云南云县地区温泉水化学特征及成因分析

云南云县地区温泉水化学特征及成因分析

廖俊,刘傲东

成都理工大学地球科学学院

摘要：云县地区位于云南省西南部，地处滇藏地热带，区内出露较多温泉，地热资源丰富，构造变形比较复杂，主体上为复背斜构造，轴向呈南北向，其核部为巨大的花岗岩所占据。本次主要研究云县地区的部分温泉，研究区温泉既有高温温泉也有中低温温泉，其中高温温泉以泉群形式出露为沸泉或喷泉。通过对研究区温泉进行水化学、同位素特征研究及成因分析，对当地地热资源的开发利用具有重要意义。

关键词：云南  温泉  水化学  成因模式

1 地热地质背景

云南省具有高地热特征，特殊的地质与地理条件使云南地热资源丰富，自中生代以来，岩浆活动强烈，变质作用广泛。中新生代时期，因强烈运动引起老断裂活化，沿断裂发育一系列断陷盆地。研究区所在的滇西地区地处滇藏地热带，又称喜马拉雅高地热带，在印度板块与欧亚板块的碰撞带及影响区内。岩石圈断裂作用与褶皱作用及伴随的岩浆活动和地壳重融为本地热带提供良好通道和热源，地表出现沸泉、喷泉、间歇喷泉、水热爆炸等强烈的高温地热显示，同时造成大量火山及岩浆活动，成为上述地表显示的深部附加热源。本研究区位于澜沧江缝合带以西，断裂构造发育且十分复杂，南汀河断裂呈东北方向贯穿本区和次一级北西向凤庆-洛党-云县断裂在云县盆地形成“X”型共轭关系，北东向及北西向断裂表现了强烈的活动性，构成本区主要的控热构造。地热资源的形成与地质构造之间存在着密切的联系。马鹿田坝温泉、邓家庄温泉受到南汀河东支断裂影响而形成，热水塘温泉、大控蚌温泉受到南汀河西支断影响而形成，大兴温泉受次一级断裂凤庆-洛党-云县断裂影响而形成。本次进行野外调查时马鹿田坝温泉与大控蚌温泉均是高温温泉，且都是沸泉，翻滚强烈。南汀河断裂被认为是滇西南临沧地区规模最大的活动断裂，断裂带作为导水通道，沟通深部热源，为传导深部热流提供良好条件，有利于来自深部热流的汇集和传输，如下图。马鹿田坝温泉和大控蚌温泉是研究区内两个高温温泉，大控蚌温泉出露在临沧花岗岩，马鹿田坝温泉出露在变质岩与花岗岩接触界面，临沧花岗岩是长期多次岩浆侵入的结果，为侵入的岩浆冷凝后结晶所形成的岩石，这进一步揭示高温地热活动与构造、岩浆岩活动存在一定联系。总结来看研究区地热地质条件较好。

南汀河西支断裂北东段构造与温泉出露平面图

2 温泉概况

本次对研究区内8个温泉进行调查，既有中低温温泉也有高温温泉，具体温泉特征分述如下。云县地区分布有多处温泉，主要温泉有临沧温泉（YLC10）和榨房河温泉（YLC11）；云县马鹿田坝温泉（YLC12、YLC12-2、YLC12-3、YLC12-4）、邓家庄温泉（YLC13）、热水塘温泉（YLC14）和大控蚌温泉（YLC15、YLC15-2、YLC15-3、YLC15-4、YLC15-5）；凤庆县大兴温泉（YLC16）和习谦温泉（YLC17）。温泉水样野外观测数据结果见下表。

温泉野外测试数据表

3 水化学特征研究

3.1 补给来源分析

Craig（1961）通过研究全球各地大气降水和地表水的 δ2H、δ18O 数据，得出大气降水的 δ2H 和 δ18O 之间存在线性关系：δ2H=8δ18O+10。

郑淑蕙等（1983）选取 1980 年国内代表性地区降水中δ2H、δ18O数据，初步总结得到我国大气降水线方程：δ2H =7.9δ18O+8.2。

研究区温泉δ2H-δ18O关系图

野外调查采集温泉水样测试的δ2H和δ18O数据绘制成δ2H-δ18O关系图（图 3-10），从图中可以看出泉水水样的 δ2H 和 δ18O 均散落在全球大气降水线和中国大气降水线附近，说明大气降水是其主要补给来源，温泉是由大气降水入渗补给经断裂深循环而形成。

3.2 补给高程计算

在气团沿山地向上爬升凝结成降水的过程中，由于瑞利分馏和清除效应流失δ18O，使得降水中的δ18O随海拔的升高而降低（杨晓新等，2009）表现为高程 效应，利用高程效应计算补给高程常用的公式如下：

（1）中国大气降水δ2H值的高程效应：

（2）Yu Jinsheng 等（1984）通过对西藏东部大气降水氢氧同位素与高程效应关系进行总结得出公式：

式中 H 为补给区高程（m），用 δ2H 值计算出来的补给高程要比用 δ18O 值计算出来的高，这是因为地下热水中 δ18O 易发生同位素交换，没有 δ2H 稳定，所以用δ18O 值计算误差较 δ2H 计算的要大一些，为减小误差，取平均值作为研究区温泉补给高程。根据公式计算得到临沧温泉补给高程约为 1973m，榨房河温泉补给高程约为2095m，补给区高程高出取样点高程分别约为 403m 和 345m，推测临沧温泉和榨房河温泉补给区为出露区附近的山体；马鹿田坝温泉补给高程约为 1700～1900m，邓家庄温泉补给高程约为 1782m，补给区高程高出取样点高程分别约为 950m 和842m，马鹿田坝温泉和邓家庄温泉均出露在幸福镇小型沉积盆地，推测两个温泉补给区为盆地周围山体；热水塘温泉补给为高程为 1789m，大控蚌温泉补给高程为 1700～1900m，两处温泉补给高程高出取样点 500～800 m 左右，并且两处温泉的出露区周围山顶高程在 1200～2800  m，与周围山地为热水塘温泉和大控蚌温泉补给区的实际地形情况基本相符；大兴温泉补给高程为 1763m，高出取样点 600m。习谦温泉补给高程为 1670m，高出取样点约为 200m。大兴温泉出露在凤庆河岸边，习谦温泉出露在勐佑河左岸边，推测大兴温泉和习谦温泉应为河流阶地与附近山体大气降水补给。

3.3 热储温度

地下热储温度是研究温泉形成机制和评估地热资源利用潜力的一个重要参数。在地热区可以利用地热温标来估算深部热储温度，这种方法是建立在地热流体与矿物达到化学平衡基础上的。经常使用被人们熟知的地热温标有 SiO2 地热温标、阳离子地热温标、同位素地热温标和气体地热温标，它们是估算深部热储温度的重要工具。本文选取 SiO2 地热温标计算。

地下热水地热温标公式

热储温度估算结果

3.4 循环深度

通过同位素分析得出研究区温泉水主要来源是大气降水，大气降水入渗补给后经深循环并在深部获得大地热流加热后上升至地表而形成热水。根据以下公式估算温泉的循环深度：

式中：G-地热增温级（m/℃），取区域值 22m/℃（地温梯度的倒数，地温梯度取45℃/km）（袁玉松，2006）；Tz-地下热储温度（℃）；T0-多年平均气温（℃）,取 18 ℃；Z0-常温带深度（m）,取区域值 20m。根据式可求得研究区温泉的循环深度见表 4-7。临沧温泉循环深度为 2286m；榨房河温泉循环深度为 2220m；马鹿田坝温泉循环深度为 2968～3144m；邓家庄温泉循环深度为 3144m；热水塘温泉循环深度为 2044m；大控蚌温泉循环深度为 2858～3496m；大兴温泉循环深度为 2550m；习谦温泉循环深度为 2176m。由于地下水循环过程影响因素较多，实际估算热水循环深度过程较为复杂，初步认为本次计算结果偏大。

4 结论

在水化学分析方面，研究区温泉温度为 50.2～96℃，温泉 TDS 为 0.373～2.274 g/L，pH 值为6.4～9，Eh 为-327～-34 mV。主要阳离子有 K+、Na+、Ca2+和Mg2+，主要的阴离子有Cl－、SO42-和HCO3－。水化学类型为 HCO3·SO4-Na和 HCO3-Na 型。在同位素特征研究中，研究区温泉 δ2H 为-87～78.2 ‰，δ18O 为-12.7～10.4 ‰，根据 δ2H 和 δ18O 稳定同位素分析得知温泉来源为大气降水，估算出热水的补给高程约为1600～2100 m；根据SiO2地热温标计算得到研究区温泉热储温度在 116～177 ℃左右，马鹿田坝温泉、邓家庄温泉和大控蚌温泉属于高温水热系统。计算的到地下热水的循环深度为 2100～3500m，属深循环泉。通过以上分析研究，研究区温泉成因模式可归纳为：大气降水在周围山区补给区入渗补给后，地下水向深大断裂带汇集，在经历深循环过程中获得来自深部热流加热后沿导水断裂带上涌，在上升至地表的过程中与浅部冷水发生混合，以温泉形式出露于地表。

参考文献

[1] 王大纯. 水文地质学基础[M]. 北京:地质出版社, 1991:42-55.

[2] 王恒纯. 同位素水文地质概论[M]. 北京:地质出版社, 1991:37-57.

[3] 张云辉．鲜水河断裂康定-磨西段地热系统成因及开发利用研究[D].成都,成都理工大学,2018, 1-171.

[4] 范永康, 魏蓉花. 云县幸福温泉群形成的地质构造条件分析. 冶金管理, 2020, (01): 150-151.