全安盆地水文地质特征及热水成因分析

唐仕尧， 江卫兵， 王联社

(核工业二九○研究所,广东 韶关 512026)

全安盆地水文地质特征及热水成因分析

唐仕尧， 江卫兵， 王联社

(核工业二九○研究所,广东 韶关 512026)

在简要分析全安盆地水文地质特征、地下水赋存条件及划分地下水类型基础上，对盆地西部周地—暖水塘地区地下热水形成原因、赋存环境进行研究，认为多期次构造运动形成的断裂、裂隙沟通深部地下热水是盆地热水来源的主要原因；采取地下热水样品并开展氢氧稳定同位素、逸出气体、水化学成份测试，认为地下热水由大气降水补给，长期水动态观测结果也显示大气降水与地下热水关系较密切。

地下热水；氢氧稳定同位素；成因分析；循环条件；全安盆地

唐仕尧，江卫兵, 王联社.2014.全安盆地水文地质特征及热水成因分析[J].东华理工大学学报：自然科学版，37(3)：333-338.

Tang Shi-yao, Jiang Wei-bing, Wang Lian-she.2014.The Characteristics of Hydrogeological and Analysis of Genesis of Geothermal Water in Quan’an Basin[J].Journal of East China Institute of Technology (Natural Science), 37(3):333-338.

南雄盆地，位于粤北东西向构造带与新华夏联合弧的交接部位，赣南隆起的边缘部分，盆地之北有油山、诸广山岩体，盆地之南有青嶂山、坪田岩体，为一断陷盆地。盆地中主要是丘陵和平缓地形，盆地边缘是由丘陵向低山过渡区。区域出露岩性主要有印支期花岗岩，古生界浅变质岩以及中生代、新生代地层。全安盆地则位于南雄盆地西北缘，紧靠南雄断裂带(图1)。

1 盆地水文地质特征

全安盆地为一向斜箕状小盆地，北陡南缓，轴向呈北西—南东。地形由北西向南东倾斜，面积约52 km2。盆地构造以南雄硅化断裂带为主干构造，低级别构造有两组交汇断裂，一组为NEE，SEE向压扭性硅化断裂组，一组为NNE，NNW向张扭性断裂组。南雄硅化断裂带规模大，活动时间长，为充水构造带。南雄断裂带及其西部花岗岩为盆地地下水的补给区。地下水以泉的方式排泄，泉水补给小溪，汇入浈江。盆地共分布7条小溪，其中三条发源于西部高山区，另有4条直接发源于南雄硅化断裂带。据长期观测资料，枯水期在11月至次年2月，丰水期在4月至7月。

根据盆地地下水的赋存条件、水理性质、及水力特征，盆地地下水的含水性质分为5大类：第四系残坡积冲积层孔隙潜水、第三系孔隙裂隙水、花岗岩基岩裂隙水、南雄断裂带构造裂隙承压水、东西向断裂构造承压热水区(图2)*王联社，江卫兵，唐仕尧，等.2010．广东省南雄市坪下水地区铀矿普查报告[R].核工业二九〇研究所报告．。

图1 南雄盆地岩相分布图Fig.1 The distribution of lithofacies map for Nan Xiong basin

1.1 第四系残坡积冲积层孔隙潜水

主要分布在盆地南东部，中村-里岗-全安一带，面积16.7 km2，含水层厚度0～15 m不等，一般厚3～5 m。从上至下为粘土亚粘土层、亚砂土、砂土、砂砾层、风化残积层；地下水主要赋存于砂土、砂砾层及风化残积层。地下水一部分来源于大气降水，一部分由稻田地下水下渗。另外，山前地带小冲积、洪积扇的孔隙水直接补给下游平缓区。地下水主要以泉的形式排泄。该区属中等至弱富水区。

1.2 第三系孔隙裂隙水

该区分布在南雄断裂带以东的地区，面积约20 km2。出露岩性为紫红色粉砂岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩、泥灰岩互层、夹粗中粒长石石英砂岩、花岗质砂砾岩。地下水主要赋存在长石石英砂岩、花岗质砂砾岩及泥灰岩中。地下水一部分来源于大气降水，一部分来源于南雄断裂带的补给，以泉的方式排泄。该区富水不均，属中等至弱至极弱富水岩组区。

图2 全安盆地综合水文地质图Fig.2 The synthetic hydrogeolgic map for Quan’an basin

1.3 花岗岩基岩裂隙水

该区分布在盆地北西部，南雄断裂带下盘西侧，约6.3 km2。出露岩性为印支期花岗岩、燕山期花岗岩、碱交代岩、中基性岩脉等。为基岩裂隙水区，局部有脉状裂隙水，因岩石风化强烈，植被发育，在近地表0～20 m，为风化壳及残坡积层孔隙潜水。该区属弱富水地段。

1.4 南雄断裂带构造裂隙承压水

该区以南雄断裂带及下盘动力变质带形成一条呈北东—南西向的构造承压水带，分布面积3.5 km2。南雄硅化断裂带由破碎硅化砂砾岩、热液石英岩、断层泥和构造角砾岩组成，总体走向NE50°～60°，呈NE-EW折线型延伸，倾向SE，倾角30°～40°。南雄断裂构造带含水厚度为5～15m，地下水埋藏于空洞裂隙发育地段，富水性走向变化较大，垂向上由浅到深有变薄变弱的趋势，地下水来源于大气降水，部分大气降水下渗参与深循环。其余大部分在构造带附近以泉的形式补给溪流水。该区属弱至极弱富水带。

1.5 东西向断裂构造承压热水区

该区分布在暖水塘村庄周围，面积约4.5 km2。区内分布压扭性硅化断裂组，从南往北排列有温泉组、温泉北组、新屋组、狮头寨组四组硅化断裂，每组由数条窄而长的东西向小硅化断裂组成，长约2 km，宽约数十厘米至1～2 m，单条仅宽几厘米，倾向不定，倾角较陡(70°～90°)，断裂中充填梳状石英脉，有较多串珠状晶洞出现，晶洞直径1～2 cm，最大为4 cm。地下热水赋存于硅化断裂带内。暖水塘温泉就出露在温泉组硅化断裂带上。该区属强至中等富水段，以强富水为主。

2 热水成因分析

2.1 区内热水概况

全安盆地内原有暖水塘温泉天然露头，水温达48 ℃，流量为0.37～0.86 L/s，在“广东省南雄市坪下水地区铀矿普查”以及前人进行234矿床勘探工作中发现水温48～60 ℃左右的热水。从平面上看，区内地下热水分布是以234矿床内充填硅质脉的东西向断裂带为中心，向外扩展，东西分布范围达3 000 m，南北约1 500 m。

2.2 热水形成条件

燕山运动晚期，形成了倾向SE、倾角30°～40°以压为主的压扭性南雄断裂带，其后在张性应力作用下，上盘下陷，沉积了一套粗碎屑岩；再后又有一次较明显的构造运动，产生了东西向压扭性硅化断裂。东西向硅化断裂有倾向不定，倾角陡(70°～90°)的特点，可以延伸至地下深部，形成热水运移通道。大气降水沿着构造断裂渗入深部，经深循环加热后，在静水压力对流等作用下，沿东西向断裂通道上升，与浅层地下水混合，在切割深地势低洼处涌出地表，形成温泉(图3)。

2.3 热水成因分析

2.3.1 氢氧稳定同位素分析

通过对勘探孔0—25号钻孔热水孔及盆地的大气降水进行了氢氧稳定同位素分析(表1)*苏崇迪，莫耀东，李学展，等．1989．广东省南雄市暖水塘-中村矿区水文地质勘探报告[R]．华南地勘局二九一大队报告．，分析结果表明，地下热水的δD和δ18O值与大气降水的δD，δ18O值接近(或者说H/D值接近，热水的H/D=6 627，大气降水的H/D=6 609)，说明地下热水是由大气降水补给的。据计算，补给区高程约在260～330 m左右，与盆地西部补给区高程250～350 m相一致。计算公式如下：

图3 热异常区地下水补给循环与断裂构造关系示意图Fig.3 The diagram of fracture structure and the circulating groundwater in geothermal anomaly

表1 地下热水中δD、δ18O含量表Table 1 The contents of δD、δ18O in geothermal water

式中，H高为同位素补给高程，单位为m；h为大气降水取样点标高(m)；δs为地下水的同位素组成；δp为取样点附近大气降水的同位素组成；K为同位素高度梯度数值(n ‰/m；对δ18O取-0.31 ‰/100 m，δD取-2.6 ‰/100 m)。

地下热水中氚含量为16.7±3.5 TU，说明存在少量热核氚，较接近大气降水中氚含量(20.7±3.5 TU)，而热核氚为热核试验所形成，这说明热水是一种与现代大气降水的混合水(孙占学等，1992；欧阳庆等，2011)。

根据氢氧同位素分析结果, 作δD～δ18O关系图(图4)。从图4可以看出，地下热水补给来源属于大气降水，且发生了明显的氧漂移。可见，大气降水与全安盆地主要为岩石相互作用。

图4 地下热水δD-δ18O关系图Fig.4 The δD-δ18O relationship of geothermal water

3.3.2 热水逸出气体分析

通过对暖水塘天然温泉及造纸厂25-15号钻孔取样，对热水中的逸出气体成分进行分析，分析结果见表2①。

分析结果表明，热水中不存在碳氢化合物气体，因此可排除有生物化学作用的可能性，而含少量的O2，说明与大气降水的入渗有关。CO2则主要由变质作用或大气中CO2加入，形成于地下水的深循环过程中。N2可能与变质作用及大气中N2随降水渗入有联系。

3.3.3 热水化学组分的成因分析

据化学分析结果，区内热水富含SO42-，HCO3-，SiO2，N2，CO2等组分(表3)。

SO42-与硫化物的氧化有关，含有大量O2的大气降水的深循环过程中，与某些硫化物(包括沉积岩中的薄层石膏)发生反应，生成SO42-，如：2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2O4

由于SO42-的存在，使地下热水略显酸性，pH=6.0～6.8。

HCO3-与热水跟浅层水混合有关。盆地浅层地下水的水质类型一般都是HCO3--Ca2+-Mg2+型。另外，还可能与深部变质作用产生的CO2有关。

表2 热水中逸出气体含量表Table 2 The contents of emergent gas in geothermal eater

表3 热水中部分离子含量表Table 3 The contents of ion in geothermal water

区内热水中SiO2含量一般达60 mg/L，并随水温升高而增加，最高达96 mg/L。这也说明大气降水入渗、参加深循环过程，富含溶解气体(N2，O2，CO2)的大气降水沿裂隙、断裂入渗至深部，与变质作用起源的CO2一道，在适当温度压力条件下，与硅铝酸盐发生缓慢反应生成SiO2。

Na2Al2SiO6O16+CO2+H2O→H2Al2Si2O3+2Na+CO32-+4SiO2

2Na2Al2SiO6O16+5H2O→2Na2SiO3+5H2SiO3+2Al2O3+5 SiO2

含SiO2热水沿东西向断裂带上升，随温度、压力的减低，并有SiO2析出(如硅质脉及其玉髓等)。

3.4 热水动态分析

由于热水主要是从从深部断裂、裂隙中循环对流上升，通过对周地地段ZK152-35、ZK168-27、ZK176-37等钻孔近两年的长期观测得知，水温常年变化不大(图5)。但因恒温带以上受气温影响较大，及浅部孔隙、裂隙和地表水的渗入混合，以及季节散热快慢不一，水温稍有一定差异。

同时，因大气降水补给地下水的影响，水位、涌水量随降水不同而有不同程度变化，这反应在丰水期、枯水期钻孔涌水量变化上，且变幅较大(上表中涌水量增大时，均为降雨过后10来天左右测量值)。雨季降水多，地下水补给充足，涌水量增大；枯水期降水减少，地下水涌出消耗静储量，涌水量减小(图6)。

图5 ZK168-27，ZK176-35，ZK152-35号钻孔涌水长期观测水温变化曲线Fig.5 The change curve of long-term observation watertemperature in No. ZK168-27，ZK176-35，ZK152-35 Drilling

图6 ZK168-27，ZK176-35，ZK152-35号钻孔涌水长期观测流量变化曲线Fig.6 The change curve of long-term observation flow rate in No. ZK168-27，ZK176-35，ZK152-35 Drilling

4 结论

(1)大气降水补给在盆地南北两侧沿断裂、裂隙入渗至深部经地热加温后，在静水压力与对流作用下，沿近于直立的东西向构造迅速上升，至地表浅部或涌出地表，形成全安盆地地下热水温泉。

(2)区内地下热水主要赋存于东西向硅化断裂带中，热水水温为40～60 ℃，属中温热水。

(3)地下热水受大气降水补给，热水水量与降水量关系密切，但有个滞后的过程。

(4)深部热水受气温影响较小。但浅部热水由于浅层孔隙、裂隙潜水和地表水的渗入混合，以及东夏季散热快慢不一，水温随气温有小幅的变化。

欧阳庆，钟江明，廖见海，等．2011．庐山星子温泉成因探讨[J]．东华理工大学学报：自然科学版，34(1)：81-85．

孙占学，李学礼，史维俊．1992．江西中低温地热水的同位素水文地球化学[J]．华东地质学院学报，15(3)：243-248．

TheCharacteristicsofHydrogeologicalandAnalysisofGenesisofGeothermalWaterinQuan’anBasin

TANG Shi-yao, JIANG Wei-bing, WANG Lian-she

(No.290 Institute, CNNC, Shaoguan 512026, China)

Based on the analysis of hydrogeological characteristics, groundwater storage conditions and division of groundwater types, this research analyze the cause and conditions of geothermal water in Zhoudi-Nuanshuitang area in the western of Quan’an basin. The result shows that the connectivity between upper and bottom layers of geothermal water by the faults caused by poly-period secondary tectonic movement was the main source for current geothermal water. Then, the groundwater was sampled and analyzed by stable H-O isotope technique, escaping gas detection and water chemical composition test, the results indicate that water form atmospheric precipitation was the supply source of the geothermal water. These results also can support by a long-term water dynamic observation, which believe that a close relationship between geothermal water and precipitation.

geothermal water; stable H-O isotope; characteristics and source of geothermal water; groundwater cycling conditions; Quan’an basin

2014-03-07

中国地质调查局“全国铀矿资源调查”项目(1212011220781)；国家科技支撑计划项目(2011BAB04B07)；中国核工业地质局生产中科研项目(201369)

唐仕尧(1982—)，男，工程师，主要从事铀矿地质科研和勘查工作。E-mail:yycnnc@126.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2014.03.015

P641.11

A

1674-3504(2014)03-0333-06