甘肃省武山聂家河温泉赋存特征及成因

■孟庆云

（甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院甘肃天水741020）

甘肃省武山聂家河温泉赋存特征及成因

■孟庆云

（甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院甘肃天水741020）

武山聂家河温泉热流体主要赋存于断裂交汇部位的碎裂状斑状花岗岩体中，热水水温56.2℃，富含锂、锶、氟、偏硅酸等多种微量元素，主要用于浴疗治病和保健。本文通过对温泉地热资源形成的地质背景分析，初步论证了地热田的热储和控热构造，评价了地热资源储量，极具开发价值。

武山聂家河温泉 赋存特征 成因

1 引言

聂家河温泉位于天水市武山县东部聂家河上游，距陇海线洛门镇车站和连霍高速约15km。主要利用聂家河东侧支沟大汤沟中的两眼温热自流井开采热矿泉水进行浴疗治病和保健。地热田面积约0.5km2，热水水温56.2℃，富含锂、锶、氟、偏硅酸等多种微量元素和极高的水氡含量，属典型的中低温医疗矿泉水。

本文通过对武山聂家河温泉地热资源形成的地质背景分析，结合钻探资料，初步论证了地热田的热储、盖层、导水和控热构造，分析推断了地热异常的成因，评价了地热资源储量，为开发利用规划提供了依据。

2 地下热水形成的地质环境条件

2.1 地质概况

（1）自然地理。武山聂家河温泉属温带大陆性半湿润季风气候区，多年平均降水量518mm。区内河流主要是渭河南侧支流聂家河，流域面积约149km2，多年平均径流量2025万m3/a。受新构造运动影响，河流侵蚀下切作用强烈，聂家河峡谷横剖面形态呈“V”型，谷底及两岸由粗粒黑云母斑状花岗岩组成。大汤沟和小汤沟发育规模较小，受聂家河大断裂横切沟谷，在断裂带及上游有泉群出露，其中大汤沟量为1.235l/s，小汤沟流量为0.783l/s。

图1 工作区地质图

（2）地质构造。武山聂家河温泉区域上处于祁连－北秦岭造山带的复合部位（图1）。祁连－北秦岭造山带的复合衔接关系在区域上呈“反S”形扭动构造格局，褶皱、断裂发育，并伴随有燕山期岩体的大规模侵入。燕山期侵入岩体（γ52－3）分布于区内沟谷沟底及两侧，向东一直延伸至关子镇一带。岩体规模较大，受区域地质构造的控制，侵入于泥盆系地层中。在岩体与围岩接触处产生退色蚀变，表现为混合岩化和绿泥石化。F1断裂破碎带上，岩石破碎，构造裂隙极为发育，埋藏分布有较为丰富的脉状承压热矿泉水。

图2 地热田补给、径流、排泄条件示意图Fig.2 Geothermal field recharge,runoff and discharge conditions

对地下热水形成具有重要控制意义的断裂构造有：

F1断裂：出露于聂家河河谷右岸冲沟中，近南北向延伸，为一发震性逆冲活动断裂。断裂破碎带宽300－350m，断裂带中断层成群出现，且彼此平行。比较大的断层有二级，叠瓦式组合。自西向东第一级断层（F1－1）宽100m，其产状为127°∠76°，断层带中以细碎颗粒状物质为主，局部为断层泥和断层角砾，含铁质成份，呈紫褐色或浅红色；第二级断层（F1－2）宽45m，与F1－1断层大致平行，产状为103°∠86°，断层中以碎裂状斑晶花岗岩为主。F1－1和F1－2两级断层之间岩体因受强烈挤压而十分破碎，构造裂隙极为发育，为地下热水提供了储存空间和运移通道。

F2断裂：出露于葛峪沟、大汤沟沟脑，为一压性断裂，呈南东－北西向展布。该断裂带宽约50m。F2断裂与F1断裂斜交挤压作用导致局部地段地壳应力集中，初步推测F2断裂为压扭性控热断裂，它在阻挡F1主干断裂深部地下热水向北运移的同时，也形成了深部热水的上升通道。大汤沟、小汤沟位于F1和F2两条断裂的交汇部位，沿破碎带均有多处温泉出露，而在F2断裂以北则没有温泉出露。

2.2 水文地质条件

与地热有密切联系的是断裂破碎带脉状承压水。大汤沟、小汤沟地热田热流体主要赋存于F1、F2断裂交汇部位的碎裂状斑状花岗岩体中，地热异常区面积约0.5km2，热储呈单斜构造发育，为中低温地热资源。根据钻探和温度观测资料，地热田钻孔出水口温度56.2℃，孔内达57℃。热储层为聂家河主干断裂的次级断层F1－1和F1－2之间所夹的断裂破碎带，宽度约300m。大汤沟温泉距F1－1断层约100m，为一温热水自流泉，最高水温约40℃。据铁路疗养院1979－1980年在大汤沟温泉下游施工的两眼钻孔资料，钻进至7.0m时，孔内泥浆温度为21℃，至21.0m时，孔内泥浆温度为27℃，据此推断大汤沟沟谷内地热田热储埋藏深度小于7m，其它地段随地形增高，埋深相应增加。在250m范围内，热储温度应在55―60℃之间，盖层为第四系松散堆积物。地热田内热流体具承压性，铁路疗养院在1980年施工的1#热供水井，洗井时，出水管高出地面3.6m，井内热水自喷，成井后，出水管高出地面0.6m，一直自流至今。1998年施工的2#井亦有自喷现象，洗井时水头高出地面6.0m，成井后出水管高出地面0.5m，自流不断。

大汤沟、小汤沟地热田热流体来源于大气降水和地表水体入渗的转化。南部的基岩山区，降水充沛，岩体裸露，可直接接受大气降水的入渗补给和由大气降水形成的地表水的渗入补给（图2），接受补给后，地下水在从地势较高的南部向北部沿断裂带深部运移过程中逐渐加热，至F2断裂带附近由于径流受阻，在大汤沟、小汤沟一带溢出地表，形成温泉。大汤沟、小汤沟一带应为该地热系统的排泄区，排泄方式有天然露头和人工露头两种，排泄量为540m3/d（包括铁路疗养院、省卫生厅矿泉水疗养院供水量和天然露头流量）。

2.3 地球物理特征

1980年9月原铁道部第一勘测设计院在地热田开展了地球物理勘探工作，采用电测深剖面法，通过对地层视电阻率的对比分析，F1断裂破碎带属低阻异常区，视电阻率ρs=50－70Ω?m，在F1断裂破碎带以东视电阻率ρs=120－200Ω·m。在地电剖面上反映F1断裂破碎带倾向东，倾角85°－87°，接近直立。同时也证实了F1－1和F1－2两级断层的存在，为地热田热储的划界提供了一定的技术依据。

2.4 地球化学特征

地热田地下热水天然露头和人工露头集中分布在沿F1、F2断裂交汇部位的大汤沟和小汤沟中。对区内地下热水、基岩裂隙水和地表水均进行采样化验分析，其水化学类型具有明显的差异。地下热水的水化学类型为HCO3－-Na+型，基岩裂隙水为SO42―-HCO3－-Na+、HCO3－-Ca2+-Na+和 HCO3－-SO42－-Na+-Ca2+型，地表水为HCO3－-Ca2+型。地下热水PH值8.20—8.67，溶解性总固体含量318.4—360.8mg/L，放射性总α、总β值符合生活饮用水水质标准。热水中除常规化学组分外，还含有偏硅酸、氟、溴、碘、硒、锂、锶、氡等多种与人体健康有益的微量元素。其中偏硅酸、氟、氡含量远远超过《医疗热矿泉水水质标准》中有医疗价值浓度，达到医疗矿泉水命名浓度，因此，大汤沟、小汤沟地下热水是名副其实的硅水、氟水和氡水。

3 地下热水资源储量评价

按国家医疗矿泉水水质标准对地热田地下热水进行热矿泉水水质评价。根据水质化验分析结果（表1），大汤沟、小汤沟供水井热水中溶解性总固体含量分别为318.46mg/l、360.8mg/l，水温达56℃（标准为25℃）以上，含多种微量元素，具有保健和医疗功效。根据国家标准《天然矿泉水地质勘探规范（GB/T13727－92）》中附录B及有关医疗矿泉水水质标准，与大汤沟、小汤沟热供水井水质进行对照评价。从评价结果中可明显看出，地热田供水井热水中氟、偏硅酸、氡三项指标的含量均超过矿泉水医疗价值浓度和矿水浓度，达到命名矿水浓度，水温亦超过具医疗价值温度。因此大汤沟、小汤沟热供水井矿泉水可命名为氟、硅、氡复合性天然医疗热矿泉水。

水化学特征用库尔洛夫式表示为：

根据水化学类型可命名为重碳酸钠型矿泉水。

表1 武山温泉热水井水质分析结果表

根据地热田热储特征，计算断面宽度为地面实测破碎带宽度值与热储倾角换算得出的热储真厚度，约为300m，热储层垂向厚度则根据钻探、物探资料推测为300m，水力坡度在径流、排泄区天然露头点勾画的等水位线图上量取，为10‰。经计算，地下热水的天然资源量为3204m3/d。

分析多年长期动态监测资料，大汤沟1#、2#热水井自流量稳定在330－350m3/d之间，平均流量为340m3/d，该沟温泉流量始终保持在40m3/d，小汤沟两眼开采井热水自流量亦稳定在160m3/d。目前地热田人工露头和天然露头总自流量为540m3/d，占地下热水资源量的16.9%，水量、温度和水化学成分未发生明显改变，动态基本稳定。因此，以现状开采量作为允许开采量是有充分保证的。极具开发价值。

[1] 朱志强，王守颖，兰州铁路局洛门疗养院地下热水资源储量核实报告，2005.11.

[2] 刘光亚，基岩地下水 [M]，地质出版社，1979.12.

[3] 胡玉禄、胡红文，等.5m地温测量在地热勘探中的应用 [J]，水文地质工程地质，2002.

P5[文献码]B

1000-405X（2016）-5-55-2

孟庆云（1966～），男，工程师，研究方向为水文地质、工程地质、环境地质勘查。