浅循环泉简析

2017-11-07李晓露王蒙蒙王洁青刘海生杨苗林王晓翠任振华郑玉慧

水文地质工程地质 2017年5期

周训，李晓露，王蒙蒙，王洁青，郭娟，刘海生，杨苗林,3，王晓翠,4，任振华，郑玉慧,5

(1.中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京 100083；2.中国地质大学(北京)地下水循环与环境演化教育部重点实验室，北京 100083; 3.四川省地质矿产勘查开发局九○九水文地质工程地质队，四川绵阳 621000；4.青岛大学环境科学与工程学院，山东青岛 266071； 5. 河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南郑州 450053)

浅循环泉简析

周训1,2，李晓露1，王蒙蒙1，王洁青1，郭娟1，刘海生1，杨苗林1,3，王晓翠1,4，任振华1，郑玉慧1,5

泉按照出露原因通常可以分为侵蚀泉、接触泉、溢流泉(溢出泉)和断层泉等。根据泉眼和地下水循环深度(或径流位置)的相对关系，泉可以分为表层泉、浅循环泉和深循环泉。地下水在地下流动(循环)的最深处仍然高于泉口，这类泉称为浅循环泉。浅循环泉出露的位置并不在地形最低处，其补给来源主要是大气降水入渗，地下水受到重力作用自高处往低处流动，在地下径流的途径短、时间短，流量一般不大。浅循环泉通常是常温泉、淡水泉(也有咸泉和盐泉)，多是常年性泉，也有部分是季节性泉或暂时性泉。广西北竂岭北坡泉和云南顺荡井盐泉是典型的浅循环泉。

泉；盐泉；温泉；常温泉；地下水；成因

泉是地下水的一种重要排泄方式。泉在区域地下水循环中起到重要的作用[1～2]。天然出露的泉水本身就是宝贵的水资源。一些水质好、流量较大且稳定的泉，可以直接用于各种目的的供水。特殊的泉，例如温泉可以用于洗浴、取暖、温室种植和养殖及理疗保健等，盐泉可以用来制取食盐等物质，含有有益于人体健康的微量元素或气体成分的泉水可以作为矿泉水开发利用。泉水及其与其他景观例如钙华等相配合，可以作为旅游资源[3～4]。人们很久以来就一直关注、利用和研究泉水。

野外分布有各式各样的泉。大多数泉的形成主要是由于含水层或含水带内地下水面与地形面相交，地下水在地形面较低处流出地面；或者是在地下水测压水面高于地形面的区域有导水通道沟通含水层与地表，地下水经由导水通道而涌出地表[3～4]。泉的分类很早就引起研究者的兴趣。泉的成因分类是研究者最为关注的分类。前人根据出露原因可以将泉分为侵蚀泉、接触泉、溢流泉(溢出泉)、断层泉和接触带泉[5～7]。周训等较为系统地对泉的分类进行了总结，包括侵蚀泉、接触泉、溢流泉、涌流泉(涌出泉)和断层泉等的成因分类，根据泉水的物理和化学指标分类，例如冷泉、常温泉、温泉、沸泉和咸泉、盐泉等，还有比较特殊的泉——水下泉、感潮泉、虹吸泉、月牙泉等[3～4]。在国外，早在1919年Bryan就根据成因将泉分为侵蚀泉、接触泉、自流泉等[8]。Bear将泉分为洼地泉、滞水泉、裂隙泉、承压泉[9]。Alfaro等将泉分为岩溶泉、冰川泉、温泉、矿泉[10]。Fetter将泉分为下降泉、接触泉、断层泉、落水洞泉、节理泉、裂隙泉[11]。Pentecost将泉分为重力泉、侵蚀泉、断层泉、溢流泉(溢出泉)、上升泉[12]。Springer等将泉分为溶洞泉、裸露泉、喷泉、间歇喷泉、悬挂泉等[13]。Glazier对泉的分类进行了总结，提出了灰岩泉、砂岩泉、渗出泉、高位溢流泉和低位溢流泉等类型[14]。Kresic 等将泉分为裂隙泉、溶洞泉、重力泉、自流泉、接触泉、侵蚀泉等[15]。在野外也存在不同类型的组合成因的泉水，例如两种成因组合的泉——接触溢流泉、侵蚀溢流泉、侵蚀断层泉等，甚至三种成因组合的泉——侵蚀接触溢流泉等[3～4]。同一个泉也可以根据不同分类给出其名字，例如出露于断层带的水温52 ℃、总溶解性固体(TDS)小于1 g/L的泉水，可以称为断层泉、温泉和淡水泉等。

本文介绍一种泉的分类——根据排泄泉水的含水层中地下水循环(径流)的位置与泉眼关系的分类，着重讨论浅循环泉的特点，并用实例加以说明。

1 浅循环泉的特征

在各种各样的泉水中，涌流泉和浅循环泉是不久前才被定义和描述的泉。

在野外可以见到一种成因的泉——涌流泉(涌出泉)。当含水层被透水性差的松散沉积物覆盖或埋藏在相对隔水的岩层之下，含水层地下水头高于地面，地下水可以穿过松散沉积物或坚硬岩层局部透水性较好的地段涌出地表，这便是涌流泉或涌出泉[3～4]。其特点是所排泄的含水层地下水具有承压性，而且地下水头在泉眼附近高于地表；泉水通过上覆隔水层(或弱透水层)局部透水性较好的地段涌出地面[16]，附近没有导水断层。涌流泉没有侵蚀泉、溢流泉、断层泉等那样多见。

图1 表层泉、浅循环泉和深循环泉示意剖面图(据文献[3～4]，有改动)Fig.1 Schematic profiles showing the springs of surficial (a), shallow (b) and deep (c) groundwater circulation (Modified after[3～4])1—花岗岩；2—闪长岩；3—石灰岩；4—页岩；5—断层；6—地下水位；7—大气降水入渗补给；8—地下水流向；9—泉

根据地下水循环深度或径流位置和泉口的关系可以将泉分为表层泉、浅循环泉和深循环泉[3～4]。在潮湿多雨的岩溶山区的表层岩溶带和基岩山区的表层风化裂隙带，分布有表层泉(图1a)，地下水仅在表层岩溶带和风化裂隙带分布和流动。排泄表层岩溶带地下水的表层泉又称为表层岩溶泉。表层岩溶是指在可溶岩地区地表形成的岩溶，主要分布于热带亚热带湿润气候下的峰丛山区的峰顶、垭口和峰麓地带[17]。在基岩地区裂隙在一定深度下几乎不发育，当地形切割低于裂隙发育带，大气降水入渗到一定深度后汇集在地形低处流出地面成泉，其特点是地下水循环(径流)的最低处仍然高于泉口，这类泉称为浅循环泉(图1b)。如果地下水在含水层中循环(径流)的最深处低于泉口，这类泉称为深循环泉[3～4](图1c)。野外所见到的大部分泉水属于深循环泉，包括侵蚀泉、溢流(出)泉、涌流(出)泉和断层泉等。有些地下水循环很深，获得地下热源加热后，涌出地表成为温泉。表层泉由于地下水循环的最低处大多高于泉口，也可以看成是一种特殊的浅循环泉。泉水的这种分类着重考虑了泉水所排泄的含水层中地下水循环(径流)的位置与泉眼位置的相对关系。与深循环泉相比，表层泉和浅循环泉并不是很多见。

浅循环泉有如下特点。(1)地下水在地下循环(径流)的位置浅、深度小，泉眼是其最低之处。(2)浅循环泉多见于基岩山区的山坡地带，出露的位置并不在当地地形的最低处，通常高于附近河流。(3)浅循环泉的补给来源主要为大气降水入渗，在地下径流的途径相对较短。(4)浅循环泉由于没有经历深循环，其水温低，通常是常温泉，几乎不可能是温泉。(5)由于地下径流途径短，地下水与岩石接触时间不长，浅循环泉水通常为淡水泉，溶解性总固体(TDS)很低。但是，如果地下径流流经含盐地层而溶滤盐分，则浅循环泉的TDS也会很高，成为盐泉[18～19]。(6)浅循环泉的补给区面积有限，其流量一般不是很大。(7)浅循环泉多是常年性泉，也有部分是季节性泉或暂时性泉，如果遇到长期干旱少雨，浅循环泉就会断流。(8)浅循环泉所排泄的基岩含水层未必存在统一的地下水位。(9)地下水从补给区向泉眼流动并逐渐汇集，主要受到重力的作用。

2 广西北竂岭北坡泉

3 云南顺荡井盐泉

表1 泉水水化学测试结果

注：/ 表示未测

图2 泉水水样Piper图Fig.2 Piper diagram showing the spring water samples

图3 泉水水样改进的Schoeller图Fig.3 Modified Schoeller diagram showing the spring water samples

图4 广西北竂岭北坡泉和云南顺荡井盐泉形成示意剖面图Fig.4 Schematic profiles showing the formation of the Beiliaoling Northern Slope spring in Guangxi and the Shundangjing salty spring in Yunnan1—大气降水入渗补给；2—示意性地下水流向；3—泉

4 结论

泉可以根据很多因素进行分类。根据泉眼和地下水循环深度(或径流位置)的相对关系，泉水可以分为表层泉、浅循环泉和深循环泉。浅循环泉是指地下水在地下含水层中循环(径流)的最深处仍然高于泉口的泉。深循环泉则指地下水在地下含水层中循环(径流)的最深处低于泉口的泉。由于岩石裂隙发育随深度减弱，到一定深度甚至裂隙不再发育。当地形切割低于裂隙发育带，地下水有可能以浅循环泉的形式出露。浅循环泉出露的位置并不在地形最低处，一般高于附近河流。地下水受到重力作用，在位置较高的补给区接受大气降水入渗补给后往低处流动并逐渐汇集流出地面。由于在地下径流的途径短、时间短，浅循环泉的流量一般不大，水温与当地多年平均气温接近，其TDS不高。流经和溶滤含盐地层的浅循环泉的TDS可能比较高。广西北竂岭北坡泉和云南顺荡井盐泉是典型的浅循环泉。浅循环泉多是常年性泉，也有一些是季节性泉或暂时性泉。在野外浅循环泉没有深循环泉那样常见。

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责任编辑：张若琳

Apreliminaryanalysisofthespringsofshallowgroundwatercirculation

ZHOU Xun1,2, LI Xiaolu1, WANG Mengmeng1, WANG Jieqing1, GUO Juan1, LIU Haisheng1, YANG Miaolin1,3, WANG Xiaocui1,4, REN Zhenhua1

(1.SchoolofWaterResourcesandEnvironment,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China; 2.MOEKeyLaboratoryofGroundwaterCirculationandEnvironmentalEvolution,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China; 3.HydrogeologyandEngineeringGeologyTeam909ofSichuanBureauofGeologyandMineralResources,Mianyang,Sichuan621000,China; 4.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,QingdaoUniversity,Qingdao,Shandong266071,China; 5.No.2InstituteofGeo-environmentSurveyofHenanBureauofGeologyProspectingandDeveloping,Zhengzhou,Henan450053,China)

Springs are classified based on their genesis into depression spring, contact spring, overflow spring and fault spring, etc. Based on the depth of groundwater circulation (or the position of groundwater flow), springs can be classified into the spring of surficial groundwater circulation, the spring of shallow groundwater circulation and the spring of deep groundwater circulation. A spring is referred to as the spring of shallow groundwater circulation when its orifice is still lower than the deepest position of groundwater flow in the subsurface. The spring of shallow groundwater circulation does not occur in the lowest topography. After receiving recharge from infiltration of precipitation, groundwater flows from high position to low position as a result of gravity. Groundwater flow path for this kind of springs is short and the groundwater residence time is not long. Springs of shallow groundwater circulation are generally ambient springs and fresh water springs (also saline springs or salty springs), and most of them are perennial springs and parts of them are seasonal springs or temporary springs. The Beiliaoling Northern Slope spring in Guangxi and the Shundangjing salty spring in Yunnan are typical springs of shallow groundwater circulation.

spring; salty spring; hot spring; ambient spring; groundwater; genesis

P641.2

1000-3665(2017)05-0001-05

10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2017.05.01

2017-01-08;

2017-02-15

国家自然科学基金项目(41572223)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2652016098、2652015426)；国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2011CB403005)

周训(1963-)，男，教授，博士生导师，从事水文地质、地下水科学与工程专业的教学与研究。E-mail: zhouxun@cugb.edu.cn