甘肃东南地区地球化学特点及其地质意义研究

（核工业二〇三研究所，陕西 咸阳 712000）

甘肃东南地区地质活跃，位于华北、华南板块构造之间，且处于秦岭山脉地带，地震频发，地质活动很不稳定，同时，该地区还水热资源丰富，水循环和水化学类型多样，地下流体收到各种影响及化学反应不断上升，形成温泉流体，温泉中包含很多化学元素，如氧、氢、氦等，以及钾离子、钙离子、碳酸根离子等，流体能够很好的反应岩石圈特性，也能通过温度、循环时间、岩石破碎的程度来判断地下流体的组成成分，进而对地球化学特性更加了解。地震活动多发也会对温泉水的动力条件以及水岩反应带来重要影响，采用温泉水化学特性分析来监测地震活动也是地震监测有效的方法和手段[1]。本文主要分析了甘肃省东南地区水化学类型以及热水来源，流体上升形成温泉对温泉水成分含量带来不同的影响，也会对地震等各方面地质活动的异常有所掌握。文本采用了七个地区的水样进行水质分析，研究了水热循环特性和同位素等各种组成成分，进而更加了解温泉流体的来源和形成，促进人们对地球化学特点的了解，具有重要的现实意义。

1 区域地质概况

甘肃东南地区地处华北板块、华南板块之间，同时位于中央造山地带，和南北地震带的交汇区域，北面和祁连造山板块相连，总体构造位于东昆仑断裂和西秦岭北缘断裂区域，具有十分重要的地理特性，图1为甘肃东南地区的西秦岭地形结构图，正是由于该地区郑重特殊构造，具有复杂的地质特性和温泉流体形成的必备条件，该地区具有重要的研究价值。

图1 西秦岭构造单元示意图

秦岭造山带是由于华北板块和华南板块的相互碰撞挤压过程形成的，通过长时间的相互作用影响形成当今的板块构造局势，主要分为三层构造岩石地层单位，一是晚太古代到早元古代形成的火山沉积变质岩系，二是晚古生代到中三叠纪形成的裂陷沉积带来的花岗岩和蛇绿岩等，三是中新生代时陆盆地沉积以及构造岩浆活动，由于以上特性，甘肃东南地区地质特点比较活跃，容易发生地震以及其他地质变化，再加上该地区的地热、水热资源十分丰富，地质板块活动带动流体不断上升到地面，形成温泉，表现出良好的映震能力[2，3]。

2 采样方法和测量结果

如何更好的对温泉流体地球化学特点进行更好的分析和把握，需要对当地水体进行实验，观察水质变化以及成因，才能更深层的了解地质特性，分析地质与地震的关系。本文主要通过采样实验的方式来分析结果，采取了清水地震台、武山地震台、成县地震台等共七处地方的不同温泉水样，表1为本文所选取的采样点地区的水化学及同位素的分析结果，明显看出所有的温泉水质pH值均在7到8之间，总体温度表现为北部水温高于南部水温，同时各种金属离子含量越高、矿化度越明显，如钠离子含量最高，钙离子次之。

3 温泉流体地球化学特点的讨论和分析

本文针对甘肃东南地区七处温泉流体水资源采样并进行水化学以及同位素的分析，能够进一步掌握温泉流体地球化学特性，下面对稳定同位素、水化学分析以及热储温度和深度三个方面进行详细分析与探讨。

第一，稳定同位素，主要包括氢氧同位素分析和氦同位素分析。

（1）甘肃地区地下热水资源的来源有可能是大气降水、岩浆水和变质水，其中大气降水与氢氧同位素属于线性关系，图2显示了当地温泉水的氢氧同位素组成结构，通过分析该地区水质中氢氧同位素的含量变化，能够得到该温泉的水大部分来源于大气降水，并且实在水岩作用的相互影响下逐渐形成的。

图2 温泉水氢氧同位素组成

（2）氦属于一种惰性元素，能够作为良好的跟踪剂使用，其中，通过分析得知，在地壳、地幔以及大气中的含量差异十分显著，在通渭温泉中，氦同位素是构成壳源形成的主要原因，而武泉水具有明显的大气成因，主要是由于该地区地层断裂程度比较小，大气降水经过断裂层流出[4]。

第二，水化学分析，主要从水化学类型、水化学变化与地震两方面讨论。

（1）影响水化学类型的因素有很多，主要包括地质构造、水动力以及地热条件有关，通过这些相互作用可以反映出地质岩层的特性以及水岩交互的作用类型。本文将七处地区的温泉样本总共分成四种类型，分别为Na*Ca-SQ4、Ca*Mg-SQ4、Na-HCO3*SQ4、Ca*Mg-SQ4*HCO3四 种。通过分析，通渭、清水两地的温泉属于Na*Ca-SQ4类型的，主要地层构造包括变质岩、花岗岩以及第三系碎屑等。天水和武都地区的温泉都属于Ca*Mg-SQ4类型，pH值偏高，含水层包括相互交互的碎屑、泥岩、灰岩等，此处的温泉水温较低，是由于地下水循环深度较浅。武山地区的两处温泉属于Na-HCO3*SQ4类型，含水层包括花岗岩、及第三系碎屑加石膏，在地下水循环过程中，钠离子聚集，是整体温泉水的性质呈现为弱碱性，同时由于浅层水的混入，致使该地两处温泉水温偏低。最后属于Ca*Mg-SQ4*HCO3类型的温泉水为成县温泉，通过谁知分析得出钠离子和氯离子含量较少，阳离子主要是含钙的岩石溶解物带来的钙离子，但大部分都是沉淀形式，因此对总溶解度的影响不高。

（2）甘肃东南地区的温泉多处于板块之间以及山脉断层之间，地质构造活跃，容易引发地震，受到深处应力状态，改变了断层对水的运移环境，最终导致地下流体产生化学异常。在地震发生前，温泉中的各种离子含量总体趋于稳定状态，但在地震发生后，各离子的含量变化巨大。其中，由于清水温泉处于地震深处断裂带，造成裂隙缩减，温泉水循环深度变浅，导致震后水温下降，证明了地震会对温泉水体变化具有重要影响。此外，在水温以及水位等方面，都能反映出地震的情况，也可以针对温泉水体变化来预测地震发生的征兆[5]。

第三，热储温度和深度。

通过分析判断各个温泉地区的水岩反应是否达到平衡状态，才能更好地计算热储温度和深度值，计算公式为，通过该公式，能够较为精确的估算热储温度，通过分析温泉地区的热储温度和深度值，来研究该地区的地层断裂情况，以及惹出深度与循环过程的相关性，从而对温泉流体的一些地球化学特性进行分析总结。

通过以上三个方面的分析和讨论，能够清楚的了解甘肃东南地区几个温泉流体的地球化学特性，同时也分析了地质变化与地震的影响，具有重要意义。

4 结语

甘肃省东南地区由于其独特的地质地形原因，形成了独特的温泉流体现象，主要是由于受到内部压力导致流体上升，进而形成温泉。本文主要从甘肃省的地质特点出发，采用了七处温泉的水样本进行水质分析，进而能够推断出地层的变化与运动，更好的分析出温泉水的来源以及形成的因素，更好的掌握地球化学特点，加深了人们对温泉流体地球特点的了解。

[1]吕超甲,刘雷,周晓成,等.甘肃东南地区温泉流体地球化学特征[J].地震,2017,37(1):52-60.

[2]颜昆.武山温泉及附近地区流体地球化学的研究[D].国家地震局兰州地震研究所,1990.

[3]张作衡,毛景文,杨建民,等.甘肃小柳沟石英脉型钨矿床成矿流体地球化学研究[C]//全国青年地质工作者学术讨论会.1999.

[4]汪万红.秦岭北缘断裂带深部流体特征与区域地震活动的关系研究[D].中国地震局兰州地震研究所,2008.

[5]高玲.长白山天池火山口内湖滨强气体释放带流体地球化学研究[D].中国地震局地质研究所,2006.