彌渡石洞溫泉成因分析

彌渡石洞溫泉成因分析

隨著熱資源成為一種新型可再生資源，世界各國的熱資源研究進(jìn)入了一個(gè)新階段。云南省溫泉資源十分豐富,溫泉遍布全省,露頭超過1000處,占全國總數(shù)的1/4以上,數(shù)量居全國之冠。對滇中拗陷區(qū)彌渡壩子溫泉的分析,有助于研究地?zé)嵩诘嶂形鞯姆植紶顩r,從而為該區(qū)地?zé)豳Y源的利用提供依據(jù)。彌渡縣境內(nèi)河流多屬元江水系,少數(shù)屬川江水系,主河流為毗雄河,是紅河、元江上游的重要支流。硤石洞溫泉所在地彌渡縣位于東經(jīng)100°19′-100°47′,北緯24°47′-35°32′之間,地處云南高原西部的大理州東南部,東與祥云接壤,南與南澗毗鄰,西靠巍山,北連大理市?？h城附近共出露溫泉3個(gè),分別為石咀溫泉、硤石洞溫泉和金龍溫泉,本文對其中硤石洞溫泉成因地質(zhì)構(gòu)造及地層含水性作了初步調(diào)查分析,望為后續(xù)研究提供依據(jù)。1程海大斷裂變匯區(qū)研究區(qū)位于揚(yáng)子地臺(tái)西緣,康滇菱形地塊西側(cè)。彌渡縣位于洱海和程海大斷裂變匯處北端,研究區(qū)滇中坳陷區(qū),正處于洱海-紅河斷裂帶上,海拔1650～2500m。硤石洞溫泉出露于彌渡盆地南東邊緣火山巖中,區(qū)內(nèi)構(gòu)造、巖層出露及分布復(fù)雜多變。1.1模式一:負(fù)斜式西斜斷裂壩褶皺因成因及翼和核的地質(zhì)特征而經(jīng)常與集、或散水有關(guān),如背斜的核部因破碎而產(chǎn)生儲(chǔ)水空間,兩翼常因傾斜成為導(dǎo)水層。該區(qū)主要發(fā)育兩期褶皺運(yùn)動(dòng),一期為彌渡壩子?xùn)|北的背斜,另一期為彌渡壩子西南的向斜和背斜組。①四家村背斜:位于彌渡北東約4km,走向近北西-南東,軸面近于直立,樞紐傾向北北西;次級褶皺不發(fā)育,該背斜兩翼被一組南北向斷層切割,造成大量地層缺失,核部被一組平移斷層錯(cuò)斷,造成核部地層缺失,該背斜東南翼發(fā)育大面積巖漿巖體;②高家莊向斜:位于彌渡南西12km處,近南北向,軸面近于直立,樞紐近于水平;次級褶皺不發(fā)育,褶皺北端被一平移斷層切割;③景坡山背斜:位于彌渡南12km處,走向近南北,軸面近于直立,略向東傾,樞紐幾乎水平延伸,次級褶皺不發(fā)育,褶皺東翼被一斷層切割。1.2錯(cuò)誤研究區(qū)位于蘭坪-思茅大斷裂和紅河斷裂之間,小范圍內(nèi)發(fā)育的南北向斷裂均屬于這一斷裂帶,另一組斷裂為近東西向的平移斷裂。1.2.1疊紀(jì)斷裂帶pe南北向斷裂對區(qū)域地層起主要控制作用。①高家莊-龍寺張性斷裂。位于高家莊西1km處,推測為正斷層,主要發(fā)育于高家莊向斜核部,造成小部分白堊系虎頭寺組(K1h)地層缺失,時(shí)間上該斷層發(fā)生于白堊系虎頭填育組(K1h)與古近系勐野井組(E1m)之間;②天生橋-龍王廟山斷裂。走向近南北,西盤發(fā)育喜馬拉雅期堿性玄武巖(β6)和二疊系峨眉山玄武巖(Pe),東盤發(fā)育二疊系陽新組(P2y)和石炭系水長阱組(Cps)地層,該斷層發(fā)育于四家村背斜之后,被多個(gè)東西向平移斷層錯(cuò)斷;③老深井-觀音山壓扭性斷裂。幾乎與天生橋-龍王廟山斷層平行發(fā)育,西盤發(fā)育二疊系陽新組(P2y)和石炭系水長阱組(Cps)地層,東盤發(fā)育泥盆系長育村組(Dc)、石炭系橫阱組(C1h)、石炭系水長阱組(Cps)、二疊系陽新組(P2y)和二疊系峨眉山玄武巖下段(Pe1)地層,斷層被多個(gè)東西向平移斷層錯(cuò)斷;④干海子-河?xùn)|村壓性斷裂。南北走向,東盤出露三疊系花果山組和白土田組地層;西盤出露二疊系峨眉玄武巖下段、二疊系陽新組、石炭系水長阱組、石炭系橫阱組和泥盆系長育村組地層。該斷層縱切四家村背斜東翼,北端被平移斷層錯(cuò)斷;⑤后海子-務(wù)本壓扭性斷裂。西盤出露白堊系南新組一段、白堊系景星組和侏羅系壩注路組地層,東盤出露二疊系黑泥哨組地層,向東被第四系覆蓋;該斷層為洱海深大斷裂的一部分,縱切景東坡山背斜東翼;⑥大凹子-大營斷層。東盤出露三疊系羅家大山組一段和云南驛組第三段地層,西盤出露三疊系羅家大山組二段、三疊系花果山組和白土田組地層。1.2.2斷層、褶皺和地層研究區(qū)發(fā)育多個(gè)小型平移斷層,包括老深井西、黃礦廠、觀音山、小鋪?zhàn)?干海子和小三村等斷層,總體為東西向,部分地帶造成斷層、褶皺及地層平移錯(cuò)開,發(fā)育均較小,延伸長度均小于5km。1.3巖石學(xué)和文化內(nèi)涵研究區(qū)發(fā)育地層較多,由老到新依次為泥盆系蓮花曲組、泥盆系長育村組、石炭系橫阱組和水長阱組、二疊系陽新組、峨眉山玄武巖和黑泥哨組、三疊系云南驛組、羅家大山組、花果山組和白土田組、侏羅系壩注路組、白堊系景星組、南新組和虎頭寺組、古新系勐野井組、更新統(tǒng)松毛坡組及第四系沉積物。由于構(gòu)造發(fā)育,造成多個(gè)地層缺失或重復(fù)。1.4巖漿巖的區(qū)域特征本區(qū)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,曾發(fā)生多期巖漿噴發(fā)和侵入活動(dòng)。在二疊系、喜馬拉雅期及華力西晚期均有巖漿活動(dòng)發(fā)生。1.4.1期玄武巖巖石特征主要為峨眉山玄武巖,分布于四家村背斜兩翼,由2期巖漿活動(dòng)形成,即二疊系峨眉山二期玄武巖,主要為玄武火山角礫巖,其次為杏仁狀、致密狀玄武巖和二疊系峨眉山一期玄武巖,主要為灰綠色致密狀玄武巖、杏仁狀玄武巖和黃褐色玄武火山角礫巖相間產(chǎn)出,下部為灰色致密狀玄武巖、杏仁狀玄武巖與少量黃綠色、灰綠色玄武火山角礫巖、凝灰?guī)r和杏仁狀玄武巖。1.4.2松茸早期侵入巖①喜馬拉雅期堿性玄武巖。分布于彌渡壩子?xùn)|邊緣地帶,為線性或裂隙式噴發(fā)形成;②喜馬拉雅早期侵入巖體,為侵入淺成巖及花崗斑巖。主要出露于后海子-務(wù)本斷裂東盤,出露面積較小,主要表現(xiàn)為北西-南東向的花崗斑巖巖脈,部分地段有正長斑巖,在高家莊向斜及四家村背斜2個(gè)核部有出露。1.4.3最終的華力西巖漿活動(dòng)在這一時(shí)期,巖漿活動(dòng)形成深成侵入巖株。主要有華力西晚期形成的輝長巖體及超基性巖體,分別出露于四家村背斜核部和四家村背斜南東翼。2水嶺控制理水系統(tǒng)研究區(qū)三面環(huán)山,地表及地下水受分水嶺控制,形成一小區(qū)域性水文系統(tǒng)。該區(qū)構(gòu)造多期次發(fā)育,地層出露及分布復(fù)雜,對水系統(tǒng)活動(dòng)產(chǎn)生重要影響。2.1基性巖溶含水層不同的巖層,其含水性往往具不同特點(diǎn),盆地周圍有豐富含水層。①彌渡壩子區(qū)多為第四系沖洪積層。含水層主要為砂礫石夾粗砂、粘土層,顯多層狀及透鏡體狀,一般厚度幾十米至百余米,水位埋深0～5m,洪積扇前緣為地下水溢出帶,常見泉水流量3～15L/S,最大26.34L/S,地垅流量16～168L/S;②彌渡壩子以西褶皺區(qū)有厚層狀粉砂質(zhì)泥巖、石英砂巖泥巖互層、少量鈣質(zhì)細(xì)礫巖及粗粒砂巖。地下徑流模數(shù)0.88～5L/(S·km2),泉水流量0.1～2L/S,該層相對賦水性差,水量貧乏;③彌渡壩子以東的背斜區(qū)為厚層-塊狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r局部夾薄層硅質(zhì)巖,因巖溶發(fā)良程度不同,巖層賦水性差異大,暗河或單泉流量為2～21L/S,綜合情況,可視為中等發(fā)育的巖溶含水層。其它的含水層還有水長阱組灰?guī)r、石炭系橫阱組灰?guī)r、泥盆系長育村組頁巖及硅質(zhì)頁巖互層、三疊系花果山組砂巖粉砂質(zhì)泥巖夾頁巖互層、三疊系羅家大山組頁巖及粉砂質(zhì)頁巖夾粉砂巖層、三疊系云南驛組鈣質(zhì)泥巖與鈣質(zhì)粉砂巖不等厚互層,這幾層含孔隙潛水和承壓水,視為中等含水層。2.2富水帶-天生橋-龍王廟山富水帶高家莊-龍寺張性斷裂,縱切高家莊向斜核部,溝通下部地層,成為接受大氣降水的補(bǔ)給通道。近南北向的天生橋-龍王廟山與老深井-觀音山壓性斷層,被多條平移斷層錯(cuò)斷,巖石破碎,巖溶發(fā)育,形成富水帶,并成為地下水儲(chǔ)運(yùn)通道,因切割深度大而可溝通深部熱源。干海-河?xùn)|村壓性斷裂、后海子-務(wù)本壓扭性斷裂和大凹子-大營壓性斷裂,斷裂帶節(jié)理、片理和裂隙發(fā)育,有利于大氣降水補(bǔ)給和地下水富集。2.3地下水的類型和分布區(qū)內(nèi)地下水可分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類層間裂隙孔隙承壓水、基巖裂隙水和碳酸巖類巖溶水4大類。2.3.1地下水涌水量分布第四系全新統(tǒng)沖積、洪積、沖洪積和沖湖積含水層主要為多層狀的砂礫石夾粗砂、粘土層,涌水量最大可達(dá)1000～1800t/d,地下水局部具承壓性,是主要地下水類型。松毛坡組,主要分布在盆地邊緣的山前地帶,主要為粘土、粉細(xì)砂及礫石、半成巖并夾有褐煤,泉水流量小,涌水量100t/d左右,供水意義稍差。2.3.2細(xì)粒石英砂巖與灰砂地層復(fù)合含水層白堊系景星組上段泥巖及泥質(zhì)粉砂巖構(gòu)成相對隔水蓋層,下段灰白色厚層狀細(xì)粒石英砂巖與紫紅色泥巖和粉砂巖互層,裂隙發(fā)育,面裂隙率2%～4%,含水豐富,由于受上段蓋層的作用常形成承壓自流含水層。2.3.3巖脈裂縫(1)基巖裂隙含水層結(jié)構(gòu)白堊系虎頭寺組、白堊系南新組下段、白堊系下統(tǒng)景星組下段、三疊系白土田組和羅家大山組上段,這些巖層平均面裂隙率0.2%～7.64%,平均地下徑流模數(shù)0.5～1.0L/(S·km2),平均泉水流量0.1～1L/S,為含水性中等的基巖裂隙含水層。而古新系勐野井組、白堊系南新組上段、景星組上段、侏羅系壩注路組、三疊系羅家大山組下段、云南驛組第三段和泥盆系長育村組地層,裂隙不發(fā)育,泉水流量一般為0.02～0.04L/S,地下徑流模數(shù)常見值0.3～0.4L/(S·km2),含水性貧乏,為相對隔水層。(2)含水層結(jié)構(gòu)含水層結(jié)構(gòu)峨眉山玄武巖和喜馬拉雅期堿性玄武巖,分布面積較大,面裂隙率大于3.5%,泉流量大于1L/S,地下徑流模數(shù)大于1L/(S·km2),為含水性豐富的裂隙含水層。而周圍其它一些火成巖分布面積較小,風(fēng)化裂隙不發(fā)育,泉流量約0.1升/秒,地下徑流模數(shù)小于0.5L/(S·km2),富水性弱,形成相對隔水巖體。2.3.4巖、白云質(zhì)巖溶二疊系陽新組、石炭系橫阱組和泥盆系蓮花曲組地層主要為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和泥灰?guī)r,巖石裸露,溶洞、落水洞、漏洞及暗河發(fā)育,暗河或單泉流量可達(dá)20.5～100L/S,為巖溶中等發(fā)育-較發(fā)育巖層,為中等-富含水層。3地下水水化學(xué)的特點(diǎn)3.1陽離子g2+見表1。從表1可知,陽離子中Na++K+和Ca2+離子含量最多,分別為153.68mg/L和52.02mg/L,分別占陽離子的70.5%和23.9%;Mg2+為12.24mg/L,約占陽離子的5.6%。陰離子中HCO-3含量為408.75mg/L,占陰離子總數(shù)的73.5%;Cl-與SO2?442-含量也較多,分別占陰離子總數(shù)的18.7%和7.6%。據(jù)舒卡列夫分類圖表,硤石洞溫泉水為HCO-3-Na+型,礦化度小于1.5g/L,可溶性SiO2含量較高,為41.68mg/L,是一般常溫水的3倍以上,偏硅酸含量為54.18mg/L,較一般水含量高。這里的游離CO2含量為26.6mg/L,為低CO2水。3.2《中國焦?fàn)t中碘的含量》gb/t148-33上面表1已述常量組分超過了總成分的90%,而其它組分含量均較少,在這里都看作微量組分。根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93),若砷、汞、鎘、錳、揮發(fā)性酚、氰化物和鈹含量略高,為Ⅱ或Ⅲ類,其中鈹達(dá)到Ⅳ類;其它微量組分鋅、碘、氟、鉛、鈷、六價(jià)鉻、鉬、鎳和硒等含量均較低,在Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。總體上硤石洞溫泉水質(zhì)較好,可直接用于生活、農(nóng)業(yè)與工業(yè),但如作為飲用水,則需處理與Ⅱ和與Ⅳ類水有關(guān)元素。3.3與臨床巖體6硤石洞溫泉為上升泉,于天生橋-龍王廟山斷裂帶附近,出露于彌渡壩子?xùn)|南堿性玄武巖(β6)與峨眉山玄武巖(Pe2)巖體中。水溫45～55℃,夏秋稍高,冬春稍低。涌水量1000～1300mL/S,泉眼海拔1750m。泉水清澈透明,無異味,pH為7.39,基本為中性,礦化度為0.8g/L,為低礦化度水。3.4地下熱儲(chǔ)溫度計(jì)算地下熱水化學(xué)成分的濃度或濃度比與溫度與關(guān),但各種離子溶解度受溫度影響程度不同,對于一些受溫度影響顯著,且影響具有規(guī)律性的離子濃度的研究可用來確定地下熱儲(chǔ)溫度,即所謂的熱儲(chǔ)溫標(biāo)。下面用SiO2地?zé)釡貥?biāo)來求解硤石洞溫泉深部熱儲(chǔ)溫度。溫泉水的SiO2含量為41.68mg/L,計(jì)算得熱儲(chǔ)溫度為93.52℃,再根據(jù)地?zé)嵩鰷芈?可估算地下水的循環(huán)加熱深度約為4500m(計(jì)算值約為5300～4000m)。即溫泉屬中溫地?zé)豳Y源,其循環(huán)深度較深,這與溫泉出水口沒有見到鈣化現(xiàn)象吻和,因?yàn)殁}化是低溫地?zé)豳Y源的可靠標(biāo)志,另外還可以Na-K-Ca溫標(biāo)計(jì)算熱儲(chǔ)溫度為97.63℃,兩者相差無幾。4溫泉的形成4.1成巖階段硤石洞溫泉所在的滇中坳陷區(qū),屬云南中等地?zé)釥顟B(tài),地幔熱流值qm接近全球大陸地區(qū)地幔熱流值且略高,即qm>65mW/m2。地殼地溫梯度為1.5～2.0℃/100m。所計(jì)算得出熱儲(chǔ)溫度93.52～97.63℃,地下水循環(huán)深約為5000m。區(qū)內(nèi)峨眉山玄武巖,噴出時(shí)期較早,不能提供巖漿余熱,而喜山期的堿性玄武巖β6、正長斑巖Eξπ及形成于華力西晚期的輝長巖體γ3443,因形成時(shí)期較晚,余熱可作為溫泉熱源。同時(shí),這些巖體存在放射性元素的可能性較小,可不考慮衰變能;區(qū)內(nèi)大規(guī)模構(gòu)造形成時(shí)期較早而緩慢,提供的熱能有限,忽略不計(jì)。因此,硤石洞溫泉的熱源主要來自地幔熱流和晚期形成的巖漿余熱。因?yàn)閹r漿余熱的作用,硤石洞溫泉水的循環(huán)深度H會(huì)比計(jì)算深度要小,可取4000m左右。4.2橋-龍王廟—導(dǎo)熱通道該區(qū)所處的洱海-紅河深大斷裂帶,因多條斷裂切割深度大,易于溝通深部熱源。天生橋-龍王廟與老深井-觀音山斷裂,為壓扭性斷裂,延伸方向30～45°,傾角約60°,作為紅河斷裂的次級斷層,2條斷裂切割使巖石破碎嚴(yán)重,節(jié)理裂隙發(fā)育,亦利于深部熱源傳導(dǎo),為硤石洞溫泉的形成,提供了地下熱流運(yùn)移及深部熱量傳導(dǎo)的通道。4.3地下水的地球化學(xué)特征從區(qū)域特性、構(gòu)造及地層可知,溫泉北東部的二疊系陽新組、水長阱組及石炭系橫阱組地層巖溶發(fā)育,并受南北向天生橋-龍王廟山和老深井-觀音山及東西向平移斷層切割,節(jié)理裂縫發(fā)育,大氣降水或地表水沿節(jié)理裂隙面向下運(yùn)移,形成強(qiáng)富水帶。天生橋及周圍地區(qū)接受大氣降水或地表水補(bǔ)給后,補(bǔ)給水沿溶隙及斷裂破碎帶向深部及南西方向運(yùn)移,在下滲過程中吸收沿深大斷裂上涌的熱量,水溫升高。當(dāng)?shù)叵滤\(yùn)移到堿性玄武巖β6、正長斑巖Eξπ及華力西期輝長巖體γ3443周圍時(shí),吸收巖漿余熱,水溫進(jìn)一步提高,水壓加大。而深部巖層及致密巖漿巖體具隔水作用,經(jīng)加熱的地下水