忻州市地下热水化学特征分析评价

柴 茂

（山西省水文水资源勘测局奇村地下热水实验站，山西 忻州 034000）

1 引言

忻州市地热水是山西省地热资源条件较好的地区，也是我国著名的优质温泉，是氡、硅酸和硫化氢的复合泉，水温在53～74℃之间，对心脏病、风湿性关节炎、皮肤病等有显著疗效，目前被广泛应用于洗浴和疗养保健。

与冷水相比，地热水温度较高，在与基岩化学反应和溶滤作用下，其中溶解的化学成分较为复杂，矿化度较高。根据忻州市4处地热井（奇村地震局、顿村大队、大营柳香园、汤头神堂都）的水质分析资料，在分析忻州市地下热水水化学组分的基础上，进一步对其水质进行了质量评价。

2 地热水赋存背景

忻州市地热主要为断裂导热，岩层由于遭受区域变质，岩相变化剧烈，加之断裂、褶皱作用致使岩层破裂，裂隙发育，被不同时代岩脉穿插，地下水集中赋存于断裂破碎带。

忻州市4处地热区所在的忻定盆地属于汾渭地堑的一部分，位于东北段与中段过渡部位。该断陷盆地的边缘构造多为复杂的线型或褶皱断裂带，内部构造或盆地构造多为沿前裂各期压性、压扭性构造基础上发育起来的张性、张扭性升降断块，其双侧或单侧常为同沉积断裂。该盆地由北部的恒山、东部的五台山、南部的系舟山以及西部的云中山所包围。虽然地处半干旱地区，降水量偏小，对地下水资源补给不利，但周边的地形特征及发育的基岩构造断裂便于大气降水沿山前断裂以地下径流的形式向盆地中心汇集。

忻州市地热区均属滹沱河新裂陷地下水系统，且为中低温对流型地热系统。以繁代原盆地和忻定盆地为中心，分为两大水文地质单元。一是水文地质块，主要在新生界结晶岩、碳酸盐岩和沉积岩中发育裂隙水。二是水文地质盆地，在新生代沉积物中赋存孔隙水。热水运移形式为：大气降水在中低山区入渗补给后，通过基岩断裂、裂隙中深循环形成热水。当浅部基岩中发育断裂、裂隙时，热水得以向浅部热储层运移聚集，部分与第四系下部孔隙水发生混合。由于各地热区的水均为人工揭露，在成井时对浅部第四系砂质含水层未进行止水，为基岩裂隙热水与浅部孔隙水在井中混合创造了条件，对地热水的水化学成分和水温不同程度地产生了影响。

3 地热水化学特征

此次研究所采集的地下水化学分析水样均严格按照相应野外取样规范要求，由国土资源部太原矿产资源监督检测中心进行化验，所有水样均为无色、无味、无嗅，透明。

3.1 水化学分析

根据忻州市典型地热井水化学分析成果，按照舒卡列夫分类法进行分类。

由奇村地震局水化学特征检测数据分析可知，该区地下热水pH值为8.54，呈弱碱性；水样总硬度（以CaCO3计）为 34.9 mg/L，属软水；TDS为 586 mg/L，属低矿化度淡水。地下水中主要阳离子为Na+，毫克当量百分数为90.01%；主要阴离子为Cl-，其次为SO42-，毫克当量百分数分别为55.98%，21.29%。地下水水化学类型为Cl·SO4-Na型，氟离子浓度10.3 mg/L，含量较高。该水质中检出放射性元素Rn（氡），浓度0.13 Bq/L。

由顿村大队水化学特征检测数据分析可知，该区地下热水pH值为7.87，呈中性；水样总硬度（以CaCO3计）为395 mg/L，TDS为1324 mg/L，为低矿化度硬水。地下水中主要阳离子为Na+和Ca2+，毫克当量百分数分别为56.89%，41.18%；主要阴离子为SO42-，其次为Cl-，毫克当量百分数分别为67.73%，23.78%。地下水水化学类型为Cl·SO4-Na·Ca型，氟离子浓度4.69 mg/L，含量较低。该水质中检出放射性元素Rn（氡），浓度0.17 Bq/L。

表1 忻州市典型地热井水化学分析成果表

表2 忻州市典型地热井微量元素统计表 单位：mg/L

由大营柳香园水化学特征检测数据分析可知，该区地下热水pH值为8.58，呈偏碱性；水样总硬度（以CaCO3计）为 260 mg/L，TDS为 1500 mg/L，属低硬度、低矿化度水。地下水中主要阳离子为Na+和Ca2+,毫克当量百分数分别为76.71%，22.43%；主要阴离子为Cl-，SO42-,毫克当量百分数分别为51.70%，44.64%。地下水水化学类型为Cl·SO4-Na·Ca型，氟离子浓度8.2 mg/L，含量较高。

由汤头神堂都水化学特征检测数据分析可知，该区地下热水pH值为7.58，水样总硬度（以CaCO3计）为835 mg/L，TDS为2206 mg/L，属中性、极硬、低矿化度水。地下水中主要阳离子为Ca2+，Na+，毫克当量百分数分别为50.14%，48.71%；主要阴离子为SO42-，其次为Cl-，毫克当量百分数分别为65.44%，33.23%。地下水水化学类型为Cl·SO4-Na·Ca型，氟离子浓度3.44 mg/L，含量较低。

3.2 微量元素

忻州市地热水中含有20多种对人体健康有益的微量元素及矿物质，对风湿病、关节炎、神经系统、消化系统、呼吸系统、心血管系统及皮肤、妇科等病症具有较高的理疗作用，同时对消除疲劳、恢复体力具有独特疗效。

水中的Rn（氡）元素不仅在洗浴时穿透皮肤进入肌体，洗浴后在皮肤表面形成一层放射性活性薄膜，能持续发挥医疗作用约4 h，也可随呼吸进入体内起到治疗作用。氡对中枢神经及植物神经系统均有较好的调整作用，并可对气管炎、支气管哮喘具有明显的治疗作用，对血压有双重作用，能扩张血管、降低血液粘稠度及改善心功能等。其他微量元素如Li（锂）、Sr（锶）、Zn（锌）、Mn（锰）、Fe（铁）等，更是维持人体正常生理功能必不可少的元素。

4 结论

根据2014年水质分检结果，参照《饮用天然矿泉水限量指标》《生活饮用水卫生标准》《医疗热矿水水质标准》等标准，结合忻州市当地热水资源实际情况，对该市地下热水水质进行评价分析，得出如下结论：第一，忻州市各地热区地下热水氟含量较高，不适宜直接饮用，但各地热区地下热水可作为医疗热矿水利用，并且是良好的理疗保健热矿水。第二，忻州市地下热水呈弱碱性。第三，奇村地热区地热水属于软水，顿村、大营、汤头地热区地热水均属微硬或极硬水。第四，奇村地热区水化学类型为Cl·SO4-Na型，顿村、大营、汤头地热区水化学类型均为Cl·SO4-Na·Ca型。第五，该市地下热水氟离子和硅酸含量普遍较高，且两者含量与水温密切相关，水温越高，其含量越大。第六，忻州市地下热水中除偏硅酸、偏硼酸、氟化物含量较高外，还含有锶、锂、钡、锰、铁、硫化氢等多种微量元素。第七，奇村、顿村地热区地热水中检出放射性元素Rn（氡），具有较高的医疗保健价值。