新疆地热水分布与地质构造的关系

陈　锋，刘　涛，顾新鲁，吕　阳，贺根义

（新疆地质矿产勘查开发局第二水文工程地质大队，新疆昌吉831100）

新疆地热水分布与地质构造的关系

陈锋*，刘涛，顾新鲁，吕阳，贺根义

（新疆地质矿产勘查开发局第二水文工程地质大队，新疆昌吉831100）

新疆地热水点主要分布于西昆仑山、天山和阿尔泰山的基岩山区，其分布特征与地质构造有很大的关系，地热露头的成带状分布与区域地质构造的展布具有一致性的特征，同时也充分反映了区域地质构造的活动性，说明新疆地热水的分布与形成明显的受区域地质构造和活动性构造的控制；同时地质构造又影响着地热水的赋存、运移和出露特征。并且地热水点周围新构造运动越强烈，地热水温度越高。

新疆；地热水；分布特征；断裂构造

温泉和热水井是地热水的天然露头和人工露头。据不完全统计，目前新疆有50多处地热露头，其中出露温度大于90℃的仅1处。通过调查，温度的高低在空间上具有很大的差异，以西昆仑山区最高，尤其是塔什库尔干断裂带上，地热井最高温度146℃，中部天山区温度次之，北部阿尔泰山温度最低，经过研究分析，地热点出露温度的高低受断裂构造的影响，新构造运动越强烈，地热点出露温度越高；构造运动越弱，出露温度越低。

1　地热水分布及其特征

新疆地热水点主要分布在阿尔泰山、天山、昆仑山以及与盆地相衔接的山前地带。新疆地下热水的分布与赋存受地质构造的控制，与含水层岩性、所处地貌单元和水文地质条件具有密切的关系，依据出露地区的不同，地下热水也呈现出彼此各异的特点。区内绝大多数地热水在成因上属深循环对流型。受大气降水或高山积雪融水的补给，沿断裂破碎带循环于地下深处，经大地热流加热，在合适的构造条件下，沿深大断裂上升出露于地表形成温泉或补给浅层地下水。

区内地热点分布在昆仑山区的相对较多，多出露在地形切割较深、构造发育的河谷地段，有的则出露在河床之中，河水大时常被淹没；出露海拔均在3000m以上，沿北西南东方向呈带状展布，温泉水温一般较高，多数大于40℃；其中羊布拉克温泉72℃，塔县曲曼热水井146℃。天山区最多，多分布海拔在1500～3000m范围之内，出露于河谷或地形呈明显转折的部位；天山区温泉主集中分布于乌鲁木齐—伊犁一带，呈东西向带状分布，温泉水温在25℃～60℃，其中以和静县阿热先温泉出露温度最高，65℃。阿尔泰山区最少，主要分布于阿尔泰山南麓，出露海拔1400～2000m，出露在河床或谷侧坡角处，洪水期常被淹没；温泉水温一般不高，在30℃～52℃，其中以福海阿拉善温泉出露温度最高，为52℃。从以上分布情况可知，地热异常活动由南向北为逐渐减弱的趋势。

地热水由于深循环溶解的矿物质含量较多，水化学成分复杂，许多为低温地下水中所不具有的类型。从矿化度来看，最低为0.152g/L，最高为18.4g/L，62%小于1g/L，特别是阿尔泰山区矿化度最低，均小于0.5g/L，较高矿化度的温泉水可能与中新生代沉积水有关，如古海温泉。温度的高低变化对矿化度具有较大的影响作用，因为它直接影响周围介质中盐类和气体的溶解度，矿化度与温度呈正相关。地热水pH值基本上呈中性—弱碱性，pH最低为6.35，最高为9.95。6.5≤pH＜8.5的占44%，达到地下水Ⅱ类水标准。地热水中主要阴阳离子成分为Cl、SO4、Na、Ca为主，水化学类型以SO4-Na、SO4·HCO3-Na、SO4·Cl-Na、Cl-Na、Cl· SO4-Na型居多。

2　地热水分布、赋存与构造体系的关系

区内地热水在空间上的分布受区域地质构造的控制，主要表现在阿尔泰山南坡、天山西部以及西昆仑山等地区，其温泉分布密度与构造形迹、主要构造体系的基本构造格局是相对应的，见图1［1］。

图1　新疆地热点与构造体系关系图（一）纬向构造体系：1.复式背斜；2.复式向斜；3.压扭及压扭性断裂；4.区域东西向构造带压性断裂；（二）西域构造体系：5.复式背斜；6.复式向斜；7.压扭性断裂；（三）阿尔金构造体系：8.复式背斜；9.复式向斜；10.压扭性断裂；（四）中亚构造体系：11.压扭性断裂；（五）河西构造体系：12.断裂（带）；（六）弧形构造体系：13.复式背斜；14.压扭性断裂；15.复式背斜；16.复式向斜；（七）歹字形构造体系：17.压性及压扭性断裂；18.复式背斜；19.复式向斜；（八）经向构造体系：20.复斜；21.断裂；（八）未归属北东向构造：22.断裂（带）；（九）其它：23.扭性断裂；24.张性断裂；25.隐伏断裂；26.中小型旋卷构造体系；27.山间盆地中第四系；28.第三系；29.前寒武系；30.现代火山口；31.晚古生代中酸性侵入岩；32.中生代中—酸性侵入岩；33.前寒武纪及早古生代中—酸性侵入岩；34.热汽泉；35.温泉

（1）阿尔泰山南坡温泉集中分布在富蕴—可可托海一带，构造上位于蒙古弧形构造带与河西构造体系的交接复合部位，断裂构造极为发育，活动性较强。蒙古弧形构造带形成时间较早、活动性较弱，而河西构造体系形成时间较晚，活动性极强，挽近以来活动剧烈，以红山咀断裂为代表，长约176km，是一条典型的右旋脆性剪切破裂带，曾多次发生强烈地震，断裂切割深度较大，传导深部热流，并以与其伴生的或被改造的低序次的次级张扭性断裂导热赋水，从而基本控制了该带地下热水的形成和分布。该带温泉集中出露在红山咀断裂的两侧，表明河西构造体系是控制该热水形成的主要因素，同时，也反映了该构造体系的活动性。主要温泉有巴利尔斯温泉、沃萨依温泉等［2］。

（2）天山区地热资源受区域构造体系的控制，热水露头主要集中分布在天山西部。天山西部地区构造极为复杂，经过了多期构造变动，挽近以来构造活动极为剧烈，不同体系构造的活动为热水的形成、运移创造了良好的条件，不同构造体系的交接复合部位成了热水富集、出露的有利地段。

乌鲁木齐—乌苏一带，热水露头位于西域构造体系、中亚构造体系和纬向构造体系的交接复合部位。西域构造体系的活动性较强，改造和归并了纬向构造体系天山复杂构造带的某些构造形迹，成为控制该带构造格局的主要影响因素，从而决定了该带热水的分布、赋存和出露条件。控制热水形成与分布的构造主要为近东西向展布的博罗科努—阿其克库都克断裂带，该断裂延伸数百千米以上，规模巨大，活动性极强。沿该带出露有乌鲁木齐水磨沟温泉、呼图壁、沙湾、乌苏等温泉。

伊犁谷地是天山中部温泉出露较多的地带，构造上位于天山复杂构造带中部的二级构造单元——伊犁沉降构造带。控制热水形成与分布的构造主要为尼勒克大断裂以及一系列与之配套的北东向和北西向断裂。沿该构造带出露的温泉主要有巴尔盖提、布隆温泉和尼勒克阿拉善温泉等。

南天山地区热水露头均沿天山复杂构造带最南部的二级构造单元卡拉台克—库鲁克塔格—阿拉塔格断格构造带分布，温泉多出露在阿尔金构造体系和天山复杂构造带的交接复合部位，主要有阿合奇吉鲁苏温泉、拜城铁列克温泉等。控制热水形成的构造主要为东西向区域性大断裂，其规模巨大，延伸数百千米以上，活动性极强，为热水的形成和运移创造了良好的环境。

（3）昆仑山地区热水露头多沿帕米尔“歹”字型构造体系的头部地区分布，受后期中亚构造体系活动的影响，温泉主要沿塔什库尔干断裂、公格尔断裂、康西瓦断裂分布，出露的温泉主要有塔合曼温泉、达布达尔温泉、唐哥塔温泉等。控制温泉形成与分布的构造主要为北北西向区域压扭性断裂及一系列与之配套的北东向交叉和入字型次级张扭性断裂，均为晚近复活性断裂，构造活动极为剧烈，长期频繁的构造活动，使该区岩石强烈破碎，基岩裂隙密布，形成了地热水的良好通道和赋存空间［3］。

（4）塔里木和准噶尔盆地，构造活动性较弱，这些地带多形成盆地深埋型热水，并受基底构造控制。典型的为准噶尔盆地的古海温泉和塔里木盆地的塔中热水井。

新疆地热分布与构造体系的关系极为密切，受构造体系的控制，多出露在不同构造体系的交接复合部位，表现为南强北弱、西强东弱的特征，地热分布与新构造运动关系的活动强度相对应。

3　地热水分布、赋存与板块构造的关系

板块与板块之间的相对运动区，是全球活动性最强的地带，这里即是高热流区，又是年轻的造山运动、火山活动、岩浆侵入、地震活动以及变质作用等强烈发生的地区，也是地热形成的有利地带；上述地质作用为高强度地热活动的形成与分布提供了热源、通道及地热流体中某些特殊组分富集等有利条件，绝大多数高热流区呈带状集中分布于板块边界。而在板块内部，则是相对比较刚性的块体，虽也受拉伸、剪切和挤压应力作用，在不同地质时期也发生过或正在发生着复杂的褶皱、断裂及升降运动，以及火山喷发和岩浆活动等，但就其构造的活动强度、断裂的深度及规模而论，都远远不及板块与板块之间的界面地带所发生的情况，所以在板块内部，则广泛发育着低温地热活动［4］。由于地热活动严格地受板块构造的控制，按板块构造学说，地热带首先被划分为板缘（或板间）地热带、板内地热带2大类［5］。

昆仑山地区的温泉多分布在羌塘板块与塔里木板块缝合线地带的西部地区，温泉分布密度较大、水温较高、矿化度较低，属于板缘地热带类型，多形成中高温地热资源。天山地区地热的分布则兼具板块板缘与板内两种类型地热带的特点，温泉分布密度较小、水温不高，多为中低温地热资源。阿尔泰地区地热点的分布距板缘缝合线地带较远、温泉水温较低，多低于40℃；属西伯利亚板块板内地热带类型［6］。

新疆地热的分布具有一个明显的特点，即地热活动的强弱与构造活动的强弱具有一致性的规律，表现在地热水温上南部地区最高达146℃，向北水温逐渐变低。这是因为自南而北地热活动区逐渐远离现代板块边界地区，表明地热活动的强度受板块构造的控制，自板缘向板内逐渐减弱，地热资源由高温向中温、中低温变化的特征，反映了地热资源分布与板块构造的关系［7］。

4　地热分布、赋存与构造形迹的关系

新疆地质构造发育，地热水分布赋存与构造形迹的关系十分密切，受构造行迹的控制，分布具有一定的规律。主要表现在与褶皱构造和断裂构造的关系方面。从地热水的出露条件来看，与褶皱构造关系较为密切，在褶皱的倾伏端或背、向斜过渡地带分布的温泉点占20%以上。处于这种构造部位的地热水，一般矿化度较高，皆大于1g/L，为中等—高矿化的半咸水—咸水。地热水分布与断裂构造的关系则更为密切，在断裂带上分布的地热水点占全区地热水露头总数的75%以上；其中有20多处分布在区域性断裂与其次级断裂的交汇部位及其张扭性分支断裂上；其余10余处则分布在近东西向交叉断裂或“入”字型构造的分支断裂，以及断裂构造的支、叉、拐端等构造部位。该类型地热水矿化度皆小于1g/L，涌水量相对较大。根据区内地热水赋存的构造部位，将其按形成条件和赋存特征大致可归纳为3种：

（1）对于褶皱构造来说，复背斜或大型背斜两翼的倾伏端及背、向斜的过渡地带，有利于地热水的补给、赋存和地热能的集中传递，是地热水形成、赋存的良好地段。

拜城县铁列克温泉在构造上位于南天山向斜褶皱带的哈雷克套复背斜与库车山前坳陷的衔接部位，空母依来背斜和图舍科夫向斜过渡地带的次级褶皱上，三叠纪地层不整合在二叠纪地层之上，2个构造层呈一背斜构造形态（见图2）；其南翼为一北东走向的正断层，下盘破碎带宽达200m以上，温泉出露在破碎带上的二叠系石英斑岩、花岗斑岩与三叠系砾岩、砂岩的裂隙中。该背斜为长期活动的深大断裂，地下热水沿断层破碎带上升，而后通过二叠系与三叠系的岩石裂隙溢出地表形成温泉。在卡普斯朗河河谷内沿断层展布方向出露有20多处，最高水温58.5℃。

图2　铁列克温泉地质剖面图1.砂岩；2.砾岩；3.花岗斑岩；4.正断层；5.地下水流向；6.温泉

（2）区域性断裂与其次级断裂的交汇部位及张扭性分支断裂上，是地热水露头集中出露的地带，是地热水形成赋存的有利地段。如昆仑山的塔合曼温泉分布在构造的上述部位［8］。

塔合曼温泉位于塔什库尔干断裂与其次级张扭性断裂的交汇部位，塔什库尔干断裂为右行走滑断裂，热水从断层破碎带中流出；据物探资料，断裂带宽80m，周围花岗岩受构造破坏，裂隙发育，形成了热水赋存、运移的良好通道和空间；热水水温较高64℃，流量稳定。

除上述温泉外，乌苏南山温泉、福海阿拉善温泉、温泉县城北温泉、尼勒克巴尔盖提温泉等，也都出露于不同断裂构造的交汇部位；这种类型的热水具有一个共同的特点，即以区域压扭性断裂传导深部热量，而以次级张扭性断裂储热富水；含水介质和空间主要为断裂破碎带和基岩构造裂隙，因而该区的热水的分布形成又具有基岩裂隙水的特征。

（3）近东西向交叉断裂或入字型断裂的分支断裂以及断裂的两端都是热水储存和富集的良好地段，也是温泉出露的有利部位；它是以主干压扭性断裂产热，次级张扭性断裂水平导热富水的典型代表。这类温泉一般水温较高，水量较大。

沙湾县金沟河温泉疗养院，位于博罗科努—阿其克库都克断裂的次一级断裂带上，该处支断裂极为发育，主要有2组，一组沿东西向展布，另一组沿北东向分布，大气降水沿博罗科努—阿其克库都克超岩石圈断裂带渗入地下，在运移过程中接受深部岩浆加热，在金沟河温泉附近受北东向分支断裂的阻挡，从断裂带中流出，水温较高，水量较大，水温50℃，见图3。

图3　金沟河温泉形成模式图

塔县的拜什库尔干温泉、唐哥塔温泉、羊布拉克温泉等都出露在断裂构造的两端或分支断裂上。

综上所述，热水赋存于构造的上述有利部位，其溢出的形式有2种：一是从基岩裂隙中或断裂带直接涌出地表；二是从2条断裂的交汇处，通过上覆第四系砂砾石层涌出地表；热水赋存的含水空间是基岩构造裂隙或断层破碎带，温泉的成因类型主要为构造裂隙上升泉或断裂上升泉。

5　断裂构造对地热形成的影响

断裂构造、特别是深大断裂对地热的成因有着重要的影响。一般来说，断裂规模越大、切穿深度越大，近期活动性越强，越有利于地热的集中和传导，从而有利于地热异常的形成。

（1）由于各种构造的受力方式、结构面性质、形态、规模和组成岩层的不同，对地热水影响和本身的赋水性也不同。简而言之，地质构造对地热水的影响可归结为2方面：

①构造破坏了岩层完整性，产生裂隙，形成赋存地热水的空间。构造的性质、形态和规模的不同，所产生的储水空间大小、性质也就不同，地热水赋存的形式和数量也就不同，运动方式也不同，从这个意义讲，构造对地热水影响是绝对的。

②构造使富水程度不同的很多地层，隔水的和含水的、贫水的和富水的在空间和平面上，摆布成一定格局，从而控制着地热水分布、径流方向和汇集排泄地点。

（2）对地热水来讲，地质构造的主导作用更在于沟通深部热源。区内深大断裂众多，有些甚至是超壳断裂，沟通了地球深部的地壳热流和地幔热流，为地热水提供了热源。

6　结论

通过对新疆地热水分布与地质构造关系的研究分析，发现地热水的形成、赋存、运移和出露受地质构造的控制，地热出露部位往往都是地质构造的交汇部位，地热水点分布也相对较多，且水温相对较高。从空间分布上看，新疆的地热水与地质构造有密切联系。要充分搞清楚地热的赋存规律并指导地热资源勘探开发，还需投入大量的实物工作量进行深入研究。

［1］陈锋，等.新疆维吾尔自治区地热资源调查与评价报告［R］.新疆地矿局第二水文工程地质大队，2011.

［2］新疆维吾尔自治区构造体系说明书及构造图1∶100万［R］.新疆地质局区域地质调查大队，2000.

［3］新疆维吾尔自治区区域地质志［R］.新疆维吾尔自治区地质矿产局，1982.

［4］周念沪.地热资源开发利用实务全书［M］.中国地质科学出版社，2005：49-68.

［5］成守德，等.新疆大地构造演化基本特征［J］.新疆地质，1998，16（2）：97-107.

［6］徐世光，郭远生.地热学基础［M］.科学出版社，2009：103-113.

［7］于常武.平庄盆地地热地质特征及地热勘查远景区研究［D］.辽宁：辽宁工程技术大学，2002：39-44.

［8］程先锋.云南省安宁温泉地热地质特征及成因模式［J］.水文地质工程地质，2008（5）：124-128.

P314.1

A

1004-5716（2016）02-0144-05

2015-02-05

项目资助：新疆国土资源厅基金办两权使用费和价款项目资助。

陈锋（1982-），男（汉族），新疆昌吉人，工程师，现从事水文地质、工程地质和环境地质工作。