现代地质 ›› 2019, Vol. 33 ›› Issue (03): 680-690.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2019.03.20
• 水文地质学 • 上一篇
霍冬雪1(), 周训1,2(
), 刘海生1, 余鸣潇1, 张彧齐1
收稿日期:
2018-11-22
修回日期:
2019-01-16
出版日期:
2019-06-23
发布日期:
2019-06-24
通讯作者:
周训
作者简介:
周 训,男,教授,博士生导师,1963年出生,水文地质专业,主要从事海岸带地下水、地下热水(温泉)、地下卤水(盐泉)、矿泉水、地下水循环及其模拟等的研究。Email: zhouxun@cugb.edu.cn。基金资助:
HUO Dongxue1(), ZHOU Xun1,2(
), LIU Haisheng1, YU Mingxiao1, ZHANG Yuqi1
Received:
2018-11-22
Revised:
2019-01-16
Online:
2019-06-23
Published:
2019-06-24
Contact:
ZHOU Xun
摘要:
位于云南省祥云县刘厂镇的王家庄温泉水样YMD10-1(王家热水井)与YMD10-2(聚龙温泉宾馆热水井)的矿化度为1.49~1.65 g/L,主要阳离子为Na+,主要阴离子为$HCO_{3}^{-}$,水化学类型均为HCO3-Na型。YMD10-1和YMD10-2的pH值野外测定数据分别为10.8和7,因YMD10-2暴露于空气使其$p_{co_{2}}$较高导致其pH野外观测值偏低;实验室pH测定值分别为8和7.6,主要受到$p_{co_{2}}$差异影响导致水中碳酸组分发生变化而改变了其pH值。水样的δ2H-δ18O数据显示温泉的补给来源为大气降水。利用SiO2温标估算了温泉的地下热储温度为89~92 ℃。利用226Ra-222Rn法估算出YMD10-1的热水年龄为446.84 a,YMD10-2的热水年龄为319.56 a。估算的地下热水的循环深度为3 808~3 898 m,利用δ2H和δ18O估算热水补给高程为2 845~2 865 m,补给区为周边的山区。地下水获得大气降水入渗补给后,经历深循环并获得深部热流加热,沿断裂带上升穿透浅部第四系出露地表。温泉显示碱性是由于长石与水和CO2发生反应,产生大量的$HCO_{3}^{-}$, $HCO_{3}^{-}$在溶液中有可能水解消耗H+产生OH-。王家庄温泉被当地人们用来晒制土碱,与热水Na+和碳酸的含量高有关。
中图分类号:
霍冬雪, 周训, 刘海生, 余鸣潇, 张彧齐. 云南祥云县王家庄碱性温泉水化学特征与成因分析[J]. 现代地质, 2019, 33(03): 680-690.
HUO Dongxue, ZHOU Xun, LIU Haisheng, YU Mingxiao, ZHANG Yuqi. Characteristics and Formation of the Wangjiazhuang Alkaline Hot Spring in Xiangyun County of Yunnan[J]. Geoscience, 2019, 33(03): 680-690.
图1 王家庄区域地质简图(据云南省区域地质志[12],有改动) 1.第四系砂、砾、黏土; 2. 下白垩统砂岩、泥岩夹砾岩、泥灰岩,滇中含膏岩; 3. 上侏罗统砂岩、泥岩夹灰岩,滇中含膏岩; 4. 中下侏罗统泥岩、砂岩、砾岩、泥灰岩; 5. 中侏罗统泥岩、砂岩夹泥灰岩、砾岩; 6. 下侏罗统泥岩、砂岩夹砾岩、泥灰岩; 7. 上三叠统砂岩、泥岩夹灰岩; 8. 下二叠统灰岩、砂岩、泥岩; 9. 泥盆系-石炭系灰岩、砂岩; 10. 花岗岩; 11. 断层
Fig.1 Simplified geological map of the Wangjiazhuang area
测试项 | YMD 10-1 | YMD 10-2 | 测试项 | YMD 10-1 | YMD 10-2 |
---|---|---|---|---|---|
Na+ | 417 | 420 | Li | 431 | 490 |
K+ | 18.7 | 19.7 | Si | 18 900 | 19 900 |
Mg2+ | 3.15 | 3.95 | Sc | 5.67 | 5.88 |
Ca2+ | 9.33 | 24.4 | Ti | 5.11 | 5.33 |
Cl- | 10.50 | 10.2 | V | 4.04 | 3.45 |
S | 22.10 | 25.4 | Mn | 3.69 | 41.2 |
HC | 971 | 1 132 | Cr | 0.378 | 0.175 |
C | 36 | — | Fe | <2 | 35 |
F- | 0.787 | 0.893 | Ni | 0.536 | 0.742 |
N | 5.72 | 6.08 | Cu | 1.18 | 1.01 |
H2SiO3 | 49.4 | 48.9 | Zn | 2.67 | 3.44 |
Br- | — | — | Rb | 51.1 | 54.5 |
CO2 | 0 | 47.784 | Mo | 0.312 | 0.573 |
δ2H/‰ | -109.4 | -111.2 | Sb | 0.061 | 0.105 |
δ18O/‰ | -14.4 | -14.3 | Cs | 36.2 | 39.4 |
226Ra/(Bq/L) | 0.026 | 0.028 | Ba | 463 | 523 |
222Rn/(Bq/L) | 0.15 | 0.22 | Eu | 0.035 | 0.04 |
pH野外 | 10.8 | 7.0 | Gd | 0.054 | 0.01 |
pH室内 | 8 | 7.6 | W | 7.14 | 6.36 |
Eh/mV | 115 | 32 | Tl | 0.142 | 0.365 |
水温/℃ | 32.6 | 37.3 | U | 0.129 | 0.139 |
TDS | 1 494 | 1 642 | Sr | 1 968 | 2 300 |
表1 王家庄温泉水化学和同位素测试结果(ρB/(mg/L))
Table 1 Chemical and isotopic analyses of the Wangjia-zhuang hot spring (ρB/(mg/L))
测试项 | YMD 10-1 | YMD 10-2 | 测试项 | YMD 10-1 | YMD 10-2 |
---|---|---|---|---|---|
Na+ | 417 | 420 | Li | 431 | 490 |
K+ | 18.7 | 19.7 | Si | 18 900 | 19 900 |
Mg2+ | 3.15 | 3.95 | Sc | 5.67 | 5.88 |
Ca2+ | 9.33 | 24.4 | Ti | 5.11 | 5.33 |
Cl- | 10.50 | 10.2 | V | 4.04 | 3.45 |
S | 22.10 | 25.4 | Mn | 3.69 | 41.2 |
HC | 971 | 1 132 | Cr | 0.378 | 0.175 |
C | 36 | — | Fe | <2 | 35 |
F- | 0.787 | 0.893 | Ni | 0.536 | 0.742 |
N | 5.72 | 6.08 | Cu | 1.18 | 1.01 |
H2SiO3 | 49.4 | 48.9 | Zn | 2.67 | 3.44 |
Br- | — | — | Rb | 51.1 | 54.5 |
CO2 | 0 | 47.784 | Mo | 0.312 | 0.573 |
δ2H/‰ | -109.4 | -111.2 | Sb | 0.061 | 0.105 |
δ18O/‰ | -14.4 | -14.3 | Cs | 36.2 | 39.4 |
226Ra/(Bq/L) | 0.026 | 0.028 | Ba | 463 | 523 |
222Rn/(Bq/L) | 0.15 | 0.22 | Eu | 0.035 | 0.04 |
pH野外 | 10.8 | 7.0 | Gd | 0.054 | 0.01 |
pH室内 | 8 | 7.6 | W | 7.14 | 6.36 |
Eh/mV | 115 | 32 | Tl | 0.142 | 0.365 |
水温/℃ | 32.6 | 37.3 | U | 0.129 | 0.139 |
TDS | 1 494 | 1 642 | Sr | 1 968 | 2 300 |
水样编号 | δ18O/‰ | h1/m | δ2H/‰ | h2/m | h平均值/m |
---|---|---|---|---|---|
YMD10-1 | -14.4 | 2 645.16 | -109.4 | 3 046.15 | 2 845.66 |
YMD10-2 | -14.3 | 2 612.90 | -111.2 | 3 115.38 | 2 864.14 |
表3 研究区温泉补给高程计算结果
Table 3 Estimated recharge altitudes of the hot water samples in the study area
水样编号 | δ18O/‰ | h1/m | δ2H/‰ | h2/m | h平均值/m |
---|---|---|---|---|---|
YMD10-1 | -14.4 | 2 645.16 | -109.4 | 3 046.15 | 2 845.66 |
YMD10-2 | -14.3 | 2 612.90 | -111.2 | 3 115.38 | 2 864.14 |
样品编号 | δ18O/‰ | 式(10) | 式(11) | T/℃ |
---|---|---|---|---|
YMD10-1 | -109.4 | -1.16 | 1.07 | -0.04 |
YMD10-2 | -111.2 | -1.01 | 1.27 | 0.13 |
表4 补给区温度计算结果
Table 4 Estimated recharge temperatures of the spring water in the study area
样品编号 | δ18O/‰ | 式(10) | 式(11) | T/℃ |
---|---|---|---|---|
YMD10-1 | -109.4 | -1.16 | 1.07 | -0.04 |
YMD10-2 | -111.2 | -1.01 | 1.27 | 0.13 |
编号 | 226Ra/(Bq/L) | 222Rn/(Bq/L) | t/a |
---|---|---|---|
YMD10-1 | 0.026 | 0.15 | 446.84 |
YMD10-2 | 0.028 | 0.22 | 319.56 |
表5 热水年龄估算结果
Table 5 Estimated ages of the hot spring in the study area
编号 | 226Ra/(Bq/L) | 222Rn/(Bq/L) | t/a |
---|---|---|---|
YMD10-1 | 0.026 | 0.15 | 446.84 |
YMD10-2 | 0.028 | 0.22 | 319.56 |
水样编号 | SiO2/ (mg/L) | 估算地下热储温度/℃ | 地下热储温 度取值/℃ | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
式(13) | 式(14) | 式(15) | 式(16) | 式(17) | |||
YMD10-1 | 37.98 | 89.92 | 89.41 | 91.80 | 39.31 | 58.64 | 89~92 |
YMD10-2 | 37.62 | 89.51 | 89.00 | 91.44 | 38.90 | 58.19 | 89~92 |
表6 热储温度计算结果
Table 6 Estimated temperatures of the geothermal reservoir of the study area
水样编号 | SiO2/ (mg/L) | 估算地下热储温度/℃ | 地下热储温 度取值/℃ | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
式(13) | 式(14) | 式(15) | 式(16) | 式(17) | |||
YMD10-1 | 37.98 | 89.92 | 89.41 | 91.80 | 39.31 | 58.64 | 89~92 |
YMD10-2 | 37.62 | 89.51 | 89.00 | 91.44 | 38.90 | 58.19 | 89~92 |
水样编号 | G/(m/℃) | Tz1/℃ | Tz2/℃ | T0/℃ | Z0/m | Z1/m | Z2/m |
---|---|---|---|---|---|---|---|
YMD10-1 | 42.19 | 89 | 89 | -0.04 | 30 | 3 825 | 3 808 |
YMD10-2 | 42.19 | 92 | 92 | 0.13 | 30 | 3 898 | 3 882 |
表7 研究区温泉地下水循环深度结果
Table 7 Estimated circulation depths of the thermal groundwater in the study area
水样编号 | G/(m/℃) | Tz1/℃ | Tz2/℃ | T0/℃ | Z0/m | Z1/m | Z2/m |
---|---|---|---|---|---|---|---|
YMD10-1 | 42.19 | 89 | 89 | -0.04 | 30 | 3 825 | 3 808 |
YMD10-2 | 42.19 | 92 | 92 | 0.13 | 30 | 3 898 | 3 882 |
图9 王家庄温泉成因模式示意剖面图 1. 第四系砂、砾、黏土; 2. 上三叠统—下侏罗统砂岩; 3. 断裂带; 4. 大气降水入渗补给; 5. 地下水流向; 6. 温泉; 7. 大地热流
Fig.9 Schematic profile showing the formation of the Wangjiazhuang hot spring
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