四川省雅安地区医疗热矿水地质成因分析——以周公山地热温泉为例

刘玉红，周勇，程仕俊，王光洪，万平益，李永平

四川省雅安地区医疗热矿水地质成因分析——以周公山地热温泉为例

刘玉红1，周勇1，程仕俊1，王光洪1，万平益1，李永平2

（1.四川省冶金地质勘查局六0五大队，四川 彭山 620800；2.四川省地矿局区域地质调查队，成都 610213）

通过对周公山泉域地质构造、水文地质条件研究分析，并根据温泉的水文地球化学特征，从温泉的水源、热源、构造等方面阐明了周公山温泉的成因。通过对该地区地热成因的研究，为该地区地热资源开发以及区域上其他温泉的成因模式提供地质参考。

温泉；地质成因 ；构造；蒸汽蒸馏

周公山温泉位于成都西南缘雅安市荥经县内位于周公河支沟-柳家沟右侧，与沟底高差十余米。地理位置坐标（1980西安坐标系）：29°52'23"N，103°03'54"E，孔口高程 766.00m。

周公山温泉溶解性总固体：17.161～17.238g/ L，水质类型为Cl-Na型水，pH值7.4。热矿水中氟含量5.43～6.5mg/ L，硫化氢含量53.27～54.67mg/ L，二氧化碳含量6.63～36.63mg/ L，溴含量75.80～115.0mg/ L，碘含量1.60～1.85mg/ L，锶含量16.48～21mg/ L，铁含量0.19～0.50mg/ L，锂含量11.70～12.12mg/ L，钡含量0.059～0.13mg/ L，偏硼酸含量170.0～202.7mg/ L，偏硅酸含量61.1～86.71mg/ L，偏砷酸含量＜0.1mg/ L，镭含量4.4～6.77×10-11g/ L，氡含量2.3～8.7×10Bq/L，出水口水温为78～81℃，自流水量5000m3/d。

周公山温泉为含碘的溴、锂、锶、氟、偏硼酸、硫化氢、偏硅酸、镭高温医疗热矿水（刘玉红等，2018；李永平等，2000）。

图1 川西南大地构造位置图

1 区域地质概况

1.1 地质构造背景

周公山温泉大地构造位于扬子准地台西缘所辖的雅安凹褶束。盆地南及西部出露三叠系下统和二叠系等老地层，轴部出露中生界侏罗系地层的向斜储水构造。

1.2 地层岩性

区内出露地层主要为三叠系及侏罗系、白垩系红层两套浅海相—泻湖相、海陆交互相、河湖相、沼泽相和内陆河湖相沉积地层。

表1 雅安地区地层一览表

2 水文地质特征

2.1 含水岩组及富水性

区内有浅层地下水类型：

2.1.1 松散岩孔隙水

1）水量中等的孔隙含水层。全新统冲洪积层（Q4al）和上更统冰水堆积层（Q3fgl）：分布于青衣江漫滩、Ⅰ级阶地和Ⅱ级阶地，由砂砾卵石层组成，厚2～25m。单井涌水量100～1000m3/d，水质类型HCO3-Ca或HCO3-Ca·Mg型水，矿化度小于0.5g/L。

2）水量贫乏的孔隙含水层。中更新统砾石层（Q2gl+fgl）：零星分布于Ⅲ级阶地，具泥砾结构、粗细物质组合紧密，具砂层透镜体。局部储存孔隙水。泉流量＜0.11l/d，单井涌水量＜100m3/d，水质类型HCO3-Ca·Mg型水。

图2 周公山医疗热矿泉水区域水文地质图

2.1.2 基岩裂隙水

1）红层风化裂隙水。赋存于K2、J3、J3s、J2s、J1地层的岩土岩、粉砂岩之中，网状风化裂隙深度0～50m，地下水埋深极不均匀，由数米至40m。水量贫乏，泉流量小于＜0.1l/d，单井涌水量100～1000m3/d，水质类型HCO3-Ca型水，矿化度小于0.5g/L。

2）构造裂隙水。赋存于K2、T3、T1、P2地层砾岩、砂岩、粉砂岩等刚性岩石裂隙中，富水性差。泉流量＜0.11l/d，水质类型HCO3-Ca·Mg型水，矿化度小于0.5g/L。

但其中的夹关组（K2j）岩性主要为厚层状砂岩、砾岩组成，裂隙较发育，裂隙率2.26%，孔隙率8.55%，泉水流量泉流量0.1～3L/s，富水中等，单井涌水量100～300m3/d（见图2）。

3）玄武岩裂隙水。赋存于峨眉山玄武岩（P3β）的气孔及柱状节理中，富水性中差，泉水流量0.01～0.21L/s，水质类型HCO3-Ca型水，矿化度很低（0.1g/L以下）。

2.1.3 碳酸盐岩类裂隙岩溶水

1）水量丰富的裂隙岩溶水。赋存于T2、P1裂隙岩溶洞中，地表的溶蚀洼地、落水洞、漏斗、岩溶乃至暗河十分发育，岩溶大泉和地下水流量100～1000L/s，属HCO3-Ca型水，矿化度小于0.5g/L。

2）水量中等的裂隙岩溶水。赋存于T1溶隙溶洞中，地表岩溶发育中等，泉、溶洞水流量100～500L/s，属HCO3-Ca型水，矿化度小于0.5g/L。

T2、P1和T1裂隙岩溶洞为本区热矿水源的赋存层位，其中P1组是周公山温泉的主要出水含水层。

2.2 地下水运移循环特点

本区处侵蚀构造中山区，浅层地下水主要由大气降水补给。区内正处川西多雨地区，多年平均降雨量1 805.4mm，最大降雨量可达2466.6mm。雨季较长，丰富的绵绵降雨为地下水的补给提供了极有利的条件，降雨通过垂直入渗储存于地层的空隙、裂隙或者空洞中形成地下水。因各含水层储水空间、储水构造的性质不一，使不同含水层中地下水的埋藏深度循环径流特性不一。碎屑岩类所组成的基岩裂隙含水层，其储水空间主要为构造裂隙和风化裂隙，裂隙的发育深度、裂隙的开启程度及联通性都较差，地下水埋藏深度小，循环径流深度多在100m以内，多以当地侵蚀基准面为排泄区，属就地补给，就近排泄。砂岩、砾岩与泥页岩层互层时，基岩裂隙含水层（K2、T3），往往层间裂隙和构造裂隙较发育，在适宜的构造部位，形成的地下水可顺层运移呈层间空隙裂隙水产出，地下水循环径流深度较大，可达300～500m。碳酸盐岩所组成的岩溶含水层有浅层岩溶地下水和深层岩溶地下水。裸露型岩溶区，岩溶发育程度较高，补给条件较好，地下水的连通性也较好，汇集大量的地下水形成岩溶大泉或浅层岩溶。二叠系的碳酸盐在成为古陆时沉积间断普遍有古岩溶发育，古岩溶成为地下水的良好储水空间和导水通道，上覆须家河组及红层的砂泥岩或峨眉山玄武岩和飞仙关组碎屑岩构成稳定的隔水、隔热盖层，形成地下水深循环的储水、储热构造。三叠系循环径流深度可达2000～2500m；二叠系古岩溶循地下水在沿着溶蚀界面运移时，循环径流深度可大于3000m。

3 热矿水形成机制的分析

3.1 构造分析

本区大地构造上属扬子准地台西缘雅安凹褶束，系向斜构造。后期形成的雅安中生代盆地，形成储水构造。凹褶区内的构造行迹属于南北向经向构造体系，褶曲轴线南北延伸，但褶曲枢纽起伏，热水含水层在井区深埋海拔标高-1041～-2709m，向南枢纽扭起，至高庙—张村一线热水含水层出露地表，露头区标高1300～1900m，因此热水含水层在纵向上由南至北倾斜，沿枢纽形成汇水斜地。同时井区西南部至西部芭蕉湾、荥经一带热水含水层出露地表，露头区标高1300～2000m。在向斜构造制约下，在井区富集形成承压水。

3.2 水源分析

本区碳酸盐岩（T2、P1、T1）及岩溶发育，为热水含水层储存地下水和地下水的补给、运移、径流创造了十分有利的条件。本区降雨丰富，露头裂隙及岩溶孔洞发育，多见溶蚀洼地，可以接受充沛的降雨补给，入渗的地下水沿岩溶的裂隙、管道循向含水层的储水构造进行汇水，为本区热水提供了丰富的来源（图3）。

图3 周公山热矿泉井水文地质剖面图

3.3 热源分析

周公山地区的地温梯度2.0～2.5℃/100m，取值2.4℃/100m（袁伟等，2015）（图4）。可以按照下式估算深部地层温度为100℃。

T=(H-h)dt+T0

式中：T为地层温度，H为孔深，h为恒温带深度(取值25m)，dt为地温梯度(2.4℃/100m)，T0为恒温带温度（℃），取值17.2℃（雅安地区地区多年平均气温为17.2℃）。

通过该公式估算的井底地温刚好与井底实测温度相吻合。

同时区内热层的上部为灌口组（k2）、夹关组（k2）、蓬莱组（J3）、遂宁组（J3）、沙溪庙组（J2）、自流井组（J1）及须家河组（T3）为一套浅海—滨海湖沼相、河湖相碎屑岩层，由泥岩、砂岩、粉砂岩、页岩及煤层组成，平面上层位稳定，分布连续垂向上厚度大（1800～4000m），隔水、隔热性能好，为良好的热储盖层。

3.4 水文地球化学特征分析

“周公山温泉”热储层主要产自三叠系雷口坡组-嘉陵江组碳酸盐岩地层，其化学常量组分中，主要阳离子为 Na+＞Ca2+＞Mg2+＞K+，阴离子中，Cl-＞SO42-＞HCO3-，水化学类型为Cl-Na型，pH 值7.4，可溶性总固体17.161～17.238g/L，属中性高矿化度水。

该热矿水中含氟含量5.43～6.5mg/ L，硫化氢含量53.27～54.67mg/ L，二氧化碳含量6.63～36.63mg/ L，溴含量75.80～115.0mg/ L，碘含量1.60～1.85mg/ L，锶含量16.48～21mg/ L，铁含量0.19～0.50mg/ L，锂含量11.70～12.12mg/ L，钡含量0.059～0.13mg/ L，偏硼酸含量170.0～202.7mg/ L，偏硅酸含量61.1～86.71mg/ L，偏砷酸含量＜0.1mg/ L，镭含量4.4～6.77×10-11g/ L，氡含量2.3～8.7×10Bq/L。

图4 四川盆地2000m深地温等值线图

该热矿泉井深层矿水的水质类型与矿化度和浅层岩溶水虽然是两种不同类型的水文地球化学环境的产物，但其特征大径相同。

图5 雅安周公山地区地热系统模式图

本热矿泉水含有较高的H2S，究其来源，是在封闭还原的条件下，水体中硫酸盐与有机质接触，在脱硫细菌的作用下，硫酸盐还原放出含量较高的H2S，其化学反应式如下：

CaSO4+CH4→CaCO3+H2S↑+H2O（CH4代表有机化合物）

CaSO4+2C+4H2O→Ca(CO3)2+H2S↑→CaCO3+H2S↑+H2O

4 结论

从热储的形成条件来看，研究区内具有优良的地热系统时空配置。地表充足的水源供给为地热系统提供了物质基础（林正良等，2007；张锐等，2016）。地表裂隙、岩溶孔洞以及雁列式张性断裂或隐伏断层为地表水不断下渗提供了良好的流体补给运移通道，向深部运移（催希林，2014；周云章等，2001）。在深循环过程中，由正常的地热增温梯度加热增温，地下水不断吸收热量，同时与围岩发生离子交换，溶滤，吸附等热物理化学作用，最终形成具一定水化学特征的深部热矿水（王城锋，2020）。另外，由于层间粘土物质和泥岩等相对隔水层的存在，有效地阻隔了地热水的散失，从而形成了地热资源成矿有利区，其形成模式见图5。

刘玉红，周勇，等．2018．四川省眉山—雅安地区地热勘查选区报告[R].彭山：四川省冶金地质勘查局605大队．

李永平，张敖大，刘俊贤，范晓．2000．雅安市周公山医疗热矿泉水水源评价报告[R].成都：四川省地勘局区域地质调查大队．

袁伟，冉光静，张恒．2015．海螺沟温泉地质成因分析[J].中国矿业，24（4）：83-87．

林正良，肖鹏飞，李弘，俞建宝，吕慧．2007．甘孜地区雅拉河段地热系统特征及控制因素[J].攀枝花市科技与信息，32（1）：31-33．

张锐，李晓，韩伟隆，王志远，张子森．2016．热水塘温泉成因模式分析[J].绿色科技， 18：167-171．

催希林，2014．四川盆地中西部温泉成因模式研究[D]，成都：成都理工大学．

周云章，程汝汉，詹必达．2001．地热资源与开发地热研讨[J].四川地质学报，21（1）：23-25．

王城锋．2020．川西甘孜州地热资源特征及开发利用前景[J].四川地质学报，40（3）：439-443．

Geological Origin of Medical Hot Mineral Water in the Ya’an Region, Sichuan——By the Example of the Zhougongshan Geothermal Hot Spring

LIU Yuhong1ZHOU Yong1CHENG Shi-jun1WANG Guang-hong1WAN Ping-yi1LI Yong-ping2

（1-No.605 Geological Party, Metallurgical Geological Exploration Bureau of Sichuan Province, Pengshan, Sichuan 620800; 2- Regional Geological Surveying Team, BGEEMRSP, Chengdu 610213）

This paper has a discussion on regional geological structure, hydrogeological condition and hydrochemicalcharacteristics of the Zhougongshan geothermal hot spring on the basis of which its geological origin is expounded. The results may provide a reference for the development and the genetic model of the other geothermal resource in this region.

hot spring; geological origin; geological structure; steam distillation

2020-08-20

刘玉红（1984－），女，河北盐山县人，地质高级工程师，水、工、环工程师，主要从事地质找矿及水工环工作

周勇（1985－），男，河北青龙县人，地质高级工程师，水、工、环工程师，主要从事地质找矿及水工环工作

P641.4

A

1006-0995（2021）01-0077-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.015