云南兰坪盆地羊吃蜜温泉水化学特征与成因分析

现代地质 ›› 2017, Vol. 31 ›› Issue (04): 822-831.

云南兰坪盆地羊吃蜜温泉水化学特征与成因分析

王洁青¹(), 周训¹^,²(), 李晓露¹, 王蒙蒙¹, 沈晔¹^,², 方斌¹^,²

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

收稿日期:2017-01-18 修回日期:2017-04-02 出版日期:2017-08-10 发布日期:2017-09-15
通讯作者: 周训,男,教授,博士生导师,1963年出生,水文地质专业,主要从事地下热水(温泉)、海岸带地下水、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。
作者简介:王洁青,女,硕士研究生,1992年出生,地质工程专业,主要从事水文地质学等的研究。Email:1071036333@qq.com。
基金资助:
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);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2652015426)

Hydrochemistry and Formation of the Yangchimi Hot Spring in the Lanping Basin of Yunnan

WANG Jieqing¹(), ZHOU Xun¹^,²(), LI Xiaolu¹, WANG Mengmeng¹, SHEN Ye¹^,², FANG Bin¹^,²

1. School of Water Resources and Environment, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
2. MOE Key Laboratory of Groundwater Circulation and Environmental Evolution, China University of Geosciences, Beijing 100083, China

Received:2017-01-18 Revised:2017-04-02 Online:2017-08-10 Published:2017-09-15

摘要/Abstract

摘要：

位于云南省云龙县的羊吃蜜温泉自巨厚灰岩溶隙向外流出。温泉区沿河谷分布有第四系砂卵石,下伏地层为二叠系—三叠系碳酸盐岩。泉水共有泉眼3个,水温为35.6~35.9 ℃,流量约0.25 m³/s,pH值6.3~6.5,总溶解性固体(TDS)为0.982~1.116 g/L,F^-含量为0.86~1.92 mg/L,偏硅酸为24~24.2 mg/L。泉水中的主要阳离子为Na⁺、K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺,主要阴离子为$\mathrm{SO}_{4}{ }^{2-}$、$\mathrm{HCO}_{3}{ }^{-}$和Cl^-,水化学类型为HCO₃·SO₄-Ca型。氢、氧稳定同位素显示,温泉热水来源于大气降水;估算的热水补给高程为2 500 m左右;地下热储温度为60~70 ℃;地下热水循环深度约为1 255 m。羊吃蜜温泉地处云南兰坪盆地红色含盐地层中突起的石灰岩分布区,地下水在补给区获得大气降水入渗补给后沿巨厚灰岩含水层经历深循环获得大地热流加热后上涌在河谷流出地面,是侵蚀岩溶低温温泉。

关键词: 温泉, 水化学, 同位素, 成因, 云南

Abstract:

The Yangchimi hot spring is located in the Yunlong County of Yunnan Province, China, and flows out from the karstic fractures in limestone. Quaternary sands and pebbles occur along the river valley around the spring, and Permian and Triassic carbonates outcrop and underlie the unconsolidated sediments. There are three spring orifices with water temperature of 35.6-35.9 ℃, and the total flow rate is 0.25 m³/s.The chemical characteristic of the hot spring water is as follows: pH=6.3-6.5, TDS=0.982-1.116 g/L, F^-=0.86-1.92 mg/L and H₂SiO₃=24-24.2 mg/L. The hot water belongs to HCO₃·SO₄-Ca type. The ²H and ¹⁸O isotopes of the hot spring water indicate that the hot water is of meteoric origin. The recharge altitude is estimated as 2 500 m or so, the temperature of the geothermal reservoir as 60-70 ℃, and the depth of the groundwater circulation as approximately 1 255 m. The Yangchimi hot spring lies in the carbonate in the uplift area surrounded by the redbed in the Lanping Basin in Yunnan. Groundwater receives recharge from infiltration of precipitation in the recharge area, undergoes deep circulation in the carbonate aquifer, obtains heat from heat flow and flows up to the surface in the river valley. It is an erosion karst hot spring with low temperature.

Key words: hot spring, hydrochemistry, isotope, genesis, Yunnan

中图分类号:

P641.3

王洁青, 周训, 李晓露, 王蒙蒙, 沈晔, 方斌. 云南兰坪盆地羊吃蜜温泉水化学特征与成因分析[J]. 现代地质, 2017, 31(04): 822-831.

WANG Jieqing, ZHOU Xun, LI Xiaolu, WANG Mengmeng, SHEN Ye, FANG Bin. Hydrochemistry and Formation of the Yangchimi Hot Spring in the Lanping Basin of Yunnan[J]. Geoscience, 2017, 31(04): 822-831.

图/表 19

图1 云南兰坪盆地云龙地区地质略图(据云南省地质图, 有改动) 1.第四系砂卵石; 2. 古近系粉砂岩、泥岩、含膏盐; 3.白垩系砂岩、泥岩夹泥灰岩; 4.侏罗系砂岩、泥岩夹砾岩、泥灰岩;5.三叠系砂岩、泥岩、灰岩局部夹玄武岩; 6.二叠系灰岩、砂岩、泥岩夹煤;7.断层;8.河流;9.温泉

Fig. 1 Simplified geological map of the Yunlong area in the Lanping Basin in Yunnan

图2 羊吃蜜温泉西泉眼(左)和东泉眼(右)

Fig.2 The western vent (left) and the eastern vent (right) of the Yangchimi hot spring

图3 羊吃蜜温泉出露示意平面和剖面图 1.砂卵岩; 2.灰岩; 3.河流;4.公路; 5.地层界线; 6.村庄;7.泉眼

Fig.3 Schematic map and profile showing the occurrence of the Yangchimi hot spring

表1 羊吃蜜温泉水化学测试数据(ρB/(mg/L))

Table 1 Chemical analyses of the Yangchimi hot spring(mg/L)

测试项	2016年 3月水样数据	2016年 3月水样数据	1999年《云南省志·温泉志》数据	测试项	2016年 3月水样数据	2016年 3月水样数据	1999年《云南省志·温泉志》数据	测试项	2016年 3月水样数据	2016年 3月水样数据	1999年《云南省志·温泉志》数据
测试项	YY13-1	YY13-2	YY13-A	测试项	YY13-1	YY13-2	YY13-A	测试项	YY13-1	YY13-2	YY13-A
K⁺	4.16	4.53	6.1	钡	0.048 2	0.038 6	-	偏砷酸	<0.002	<0.002	-
Na⁺	54.9	61.5	40.1	铬(6价)	0.017 7	0.011 9	-	偏硼酸	3.72	3.44	3.4
Ca²⁺	102	126	181	铅	0.019 6	0.009 44	-	偏磷酸	<0.01	<0.01	-
Mg²⁺	40.9	46.2	36.3	锰	0.010 9	0.005 23	-	游离CO₂	253	204.6	-
$NH 4 +$	<0.02	<0.02	0.28	锂	0.299	0.294	0.18	矿化度	982	1 116	759
Fe²⁺+Fe³⁺	0.37	0.45	-	锶	5.97	6.37	-	总硬度	-	-	-
$HCO 3 -$	418	436	460	溴	0.06	0.13	-	pH	6.5	6.3	7.6
Cl^-	22.8	25.6	20.9	碘	<0.02	<0.02	-	温度/℃	35.6	35.9	36
$SO 4 2 -$	338	414	220	锌	0.028 1	0.028 9	-	²²⁶Ra/(Bq/L)	0.009	0.008	-
F^-	0.86	1.92	0.92	硒	0.000 8	0.000 8	-	²²²Rn/(Bq/L)	0.02	0.02	-
$NO 3 -$	<0.08	<0.08	-	偏硅酸	24.0	24.2	-

表1 羊吃蜜温泉水化学测试数据(ρB/(mg/L))

Table 1 Chemical analyses of the Yangchimi hot spring(mg/L)

测试项	2016年 3月水样数据	2016年 3月水样数据	1999年《云南省志·温泉志》数据	测试项	2016年 3月水样数据	2016年 3月水样数据	1999年《云南省志·温泉志》数据	测试项	2016年 3月水样数据	2016年 3月水样数据	1999年《云南省志·温泉志》数据
测试项	YY13-1	YY13-2	YY13-A	测试项	YY13-1	YY13-2	YY13-A	测试项	YY13-1	YY13-2	YY13-A
K⁺	4.16	4.53	6.1	钡	0.048 2	0.038 6	-	偏砷酸	<0.002	<0.002	-
Na⁺	54.9	61.5	40.1	铬(6价)	0.017 7	0.011 9	-	偏硼酸	3.72	3.44	3.4
Ca²⁺	102	126	181	铅	0.019 6	0.009 44	-	偏磷酸	<0.01	<0.01	-
Mg²⁺	40.9	46.2	36.3	锰	0.010 9	0.005 23	-	游离CO₂	253	204.6	-
$NH 4 +$	<0.02	<0.02	0.28	锂	0.299	0.294	0.18	矿化度	982	1 116	759
Fe²⁺+Fe³⁺	0.37	0.45	-	锶	5.97	6.37	-	总硬度	-	-	-
$HCO 3 -$	418	436	460	溴	0.06	0.13	-	pH	6.5	6.3	7.6
Cl^-	22.8	25.6	20.9	碘	<0.02	<0.02	-	温度/℃	35.6	35.9	36
$SO 4 2 -$	338	414	220	锌	0.028 1	0.028 9	-	²²⁶Ra/(Bq/L)	0.009	0.008	-
F^-	0.86	1.92	0.92	硒	0.000 8	0.000 8	-	²²²Rn/(Bq/L)	0.02	0.02	-
$NO 3 -$	<0.08	<0.08	-	偏硅酸	24.0	24.2	-

图4 研究区温泉水样Piper图

Fig.4 Piper diagram showing the hot water samples in the study area

表2 温泉水样的δ2H和δ18O测试数据

Table 2 Data of δ2H and δ18O of the hot spring water samples

温泉名称	编号	温度/℃	δ²H/ ‰	δ¹⁸O/‰
羊吃蜜温泉东泉眼	YY13-1	35.6	-97.6	-12.1
羊吃蜜温泉西泉眼	YY13-2	35.9	-92.6	-12.8
石房温泉	YY6	53.8	-81.5	-9.8
沙坝温泉	YYB1	68.7	-100.2	-10.5
曲硐温泉	YYP1	56.4	-104.1	-11.1

图5 温泉的δ2H-δ18O关系图

Fig.5 Plot of δ2H-δ18O of the hot water samples

表3 研究区热水的补给高程

Table 3 Estimated recharge altitude of the spring water in the study area

水样编号	标高/m	δ²H/‰	δ¹⁸O/‰	补给高程/m (方法1,δ²H)	补给高程/m (方法2,δ¹⁸O)	补给高程/m (方法2,δ²H)	平均值/m
YY13-1	2 020	-97.6	-12.1	3 150	1 903	2 592	2 548
YY13-2	2 020	-92.6	-12.8	2 950	2 129	2 400	2 493

表4 研究区热水的补给区温度

Table 4 Estimated temperature of the recharge area of the hot water

水样编号	δ²H/‰	δ¹⁸O/‰	补给区温度/℃ (式(4),δ²H)	补给区温度/℃ (式(4),δ¹⁸O)	补给区温度/℃ (式(5),δ¹⁸O)	补给区温度/℃ (式(6),δ²H)	平均值/℃
YY13-1	-97.6	-12.1	0.43	2.16	-9.72	-1.87	-2.25
YY13-2	-92.6	-12.8	1.32	1.15	-13.7	-0.2	-2.86

表5 温泉的镭、氡含量及年龄

Table 5 Contents of 226Ra and 222Rn of the hot water samples and the estimated age

编号	²²⁶Ra含量/(Bq/L)	²²²Rn含量/(Bq/L)	年龄/a
YY13-1	0.009	0.02	1 408
YY13-2	0.008	0.02	1 197

表6 研究区热储温度估算结果

Table 6 Estimated temperature of the geothermal reservoir of the study area

水样编号	水温 /℃	估算热储温度/℃					热储温度取值/℃
水样编号	水温 /℃	式(8)	式(9)	式(10)	式(11)	式(12)	热储温度取值/℃
YY13-1	35.6	60.54	60.46	66.29	11.44	28.27	60~70
YY13-2	35.9	60.87	60.77	66.57	11.74	28.59	60~70

表7 研究区地下热水循环深度

Table 7 Estimated circulation depth of the thermal groundwater in the study area

编号	G/(m/℃)	t_z/℃	t₀/℃	Z₀/m	Z/m
YY13-1	25	65	16	30	1255
YY13-2	25	65	16	30	1255

图6 YY13-1冷热水混合比例

Fig.6 Mixing ratio of cold and hot water for YY13-1

图7 YY13-2冷热水混合比例

Fig.7 Mixing ratio of cold and hot water for YY13-2

表8 热水温度、焓和SiO2含量的关系

Table 8 Relationship between temperature, enthalpy and SiO2 contents

温度/ ℃	焓/ (4.1868 J/g)	SiO₂含量/ (mg/L)	温度/ ℃	焓/ (4.1868 J/g)	SiO₂含量/ (mg/L)
50	50	13.5	200	203.6	265
75	75	26.6	225	230.9	365
100	100.1	48	250	259.2	486
125	125.4	80	275	289	614
150	151	125	300	321	692
175	177	185

表9 羊吃蜜温泉初始参数表

Table 9 Initial values of parameters of the Yangchimi hot spring

温泉	年平均气温/℃	冷泉SiO₂/ (mg/L)	泉口温度/℃	实测SiO₂/ (mg/L)	热水初温假定/℃
YY13-1	16.1	10	35.6	18.46	50~300
YY13-2	16.1	10	35.9	18.62	50~300

表10 羊吃蜜温泉的X1和X2的计算值

Table 10 Calculated values of X1 and X2 of the Yangchimi hot spring

温泉编号	冷热水混合比例	温度/℃
温泉编号	冷热水混合比例	50	75	100	125	150	175	200	225	250	275	300
YY13-1	X₁	0.425	0.669	0.768	0.821	0.854	0.877	0.894	0.907	0.917	0.925	0.931
YY13-1	X₂	-1.417	0.490	0.777	0.879	0.926	0.952	0.956	0.962	0.966	0.970	0.973
YY13-2	X₁	0.416	0.664	0.764	0.818	0.852	0.875	0.892	0.905	0.915	0.924	0.930
YY13-2	X₂	-1.463	0.481	0.773	0.877	0.925	0.951	0.955	0.961	0.965	0.969	0.972

表11 羊吃蜜温泉中矿物组分饱和指数值

Table 11 Saturation index of the minerals in the Yangchimi hot springs

矿物	化学式	YY13-1	YY13-2	YY13-A
文石	CaCO₃	-0.48	-0.59	0.91
方解石	CaCO₃	-0.34	-0.46	1.05
白云石	CaMg(CO₃)₂	-0.67	-0.93	1.84

图8 羊吃蜜温泉成因模式示意图(热储以碳酸盐岩为主) 1.大气降水入渗补给;2.示意性地下水流向;3.羊吃蜜温泉;4.大地热流

Fig.8 Schematic diagram showing the genesis of the Yangchimi hot spring

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