庐山星子温泉成因探讨

欧阳庆， 钟江明， 廖见海， 喻 敏， 殷瑞峰

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083;2.江西省地矿局九一六大队，江西九江 332100)

庐山星子温泉成因探讨

欧阳庆1，2， 钟江明2， 廖见海2， 喻 敏2， 殷瑞峰2

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083;2.江西省地矿局九一六大队，江西九江 332100)

从温泉区域地质构造背景入手，利用环境同位素和SiO2温标测算研究资料提供的地热水与补给区的相对时空位置关系，在系统解析补给区与温泉区地貌、地质构造特征以及水文地质条件基础上，认为温泉地热水的成因与庐山地质构造演化所形成的特殊地貌、地质构造环境及水文地质条件有关，有其特殊的形成条件和自然历程。

地热水;成因探讨;环境同位素;温泉;庐山

江西省星子县温泉镇地热水资源作为庐山休闲旅游的一个重要组成部分，现已成为了一处大型的集现代温泉疗养、休闲、娱乐、酒店为一体的综合场所。但是，由于开发利用的不断升级，随之而来的地热水资源严重不足，形成了东西长约1 000 m、南北宽约500 m的椭圆形降落漏斗，而且存在日益扩大和加深的问题。怎样认识这一发展与保护中的矛盾?作者试图从温泉地热水的成因探讨中，为决策者们提供一些科学的依据。

1 温泉区域地质构造背景

庐山星子温泉地热水地理上位于庐山南麓，介于庐山隆起与鄱阳湖拗陷的过渡地带。大地构造位置属近东西向中下扬子坳陷带九江坳陷的中南部与北北东向赣江深大断裂北端的交接部位(杨明桂等，2004)。它与庐山隆起共同构筑了一个与区域极不协调的特殊地块，拔地而起的庐山山体俨然一条“天然地学断面”，出露了代表江西最古老的地层岩石，具有独特的地貌、地质构造特征(刘南庆等，1996)。种种迹象表明，这里中新生代构造发育，地质、水文条件复杂，地热水的成因无不与之密切相关。

2 地热水与补给区的时空关系

1972年国际原子能机构同位素水文小组提出，在北部大陆地区，如果没有明显的混合过程，地下水的氚含量＜3 Tu。据中科院地球化学研究所1983年8月测试，星子温泉地热水的氚含量为1 Tu①江西省勘察设计研究院.2008.江西省星子县庐山温泉工人疗养院(天沐温泉)地热勘察报告.。整个庐山地区的冷泉水较多，氚含量多集中在12.2～17.1 Tu和20.3～36.6 Tu二个区间，前者属于“存在少量热核试验生成的氚”这一类型;后者属于“大气降水生成”类型。环境中氚主要有三个来源:天然氚、核试验产生的氚和核动力产生的氚，到了20世纪90年代，我国地表水氚浓度已经接近全球大气层核试验前天然氚浓度(任天山等，2005)。结合该区冷泉水都处在庐山山体的高位、距离星子温泉地较远这一事实作一般性推测，温泉地热水是由20～30 a以前的大气降水补给的。

庐山星子温泉—庐山山体地区，由鄱阳湖(20 m)起，经归宗寺聪明泉(60 m)、天下第六泉(130 m)、玉渊泉(145 m)、海会寺(350 m)、松树岭泉(567 m)，到庐山的乌龙潭(820 m)、甘泉(990 m)、植物园泉(1 111 m)、小天池(1 210 m)到电视塔井(1 340 m)，是一条很好的垂直剖面，将其氢、氧同位素进行相关分析，得到δD=7.07δ18O+8.3直线方程。其相关系数r=0.89，这条直线接近克雷格降水线［δD=8δ18O+10］，温泉地热水区1～4号泉及ZK01井的热水δD，δ18O值都接近或落在这条线上，δ18O只有很少的向右偏移。这说明温泉地热水与庐山地区不同标高的众多冷泉水一样，都是由同一地区的大气降水补给的。中科院地球化学研究所1983年8月对庐山星子温泉—庐山山体地区按高程进行了泉水的 δD，δ18O研究，并分别用 δD，δ18O与高度进行了相关分析，得出的结论是:δ18O与高程之间明显地存在负相关关系，相关系数r=-0.716，线性方程为 H=-3 373.67-532.71 δ18O，即 - δ18O‰ =0.001 88 H+6.33，换算为 100 m后，得出的高度效应为每上升100 m，δ18O减少0.188‰。地热水δ18O平均为-8.02，其它冷泉及鄱阳湖水 δ18O平均为 -6.15，利用 H补=(温泉δ18O平均值-冷泉 δ18O平均值)/0.188(高度效应)×100 m公式，计算地热水的补给高程为955 m。即温泉地热水的补给区应在1 000 m标高左右。δD与高程亦明显存在负相关关系，相关系数r=-0.609，线性方程为 H= -2 548.97-72.13δD，换算得 -δD=(H+2 548.97)/72.13)=0.013 8 H+35.34。即每增高 1 m，δD减少0.0138‰，每增高100 m时，δD减少1.38‰。地热水δD平均为-51.25，其它冷泉及鄱阳湖水δD平均为-36.7，利用H补=(温泉δD平均值-冷泉δD平均值)/1.38(高度效应)×100 m公式，计算地热水的补给高程为1 054 m。即温泉地热水的补给区亦应在1 000 m标高左右。由此可以得出，庐山星子温泉地热水的补给区应当位于相对高程在1 000 m左右的庐山山体位置。

3 补给区与温泉区地貌、地质构造特征

补给区(庐山山体)属侵蚀构造中山地貌，海拔高度1 000～1 473.8 m。其中海拔1 000 m以上的山峰有96座，最高峰为大汉阳峰，海拔1 473.8 m。山体展布呈北东向，与区域构造线(北东东)呈明显的锐角相交，形如长垅状，其中山脊尖峭、岭谷相依、纵横交错，四周深壑幽谷、怪石不绝、兀然拔立。山体坡度一般大于45°，个别山坡陡峭形成悬崖绝壁(如五老峰等)，山上乔木茂盛。多是由南华纪含砾石英砂岩、长石石英砂岩、凝灰质砂砾岩(Nh)和遭受燕山期强烈混合岩化的中元古代双桥山群泥砂质板(片)岩夹中基性海底火山喷发熔岩(Pt2sh)、新元古代花岗片麻岩(γ2，同位素年龄(823 ±64)Ma)，以及早白垩纪二长花岗岩(γ5，同位素年龄(132±0.3)Ma)组成。处于北东向庐山短轴背斜的北西翼及其轴部北东仰起端，其中北东向、北北东向断裂构造复杂，岩浆活动强烈。温泉区(庐山南麓)属剥蚀构造丘陵，由于遭受长期剥蚀、侵蚀作用，山体形态呈浑圆状，山脊线不明显，山体连续性差，其间分布着宽展的沟谷凹地。海拔高度一般100～300 m，相对高度50～200 m，山坡坡度一般在15～20°，植被以灌木林为主。主要出露古元古界星子岩群(Pt1xg)，由云母石英片岩、石榴石十字石云母片岩、片麻岩组成。斜长角闪片岩(原岩为基性火山岩)锆石U-Pb法同位素年龄值为(1 869±40)Ma。处于北东向庐山短轴背斜的轴部南西倾伏端，其中隐伏状线型(航片解译)北北东—北东向断裂、近东西向断裂和北西向断裂构造，以及沿此充填的燕山晚期花岗伟晶岩脉(同位素年龄为(127～138)Ma)发育(图1)。

(1)北北东—北东向断裂。成组出现，多为区域性北北东向赣江断裂带的北端浅部构造。走向上自南向北有北北东→北东向的环弧状变化规律，断层面舒缓波状，总体向南东(1 100)陡倾(700～800)，近于直立。断面可见垂直运动擦痕，显示早期以压扭性为主、后期以张扭性为主的多期活动断层性质，见有基性岩脉及花岗伟晶岩脉侵入，常呈破碎带形式出现，带宽＞15 m，带内由里向外有强变形至弱变形之分。断裂多展布于第四系覆盖区，据物探资料推测延长500～700 m。

(2)东西向断裂。多局限于庐山短轴背斜的轴部，遥感影像上呈直线状，延长4～5 km。总体走向860，向北中高角(60～85°)倾伏。呈破碎带形式发育，带宽30～100 m，带内发育构造透镜体、断层泥及碎裂、角砾岩等，带壁呈舒缓波状，近旁岩石强烈挤压破碎、片理化，断面上有斜冲擦痕和显示顺时针扭动的水平擦痕。具先压后扭力学性质。

(3)北西向断裂。多为疏散分布，局部成组出现。遥感影像呈直线状，山脊沿走向被错断，具走滑剪切正断层性质。总体走向310～320°，近于直立，延长＞2 km。常呈破碎带形式发育，带宽10～30 m，带内具有分带性，由里向外构造变形由强到弱。

(4)岩浆岩。主要有新元古代混合岩化花岗片麻岩和早白垩纪二长花岗岩及燕山晚期伟晶岩脉。前二者主要发育(侵位)于庐山短轴背斜轴部仰起端，属主动侵位型。后者主要为花岗伟晶岩，以北东向—北北东向、北西向为主，次为近东西向和近南北向，属裂隙侵入型。脉宽几米至十几米，延长数十米至百余米。同位素年龄127～138 Ma。

图1 庐山地区地质构造略图Fig.1 The geologic tectonic sketch in Lushan areas

4 补给区与温泉区水文地质条件

(1)地下水类型。二区地下水类型相差不大，主要有三种:风化裂隙水、构造裂隙水和松散岩孔隙水。前者主要赋存于基岩风化裂隙中，接受大气降水补给，顺坡迳流沿沟谷排泄，枯季泉流量0.1～1 L/S，水质类型为重碳酸(钾、钠)钙型;中者主要赋存于基岩构造裂隙中，接受大气降水和侧向基岩水补给，沿构造裂隙带运移，于山前坡麓处以泉的形式排泄，单井涌水量500～600 m3/d，水质类型以重碳酸钙型为主;后者主要赋存于全新统冲积层底部砂砾层孔隙中，接受大气降水和基岩水补给，从沟谷低洼处排泄，单井涌水量10～50 m3/d，水质类型以重碳酸(钾、钠)钙型为主(高柏等，2006)。

(2)地热水水文地质特征。该区地热水天然露头以上升泉的形式出现，泉群的分布严格受北东向短轴背斜轴部和近东西向压性断裂以及北西向张扭性断裂复合控制。地热水属承压构造裂隙水，主要赋存于古元古界星子岩群归宗寺变粒岩和燕山期花岗伟晶岩的断裂构造带中，是由20～30 a以前的大气降水补给的。这种赋水断裂构造带其实就是上述北北东—北东向、近东西向及北西向断裂三交汇的破碎带区，但并不是所有的裂隙交汇处都含有水，这主要取决于裂隙交汇处的岩性及裂隙的张开程度。一般有花岗伟晶岩脉充填的破碎带区，储水条件较好。

(3)地热水迳流、排泄条件。庐山山体是一个兀然拔立高耸于长江和鄱阳湖湖之间的特殊高地，雨量丰富，年降水量可达1 950～2 000 mm。岩性、地质构造及地形地貌等条件极有利于地表水下渗补给地下水:庐山北部牯岭一带，岭谷相间，相对高差不大，谷地宽浅，南华系砂岩裂隙发育，水源丰富，溪流众多，成为地下水的良好入渗补给区;庐山中东部星子秀峰寺一带山峰由混合岩化片麻岩构成，虽然抗风化能力较强，但垂直节理发育，经流水冲刷切割形成陡峭山势及瀑布，也有利于大气降水入渗。而位于庐山南麓的星子温泉一带地势突然降低，相对高差在1 000 m以上，主要由本区最古老的地层(星子岩群归宗寺变粒岩)构成，岩性复杂、破碎，加之断裂纵横，将岩石分割成菱形或网络状，有利于地下水的排泄。纵贯全区的北北东—北东向压扭性断裂和北西向张扭性断裂构造为大气降水向深部运移提供了良好通道。北北东—北东向断裂构造是赣北区域性大断裂(赣江断裂)的组成部分，该断裂浅部是一组近平行的环弧状断裂，切穿庐山地区各时代地层，深部为一线型深断裂。其与(或被)后期的北西向断裂复合(或切割)连通，使得其浅部沿低序次构造裂隙、风化裂隙下渗的大气降水入渗汇集，又经其进行深部循环(据有关地热水的水温、水化学成份测试，其均与特定的地质构造、岩性成份和深循环过程中的水文地质条件有关，补给水源下渗深度应在3 700 m以上)。在温泉区发育的近东西向压性断裂构造与受北东向短轴背斜控制的花岗岩体，具有明显的阻水作用。受这种迳流条件和矿区得天独厚的地质构造条件控制，北北东—北东向断裂与东西向、北西向断裂构造的交汇处便成为热水导出的良好通道，并以上升泉的形式排泄于地表(图2)。

图2 温泉出露剖面示意图Fig.2 The profile section of the hot spring outcropped

5 热储基本特征及其成因探讨

该区热储岩性以花岗伟晶岩为主，局部夹少量云母片岩，埋深浅，总体呈带状，厚度一般30～50 m。地热水分布受断裂控制，其中北北东—北东向区域性赣江大断裂北端视为控热、导热构造，北东向、北西向和东西向断裂交汇处的裂隙带起储热构造作用(郑乾墙等，2009a，2009b)。值得明确的是，这三组断裂只有一组北西向断裂具有张扭性，其它二组多以先压(或压扭)后扭(或张扭)性质出现，断裂围岩又以泥质岩石为主，大部分裂隙带处于半闭合状态，不甚具备储水条件。只有当在三组断裂构造裂隙交汇处，受到燕山期花岗岩浆的侵入疏通，在垂直方向上这三组含水裂隙带才会被勾通，形成由深部到浅部呈弯曲状的热水通道。

由此热储基本特征并结合补给区与温泉区地貌、地质构造及其水文地质条件，作者认为庐山星子温泉地热水的成因是地质构造运动与地貌之间的一种巧合。在近东西向“九江坳陷”的中南部受北北东向赣江深大断裂北端的强烈而持续的不同方式的构造作用，形成了具有特殊运动方式的北东向庐山短轴背斜及其断裂构造系统，在此构造系统的发展演化过程中，背斜的北西翼及其轴部仰起端地层岩性相对强硬，抗风化剥蚀能力强，留下了高峻的山岳地貌，而背斜的轴部倾伏端交接部位地层岩性相对脆弱，抗风化剥蚀能力弱，只能残存低矮的丘陵地貌。正是由于这种地貌上的极大差异，造成了庐山山体得天独厚的气象气候条件，具有丰富的大气降水来源，同时亦使温泉矿区成为了一个地区“大气候”与山体“小气候”突然变化的过渡地带，承接着“小气候”所带来的自然排泄。正是由于这种断裂构造性质和岩浆侵位机制，形成了补给区特殊的入渗补给和深循环通道，同时亦使温泉区出现了独一无二的阻水岩体构造，为地下(热)水的迳流、排泄创造了良好而难得的路径。正是由于具备这种特殊的补给、迳流、排泄条件以及沿途的地质构造岩性组合，注定了地热水从补给区到温泉区需要经历20～30 a的时间，循环深度在3 716.28 m(李学礼等，1992a，1992b)，同时亦造就了温泉地热水特殊的品质。所以，从地质角度上看，庐山星子温泉地热水不失为大自然留给人类的不可多得的自然资源，有其特殊的形成条件和自然历程。

因此，认识了这个问题，对于怎样利用和开发温泉地热水资源，有着极其重要的指导意义。否则，不加限制地过度开发利用，势必会给地热水资源带来严重的破坏，以至造成无地热水可用的地步。故此，人们只能是在充分认识其规律的基础上，综合利用、合理开发，方能形成“天人合一”的和谐环境。

本文成稿后承蒙江西地矿局刘南庆高级工程师进行审阅，并提出了宝贵的修改与补充意见，在此谨表致谢!

高柏，孙占学，刘金辉.2006.江西省地热温泉开发利用与保护［J］.水资源保护，22(2):92-94.

李学礼，史维浚.1992a.庐山温泉的形成条件及成因研究［J］.华东地质学院学报，15(3)229-233.

李学礼，杨忠耀.1992b.江西温泉形成的地质构造条件分析［J］.华东地质学院学报，15(3):221-228

刘南庆，黄剑凤.1996.庐山地区旋转走滑——侧向拉伸构造解析［J］.江西地质，10(1):13-18.

任天山，赵秋芬，陈炳如，等.2005.中国地表水和地下水氚浓度［J］.中华放射医学与防护，25(5):466-472.

杨明桂，王发宁，曾勇.2004.江西北部金属成矿地质［M］.北京:中国大地出版社.

郑乾墙，邓有平，吴力泓.2009a.庐山星子温泉及其地热田的基本特征［J］.资源调查与环境，30(3):195-199.

郑乾墙，吴力泓，钟鸣.2009b.庐山星子温泉地热资源及可持续开发利用［J］.江西科学，27(2):317-319.

Discussion on Geothermal Water in Lushan Xingzi Hot Spring

OU Yang-qing1，2， ZHONG Jiang-ming2， LIAO Jian-hai2， YU Min2， YIN Rui-feng2
(1.China University of Geosciences，Beijing 100083，China;2.No.916 Geological Party，JBEDGMR，Jiujiang，JX 332100，China)

Beginning with the analysis of regional geotectonic background of the hot spring，using the measured studies by environmental and SiO2temperature to the space-time relatively positions of geothermal water and recharge areas，based on this，systematic analysis of the recharge and hot spring areas on feature of the landform、geologic structure and condition of hydrogeology，this paper gets to the point that the origin of geothermal water in hot spring relates to the specific landform、the geothermal structure environment and the condition of hydrogeology which caused by the geologic-tectonic evolutional in Lushan.It has its specific formation condition and natural adventure.

geothermal water;discussion;environmental isotope;hot spring;Lushan

P314.1

:A

:1674-3504(2011)01-081-05

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.01.013

2009-12-11

欧阳庆(1964—)男，高级工程师，硕士生，主要从事应用地球物理、应用地球化学、地质矿产调查、地质工程等综合性研究工作。E-mail:ouyangqing1025@163.com