廬山溫泉地熱水的成因解析

2024年2月29日發(作者：標準化流程)

廬山溫泉地熱水的成因解析

[摘要] 從溫泉區域地質構造背景入手,利用環境同位素和SiO2溫標測算研究資料提供的地熱水與補給區的相對時空位置關系,在系統解析補給區與溫泉區地貌、地質構造特征以及水文地質條件基礎上,認為溫泉地熱水的成因與廬山地質構造演化所形成的特殊地貌、地質構造環境及水文地質條件有關,有其特殊的形成條件和自然歷程。

[關鍵詞] 地熱水成因解析環境同位素廬山溫泉

江西省星子縣溫泉鎮地熱水資源作為廬山休閑旅游的一個重要組成部分,現已成為了一處大型的集現代溫泉療養、休閑、娛樂、酒店為一體的綜合場所,受到各級地方政府的關心和各界朋友的青睞!但是,隨之而來的地熱水資源嚴重不足,形成了東西長約1000m、南北寬約500m的橢圓形降落漏斗,而且存在日益擴大和加深的問題,正在困擾著決策者們。怎樣認識這一發展與保護中的矛盾?作者試圖從溫泉地熱水的成因解析中,為決策者們提供一些科學的依據。

1、溫泉區域地質構造背景

廬山星子溫泉地熱水地理上位于廬山南麓,介于廬山隆起與鄱陽湖拗陷的過渡地帶。大地構造位置屬近東西向中下揚子坳陷帶九江坳陷的中南部與北北東向贛江深大斷裂北端的交接部位[1]。它與廬山隆起共同構筑了一個與區域極不協調的特殊地塊——那“一山飛峙大江邊,躍上蔥籠四百旋”、“飛流直下三千尺,疑是銀河落九天”的驚天地貌中,拔地而起的廬山山體儼然一條“天然地學斷面”,出露了代表江西最古老的地層巖石。具有獨特的地貌、地質構造特征[2]。種種跡象表明,這里中新生代構造發育,地質、水文條件復雜,地熱水的成因無不與之密切相關。

2、地熱水與補給區的時空關系

1972年國際原子能機構同位素水文小組提出:在北部大陸地區,如果沒有明顯的混合過程,地下水的氚含量15m,帶內由里向外有強變形至弱變形之分。斷裂多展布于第四系覆蓋區,據物探資料推測延長500～700m。

3、2東西向斷裂:多局限于廬山短軸背斜的軸部,遙感影像上呈直線狀,延長4～5Km。總體走向860,向北中高角(600～850)傾伏。呈破碎帶形式發育,帶寬30～100m,帶內發育構造透鏡體、斷層泥及碎裂～角礫巖等,帶壁呈舒緩波狀,近旁巖石強烈擠壓破碎、片理化,斷面上有斜沖擦痕和顯示順時針扭動的水平擦痕。具先壓后扭力學性質。

3、3北西向斷裂:多為疏散分布,局部成組出現。遙感影像呈直線狀,山脊沿走向被錯斷,具走滑剪切正斷層性質。總體走向3100～3200,近于直立,延長>2Km。常呈破碎帶形式發育,帶寬10～30m,帶內具有分帶性,由里向外構造變形由強到

弱。

3、4巖漿巖:主要有新元古代混合巖化花崗片麻巖和早白堊紀二長花崗巖及燕山晚期偉晶巖脈。前二者主要發育(侵位)于廬山短軸背斜軸部仰起端,屬主動侵位型。后者主要為花崗偉晶巖,以北東向～北北東向、北西向為主,次為近東西向和近南北向,屬裂隙侵入型。脈寬幾米～十幾米,延長數十米～百余米。同位素年齡127～138Ma。

4、補給區與溫泉區水文地質條件

4、1地下水類型:二區地下水類型相差不大,主要有三種;風化裂隙水、構造裂隙水和松散巖孔隙水。前者主要賦存于基巖風化裂隙中,接受大氣降水補給,順坡逕流沿溝谷排泄,枯季泉流量0.1~1升/秒,水質類型為重碳酸(鉀、鈉)鈣型;中者主要賦存于基巖構造裂隙中,接受大氣降水和側向基巖水補給,沿構造裂隙帶運移,于山前坡麓處以泉的形式排泄,單井涌水量500~600m3/d,水質類型以重碳酸鈣型為主;后者主要賦存于全新統沖積層底部砂礫層孔隙中,接受大氣降水和基巖水補給,從溝谷低洼處排泄,單井涌水量10~50m3/d,水質類型以重碳酸(鉀、鈉)鈣型為主。

4、2地熱水水文地質特征:礦區地熱水天然露頭以上升泉的形式出現,泉群的分布嚴格受北東向短軸背斜軸部和近東西向壓性斷裂以及北西向張扭性斷裂復合控制。地熱水屬承壓構造裂隙水,主要賦存于古元古界星子巖群歸宗寺變粒巖和燕山期花崗偉晶巖的斷裂構造帶中,是由20～30年以前的大氣降水補給的。這種賦水斷裂構造帶其實就是上述北北東～北東向、近東西向及北西向斷裂三組交匯的破碎帶區,但并不是所有的裂隙交匯處都含有水,這主要取決于裂隙交匯處的巖性及裂隙的張開程度。一般有花崗偉晶巖脈充填的破碎帶區,儲水條件較好。

4、3地熱水逕流、排泄條件:廬山山體是一個兀然拔立高聳于長江和鄱陽湖湖之間的特殊高地,雨量豐富,年降水量可達1950一2000毫米。這里巖性、地質構造及地形地貌等條件極有利于地表水下滲補給地下水:廬山北部牯嶺一帶,嶺谷相間,相對高差不大,谷地寬淺,南華系砂巖裂隙發育,水源豐富,溪流眾多,成為地下水的良好入滲補給區;廬山中東部星子秀峰寺一帶山峰由混合巖化片麻巖構成,雖然抗風化能力較強,但垂直節理發育,經流水沖刷切割形成陡峭山勢及瀑布,也有利于大氣降水入滲。而位于廬山南麓的星子溫泉一帶地勢突然降低,相對高差在1000m以上,主要由本區最古老的地層(星子巖群歸宗寺變粒巖)構成,巖性復雜、破碎,加之斷裂縱橫,將巖石分割成菱形或網絡狀,有利于地下水的排泄。縱貫全區的北北東～北東向壓扭性斷裂和北西向張扭性斷裂構造為大氣降水向深部運移提供了良好通道。北北東～北東向斷裂構造是贛北區域性大斷裂(贛江斷裂)的組成部分,該斷裂淺部是一組近平行的環弧狀斷裂,切穿廬山地區各時代地層,深部為一線型深斷裂。其與(或被)后期的北西向斷裂復合(或切割)連通,使得其淺部沿低序次構造裂隙、風化裂隙下滲的大氣降水入滲匯集,又經其進行深部循環(據有關地熱水的水溫、水化學成份測試,其均與特定的地質構造、巖性成份和深循環過程中的水文地質條件有關,補給水源下滲深度應在3700m以上)。在溫泉區發育的近東西向壓性斷裂構造與受北東向短軸背斜控制的花崗巖體,具有明顯的阻水

作用。受這種逕流條件和礦區得天獨厚的地質構造條件控制,北北東～北東向斷裂與東西向、北西向斷裂構造的交匯處便成為熱水導出的良好通道,并以上升泉的形式排泄于地表(圖2)。

5、熱儲基本特征及其成因解析

礦區熱儲巖性以花崗偉晶巖為主,局部夾少量云母片巖,埋深淺,總體呈帶狀,厚度一般30～50m。地熱水分布受斷裂控制,其中北北東～北東向區域性贛江大斷裂北端是為控熱、導熱構造,北東向、北西向和東西向斷裂交匯處的裂隙帶起儲熱構造作用。值得明確的是,這三組斷裂只有一組北西向斷裂具有張扭性,其它二組多以先壓(或壓扭)后扭(或張扭)性質出現,斷裂圍巖又以泥質巖石為主,大部分裂隙帶處于半閉合狀態,不甚具備儲水條件。只有當在三組斷裂構造裂隙交匯處,受到燕山期花崗巖漿的侵入疏通,在垂直方向上這三組含水裂隙帶才會被勾通,形成由深部到淺部呈彎曲狀的熱水通道。

由此熱儲基本特征并結合補給區與溫泉區地貌、地質構造及其水文地質條件,作者認為星子溫泉地熱水的成因是地質構造運動與地貌之間的一種巧合。在近東西向“九江坳陷”的中南部受北北東向贛江深大斷裂北端的強烈而持續的不同方式的構造作用,形成了具有特殊運動方式的北東向廬山短軸背斜及其斷裂構造系統,在此構造系統的發展演化過程中,背斜的北西翼及其軸部仰起端地層巖性相對強硬,抗風化剝蝕能力強,留下了高峻的山岳地貌,而背斜的軸部傾伏端交接部位地層巖性相對脆弱,抗風化剝蝕能力弱,只能殘存低矮的丘陵地貌。正是由于這種地貌上的極大差異,造成了廬山山體得天獨厚的氣象氣候條件,具有豐富的大氣降水來源,同時亦使溫泉礦區成為了一個地區“大氣候”與山體“小氣候”突然變化的過渡地帶,承接著“小氣候”所帶來的自然排泄。正是由于這種斷裂構造性質和巖漿侵位機制,形成了補給區特殊的入滲補給和深循環通道,同時亦使溫泉區出現了獨一無二的阻水巖體構造,為地下(熱)水的逕流、排泄創造了良好而難得的路徑。正是由于具備這種特殊的補給、逕流、排泄條件以及沿途的地質構造巖性組合,注定了地熱水從補給區到溫泉區需要經歷20～30年的時間,循環深度在3700m以上,同時亦造就了溫泉地熱水特殊的品質。所以,從地質角度上看,廬山星子溫泉地熱水不失為大自然留給人類的不可多得的自然資源,有其特殊的形成條件和自然歷程。人類只能是在充分認識其規律的基礎上,綜合利用、合理開發,方能達到“天人合一”的和諧環境。

注釋:

江西省勘察設計研究院《江西省星子縣廬山溫泉工人療養院(天沐溫泉)地熱勘察報告》(2008)

參考文獻:

[1] 楊明桂,王發寧,曾勇等 江西北部金屬成礦地質[M] 北京:中國大地出版社 2004.

[2] 劉南慶,黃劍鳳 廬山地區旋轉走滑——側向拉伸構造解析[J] 江西地質

1996(1):13～18

江西省地礦局九一六大隊,物探高級工程師,現為中國地質大學(北京)工程碩士在讀,主要從事應用地球物理、應用地球化學、地質礦產調查、地質工程等綜合性研究工作。