贵州新萝热矿水化学特征及其成因分析

何文君，向贤礼，李勇刚，伍锡举

(1.贵州省有色金属和核工业地质勘查局，贵州 贵阳 550005 2.贵州理工学院，贵州 贵阳 550004)

热矿水水化学成分受热矿水储围岩控制，它是热矿水主量元素和微量元素的物质供应源，热矿水的形成是地下水与围岩介质相互作用、化学元素迁移、演变、再分配的结果。在其上升、涌出或开采过程中，常常发生传到冷却、脱气、压力、氧化还原等物理化学条件变化，以及混合稀释和离子交换吸附、沉淀等作用，其热矿水的水温和化学组成也发生相应变化[1]。因此，文章从贵州新萝热矿水的区域地质构造背景入手，通过热矿水中化学组分和水化学指标分析，了解热矿水形成的水文地质条件及其成因，为地热资源合理的开发利用提供必要的基础依据。

贵州新萝热矿水位于贵阳市北偏东15°，直距35 km。人工成井深度2 500 m，揭露地层有二叠系、寒武系、震旦系。热矿水pH为7.50，水化学类型为重碳酸钙钠型，井口涌水温度为43℃，热水头静水位 -16.7 m(井口)，冷水头静水位为 -17.6 m，通过降压试验，降深80 m时，涌水量达1 200 m3/d。

1 区域地质构造背景

新萝热矿水位于黔中东西构造带、川黔经向构造带和新华夏系第三巨型隆起带交接复合区，本区构造格局显示为涡轮旋扭构造形态，属古东西向构造的成分，继后卷入了南北构造带中，在燕山运动时，区域性直扭应力场在古老盆状向斜、侧邻安清-杨家寨断层及东西向园坡褶皱群等特定边界条件下，发生旋扭而成息烽涡轮旋扭构造。另外，位于该构造北东侧，与其交接、复合的洋水背斜，在平面上呈 S型弯转，亦是新华夏系与东西向构造带联合产物。

息烽涡轮构造的中心旋窝为圆形团望山盆状向斜，绕其外发育有辐射分布顺时针弯转的箕状向斜、鼻状背斜和压扭性断层。

洋水背斜轴向为25°～30°，东北端弯转至90°，呈长条形展布，舒缓波状，核部、两冀断层发育，如朝阳洞断层、雷打岩断层等，南西段被白马洞断层切阻。

白马洞断裂属东西向构造带的成分，为区内主要大断裂，属区域走滑断裂，位于新萝热矿水南约3.5 km，走向75°～80°，断面倾向南南东，倾角 60°～80°，局部直立，断距大多在200 m以上，最大至1 500 m，破碎带宽多小于20 m，最宽达100 m。

老鸦河断层为白马洞断裂北盘的次级断裂，位于热矿水点约1.2 km，走向北北东—南南西，断面倾向东，倾角45°～60°。

热矿水所在区出露地层为二叠系、石炭系、寒武系、震旦系、南华系、青白口系，其中石炭系地层沉积厚度薄，仅仅为10 m，缺失奥陶系、泥盆系。震旦系、南华系、青白口系出露在洋水背斜核部，寒武系主要分布在洋水背斜两翼，二叠系、石炭系主要分布在团望山向斜。

2 水文地质条件

新萝热矿水处于苗岭之息烽 -修文支脉，南北向分水岭地带，属长江流域乌江水系。区内北东部2条冲沟发育，交汇于新萝村，自西南向北东径流，流量为0～30 m3/d。区东南角出露一下降泉，出露地层为寒武系高台组，出露标高为1 230 m，流量为 0.993 ～1.02 L/s。

热矿水所在区内地下水类型以岩溶裂隙水为主，总体流向自西南向北东径流，主要含水岩组为二叠系茅口组、寒武系娄山关组、石冷水组、清虚洞组、震旦系灯影组的灰岩、白云岩，受阻于板溪群变质岩地层，构成地下水系的基本轮廓，由于处于旋扭构造、新华夏系、东西向构造带及南北向构造带交接复合部位，褶皱断裂、节理裂隙发育，增加了各含水层之间的水力联系，为岩溶裂隙地下水的运移、富集提供了良好的场所。

3 热矿水水化学特征

热矿水的形成是地下水与热储围岩相互作用的结果，在其上升、涌出或开采过程中，常常发生物理化学条件的变化，以及热矿水的水温和化学组成的变化。因此，根据热矿水的水化学成分特征，分析热矿水的形成、迁移变化规律。

3.1 主量化学成分特征

新萝热矿水的主量化学成分检测结果见表1。

表1 主量化学成分检测结果表

表中可以看出，主量化学成分中主要阴、阳离子为 Ca2+、HCO3-，而 Na+、Cl-的含量仅次之，依据贵州热矿水水化学成分形成及其相关性和水文地球化学分区[1]，寒武系娄山关组、石冷水组、清虚洞组地层是热矿水主要储热含水层，岩性主要为白云岩，因此，高含量的 Ca2+、Mg2+、HCO3-是热矿水对围岩溶蚀作用的结果。

热矿水中的Na+除来源于寒武系下统金顶山组(∈1j)、明心寺组(∈1m)、牛蹄塘组(∈1n)地层中粘土岩的溶解外，还来源于深部的变质岩中含钠硅酸盐矿物的溶解，加上，深部断裂致使岩体破碎，提高了热矿水对 Na+的溶解度，以至于其含量高。热矿水中Cl-是在水流进入运动异常滞缓的下带，在热储层溶解深层围岩中氯化物石盐或氯化钾盐，或者是古代封存的沉积水[1]。新萝热矿水中 Cl-的含量高，除少部分来源于古代封存的沉积水外，大部分可能来源于淋滤粘土岩中氯化钾盐所致。

通过对热矿水主量元素分析表明，热矿水为混合作用而成，由开启型构造的寒武系中上统白云岩构成HCO3-Ca型承压热矿水，其下以震旦系白云岩热储和导水断裂构成HCO3·Cl-Na型封闭深循环热矿水。热矿水中主量阴阳离子含量，随着水循环深度增加，在水化学中表现出明显的水化学垂直分带特征。

3.2 微量元素

针对热矿水中锶(Sr2+)水化学地质意义，毛健全等[2]提出:贵州温泉中锶主要来自于膏盐层。区内膏盐矿作为伴生矿产于震旦系矿层(矿化)中，新萝热矿水中Sr2+的含量较高见表2，其主要溶滤膏盐层的结果。

表2 部分微量元素及组分检测结果

氟(F-)是地下热矿水的标性元素之一，也是人体生命必须元素之一。新萝热矿水中F-的含量符合我国生活饮用水标准规定，为0.48 mg/L，比区内泉点的含量高4倍，说明热矿水溶滤下寒武系磷块岩矿层中含氟伴生矿物的结果。

热矿水中的Fe2+、Fe3+分别来源于下寒武系牛蹄塘组含黄铁矿和金顶山组赤铁矿的溶解，且部分Fe3+还来源于热矿水上升、涌出过程中Fe2+的氧化而成，以至于其含量较高，同时也说明了含Fe2+的热矿水处于深循环、相对封闭的还原环境。

热矿水中游离CO2的含量较高，相当于大气中的CO2含量的40倍，说明热矿水处于相对还原环境。从检测到H2S气体来看，虽然含量偏低，但也反映了热矿水处于相对封闭的还原环境。热矿水中H2S气体的含量偏低，可能是深部热矿水在上升过程中温度、压力的降低致使气体溢出造成的，热矿水中的总硫的含量较高，也说明了这点。

3.3 放射性元素分析

热矿水中的氡(Rn)具有医疗意义，不仅对人体的肌体具有一定的镇静、镇痛、消炎和脱敏的效果，还具有某种调节心血管机能，提高造血机能等治疗作用。

镭、铀等放射性元素均是水中放射性射线之源，铀衰变产生镭，镭衰变时释放α射线，产生氡气。热矿水中氡含量的高低，在一定程度上反映着储集层和流经岩石中镭、铀的含量[1]。

热矿水放射性元素和射线检测结果可以看出，水氡、空气氡的含量接近热矿水的氡泉命名标准，且总α和β放射性含量低于界限标准值，镭和铀的含量亦在国家标准范围内，未超标。

检测结果表明，区内含铀矿层虽然分布洋水背斜东翼南段，即白马洞断裂与犀牛洞断裂交汇处，产于寒武系中下统地层中[3]，但是受洋水背斜核部地层板溪群的阻水作用，从而阻断了洋水背斜东南翼含铀的热矿水。因此可见，热矿水中的氡不是由水体中的镭衰变而成的，而是原聚集在深部岩石裂隙中的氡气，在高压下溶解于地下水中带出来的[4]，但深部岩石裂隙中氡气的来源与洋水背斜东南翼寒武系中下统的含铀矿层密切相关。

3.4 热矿水热储温度

贵州 热 矿 水 中 的 水 温、Sr、F、SiO2、Ca2+、(Ca2++SO42-)、矿化度等有关组分之间具有较好的正相关关系[1]。而表1、2中水化学检测结果表明，本热矿水涌出水的水温和上述组分却没有体现较好的正相关关系，且地温测井显示，震旦系热储层温度达58℃ ～61℃，其上部呈半开启状态寒武系中上统热储温度为32℃ ～36℃，出口水温仅仅为43℃，显然，热矿水的井口温度降低主要是因为深部循环热水和其上部承压热水混合而造成的。

4 热矿水的成因分析

新萝热矿水为混合作用而成的热矿水，主要由半开启型构造的寒武系中上统白云岩构成第一单元承压热矿水，其下以发育完整的下寒武系碎屑岩为热储盖层和下伏震旦系灯影组白云岩作为热储层，共同构成第二单元深循环热矿水。

地热井揭露位于下寒武系与震旦系之间发育一条断裂，地温测井显示增温幅度偏高，且热矿水水量也有所增大，说明该断裂不仅起到沟通地下深部热源的作用，还具有储水、导水作用。该断裂很可能为白马洞断层北盘次级断裂，白马洞断裂在构造上表现为压扭性左旋平移走滑断裂，为北东向多期复活断裂，由南东向北西推覆，其规模和深度较大，多数学者认为贵州北东向断裂构造主要为加里东运动时期的产物，并在燕山期以来的运动中多次复活，致使区域主、支断裂之间切穿性强，起到沟通地下深部热源的作用，并通过次级断裂向地表进行热传导。

5 结语

(1)新萝热矿水要由开启构造的 HCO3-Ca型承压热矿水和封闭型HCO3-Na型深循环热矿水混合而成。

(2)热矿水中的氡(Rr)不是由水体中的镭衰变而成的，而是原聚集在深部岩石裂隙中的氡气，在高压下溶解于地下水中带出来的，但深部岩石裂隙中氡气的来源与洋水背斜东翼含铀矿层也存在一定联系。

(3)从热矿水的水化学分析，热矿水的热储层为层状热储和带状热储组合型，层状热储为寒武系中上统和震旦系灯影组白云岩组成，带状热储为白马洞次级断裂，该断裂不仅起到沟通地下深部热源的作用，还具有储水、导水作用。

[1]韩至钧，金占省，等.贵州省水文地质志.贵州:地震出版社.1996.

[2]毛健全，丁坚平.贵州温泉锶含量及其地质意义.贵州地质.1992.1.

[3]王志明.白马洞铀矿床的古地下水成矿作用及找矿标志.北京地矿地质研究所.1982.

[4]姚在永，成忠礼，等.息烽氡泉环境地球化学的初步研究.地球化学.1982.1.