

5 結(jié)論

通過本文分析可以得出以下結(jié)論：

臨沂市位于華北板塊魯西隆起區(qū)南部地帶，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，至今依舊有構(gòu)造活動(dòng)，發(fā)育了北西向和北東向斷裂構(gòu)造，研究區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造為溫泉資源的形成和發(fā)展提供了良好的地質(zhì)條件。

臨沂區(qū)內(nèi)的溫泉主要受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制，體現(xiàn)在溫泉資源富集地區(qū)為主要的斷裂破碎帶附近，溫泉多以較高溫度的熱水形式出露地表，為典型的受構(gòu)造控制的地?zé)釡厝瑹嵩礊榈叵聨r體中的熱能和構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的熱能。

臨沂地區(qū)溫泉水的主要補(bǔ)給水源是大氣降水，補(bǔ)給水源區(qū)為北側(cè)的沂蒙山脈。補(bǔ)給水沿?cái)嗔褞聺B經(jīng)歷深部循環(huán)后吸收深部巖體中的熱能，而后通過斷裂出露地表；臨沂市的溫泉形成多為有蓋層，在經(jīng)過地下水吸收熱量形成富集區(qū)高壓環(huán)境之后，經(jīng)過后期的地表活動(dòng)，有斷裂帶出露。

我國(guó)中低溫地?zé)豳Y源較為豐富，缺乏高溫地?zé)豳Y源。通過探討溫泉的成熱機(jī)理和地?zé)豳Y源的形成規(guī)律對(duì)開發(fā)利用地?zé)釡厝屯苿?dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高居民生活質(zhì)量等方面有著重要意義。臨沂地區(qū)地?zé)豳Y源豐富，其分布存在一定的規(guī)律，探討地?zé)豳Y源的分布規(guī)律可為該地區(qū)今后地?zé)峥碧剑瑴厝Y源的合理開發(fā)利用、保護(hù)和管理提供參考。