四川昭觉竹核温泉水文地球化学特征及成因

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.061

现代地质 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (03): 703-710.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.061

四川昭觉竹核温泉水文地球化学特征及成因

卢丽¹^,²(), 陈余道¹(), 代俊鸽³, 王喆², 邹胜章², 樊连杰², 林永生², 周长松²

1.桂林理工大学环境科学与工程学院,广西桂林 541006
2.中国地质科学院岩溶地质研究所,广西桂林 541004
3.桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西桂林 541006

收稿日期:2020-05-09 修回日期:2021-04-23 出版日期:2021-06-23 发布日期:2021-06-24
通讯作者: 陈余道
作者简介:陈余道,男,教授,博士生导师,1965年出生,水文地质专业,主要从事污染水文地质学研究。Email: cyd0056@vip.sina.com。
卢丽,女,博士研究生,副研究员,1985年出生,水文地质专业,主要从事岩溶水文地质研究。Email: luli@karst.ac.cn。
基金资助:
广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2018KY0264);国家自然科学基金项目(41807218,41602277);国家重点研发计划项目(2017YFC0406104);中国地质调查局地质调查项目(DD20190825);中央公益性研究机构基本科研业务费项目(2020020)

Hydrogeochemical Characteristics and Genesis of Zhuhe Hot Springs in Zhaojue, Sichuan Province

LU Li¹^,²(), CHEN Yudao¹(), DAI Junge³, WANG Zhe², ZOU Shengzhang², FAN Lianjie², LIN Yongsheng², ZHOU Changsong²

1. College of Environmental Science and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541006, China
2. Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Guilin, Guangxi 541004, China
3. Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration,Guilin University of Tecnology, Guilin, Guangxi 541006, China

Received:2020-05-09 Revised:2021-04-23 Online:2021-06-23 Published:2021-06-24
Contact: CHEN Yudao

摘要/Abstract

摘要：

四川昭觉县作为国家级贫困县,位于甘孜—新龙—理塘地热带的延伸区域内,拥有丰富的地热资源,但利用率低。为了揭示川西甘孜—新龙—理塘地热带热循环机理,助力当地的扶贫攻坚,合理开发利用地热资源,选择四川昭觉竹核温泉为研究对象,对其进行水化学和稳定同位素测试分析。结果表明:竹核温泉的水化学类型为HCO₃-Na型,补给区的温度约为14.71 ℃,补给高程为3 345~3 560 m;采用SiO₂地热温标法计算出热储平均温度为95.41 ℃,利用混合模型和硅-焓图解法估算出大温泉的混入冷水比例分别为77%、75.95%,小温泉的混入冷水比例分别为81%、78.61%,储热循环的深度范围为3 426.38~3 766.81 m;竹核温泉受木佛山断层和竹核断层等断裂带控制,在地热深循环的过程中与浅层冷水发生混合,与围岩发生水-岩反应,出露地表形成了以“大温泉、小温泉”为中心的中-低温地热资源。

关键词: 竹核温泉, 水文地球化学, 成因模式, 硅-焓模型, 川西

Abstract:

Zhaojue, a national-level poverty-stricken county in Sichuan Province, is located in the extended Ganzi-Xinlong-Litang geothermal field. Revealing the geothermal heat cycling mechanism of Ganzi-Xinlong-Litang geothermal field in western Sichuan would help to alleviate local poverty and rationally develop and utilize geothermal resources. In this study, the Zhuhe hot springs in Zhaojue were analyzed for their hydrochemistry and H-O stable isotopes. The results show that the Zhuhe hot springs are HCO₃-Na-type, whilst the temperature of the supply area is about 14.71 ℃, and the supply elevation is 3,345-3,560 m. The mixing model and the silicon-enthalpy model were used to estimate the proportion of cold water mixing in large hot springs, which yielded 77.00% and 75.95%, respectively. Similar estimation yielded 81.00% and 78.61%, respectively, for small hot springs. The depths of heat storage cycle were estimated to be 3,426.38-3,766.81 m. Formation of the Zhuhe hot springs are likely controlled by the Mufoshan and Zhuhe faults. During the deep geothermal circulation, the spring water likely mixed with shallow cold water and reacted with the wallrocks. The exposed surface formed the medium-low temperature geothermal resource centered on “large hot spring and small hot spring”.

Key words: Zhuhe hot spring, hydrogeochemistry, genetic model, Si-enthalpy model, western Sichuan

中图分类号:

P314
P641.3

卢丽, 陈余道, 代俊鸽, 王喆, 邹胜章, 樊连杰, 林永生, 周长松. 四川昭觉竹核温泉水文地球化学特征及成因[J]. 现代地质, 2021, 35(03): 703-710.

LU Li, CHEN Yudao, DAI Junge, WANG Zhe, ZOU Shengzhang, FAN Lianjie, LIN Yongsheng, ZHOU Changsong. Hydrogeochemical Characteristics and Genesis of Zhuhe Hot Springs in Zhaojue, Sichuan Province[J]. Geoscience, 2021, 35(03): 703-710.

图/表 10

图1 西川昭觉竹核温泉地质简图 1.志留系黄葛溪组;2.志留系嘶风崖组;3.志留系大路寨组;4.二叠系阳新组;5.二叠系峨眉山玄武岩组二段;6.二叠系峨眉山玄武岩组三段;7.三叠系飞仙关组;8.三叠系铜街子组;9.三叠系嘉陵江组;10.三叠系雷口坡组;11.三叠系须家河组一段;12.三叠系须家河组二段;13.三叠系须家河组三段;14.侏罗系自流井组;15.中更新统冰水堆积;16.晚更新统冰水堆积;17.坡积;18.冲洪积;19.冲积;20.断层;21.河流;22.产状;23.温泉;24.冷泉

Fig.1 Simplified geologic map of Zhuhe hot springs in Zhaojue, Sichuan Province

表1 研究区水样水化学测试数据

Table 1 Chemical analysis results of water samples from Zhuhe

水样		pH		As		Hg		Sr		Cr⁶⁺		Cd		Co		Cu		Pb		Al
QB13(大温泉)		8.09		<0.000 09		<0.000 07		0.26		<0.002		<0.000 06		<0.000 03		0.000 6		<0.000 07		0.012 8
QB13-1(小温泉)		7.91		<0.000 09		<0.000 07		0.25		<0.002		<0.000 06		<0.000 03		0.000 2		<0.000 07		0.003 5
ZJB040(冷泉)		7.85		<0.000 09		<0.000 07		0.16		<0.002		<0.000 06		0.3		<0.000 09		0.000 3		0.091 5
水样	Zn		Mn		Ni		Se		Ba		Ag		K⁺		Na⁺		Ca²⁺		Mg²⁺
QB13(大温泉)		<0.000 8		0.004		<0.000 07		0.000 2		0.079 5		<0.000 03		4.62		50.62		15.67		1.63
QB13-1(小温泉)		<0.000 8		<0.000 06		0.000 2		0.000 6		0.050 2		<0.000 03		3.66		40.74		21.70		2.56
ZJB040(冷泉)		<0.000 8		0.033 1		0.001 1		<0.09		0.026 7		<0.000 03		1.29		2.69		42.35		9.39
水样		$NH 4 +$		F^-		Cl^-		$SO 4 2 -$		$HCO 3 -$		$NO 3 -$		$NO 2 -$		$PO 4 3 -$		SiO₂		偏硅酸
QB13(大温泉)		<0.02		1.59		6.71		10.73		155.23		0.38		<0.002		<0.02		43.94		57.12
QB13-1(小温泉)		0.02		1.20		5.86		10.28		166.87		1.00		<0.002		<0.02		41.42		53.85
ZJB040(冷泉)		<0.02		0.10		3.91		4.84		151.80		9.37		0		0.06		7.09		9.22

表1 研究区水样水化学测试数据

Table 1 Chemical analysis results of water samples from Zhuhe

水样		pH		As		Hg		Sr		Cr⁶⁺		Cd		Co		Cu		Pb		Al
QB13(大温泉)		8.09		<0.000 09		<0.000 07		0.26		<0.002		<0.000 06		<0.000 03		0.000 6		<0.000 07		0.012 8
QB13-1(小温泉)		7.91		<0.000 09		<0.000 07		0.25		<0.002		<0.000 06		<0.000 03		0.000 2		<0.000 07		0.003 5
ZJB040(冷泉)		7.85		<0.000 09		<0.000 07		0.16		<0.002		<0.000 06		0.3		<0.000 09		0.000 3		0.091 5
水样	Zn		Mn		Ni		Se		Ba		Ag		K⁺		Na⁺		Ca²⁺		Mg²⁺
QB13(大温泉)		<0.000 8		0.004		<0.000 07		0.000 2		0.079 5		<0.000 03		4.62		50.62		15.67		1.63
QB13-1(小温泉)		<0.000 8		<0.000 06		0.000 2		0.000 6		0.050 2		<0.000 03		3.66		40.74		21.70		2.56
ZJB040(冷泉)		<0.000 8		0.033 1		0.001 1		<0.09		0.026 7		<0.000 03		1.29		2.69		42.35		9.39
水样		$NH 4 +$		F^-		Cl^-		$SO 4 2 -$		$HCO 3 -$		$NO 3 -$		$NO 2 -$		$PO 4 3 -$		SiO₂		偏硅酸
QB13(大温泉)		<0.02		1.59		6.71		10.73		155.23		0.38		<0.002		<0.02		43.94		57.12
QB13-1(小温泉)		0.02		1.20		5.86		10.28		166.87		1.00		<0.002		<0.02		41.42		53.85
ZJB040(冷泉)		<0.02		0.10		3.91		4.84		151.80		9.37		0		0.06		7.09		9.22

表2 研究区水样水温及同位素测试数据

Table 2 Water temperature and H-O isotopic data

序号	水样	水温/℃	δD/‰	δ¹⁸O/‰
1	QB13(大温泉)	48	-98.2	-12.31
2	QB13-1(小温泉)	43	-93.9	-11.68
3	ZJB040(冷泉)	12	-	-

图2 研究区水样δD-δ18O关系图

Fig.2 δD vs. δ18O plot for the Zhuhe water samples

表3 竹核热水温度、焓及SiO2含量之间关系

Table 3 Relations between temperature, enthalpy and SiO2 content in hot springs at Zhuhe

温度 /℃	焓/ (4.1868J/g)	SiO₂含量/ (mg/L)	温度 /℃	焓/ (4.1868J/g)	SiO₂含量/ (mg/L)
50	50.0	13.5	200	203.6	265.0
75	75.0	26.6	225	230.9	365.0
100	100.1	48.0	250	259.2	486.0
125	125.4	80.0	275	289.0	614.0
150	151.0	125.0	300	321.0	692.0
175	177.0	185.0

表4 硅-焓混合模型计算竹核温泉冷水混入比例的结果

Table 4 Calculation results of cold water mixing proportion for Zhuhe hot spring with silicon-enthalpyequation

温度/℃	大温泉		小温泉
温度/℃	X₁	X₂	X₁	X₂
50	0.052 6	-4.748 8	0.184 2	-4.355 7
75	0.428 6	-0.888 8	0.507 9	-0.759 6
100	0.591 4	0.099 2	0.648 1	0.160 8
125	0.682 5	0.494 6	0.726 6	0.529 1
150	0.741 0	0.687 5	0.777 0	0.708 8
175	0.781 8	0.792 9	0.812 1	0.807 0
200	0.812 1	0.857 1	0.838 2	0.866 9
225	0.835 5	0.897 0	0.858 4	0.904 1
250	0.854 4	0.923 1	0.874 6	0.928 3
275	0.870 0	0.939 3	0.888 1	0.943 4
300	0.883 5	0.946 2	0.899 7	0.949 9

图3 竹核温泉中大温泉 (a)和小温泉(b)假设热水温度与冷水混入比例的关系

Fig.3 Relations between hypothesized water temperature and cold water incursion ratio for large hot spring (a) and small hot spring (b) at Zhuhe

图4 竹核温泉中大温泉、小温泉的硅-焓模型

Fig.4 Silicon enthalpy model of the large and small hot springs at Zhuhe

表5 竹核温泉热储热循环深度计算结果

Table 5 Estimated circulation depth of thermal storage in the Zhuhe hot springs

序号	温泉点	温度/℃	热循环深度/m	最终温度/℃	最终热循环深度/m
1	大温泉	96.65	1 844.47	171.0	3 426.38
2	小温泉	94.18	1 791.91	187.0	3 766.81

图5 竹核温泉成因模式 1.致密状玄武岩;2.杏仁状玄武岩;3.灰岩;4.页岩;5.细砂岩;6.泥岩;7.断层;8.热水流向;9.水-岩反应介质交换;10.浅层地下冷水;11.地下冷水混合;12.温泉

Fig.5 Genetic model of the Zhuhe hot springs

参考文献 38

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四川昭觉竹核温泉水文地球化学特征及成因

Hydrogeochemical Characteristics and Genesis of Zhuhe Hot Springs in Zhaojue, Sichuan Province

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