四川省雅安地區醫療熱礦水地質成因分析——以周公山地熱溫泉為例

劉玉紅，周勇，程仕俊，王光洪，萬平益，李永平

四川省雅安地區醫療熱礦水地質成因分析——以周公山地熱溫泉為例

劉玉紅1，周勇1，程仕俊1，王光洪1，萬平益1，李永平2

（1.四川省冶金地質勘查局六0五大隊，四川 彭山 620800；2.四川省地礦局區域地質調查隊，成都 610213）

通過對周公山泉域地質構造、水文地質條件研究分析，并根據溫泉的水文地球化學特征，從溫泉的水源、熱源、構造等方面闡明了周公山溫泉的成因。通過對該地區地熱成因的研究，為該地區地熱資源開發以及區域上其他溫泉的成因模式提供地質參考。

溫泉；地質成因 ；構造；蒸汽蒸餾

周公山溫泉位于成都西南緣雅安市滎經縣內位于周公河支溝-柳家溝右側，與溝底高差十余米。地理位置坐標（1980西安坐標系）：29°52'23"N，103°03'54"E，孔口高程 766.00m。

周公山溫泉溶解性總固體：17.161～17.238g/ L，水質類型為Cl-Na型水，pH值7.4。熱礦水中氟含量5.43～6.5mg/ L，硫化氫含量53.27～54.67mg/ L，二氧化碳含量6.63～36.63mg/ L，溴含量75.80～115.0mg/ L，碘含量1.60～1.85mg/ L，鍶含量16.48～21mg/ L，鐵含量0.19～0.50mg/ L，鋰含量11.70～12.12mg/ L，鋇含量0.059～0.13mg/ L，偏硼酸含量170.0～202.7mg/ L，偏硅酸含量61.1～86.71mg/ L，偏砷酸含量＜0.1mg/ L，鐳含量4.4～6.77×10-11g/ L，氡含量2.3～8.7×10Bq/L，出水口水溫為78～81℃，自流水量5000m3/d。

周公山溫泉為含碘的溴、鋰、鍶、氟、偏硼酸、硫化氫、偏硅酸、鐳高溫醫療熱礦水（劉玉紅等，2018；李永平等，2000）。

圖1 川西南大地構造位置圖

1 區域地質概況

1.1 地質構造背景

周公山溫泉大地構造位于揚子準地臺西緣所轄的雅安凹褶束。盆地南及西部出露三疊系下統和二疊系等老地層，軸部出露中生界侏羅系地層的向斜儲水構造。

1.2 地層巖性

區內出露地層主要為三疊系及侏羅系、白堊系紅層兩套淺海相—瀉湖相、海陸交互相、河湖相、沼澤相和內陸河湖相沉積地層。

表1 雅安地區地層一覽表

2 水文地質特征

2.1 含水巖組及富水性

區內有淺層地下水類型：

2.1.1 松散巖孔隙水

1）水量中等的孔隙含水層。全新統沖洪積層（Q4al）和上更統冰水堆積層（Q3fgl）：分布于青衣江漫灘、Ⅰ級階地和Ⅱ級階地，由砂礫卵石層組成，厚2～25m。單井涌水量100～1000m3/d，水質類型HCO3-Ca或HCO3-Ca·Mg型水，礦化度小于0.5g/L。

2）水量貧乏的孔隙含水層。中更新統礫石層（Q2gl+fgl）：零星分布于Ⅲ級階地，具泥礫結構、粗細物質組合緊密，具砂層透鏡體。局部儲存孔隙水。泉流量＜0.11l/d，單井涌水量＜100m3/d，水質類型HCO3-Ca·Mg型水。

圖2 周公山醫療熱礦泉水區域水文地質圖

2.1.2 基巖裂隙水

1）紅層風化裂隙水。賦存于K2、J3、J3s、J2s、J1地層的巖土巖、粉砂巖之中，網狀風化裂隙深度0～50m，地下水埋深極不均勻，由數米至40m。水量貧乏，泉流量小于＜0.1l/d，單井涌水量100～1000m3/d，水質類型HCO3-Ca型水，礦化度小于0.5g/L。

2）構造裂隙水。賦存于K2、T3、T1、P2地層礫巖、砂巖、粉砂巖等剛性巖石裂隙中，富水性差。泉流量＜0.11l/d，水質類型HCO3-Ca·Mg型水，礦化度小于0.5g/L。

但其中的夾關組（K2j）巖性主要為厚層狀砂巖、礫巖組成，裂隙較發育，裂隙率2.26%，孔隙率8.55%，泉水流量泉流量0.1～3L/s，富水中等，單井涌水量100～300m3/d（見圖2）。

3）玄武巖裂隙水。賦存于峨眉山玄武巖（P3β）的氣孔及柱狀節理中，富水性中差，泉水流量0.01～0.21L/s，水質類型HCO3-Ca型水，礦化度很低（0.1g/L以下）。

2.1.3 碳酸鹽巖類裂隙巖溶水

1）水量豐富的裂隙巖溶水。賦存于T2、P1裂隙巖溶洞中，地表的溶蝕洼地、落水洞、漏斗、巖溶乃至暗河十分發育，巖溶大泉和地下水流量100～1000L/s，屬HCO3-Ca型水，礦化度小于0.5g/L。

2）水量中等的裂隙巖溶水。賦存于T1溶隙溶洞中，地表巖溶發育中等，泉、溶洞水流量100～500L/s，屬HCO3-Ca型水，礦化度小于0.5g/L。

T2、P1和T1裂隙巖溶洞為本區熱礦水源的賦存層位，其中P1組是周公山溫泉的主要出水含水層。

2.2 地下水運移循環特點

本區處侵蝕構造中山區，淺層地下水主要由大氣降水補給。區內正處川西多雨地區，多年平均降雨量1 805.4mm，最大降雨量可達2466.6mm。雨季較長，豐富的綿綿降雨為地下水的補給提供了極有利的條件，降雨通過垂直入滲儲存于地層的空隙、裂隙或者空洞中形成地下水。因各含水層儲水空間、儲水構造的性質不一，使不同含水層中地下水的埋藏深度循環徑流特性不一。碎屑巖類所組成的基巖裂隙含水層，其儲水空間主要為構造裂隙和風化裂隙，裂隙的發育深度、裂隙的開啟程度及聯通性都較差，地下水埋藏深度小，循環徑流深度多在100m以內，多以當地侵蝕基準面為排泄區，屬就地補給，就近排泄。砂巖、礫巖與泥頁巖層互層時，基巖裂隙含水層（K2、T3），往往層間裂隙和構造裂隙較發育，在適宜的構造部位，形成的地下水可順層運移呈層間空隙裂隙水產出，地下水循環徑流深度較大，可達300～500m。碳酸鹽巖所組成的巖溶含水層有淺層巖溶地下水和深層巖溶地下水。裸露型巖溶區，巖溶發育程度較高，補給條件較好，地下水的連通性也較好，匯集大量的地下水形成巖溶大泉或淺層巖溶。二疊系的碳酸鹽在成為古陸時沉積間斷普遍有古巖溶發育，古巖溶成為地下水的良好儲水空間和導水通道，上覆須家河組及紅層的砂泥巖或峨眉山玄武巖和飛仙關組碎屑巖構成穩定的隔水、隔熱蓋層，形成地下水深循環的儲水、儲熱構造。三疊系循環徑流深度可達2000～2500m；二疊系古巖溶循地下水在沿著溶蝕界面運移時，循環徑流深度可大于3000m。

3 熱礦水形成機制的分析

3.1 構造分析

本區大地構造上屬揚子準地臺西緣雅安凹褶束，系向斜構造。后期形成的雅安中生代盆地，形成儲水構造。凹褶區內的構造行跡屬于南北向經向構造體系，褶曲軸線南北延伸，但褶曲樞紐起伏，熱水含水層在井區深埋海拔標高-1041～-2709m，向南樞紐扭起，至高廟—張村一線熱水含水層出露地表，露頭區標高1300～1900m，因此熱水含水層在縱向上由南至北傾斜，沿樞紐形成匯水斜地。同時井區西南部至西部芭蕉灣、滎經一帶熱水含水層出露地表，露頭區標高1300～2000m。在向斜構造制約下，在井區富集形成承壓水。

3.2 水源分析

本區碳酸鹽巖（T2、P1、T1）及巖溶發育，為熱水含水層儲存地下水和地下水的補給、運移、徑流創造了十分有利的條件。本區降雨豐富，露頭裂隙及巖溶孔洞發育，多見溶蝕洼地，可以接受充沛的降雨補給，入滲的地下水沿巖溶的裂隙、管道循向含水層的儲水構造進行匯水，為本區熱水提供了豐富的來源（圖3）。

圖3 周公山熱礦泉井水文地質剖面圖

3.3 熱源分析

周公山地區的地溫梯度2.0～2.5℃/100m，取值2.4℃/100m（袁偉等，2015）（圖4）。可以按照下式估算深部地層溫度為100℃。

T=(H-h)dt+T0

式中：T為地層溫度，H為孔深，h為恒溫帶深度(取值25m)，dt為地溫梯度(2.4℃/100m)，T0為恒溫帶溫度（℃），取值17.2℃（雅安地區地區多年平均氣溫為17.2℃）。

通過該公式估算的井底地溫剛好與井底實測溫度相吻合。

同時區內熱層的上部為灌口組（k2）、夾關組（k2）、蓬萊組（J3）、遂寧組（J3）、沙溪廟組（J2）、自流井組（J1）及須家河組（T3）為一套淺海—濱海湖沼相、河湖相碎屑巖層，由泥巖、砂巖、粉砂巖、頁巖及煤層組成，平面上層位穩定，分布連續垂向上厚度大（1800～4000m），隔水、隔熱性能好，為良好的熱儲蓋層。

3.4 水文地球化學特征分析

“周公山溫泉”熱儲層主要產自三疊系雷口坡組-嘉陵江組碳酸鹽巖地層，其化學常量組分中，主要陽離子為 Na+＞Ca2+＞Mg2+＞K+，陰離子中，Cl-＞SO42-＞HCO3-，水化學類型為Cl-Na型，pH 值7.4，可溶性總固體17.161～17.238g/L，屬中性高礦化度水。

該熱礦水中含氟含量5.43～6.5mg/ L，硫化氫含量53.27～54.67mg/ L，二氧化碳含量6.63～36.63mg/ L，溴含量75.80～115.0mg/ L，碘含量1.60～1.85mg/ L，鍶含量16.48～21mg/ L，鐵含量0.19～0.50mg/ L，鋰含量11.70～12.12mg/ L，鋇含量0.059～0.13mg/ L，偏硼酸含量170.0～202.7mg/ L，偏硅酸含量61.1～86.71mg/ L，偏砷酸含量＜0.1mg/ L，鐳含量4.4～6.77×10-11g/ L，氡含量2.3～8.7×10Bq/L。

圖4 四川盆地2000m深地溫等值線圖

該熱礦泉井深層礦水的水質類型與礦化度和淺層巖溶水雖然是兩種不同類型的水文地球化學環境的產物，但其特征大徑相同。

圖5 雅安周公山地區地熱系統模式圖

本熱礦泉水含有較高的H2S，究其來源，是在封閉還原的條件下，水體中硫酸鹽與有機質接觸，在脫硫細菌的作用下，硫酸鹽還原放出含量較高的H2S，其化學反應式如下：

CaSO4+CH4→CaCO3+H2S↑+H2O（CH4代表有機化合物）

CaSO4+2C+4H2O→Ca(CO3)2+H2S↑→CaCO3+H2S↑+H2O

4 結論

從熱儲的形成條件來看，研究區內具有優良的地熱系統時空配置。地表充足的水源供給為地熱系統提供了物質基礎（林正良等，2007；張銳等，2016）。地表裂隙、巖溶孔洞以及雁列式張性斷裂或隱伏斷層為地表水不斷下滲提供了良好的流體補給運移通道，向深部運移（催希林，2014；周云章等，2001）。在深循環過程中，由正常的地熱增溫梯度加熱增溫，地下水不斷吸收熱量，同時與圍巖發生離子交換，溶濾，吸附等熱物理化學作用，最終形成具一定水化學特征的深部熱礦水（王城鋒，2020）。另外，由于層間粘土物質和泥巖等相對隔水層的存在，有效地阻隔了地熱水的散失，從而形成了地熱資源成礦有利區，其形成模式見圖5。

劉玉紅，周勇，等．2018．四川省眉山—雅安地區地熱勘查選區報告[R].彭山：四川省冶金地質勘查局605大隊．

李永平，張敖大，劉俊賢，范曉．2000．雅安市周公山醫療熱礦泉水水源評價報告[R].成都：四川省地勘局區域地質調查大隊．

袁偉，冉光靜，張恒．2015．海螺溝溫泉地質成因分析[J].中國礦業，24（4）：83-87．

林正良，肖鵬飛，李弘，俞建寶，呂慧．2007．甘孜地區雅拉河段地熱系統特征及控制因素[J].攀枝花市科技與信息，32（1）：31-33．

張銳，李曉，韓偉隆，王志遠，張子森．2016．熱水塘溫泉成因模式分析[J].綠色科技， 18：167-171．

催希林，2014．四川盆地中西部溫泉成因模式研究[D]，成都：成都理工大學．

周云章，程汝漢，詹必達．2001．地熱資源與開發地熱研討[J].四川地質學報，21（1）：23-25．

王城鋒．2020．川西甘孜州地熱資源特征及開發利用前景[J].四川地質學報，40（3）：439-443．

Geological Origin of Medical Hot Mineral Water in the Ya’an Region, Sichuan——By the Example of the Zhougongshan Geothermal Hot Spring

LIU Yuhong1ZHOU Yong1CHENG Shi-jun1WANG Guang-hong1WAN Ping-yi1LI Yong-ping2

（1-No.605 Geological Party, Metallurgical Geological Exploration Bureau of Sichuan Province, Pengshan, Sichuan 620800; 2- Regional Geological Surveying Team, BGEEMRSP, Chengdu 610213）

This paper has a discussion on regional geological structure, hydrogeological condition and hydrochemicalcharacteristics of the Zhougongshan geothermal hot spring on the basis of which its geological origin is expounded. The results may provide a reference for the development and the genetic model of the other geothermal resource in this region.

hot spring; geological origin; geological structure; steam distillation

2020-08-20

劉玉紅（1984－），女，河北鹽山縣人，地質高級工程師，水、工、環工程師，主要從事地質找礦及水工環工作

周勇（1985－），男，河北青龍縣人，地質高級工程師，水、工、環工程師，主要從事地質找礦及水工環工作

P641.4

A

1006-0995（2021）01-0077-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.015