温泉活动与地热分布特征

温泉活动与地热分布特征_野外3D地质信息

五、温泉活动与地热分布特征

（一）区域温泉活动及地热背景

温泉水温是水热活动的重要标志之一，一定数量的温泉，可以概略地反映一个地区的地热背景。研究区所在的川西与云南中部地区温泉数量多（图12-4）（中国科学院数学研究统计组，1979），分布广，温度较低；91处温泉中，中低温占总数的91%，而高温、超高温只占总数的9%。区内温泉总体呈南北向展布，少数地段为北西向分布和零星分布。温泉多沿区内的主干断裂带分布，少数分布在北西向断裂带上。温泉出露部位往往在断裂迹线的变异部位，如弯曲转折、交汇处以及主干断裂的次一级分支断裂上。

大地热流是反映一个地区热状态最为直接的地球物理量。有关文献资料显示（吴世泽，2005），位于本区邻近的安宁河断裂、汤郎－易门断裂带与磨盘山－绿汁江断裂之间的9个测点，大地热流值普遍较高，其平均值为67MW/m²；而在西侧的渡口、冷水箐、同德3个测点的热流值分别为26.8MW/m²、45.6MW/m²和40.2MW/m²。

（二）热水塘断层温泉活动特征

1.温泉分布及水温、水量

在尖山包村至鲹鱼河之间，温泉呈带状分布（图12-5），带状长约150m，宽8～12m。温泉出露点间距一般20～60m，最小间距3m，最大间距80m。中间流量最大，向北西、南东两端逐渐变小，一般流量为0.5L/s，最大流量者在金沙江中被水淹没，无法观测。温泉水温与出露位置关系密切，距断层壁近者水温高，距断层壁远者水温低，泉水温度一般44～48℃，个别达51℃，与前述攀西地区温泉的温度一致，即以中低温为主。

2004年3月22日观测结果如表12-1所示。据调查，出露较高的泉水有随江水降低而流量减少的现象。另外，据当地居民介绍，浑水沟出口下游原来有几处温泉出露，后被洪积物覆盖。

2.温泉水化学特征

热水无色、无味、清澈透明，泉眼附近有黄色的硫磺和白色的芒硝沉积物。根据温泉水的化学分析结果（表12-2至表12-4），热水塘温泉和钻孔水化学具有如下特征。

图12-4　研究区及邻区温泉分布图

挽近期前生成的断裂；2.挽近期时生成的断裂；3.现今活动性断裂；现今强活动性断裂；5.20～40℃；6.40～60℃；7.60～80℃；8.≥80℃

图12-5　热水塘温泉分布示意图

1.基岩陡壁；2.温泉（分子:编号，分母:水温）；3.小图中温泉出露位置；4.热水塘断层

表12-1　热水塘断层出露温泉观测一览表

表12-2　热水塘温泉水化学分析结果

表12-3　热水塘温泉水质分析结果表（化学常量组分）

表12-4　热水塘温泉水质分析结果表（微量组分）

（1）热水塘温泉和钻孔水化学类型分别为HCO₃·Cl－Ca·Mg和HCO₃－Ca·Mg，主要阳离子为Ca^2＋、Mg^2＋，主要阴离子为HCO－₃；矿化度1　112～1　152mg/L，明显高出江水和区内地下水（金沙江热水塘上游矿化度为180mg/L）。

（2）温泉水K＋含量18.518　8～19.7mg/L，Na^＋含量83.8～104mg/L。

（3）温泉微量组分Sr、SiO₂含量较高。

（4）温泉和钻孔热水的化学组分相近，表明二者属于同一地热系统。

结合区内地层分析，认为高钙镁离子和重碳酸根离子的存在，主要是温泉水与围岩发生作用，逐步溶解了灰岩地层的有关成分所致。换言之，温泉水的成分来源与沿带广泛分布的震旦系白云质灰岩直接接触有关。

（三）沿热水塘断层地热异常特征

2004年9月，对金沙江乌东德水电站上河段顺河向展布的热水塘断层进行了联合调查。调查中发现:沿金沙江左岸河门口上下游勘探平硐内温度较高。

对上下游坝址区勘探平硐内采用了红外测温计直接量测岩壁表面温度。首次观测时间为2004年11月22日至12月6日，第二次观测时间为2004年12月9日至12月12日，第三次观测时间为2004年12月17日至12月21日。

（1）A号钻孔测试，孔深256.8m，高程1　153.72m。其温度随深度的增加而逐渐增大，其最高温度为35.4℃，最低温度为28.0℃，孔深4～94m段温度随深度变化较大，其值为28.6～33.2℃，地温梯度为5.11%；94m以下段井温较高，温度为33.2～35.6℃，地温梯度为2.2%。全孔平均地温梯度为3.90%，明显高于3.0%的正常地热增温率，孔深64m处31.6℃，100m处33.6℃，远高于相同地下深度的正常温度，为温度偏高区（图12-6）。

图12-6　河门口左岸钻孔地温随深度的变化曲线

（2）B号钻孔测试，孔深150.1m，高程999.13m。其地温随孔深呈上升趋势，最深测到132m，最高温度36.0℃，最低温度28.0℃。孔深4～22m段井温变化范围为28～30℃，117～132m段井温明显偏高，温度变化范围为35.6～36℃；全孔地温梯度为6.25%，明显高于3.0%的正常地热增温率，孔深117m处35.6℃，远高于相同地下深度的正常温度，为温度偏高区。

（3）C号钻孔测试，孔深150.3m，高程997.14m。最深测到74m，最高温度28.4℃，最低温度26.8℃。该孔地温曲线图在孔深20m左右曲线凹进，孔内温度下降，以后又平缓上升。测试段井温变化较小，温度变化范围为26.8～28.4℃。现场试验过程发现该孔岩体中节理、裂隙发育，与地表连通好，地表水渠有水时，孔内可听见明显流水声，测试也表明在孔深18m左右有地表水渗入，所以受地表水作用该孔温度明显偏低，但全孔地温梯度仍为2.16%。

（4）D号钻孔测试，孔深100.2m，高程857.14m。最深测到90m，最高温度36.0℃，最低温度28.0℃。其地温随孔深的增大而增大，在3～36m段温度随深度变化较大，其值为28.0～33.2℃，地温梯度为15.76%；36m以下段井温较高，温度为33.2～36.0℃，地温梯度为5.19%。全孔地温梯度为9.20%。远高于3.0%的正常地热增温率，孔深60m处34.0℃，90m处36.0℃，远高于相同地下深度的正常温度，为温度偏高区。

右岸在ZK04、ZK16钻孔中采用物探井温仪进行地温测试。其结果见图12-7。

图12-7　河门口地温随深度的变化曲线

从图12-7中可以看出:

（1）ZK04号钻孔孔深170.0m，高程1 028.69m。最深测到132m，最高温度27.6℃，最低温度24.8℃。尽管实测的地温随深度的增加有所增大，但温度上升平缓，变幅不大。在测试段，温度变化较小，为24.8～27.6℃，全孔地温梯度为2.33℃/100m，明显低于3.0℃/100m的正常地热增温率，为正常地温区。

（2）ZK16号钻孔孔深150.66m，高程1 031.08m。最深测到135m，最高温度28.0℃，最低温度24.0℃。同样，地温随深度的增加有所增大，但温度上升平缓，且下部上升较陡，总体变幅不大，全孔地温梯度为3.03℃/100m。近似3.0℃/100m的正常地热增温率，孔深99m处25.6℃，低于相同地下厚度的正常温度，为地热正常区。孔深3～99m时，温度为24～25.6℃，地温梯度为1.67℃/100m；孔深99～135m，温度为25.6～28.0℃，地温梯度为6.67℃/100m，温度变化较大。从该孔地温曲线图可以看出，温度上部上升平缓，近似3.0℃/100m的正常地热增温率，孔深99m处25.6℃，低于相同地下深度的正常温度，为地热正常区。

综合上述，由左、右岸的钻孔地温测试结果可知，在相同埋深温度条件下，左岸的地温一般高于右岸，钻孔孔深接近100m处时，温度已高达30～34℃，明显较正常地温偏高；而右岸ZK04、ZK16两个钻孔在孔深130m处时温度28℃，如果按深度每100m地温增高3℃的正常地热增温率计算，这一温度基本为正常地温。

上述测试结果也与左、右岸的平硐地温观测结果基本吻合。结果表明，金沙江乌东德水电站各坝址区硐温分布具有如下特征:

（1）各坝址区勘探平硐内平均温度与硐外气温相比有明显的异常偏高（平均差值7.9℃）（图12-8）。如河门口勘探平硐内温度最高，一般硐内温度为33～35℃，最高硐温为36℃，11月份时硐内最高温度比硐外气温高17℃，平均温差15.1℃。

（2）各坝址区勘探平硐内左岸硐内平均温度明显高于右岸，硐内平均温度与硐外气温差值亦有相同特征（图12-9、图12-10）。左、右岸平均硐温差值4.1℃，河门口处最大可达8.7℃。

（3）硐温与硐深呈正相关，其中硐深0～10m的硐温增加梯度最大，达0.35℃～0.48℃/m，硐深50m至硐底的硐温变化平均梯度最小。

（4）左岸河门口、白滩坝址区平硐内硐温与高程呈正相关，即地形高程高，硐内温度相对高；地形高程低，硐内温度相对低。左岸其他平硐及右岸则相反。

图12-8　硐壁平均温度与气温值对比图

图12-9　左、右岸硐壁平均温度对比图

图12-10　研究区金沙江左、右岸硐壁温度与硐深曲线图

综上所述，热水塘温泉区上下游河段存在明显地热异常，其中左岸河门口至白滩一带较为突出。地热异常应与温泉活动及热水塘断层有一定关系，但是，有地热异常和温泉出露并不能说明是热水塘断层活动的佐证，温泉温度的变化、泉水出露点的下降，有可能与江边岸坡岩体的卸荷、江水与温泉的循环等因素有关。

（四）温泉和地热异常成因分析

1.温泉与地热的热源

温泉热源一般与岩浆活动热、岩浆余热、化学反应热与放射性热、活动断层产生的构造活动热及天然地热增温等相关。

（1）本区范围内，无中新生代岩浆岩体出露，也未见岩浆活动迹象；另外，远离近东西向断层的尖山包村西南和下白滩沟出露的泉水水温都无异常。因此，岩浆活动热、岩浆余热可以排除。

（2）温泉水质分析成果中硫化物含量很低，放射性元素含量也很低。

（3）热水塘断层历史上无破坏性地震记载，现今仪器记录小震活动稀少，且断层规模很小，晚更新世以后活动不明显，不具备产生热能的条件。

以上分析表明，热水塘断层带温泉为天然地热增温所致。

2.水源

热矿水从补给区运移到排泄口，经历了相当长的曲折路径和循环时间，水交替十分缓慢。又因地下水循环有一定深度，压力和水温均较高，即它所处的地球化学环境与浅部冷岩溶水系统有很大的差异，因而使其水化学类型、矿化度，水中各种微量元素、组分等也与冷岩溶水存在差异。

根据温泉水的化学分析结果，温泉水的成分来源与沿带广泛分布的震旦系白云质灰岩直接相关。但温泉水中Cl^－含量较高，说明可能有深部成分。

总的来看，温泉水来自水、气、岩相互作用，符合溶解规律。区内主要含水层——震旦系白云岩岩溶裂隙含水地层顺层面向上形成大面积的单斜地层，至7km以外高程2 000m的汤得一带出露地表。汤得一带地形成盆状，汇水面积较大；地表岩溶较发育，具备较好的汇水及入渗条件。入渗的地下水向北西、南东方向受前震旦系相对隔水层所限，多顺层向金沙江运移，其运径、循环深度符合成为温泉水源的条件。

另外，温泉水流量不稳定，受季节影响明显，说明地下水补给除有持续稳定的水源外，还应有大气降水的加入，温泉出露位置与金沙江下切、江水位下降有一定的关系，泉水位随着江水位下降而下移，洪水位以上的泉水都干枯，说明泉水与金沙江河水循环也有一定的关系。

3.温泉形成的模式

综合以上背景资料分析，可以得出温泉形成概化模式（图12-11）。从该模式图上可以看出:

（1）温泉水主要来源于汤得一带震旦系白云质灰岩的侧向补给，其补给通道除白云质灰岩中的溶蚀裂隙之外，较早、切割较深的东西向断层亦可能是地下水的补给通道之一。震旦系上部的三叠系、侏罗系—白垩系地层的广泛分布，阻止了大气降水与地表水不能直接从正上方垂直进入其下部震旦系白云质灰岩裂隙岩溶含水系统中，保证了热水不受冷水影响，而下部热储层的热能也不易散失，这是造成地下水循环升温和矿化度较高的主要原因。

（2）热水塘断裂以西金沙江水和以东的大气降水通过构造裂隙向下的浅部循环是温泉水的次要来源，这种补给方式造成了出露较高的泉水随河水位下降而流量减少等现象。

（3）特殊的构造部位与地层组合，使得本区沿断层震旦系地层最大埋深在1 000～1 500m，按照正常地热增温率3.3℃/100m，其循环水水温可达到50℃以上。按本区区域范围有关资料，地热增温率可能高于一般值（实测值3.5℃/100m左右）。因此，热水塘温泉的基础温度可能应更高一些，其所以出露地表后温度并不高（一般41～48℃），是因为温泉紧邻金沙江江边，在接近地表时混合了部分浅部循环水的缘故。

图12-11　热水塘温泉形成三维模式概化图

1.白垩系；2.侏罗系；3.三叠系；4.前震旦系；5.震旦系与二叠系并层；6.砂岩；7.泥页岩；8.灰岩；9.白云质灰岩；10.玻状千枚岩；11.断层角砾岩；12.裂隙；13.温泉出露点；14.地下水水流方向；15.大气降水

（4）热水塘断裂倾向南西，倾角陡，具有压性—张扭性—张性等多期活动特点，特别是热水塘一带，断层破碎带和断层泥有一定宽度，造成该断裂上盘具有导水、下盘则具有阻水的特点。蕴藏于震旦系白云质灰岩中的热水在南高北低的静水压力或构造等控制下进行深部热循环，热水沿岩石裂隙（或岩溶通道）、孔隙向北方向运移，当地下热水遇到热水塘断裂时，沿主断带上升，在一定高程又混合了部分浅部循环水，并沿主断带及次级张性裂隙溢出地表，部分则可能以热气体的形式存在于岩石裂隙中，导致区内地热异常。