四川康定市二道桥地区地下热水稳定同位素特征及热储温度计算

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.04.20

现代地质 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (04): 1183-1192.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.04.20

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四川康定市二道桥地区地下热水稳定同位素特征及热储温度计算

姜哲¹(), 周训¹^,²(), 陈柄桦¹^,², 陶广斌¹, 李状¹, 曹入文¹, 隋丽嫒¹

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:2021-09-02 修回日期:2022-01-10 出版日期:2022-08-10 发布日期:2022-09-09
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,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。
姜哲,男,硕士研究生,1997年出生,水文地质专业,主要从事水文地质学的研究。Email: 393819133@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(42172269);国家自然科学基金项目(41772261)

Stable Isotope Characteristics of Geothermal Water and Calculation of Geothermal Reservoir Temperature in the Erdaoqiao Area of Kangding in Sichuan Province

JIANG Zhe¹(), ZHOU Xun¹^,²(), CHEN Binghua¹^,², TAO Guangbin¹, LI Zhuang¹, CAO Ruwen¹, SUI Liai¹

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:2021-09-02 Revised:2022-01-10 Online:2022-08-10 Published:2022-09-09
Contact: ZHOU Xun

摘要/Abstract

摘要：

为研究四川省康定市二道桥地区地下热水稳定同位素特征和热储温度,对二道桥地区5个温泉(井)即二道桥温泉(SC107、SC107-2)、康巴人家温泉(SC107-3)、自流热水井(SC107-4)、自喷热水井(SC107-5)进行调查和分析。研究区温泉的分布及出露主要受雅拉沟断裂和雅拉河谷控制。温泉水温33.2~46 ℃,为中低温温泉,pH为6~6.5。水样的氢氧稳定同位素特征表明研究区地下热水的补给来源为大气降水。利用氢氧稳定同位素高程效应及温度效应估算区内地下热水补给区高程为3 000~4 500 m,补给区温度为-3.5~-0.3 ℃,表明地下热水有一部分补给源自附近山区的冰雪融水。Na-K-Mg三角图显示研究区热水均为未成熟水,不宜用阳离子地热温标计算热储温度。应用SiO₂地热温标、多矿物饱和指数法以及用固定铝方法对部分温泉多矿物平衡图进行修正,得出研究区地下热水的热储温度为65~75 ℃。研究区温泉在东部跑马山以及西部农戈山附近接受大气降水补给,降水沿着大雪山—农戈山断裂和跑马山断裂下渗,地下水经历深循环,在此过程中获得大地热流加热,最终在雅拉河谷雅拉沟断裂附近出露成泉。

关键词: 温泉, 同位素, 热储温度, Fix-Al方法, 康定

Abstract:

In order to study the stable isotope characteristics of geothermal water and geothermal reservoir temperature in the Erdaoqiao area near Kangding in Sichuan, five hot springs including the Erdaoqiao hot springs (SC107 and SC107-2), Kangbarenjia hot spring (SC107-3), the flowing hot water well (SC107-4) and spouting hot water well (SC107-5) are investigated. The Yalagou fault and the Yala river valley control the occurrence of the hot springs in the study area. The water temperature of the hot springs in the study area ranges from 33.2 ℃ to 46 ℃, and pH value, from 6 to 6.5. The hot springs are of medium-low temperature. The stable isotope compositions of hydrogen and oxygen of the hot springs indicate that the hot water in the study area is of meteoric origin. Based on the altitude effect and temperature effect, the elevations of the recharge areas of the hot springs are estimated to be about 3 000-4 500 m, and the temperature of the recharge areas range from -3.5 ℃ to -0.3 ℃, indicating that the hot springs may be recharged partly by snow-melting water. The Na-K-Mg triangular diagram shows that the hot water in the study area is the unmature water, so it is impossible to calculate the temperature of geothermal reservoirs with the cation geothermometry. The temperature of the geothermal reservoir in the study area ranges from 65 ℃ to 75 ℃ by using the SiO₂ geothermometry, multi-mineral saturation index method and Fix-Al method. The hot springs in the study area are recharged by precipitation and snow-melting water at the eastern part of the Paoma mountain and the western part of the Nongge mountain. The groundwater flows along the Daxue mountain-Nongge mountain fault and the Paoma mountain fault and undergoes a deep circulation. After heated by heat flow, the thermal groundwater rises and emerges as hot springs in the Yala River valley and near the Yalagou fault.

Key words: hot spring, isotope, temperature of a geothermal reservoir, Fix-Al method, Kangding

中图分类号:

姜哲, 周训, 陈柄桦, 陶广斌, 李状, 曹入文, 隋丽嫒. 四川康定市二道桥地区地下热水稳定同位素特征及热储温度计算[J]. 现代地质, 2022, 36(04): 1183-1192.

JIANG Zhe, ZHOU Xun, CHEN Binghua, TAO Guangbin, LI Zhuang, CAO Ruwen, SUI Liai. Stable Isotope Characteristics of Geothermal Water and Calculation of Geothermal Reservoir Temperature in the Erdaoqiao Area of Kangding in Sichuan Province[J]. Geoscience, 2022, 36(04): 1183-1192.

图/表 11

图1 康定二道桥地区地质简图 (据黄珣[17],2018,有改动) 1.三叠系上统白果湾组碳质粉砂岩、砾岩;2.三叠系中统杂谷脑组石英砂岩夹薄层灰岩;3.三叠系下统菠茨沟组板岩夹条带状粉砂岩、细晶灰岩;4.泥盆系危关群组碳硅质板岩夹千枚岩夹结晶灰岩、细晶灰岩及石英砂岩;5.志留系茂县群细晶灰岩、绿片岩、大理岩、千枚岩、白云岩;6.震旦系上统灯影组大理岩、白云岩夹千枚岩;7.震旦系上统观音崖组千枚岩夹白云岩、砂岩;8.燕山期黑云母花岗岩;9.晋宁期斜长花岗岩;10.黑云母花岗岩;11.斜长花岗岩;12.地层界线;13.断裂;14.河流及流向;15.泉眼(井);16.剖面线。

Fig.1 Simplified geologic map of the Erdaoqiao area in Kangding

表1 康定二道桥地区温泉水样水化学数据(ρB/(mg/L))

Table 1 Hydrochemical data of the hot spring samples in the Erdaoqiao area in Kangding(ρB/(mg/L))

名称	编号	pH	C $a 2 +$	M $g 2 +$	Na⁺	K⁺	$HCO 3 -$	$SO 4 2 -$	Cl^-	TDS	δ²H/‰	δ¹⁸O/‰	Si
二道桥“族”泉眼	SC107	6.0	225	42.4	114	19.8	1 139	76.6	30.4	1 082	-112.6	-14.8	23.7
二道桥“卫”泉眼	SC107-2	6.1	232	44.4	119	21.0	1 143	98.5	32.4	1 122	-110.4	-14.2	24.5
康巴人家温泉	SC107-3	6.5	152	47.5	199	27.2	1 120	68.9	56.8	1 116	-95.8	-12.9	24.0
自流热水井	SC107-4	6.3	370	41.1	99.2	12.9	1 564	7.77	45.0	1 361	-97.0	-13.1	23.9
自喷热水井	SC107-5	6.4	368	48.5	100	13.1	1 571	9.86	46.2	1374	-97.5	-13.3	22.0

表1 康定二道桥地区温泉水样水化学数据(ρB/(mg/L))

Table 1 Hydrochemical data of the hot spring samples in the Erdaoqiao area in Kangding(ρB/(mg/L))

名称	编号	pH	C $a 2 +$	M $g 2 +$	Na⁺	K⁺	$HCO 3 -$	$SO 4 2 -$	Cl^-	TDS	δ²H/‰	δ¹⁸O/‰	Si
二道桥“族”泉眼	SC107	6.0	225	42.4	114	19.8	1 139	76.6	30.4	1 082	-112.6	-14.8	23.7
二道桥“卫”泉眼	SC107-2	6.1	232	44.4	119	21.0	1 143	98.5	32.4	1 122	-110.4	-14.2	24.5
康巴人家温泉	SC107-3	6.5	152	47.5	199	27.2	1 120	68.9	56.8	1 116	-95.8	-12.9	24.0
自流热水井	SC107-4	6.3	370	41.1	99.2	12.9	1 564	7.77	45.0	1 361	-97.0	-13.1	23.9
自喷热水井	SC107-5	6.4	368	48.5	100	13.1	1 571	9.86	46.2	1374	-97.5	-13.3	22.0

图2 康定二道桥地区温泉水样δ2H与δ18O关系图

Fig.2 Plots of δ2H-δ18O of the hot spring samples in the Erdaoqiao area in Kangding

表2 康定二道桥地区温泉的补给高程

Table 2 Estimated altitude of the recharge areas of the hot springs in the Erdaoqiao area in Kangding

温泉名称	水样编号	δ²H/‰	δ¹⁸O/‰	泉(井)口标高/m	补给高程/m	补给高程/m
温泉名称	水样编号	δ²H/‰	δ¹⁸O/‰	泉(井)口标高/m	式(1)	式(2)
二道桥温泉“族”泉眼	SC107	-112.6	-14.8	2 550	4 280	4 411
二道桥温泉“卫”泉眼	SC107-2	-110.4	-14.2	2 570	4 170	4 078
康巴人家温泉	SC107-3	-95.8	-12.9	2 560	3 440	3 356
自流热水井	SC107-4	-97	-13.1	2 520	3 500	3 467
自喷热水井	SC107-5	-97.5	-13.3	2 500	3 525	3 578

表3 康定二道桥地区温泉的补给区温度

Table 3 Estimated temperature of the recharge areas of the hot springs in the Erdaoqiao area in Kangding

温泉名称	水样编号	δ²H/‰	δ¹⁸O/‰	补给区温度/℃
温泉名称	水样编号	δ²H/‰	δ¹⁸O/‰	式(3)	式(4)	式(5)
二道桥温泉“族”泉眼	SC107	-112.6	-14.8	-2.3	-1.2	-6.9
二道桥温泉“卫”泉眼	SC107-2	-110.4	-14.2	-1.9	-0.6	-6.1
康巴人家温泉	SC107-3	-95.8	-12.9	0.8	0.7	-1.3
自流热水井	SC107-4	-97	-13.1	0.5	0.5	-1.7
自喷热水井	SC107-5	-97.5	-13.3	0.5	0.3	-1.8

图3 研究区温泉Na-K-Mg三角图(Giggenbach[14], 1988) TK-Na为一组根据K-Na地热温标绘制的等温线; TK-Mg为一组根据K-Mg地热温标绘制的等温线。

Fig.3 Na-K-Mg diagram of hot springs in the study area

表4 康定二道桥地区温泉热储温度估算结果

Table 4 Estimated temperature of the geothermal reservoirs of the hot springs in the Erdaoqiao area in Kangding

温泉名称	水样编号	水温/℃	热储温度/℃					估算热储温度/℃
温泉名称	水样编号	水温/℃	式(6)	式(7)	式(8)	式(9)	式(10)	估算热储温度/℃
二道桥温泉“族”泉眼	SC107	40.8	102.93	102.54	103.19	52.13	68.96	52~103
二道桥温泉“卫”泉眼	SC107-2	33.2	104.48	104.10	104.53	53.66	72.66	53~104
康巴人家温泉	SC107-3	46	103.52	103.13	103.70	52.71	74.34	52~103
自流热水井	SC107-4	36.7	103.33	102.93	103.53	52.52	73.30	52~103
自喷热水井	SC107-5	36	99.52	99.09	100.20	48.75	68.96	48~100

图4 SiO2-lg (K2/Mg)关系图

Fig.4 Plots of SiO2 vs.lg (K2/Mg)

图5 研究区水样多矿物饱和指数模拟图

Fig.5 Plots of multi-mineral saturation index of the water samples in the study area

图6 研究区部分温泉多矿物平衡指数模拟图(Fix-Al方法)

Fig.6 Plots of multi-mineral saturation index of some of the hot springs in the study area (Using the Fix-Al method)

图7 康定二道桥地区温泉成因模式示意剖面图 1.斜长花岗岩;2.石英砂岩夹薄层灰岩;3.石英砂岩、灰岩;4.千枚岩夹粉砂岩;5.灰岩、片岩;6.大理岩;7.灰岩夹千枚岩;8.断层(F1为大雪山—农戈山断裂,F2为红卫乡断裂,F3为雅拉沟断裂);9.大气降水;10.地表径流;11.地下径流;12.汇集于断层带的地下水径流方向;13.温泉(SC107);14.大地热流;γβ5.燕山期花岗岩;T1b.三叠系上统白果湾组;T2z.三叠系中统杂谷脑组;Dwg1.泥盆系危关群;Smx(1-3).志留系茂县群。

Fig.7 Schematic profiles showing the formation of the hot springs in the Erdaoqiao area in Kangding

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