山西省盂县寺平安地区热矿水成因分析

窦艳芳，杨海燕

(山西省阳泉市水务局，山西 阳泉 045000)

寺平安热矿水区位于山西省阳泉市盂县梁家寨乡寺平安村东500 m的滹沱河岸边，总面积250 km2。西距忻县110 km，东距河北西柏坡70 km，北距五台山110 km，南距阳泉市115 km。

本区热矿水含氡量介于211～349埃曼，为山西省已查明的含氡量最高的热矿泉。地面矿水温度44℃ ～53℃，属高热型矿水，总矿化度0.77～0.89 g/L，属氯化物硫酸钠型水，氡含量 211～349埃曼/升，二氧化硅 50～60 mg/L，氟 5.61～7.32 mg/L，同时含有锂、锶、铁、锰、硼、溴、硫等多种微量元素，为中、低温氮气氡水，同时又属氡水与硅酸复合型矿泉水，为良好的医疗热矿水，用热矿水浸浴对高血压、冠心病、关节炎和妇科各种炎症均有不同程度的疗效，具有较高的医用价值。

本区地形结构，除滹沱河两岸为河流谷地处，广大地区均为中低山地形，标高370～1 600 m。总的地势是滹沱河南北两岸高，河谷中间低。东北部的清泉湾西北山峰标高1 573 m，南部的柏岩尖标高1 273.5 m，滹沱河沿岸谷地标高370～500 m左右，热矿水出露标高410 m，滹沱河下游河谷中的阎家庄为本区最低点，标高为370 m。切割深度400～900 m，切割密度 0.5 ～1 km/km2。

本区河流属滹沱河水系。滹沱河由西向东横穿该区。它发源于繁峙县横涧乡，由定襄县岭子底流入县境，流经庄里、梁家寨、豹川口、崔家庄、王只、寺平安、活川口、北峪口至阎家庄流入河北省平山县境。属暖温带大陆性气候，四季分明。多年平均气温 11.7℃，降雨量 570 mm，蒸发量 1 157 mm，降雨多集中在 7、8、9三个月份。

1 区域地质条件

1.1 地层和构造

区内广泛出露着结晶基底变质岩，其中以付变质岩为主，部分绿泥片岩、斜长角闪岩、透闪岩等为正变质岩。主要分布有四个岩组:①榆林坪组:分布于明查湾、活川口、榆林坪一带。②灯花组:分布于君才、梁家寨、乔家庄以东榆林坪组之西部。③会理组:分布于陈家庄、蔡家坪、会理村、樊家汇一带。④牛心沟组。分布于贾家峪、牛心沟一带。该区构造单位处于五台隆起南部、太行断裂隆起中段西侧。主要有七泉—青崖同斜短背斜、下石塘—砂瓦尖同斜背斜、东西—北西向共轭深断裂、活川口南北向断裂。

该区构造单元处于五台隆起南部、太行断裂隆起中段西侧。从太古代至新生代，虽然发生过多期构造运动，但由于该区广泛出露太古代结晶变质岩，仅能反应五台运动、吕梁运动的构造形迹。主要存在七泉—青崖同斜短轴背斜，下石塘—砂瓦尖同斜向斜，东北—北西向共轭深断裂，活川口南北向断裂。

河谷两侧发育有不对称的堆积阶地，其堆积物由新生界上更新统黄土、亚砂土、砂砾石层构成。热矿泉出露于太古界龙华河群榆林坪组上部和灯花组下部。

1.2 水文地质条件

根据含水介质的岩性、水力特征、地下水储存条件以及水质、水温等，可将本区地下水划为三种基本类型:①松散岩类孔隙水:主要分布于滹沱河河床及一级阶地区，含水层厚度一为3～5 m，岩性多为砂砾石，水位埋深般为1～3 m，单位涌水量1～10 m3/d。地下水的主要补给来源是大气降水及地表河水的入渗，在热矿水区还可接受深部热矿水的顶托补给。水化学类型多为 HCO3－Na·Ca型，矿化度小于0.5 mg/L。②变质岩裂隙水:主要分布于滹沱河两岸，浅部风化和构造裂隙发育，含少量裂隙潜水，深部基岩完整，基本不含水。风化裂隙潜水受地形控制，沟谷中风化裂隙发育，补给条件好，含水较丰富，泉水流量一般为0.5～1 m3/s。水化学类型以 HCO3－Na或 HCO3－Na·Mg型为主，矿化度0.11～0.4 mg/L，水温 10～17℃，pH 值为 7 ～7.7。③伟晶岩深循环承压脉状裂隙热矿水:本区地下热矿水的分布和出露严格受构造与岩性控制，分布于南北向压扭性断裂上盘，其出露点为伟晶岩脉中小断裂和裂隙。本区地下热矿水为大气成因类型，主要是大气降水和地表水通过松散岩层孔隙和基岩裂隙渗入地下深处，冷水在深处加温后，在静水压力作用下，导水断裂和裂隙上升，于地形相对低凹的河谷地区溢出地表成泉。地下水化学类型为 Cl－Na型，矿化度0.8 mg/L，水温44℃ ～53℃，pH 值为 7.71 ～8.16。

2 热矿水分布特点

该区有三个热矿水分布区，总面积为27 hm2。

寺平安村西热矿水分布区:该区呈南北向纺锤形状，南北长达800 m，东西最大宽度为220 m，面积 12.3 hm2，热矿水赋存于吕梁期伟晶岩脉之中，经地面测绘和物探证实，伟晶岩中发育有北北西，近东西及近南北向三组构造裂隙。区内有位于王只铁桥中间桥墩内热矿水泉1处和阳煤集团1号热矿水井1眼，位于该热矿水区的中部，实测水温62℃。

崔家庄村南热矿水分布区:该区呈鞋底形状，面积4.8 hm2。热矿水赋存于混合岩化伟晶岩脉中，北东东向张扭性裂隙较为发育，热矿泉水温度40℃。

豹川口村东热矿水分布区:该区呈蛋园形状，面积9.9 hm2，为中深层热矿水分布区。

3 热矿水形成的控制因素

本区热矿水形成主要受地质构造，地层岩性及水文网切割等三大因素控制。

3.1 构造因素

从大地构造上看，本区位于阜平隆起中部，属典型的开启构造。区内地热水的运动和分布严格受地质构造所控制，压扭性断裂为地热水的汇集和贮存创造了条件，张扭性断裂为地热水的运动和传输创造了重要条件。

据野外调查，地热水分布区主要压扭性断裂有两条:一是活川口南北向压性逆断层，其延伸长度大约30 km，深度大，糜棱岩发育，另一是寺平安南北向压扭性逆断层，其延伸长度大约为1 km，两条断裂具有很好的阻水作用，为地热水的汇集和贮存创造了重要条件。西部的张扭性断裂起到了很好的导水作用，既对浅部地下水的入渗起到通道作用，又为经深循环形成的热矿水往上集中排泄创造了条件，张扭性断裂为本区主要导水通道，所有热矿泉点均受张扭性断裂控制。

3.2 岩性因素

本区地层岩性以太古界龙华河群付片麻岩类为主，其间穿插了许多伟晶岩脉。从区域调查表明，个别伟晶岩中曾发现有铀的矿化点，可见伟晶岩脉的存在为本区氡水形成创造的物质条件。

表1 岩石微量元素含量(ppm)表

3.3 地形因素

本区属强烈上升地区，水文网发育，山体呈羽毛状切割，滹沱河流经其间，为热矿水的补给、汇集与排泄创造了良好的条件。

根据区域新构造运动及地貌发育史分析，该区热矿水大体上形成于第三纪末到老四纪初期，属于大气降水入渗与地表水入渗正常增温、隆起断裂型、深循环的放射性热矿水。依据如下:

① 地热矿中所含的N2属大气成因;

②稳定同位素含量符合全球大气降水线;

③据水质分析资料，rNa/rCl系数大于1。

从地热角度看，区内地热水是在正常增温条件下形成的。由于水交替较为缓慢，地下水矿化度偏高，一般情况下为0.77～0.89 g/l。在溶滤作用与离子交替的条件下，形成了硫酸盐型与氯化物型的过渡型水，即属偏碱性的氯化钠型水。本区热矿水属于正常增温、隆起断裂型、深循环的放射性热矿水。

4 热矿水运动机制

4.1 热矿水补给条件

根据水文地质条件与环境同位素分析成果，初步圈定的热矿水补给面积250 km2，补给区标高在1 500 m左右。整个补给区由中等切割的变质岩中低山构成，区内水文网与构造裂隙极为发育，为降雨入渗创造了良好条件。

在降雨入渗过程中，绝大部分水量形成浅循环的变质岩裂隙水，水温与矿化度极低。仅有少量降水沿着发育很深的构造裂隙下渗而形成了深循环的热矿水。

4.2 热矿水运动特征

本区一般变质岩分化带裂隙水没有统一含水层，其水循环特点为局部补给与局部排泄。而深循环的热矿水在压力水头作用下，则由西、北、南沿构造裂隙向东运动，由于活川口和寺平安两条逆断层的阻水作用，加之冷水增温后比重降低的影响，致使热矿水沿张扭性断裂带向上运动，溢出地表便形成了若干个热矿水泉点。

根据水文物探资料，寺平安地区热矿水体大致上呈蘑菇状，其整体由西向东倾斜。由于浅部变质岩裂隙发育和松散盖层透水性良好，热矿水上升至浅部后便向四周扩散，故形成了层状次生热矿水体。深部柱状热矿水与浅薄部层状热矿水共同构成了所谓蘑菇状热矿水体。

从热矿水运动条件看，大体上可划分为垂直入渗带、水平渗流带及深循环对流带(见图1)。据氚样分析资料，本区深层热矿水年龄在50年以上，说明热矿水运移速度是相当缓慢的。另外热矿水中氡气含量较高，也反应了热矿水循环途径长与渗流速度慢的特点。

图1 盂县寺平安热矿水区冷热水相互转化模式图

4.3 热矿水排泄途径

寺平安热矿泉群为热矿水的排泄中心。该泉群由5个泉点组成，出露长度约300 m，从泉点分布来看，具有分散状特点。

据抽水试验资料，抽水时各泉点之间互有影响，水化学成分基本一致，说明各泉点之间水力联系密切，系来源于同一热水储库，因冷水混入量不等而导致水温上的差别。

该热矿水泉群基本上属于全排型泉水，因为在寺平安南北向压扭逆断层东侧，尚未发现热矿水泉点。热矿泉出露高程较滹沱河水位高0.5 m。

5 热矿水区氡水形成条件

就天然放射性水分类而言，主要可划分为氡水、镭水和铀水三大类，其中氡水是分布最广泛的放射性水。而根据水循环条件、气体成分和水化学特点，可分为风化壳氡水、构造裂隙氡水及射气聚集体氡水。

根据监测测示结果，寺平安地区热矿水中铀与镭含量未见异常，氡含量平均值为1.4×10－6g/L，属氡水类型。本区热矿水属深构造裂隙承压水，其特点是水温很高，矿化度不大，氯化钠质水型，pH值偏高，二氧化硅含量较大，气体成分氧氮为主，为典型的氮气氡水放射性水文地质资料表明，在具有正常分散含量放射性元素的变质岩含水层中，氡的含量为100～300埃曼，一般不超过400埃曼。而由于吸附作用而使镭在导水裂隙中富集，形成很强的射气聚集体，水中氡含量高达2 000～3 000埃曼;而由铀矿存在时，水中氡含量则高达数万埃曼。因此本区热矿水氡含量增高的原因是由于构造断裂而引起的岩石射气系数增大。据文献资料，花岗伟晶岩的平均射气系数达28%。

从地下水动力条件分析，地下水流径越长，流速越慢，水中含氡量越高;地下水流出量越大，水中含氡量越低。此点在寺平安热矿水区也可得到证实。如出露于伟晶岩裂隙中的热矿泉，其热矿水流量小，水中含氡量高达350埃曼;深井抽水量较大，水中的含氡量一般为210埃曼;热矿水观测孔，静止时水中氡含量为30埃曼左右，当深井抽水时水中氡含量可猛增至80埃曼。

水质化验结果表明:该区热矿水水质为氯化物硫酸盐钠型水，水温 44℃ ～53℃，矿化度 0.77～0.89 g/L，pH 值为7.71 ～8.16，氟含量 5.61 ～7.32 mg/L，二氧化硅含量 50 ～60 mg/L，偏硼酸含量 1.6 ～3.0 mg/L。

6 热矿水开发利用现状及保护措施

该地区地热水A2级可采资源量为79.35万 m3/a，A2+B级可采资源量为120.45～164.25万 m3/a。目前盂县寺平安地区有热矿水九处，其中热矿泉五处，钻井四处，取水量约为35万 m3/a，因此，该地区地热水尚有较大的开发潜力，A2级开采资源量保证程度较高，可大力开发利用。同时，当地政府在大力开发当地宝贵的地热资源的同时，应采取有效措施保护地热水。

合理开采。应以A2级可开采资源量作为寺平安热矿水区的开采限额，严禁超量开采造成水位大幅度下降，防止河水与鱼池水大量渗入浅部热矿水层。在开采过程中，应加强热矿水的动态观测工作，及时掌握水质、水温及含氡量的变化规律。

控制污染源。禁止在本区兴建污染性的工矿企业，不得施用有失持久性和剧毒性的农药，严禁随意堆放垃圾与工业废渣，对全部鱼池要采用可靠的防治措施，以免污染热矿水体。

制定热矿水开发利用方案。为长远保护本区可贵的热矿水资源，当地政府应采用法律手段建立热矿水卫生防护带，制定热矿水合理开发利用的方案，大力支持开展地热水的综合开发利用，发挥地热水资源最大的社会经济效益，促进当地国民经济发展。

7 结语

1)寺平安热矿泉出露于太古界龙华河群灯花组底部榆林坪顶部的吕梁期伟晶岩中，热矿水分布面积0.27 km2。

2)该热矿泉群属于隆起断裂型热矿泉水，大气降水为热矿泉水的主要补给来源，热矿水循环深度1 800 m左右，其年龄超过50 a，属于全排型热矿水泉群。

3)该区热矿水属中等放射性水，含氡量211～350埃曼/升，伟晶岩脉中放射性元素含量偏高和构造破碎带岩石射气系数增大是氡水形成的基本条件。

［1］山西省盂县寺平安热矿水区物探结果报告.阳泉市水资源管理委员.山西地矿局第一水文地质工程队.1986.

［2］山西省盂县寺平安热矿水区勘查报告.阳泉市水资源管理委员.山西地矿局第一水文地质工程队.1986.