广西龙胜矮岭温泉的形成条件及水化学特征

钱攀宇，符荣华，蓝俊康

(桂林理工大学环境学院，广西桂林 541004)

广西龙胜矮岭温泉的形成条件及水化学特征

钱攀宇，符荣华，蓝俊康

(桂林理工大学环境学院，广西桂林 541004)

矮岭温泉为一高热、大流量的矿泉，其热量源自于地下水在深循环过程中与深部高温岩石的热对流作用以及地壳深部的热液活动。由于温泉补给区面积大，降雨量充沛，该泉水的流量较大。地下水在活动断层破碎带内向深部循环过程中，与围岩发生复杂的地球化学作用，使地下水富有十多种人体必需的元素及二十多种对人体有益的元素。该温泉水质为富含偏硅酸的超低钠重碳酸钙镁型水。温泉的流量、水温及其化学成分常年保持不变，且含有适量的氡，是一处较好的浴疗矿泉水。为确保矿泉水资源不会枯竭，建议在今后的开采过程中要严格按造设计要求来控制开采量;为防治水源污染，也应尽快设立三级防护带。

温泉;形成条件;水化学特征

龙胜矮岭温泉位于广西龙胜县东部，柳江支流浔江右岸的一个小冲沟中，西距龙胜县城34㎞，地貌上为猫儿山系的北侧。在区域地质构造上位于桂北台隆区越城岭断褶带西部边缘，与龙胜褶断带相邻。矿泉的形成与西侧的永福—龙胜区域性深大断裂的发育有关，热泉距断层10 km。该深断裂呈南段呈近南北向展布，北段呈北北东向，与永福一带与桂林—柳州深大断裂斜交，北至湖南黔阳。该深大断裂是一条长期活动的断裂，断裂带宽数百米，深达硅镁层，为沟通地球深部热源创造条件［1］。

泉穴有上下两处，均从沟谷陡壁裂隙中喷涌而出，上温泉标高40 m，有三个出水点，流量2.77 L/s;下温泉流量较大，已开发作为游泳池，两泉流量在432～538 m3/d间，属于大流量的天然矿泉［2］。按《地热资源地质勘查规范》(GB11615－2010)，可将本地的热田勘查类型划分为Ⅱ2型，地热类型为中温地热资源。

桂北龙胜地区，在地质历史中，经历了多次构造变动。对本区影响较大的有:①雪峰运动，使江南地轴隆起，并有超基性岩和基性岩的侵入;②广西运动，使地层褶皱，大断裂继续活动，且岩浆活动强烈。越城岭、苗儿山花岗岩体侵入，然后被泥盆纪沉积层覆盖;③印支运动，结束了本区海相沉积;④燕山运动，使地层再次强烈褶皱，近南北向和北东向大断裂同时生成，沿断裂有花岗岩侵入，生成岩株和岩脉群;⑤喜山运动，以间断性上升为主，河流深切，形成了典型的“V”形河谷，河谷两侧有瀑布生成［3］。矮岭温泉山谷地带现除了在现代河床中有少量沙卵石之外，基本上无第四纪堆积物。

1 地热田形成的环境地质条件

1.1 地形地貌与气象水文特征

矿泉位于桂北崇山峻岭之中，属于中山地貌，山峰标高1 000～1 900 m，比高一般在1 000 m以上，山体庞大，坡陡峰险，沟谷呈“V”字型。矿泉位于矮岭河一侧冲沟之沟壁上，呈两个泉群出露。下泉群标高350 m左右，上泉群标高400 m左右，矮岭河属柳江水系，汇入浔江，再流入柳江。

本区属亚热带气候，潮湿多雨，冬暖夏凉。日照、雨量、温度和湿度变化情况详见表1。

表1 龙胜矮岭矿泉常年气候统计表

从表1可见，矮岭温泉所在地段的气候特点是春冬不冷，夏秋不热。降雨集中在春夏秋三季，冬季较少;日照天数夏秋二季较多，春冬较少;相对湿度全年保持一致，整个气候条件是宜人的。由于气候温和，矿泉附近植被很发育，山体覆盖着亚热带常绿阔叶林和各种奇花异草，及至海拔1 900 m的福平包也是树高林茂。

1.2 地层岩性

矿泉附近出露的地层主要有板溪群、震旦系、寒武系。各地层的岩性特征如下:

1)板溪群(Ptbn)

分布于矿泉南侧马海背斜轴部，岩性为灰至灰黑色、灰绿色的变质砂岩、砂质页岩、粉砂岩及千枚岩、片岩，厚度大于2 000 m。

2)震旦系南沱组(Zan)

分布于矿泉西侧、西南侧的老虎坳至福平包一带，以及马海背斜翼部，岩性为灰绿色、黄绿色泥质砂岩、砂质页岩，厚300～1000m。

3)震旦系灯影组陡山沱段(Zbd1)

呈带状分布于背斜翼部，岩性为灰绿色、灰至黑色页岩夹少量白云岩透镜体厚80～158 m。

4)震旦系灯影组老堡段(Zbd2)

分布于矿泉所在地一带以及背斜翼部，在矿泉以及其西北大白山一带有较大面积的分布。岩性为硅质岩，浅灰色至灰白色，上部含有少量炭质，呈灰至黑色，薄层至厚层状，岩石成分90%以上为二氧化碳，岩石特别坚硬致密、脆性、节理裂隙非常发育，地貌景观易形成陡壁石砬子，该段厚80～280 m。

5)寒武系清溪组(∈ q1)

分布于矿泉的东侧及背斜翼部的其他部位，分布面积较大，岩性为灰至灰黑色的炭质页岩，及少量的灰至灰绿色砂质页岩及硅质页岩，厚542～616 m。

6)寒武系清溪组上段(∈q2):

呈带状分布于矿泉东侧，岩性为灰至深灰色灰岩及泥灰岩，厚10～46 m。

7)寒武系边溪组(∈b)

分布于矿泉东侧，岩性为灰绿色砂岩、页岩，厚963～1 066.5 m。

1.3 地质构造

矿泉附近褶皱、断裂较为发育，构造线以北北东向为主。矿泉所处的马海背斜，为轴向近南北的短轴背斜，核部地层为板溪群，并有零星的基性岩岩脉出露;两翼由震旦系、寒武系地层组成。矿泉位于背斜北段东翼。该背斜形成高山，褶皱紧闭，岩层倾角陡，产状多大于50°，在背斜中南段轴部地带，岩层直立倒转、背斜轴面倾向西，说明收到强烈的向东挤压。

矿泉所在地的断层主要有F1、F2、F3断层。F1断层走向近东西向，具扭转特点，表现为北盘向西、南盘向东的扭动。F2走向近北北东，与F3断层相交，向南南西延伸约4公里，在矿泉附近，切割震旦系上统老堡段硅质层，断层通过之处，有构造角砾岩、压碎岩、擦痕;断层两侧岩石特别破碎，产状凌乱。F3断层即白崖岭断层，走向近南北，倾向西，南段倾角44～55度，北段倾角78度，断层有较宽的破碎带，属逆冲断层，在矿泉东北侧与F2断层相交汇，矿泉就出露于此交汇点。

根据区域地质资料分析，白崖岭断裂可能与其西约10 km的永福—龙胜断裂是同一性质的，永福—龙胜断裂是一条深度大，波及硅镁层长期活动的深断裂，它为沟通地球深部热源创造了条件［1］。

1.4 水文地质条件

1.4.1 地下水赋存类型

1)板溪群变质岩类裂隙水

该裂隙水所在的含水层主要的含水介质为变质的砂页岩、片岩，该岩层节理裂隙较发育，裂隙宽度一般为0.3～0.5 cm。

2)南沱组层间裂隙水

该裂隙水所在的含水层主要为泥质砂岩和砂质泥岩，层间裂隙较发育。该含水层所见泉流量不大。

3)老堡段硅质岩裂隙水

该裂隙水所在含水层的岩性主要以厚层—中层硅质岩为主，由于坚硬性脆，受力易形成节理裂隙，故节理裂隙及层间裂隙很发育。受断层作用可使裂隙发育较深，是该一带含水条件较好的层位。地表所见的裂隙水较多，但较分散。

4)寒武系清溪组上段灰岩及泥灰岩裂隙水

该裂隙水的含水介质主要为灰岩及泥灰岩，含水层的厚度不大，分布面积窄，岩溶现象少。

5)寒武系边溪组裂隙水

该裂隙水所在的含水层砂岩构造裂隙较发育，泉流量一般小于1 L/s。

1.4.2 地下水补给、径流和排泄特征

矿泉附近地下水补给来源是大气降水，浅层地下水向各冲沟排泄，汇水面积较大的冲沟常年保持有水形成小溪。沿断层形成的裂隙，是地下水的汇集带，特别是深裂隙地下水可运移到较深远的部位，矿泉水的形成源于地下水在断裂破碎带中汇集、储存及深循环作用。

1.5 温泉水出露特征及地热田结构

1.5.1 泉水出露特征

龙胜矮岭温泉分两个泉群出露，下泉群中较大的有两个集中的泉口，分别称为1号泉、2号泉，均从沟溪陡壁的裂缝中喷涌而出;另外，在1号泉浴池和2号泉浴池均有分散状出露的小泉。下泉群总流量3.35 L/s(实测平均值)。上泉群也位于一小溪沟旁侧，比下泉群高50 m，距下泉群约200 m。上泉群较大的有3个集中的泉口，分别称为3号泉、4号泉、5号泉，3号泉及4号泉从硅质岩裂缝中喷涌而出，5号泉从沟侧石英脉中流出;另外尚有几个分散状的小泉，上泉群流量2.77 L/s。在泉的出水口附近陡壁上，可见到有泉华生成:呈白色的小型钟乳状者为CaCO3沉淀物;呈绿色被膜状为孔雀石(Cu2［CO3］［OH］2);具金属光泽为Fe2O3·nH2O 和 MnO2。［3］

1.5.2 热储构造分析

1)热储

矮岭温泉热储为层控热储，在深水盆地相区，沉积了总厚达800～1 200 m的硅质岩和碎屑岩，裂隙十分发育，形成了厚度巨大的热储层。

2)热储盖层

主要由泥岩、页岩、泥灰岩等隔热性能良好的地层所组成。

3)热流体通道

西侧的永福—龙胜区域性深大断裂。温泉位于该断层与永福一带与桂林—柳州深大断裂交汇带上。地下水沿断层破碎带向深部循环，在一定深度受热增温增压，最后又在静水压力的作用下，沿断裂裂隙上升，在隔水层阻隔下出露成热矿泉［1］。

由于矮岭温泉的补给区面积大，降雨量充沛(1 500 mm)，深层循环地下水来源丰富，因此矿泉水量动态稳定。

4)热源

①下石炭统的炭质页岩、黑色页岩、泥灰岩，在一定条件下，可释出大量的热能;②桂林至灵川一带下石炭统灰岩夹层见有强烈的硅化和锑矿化，这反映了在该套地层中存在较强的热液活动或具有较高的热流值［2］;③来自于深部的大地热流，是地热增温的结果。

按地热增温经验公式推算:

式中:g为地热增温梯度，按3℃/100 m计;Th为矿泉水温度;Tb为年平均温度;h为恒温带深度。

根据(1)可推算出矮岭矿泉水来自的深度为1 200 m以下。

2 温泉的水化学特征

2.1 温泉水水质基本特征

龙胜矮岭温泉经过水质分析鉴定，属低矿化度含偏硅酸的重碳酸—钙镁型矿泉水，含有人体必需的微量元素和组份，钠含量低，氡达到医疗矿泉水的标准，水质很好，无任何污染。

该温泉水无色、无臭、无味、清澈透明，无任何悬浮物，色度 ＜5°，浊度 ＜5°;pH=7.0 ～7.6(平均 7.27)，属中性水;矿化度104 ～126 mg/L，平均为 119.9 mg/L，属淡水;总硬度3.7～4.37德国度，属极软水;硫化物含量很低，无异味。

矿泉水中的重碳酸平均含量为74.46 mg/L，其毫克当量百分数，占阴离子总毫克当量百分数的78.56%，硫酸根和氯离子含量较少;阳离子以钙、镁为主，钙平均含量为20.63 mg/L，镁离子平均含量 4.62 mg/L，其毫克当量百分数分别占阳离子总毫克当量百分数的68.33%、5.23%，属HCO3—CaMg型水。这些常量组份，从最近20多年来的监测资料及1986年～1987的水质监测资料看，都是比较稳定的。该矿泉另一大特点是钠含量低，平均含量只有0.93 mg/L，属超低钠型水。

2.2 温泉水特殊成分和微量元素

龙胜矮岭温泉泉水偏硅酸含量为39～54.6 mg/L，最小值已达饮用水矿泉水标准，属偏硅酸矿泉水。含可溶二氧化硅高的主要原因是由于在高温、高压条件下由深部向上循环的地下热水逐步溶解围岩中的硅而得到富集，使矿泉水中硅酸含量高［5］。经围岩化学成分分析。矿泉水附近的围岩含二氧化硅都很高，在60% ～92%以上。

该矿泉泉水中氡含量在20.26～75.75埃曼，平均含量为40.44埃曼。氡是一种溶于水的放射性气体，对医疗确有它的特殊效果，该温泉已达到医疗矿泉水＞20埃曼，属氡矿泉。另外，矿泉水中氡含量较高，还间接表示了它深循环及生成条件的一些特性。

龙胜矮岭矿泉水水温为54.55℃，按医疗矿泉水的温度分类属高热矿泉。从20多年来的资料看，水温比较稳定。水温之所以较高又保持恒定是深循环地下水的特点。

龙胜矮岭矿泉除含有常量组份外，还含有十多种人体必需的微量元素，如 Sr3+、Li2+、Zn2+、Fe、Mn2+、Cu2+、Mo6+、Co2+、Se2+、I－、Cr3+、Al3+、H3BO3等。这些元素主要是地下水在高温、高压条件下，由深部向上循环过程中逐步溶解围岩中的物质及与围岩进行一系列物理化学反应而形成的。特别是矿泉水中锂的出现，更说明矿泉水是来自深循环，因为一般的地下水中很少或者不含有这些微量元素［4］。

3 结语

(1)矮岭温泉的热量主要来源于深部岩体的热液活动以及地下水在断层带内的深循环过程中水与深部高温岩石的热对流作用。

(2)温泉的形成过程是:以马海背斜轴部的中山山岭为补给区，降雨渗入地下后，在高水位(至少100 m地形高差)作用下获得高水头压力，促使地下水沿着断裂破碎带向深部入渗。地下水在深部与高温岩体发生热交换后获得热量，随后又在水压力的驱动下沿着断裂上升，在地表附近的隔水层阻隔下出露形成温泉。

(3)矮岭温泉的流量、水温及其化学成分常年基本保持不变，不受季节气候的影响。这是由于温泉的补给区面积大，降雨量充沛(1 500 mm);其次，基于其属深循环的特定条件，使得矿泉水量和水质动态稳定。

(4)温泉的水化学成份与地下水在循环过程中所接触到的岩层的矿物成分有关。其水质属于偏硅酸超低钠重碳酸钙镁型水。温泉水中含有十多种人体必需的元素及二十多种对人体有益的元素，是一处优质的天然矿泉。另外，水温适宜，又含适量的氡，故又是一处较好的浴疗矿泉。

(5)为确保矿泉热水资源在开发过程中不会枯竭和受到污染，在今后的开采过程中必须按设计要求严格控制开采量，并按环境保护要求设立三级防护带，设立明显的牌界标志，以确保矿泉水资源不受污染和破坏。

矮岭温泉矿泉水水源地处于中低山山地，温泉附近Ⅰ级防护带现已按要求进行了建设，但局部仍还未设置围墙，Ⅱ级卫生防护带没有按照要求进行完善，建议尽快能按设计要求设置和完善Ⅰ级卫生防护带围墙和Ⅱ级防护带铁丝网。

［1］缪钟灵.桂东北温泉地质研究［J］.勘察科学技术，1998，4(5):21—30.

［2］欧阳成甫，张明华，梁锦叶.桂林市地热资源成热地质条件及其开发区预测分析［J］.大地构造与成矿学，2002，1(17):97—100.

［3］王琦庆.龙胜矮岭温泉初探［J］.桂林理工大学学报，1981，1(15):94—98.

［4］刘金荣，廖志杰.广西温泉的地球化学特征［J］，水文地质工程地质，1989，(1):8—12.

［5］王懋基，程家印，程振炎.中国地壳深部构造的区域特征［J］.物探与化探，1984，4(1):193 －204.

Forming Condition and Hydrochemical Characteristics of Hot Springs in Longsheng Ailing

Qian Panyu，Fu Ronghua，Lan Junkang
(College of Environmental Science and Engineering，Guilin University of Technology，Guilin 541004，Guangxi，China)

The hot spring in Ailing is a mineral one in high temperature and high flow rates.The heat comes from deep crust.The heat is generated not only by the hydrothermal activities in deep circulation zone，but also by the heat convection between groundwater and deep rocks.Due to the large recharge area of the spring and abundant rainfall in the region，the hot spring＇s flow rate is very high.When groundwater goes deep along the fault fracture，a series of complex geochemical reactions between ground water and deep rocks were happened，during which more than ten kinds of essential elements for people and over twenty favorable elements dissolved into the water.Thus，the hot spring has low content of sodium and high content of calcium bicarbonate magnesium.Owe to its low flow rate，stable temperature and high mineral elements content，the spring is suitable for balneotherapy.Therefore，to protect its water resources from pollution and exhaustion，the exploitation must comply with design requirements and three protection zone must be set up as soon as possible.

Hot spring;forming conditions and hydro－chemical characteristics

P641.12

A

1004－1184(2013)05－0001－03

2013-04-23

桂林理工大学环境学院2012年度本科生科研创新基金项目

钱攀宇(1990-)，男，广西玉林人，主攻方向:水文地质工程地质勘察。