论文部分内容阅读
摘要：笔者通过对汤湾温泉形成机制和分布规律进行综合分析和探讨，认为汤湾温泉为低温带状对流型地热系统，主要受构造裂隙控制；其中Fl为导水控热构造，F3为热储构造，F4为阻水构造。温泉形成条件与地形地貌、地热显示、断层性质极其组合特征、储水空间形态、裂隙发育程度、热储岩性及水热传输条件等关系密切；研究成果为下步地热资源合理开发利用与保护提供了技术支撑；本着“就热找热”的原则，对相似地区开展地热资源勘查具有积极的指导意义。
关键词：太湖汤湾温泉；地温场和热储特征；成因及主控因素
1.引言
地热能是受国家重点保护的绿色可再生洁净新环保能源，开发潜力巨大。利用地热流体节能减排，实现低碳绿色发展，是地质环境保护和生态文明建设的重要内容之一，亦是促进经济提质增效升级的绝佳路径。地热资源可广泛应用于温泉旅游、保健理疗、建筑供暖、温室栽培、水产养殖及循环发电、工业干燥等方面，同时可带动旅游度假、环境保护、招商引资等相关产业的发展，地热资源具有良好的利用价值及广阔的市场需求，必将带来显著的生态环保型效益经济。
本文通过分析研究地热系统成热、控热模式，揭示了太湖汤湾温泉的赋存条件和主控因素，为地方政府充分利用和合理开发汤湾地热资源提供了科学依据。
2.自然地理概况
汤湾温泉隶属安徽省太湖县汤泉乡汤湾村，地处花亭湖风景区之北滨，因拥有“华东第一泉”汤湾温泉而设立乡镇，水陆交通便利。研究区地貌类型属构造侵蚀剥蚀中低山区，北高南低，海拔高度400m～1000m，地形切割强烈，区内山峦叠嶂，山脊曲折绵延，山顶多呈尖园状，自然坡度一般为40°左右；地下水主要接受大气降水入渗补给，顺地势由高处向低处径流，“V”字形树枝状沟谷发育。
研究区气候温暖湿润，四季分明，雨量充沛，多年平均降水量1502.0mm，降雨主要集中在6月份～8月份，约占全年降水量的60%～70%，无霜期256天。
区内溪流发育，呈树枝状分布汇集到汤湾溪。主要河流为赵河，发源于太湖县与岳西县交界的葫芦尖，由北向南穿过研究区，最终注入花亭湖水库。
3.地质背景条件
区域上归属华南地层大区南秦岭—大别山地层区桐柏—大别山地层分区，区内出露地层为上太古界大别山群；境内岩浆岩弱发育，以变质变形侵入体为主，呈脉状分布；由于经过几次大的构造运动，地质构造比较复杂，复式褶皱和北东向断裂发育。
3.1地层
汤湾温泉主要出露桥岭组，区内呈单斜构造，地层走向总体呈NEE～SWW向，产状变化于170°～200°< 20°～40°；岩性为黑云斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩及云母斜长片麻岩；其间夹有黑云帘石斜长片麻岩、白云帘石角闪片麻岩、榴辉岩、榴石辉石岩等，上升热泉分布于该组的第四岩性段中。
3.2岩浆岩
区内岩浆岩不甚发育，以脉岩为主；通过野外地热资源水文地质专项调查，研究区出露了两个环状构造，岩性为燕山期混合花岗岩，推测其成因是深部岩浆上侵，属岩浆穹窿；汤湾温泉位于两个环形构造切点附近，其中正平移断层Fl与之沟通，深部的岩浆穹窿为温泉提供了热源。
脉岩多分布于Fl、F2断层附近，规模较小，走向以NE、NNE为主，少數为NW向。
3.3构造
区内构造活动强烈，分布多条断裂（图1），破碎带、构造岩发育。
（1）褶皱。水源地位于其林桥复式倒转向斜的次级褶皱佛图倒转背斜南翼，地层走向总体呈NEE～SWW向，产状较稳定。
（2）断层。F1正平移断层：展布于鸡子尖～塘湾一线，长度大于3km，总体走向20°～30°，倾向280°～300°，倾角70°～陡立。断层在平面上呈右形平移，遥感影像图上十分清晰；断层破碎带最宽处大于50m，一般为5m～10m，继承性较强烈。钻孔揭露断层破碎带岩性为断层角砾岩、硅化碎裂岩、园化角砾岩、角砾状糜棱岩及菱形构造透镜体，兼有石英二长岩、石英正长岩呈岩墙充填。破碎带旁侧见煌斑岩脉、石英脉，其走向以平行断层为主。
该断层具多期活动、切割较深的特点，早期以张性为主，有煌斑岩脉等充填，产生角砾岩；后有以压性为主的活动，产生糜棱岩、煌斑岩片理化；张性活动时被石英二长岩、石英正长岩充填，产生糜棱岩角砾岩化；后期以张剪性为主，产生平移运动，绿泥石化蚀变明显。
F2逆平移断层：展布于赵河～洪门一线，长度大于3km，总体走向20°～30°，倾向290°～315°，倾角77°～陡立。断层面往深部有向SE倾的趋势；断层在平面上显示右形平移。断层破碎带最宽达40m，一般为1m～2m。该断层具多期活动、切割较深的特点；早期以张性为主，后期以压、剪性为主。
F1、F2断层在晚期活动时产生了F3、F4两条次级断层，汤湾温泉群即出露于F3、F4两断层交会处的北侧。
F3正断层：呈NE—SW向展布，全长约500m，断层面倾向NW，倾角较陡，NW侧冲水，NE侧阻水。断层NE端与F1相交，SW端被F4所截，三条断裂配套发育。沿断层裂隙发育，有石英脉充填，并多处形成断层三角面。
F4逆断层：呈NW—SE向展布，全长约500m，倾向40°～50°，倾角65°～75°；沿断层有挤压破碎带，断层崖发育，断层NW端被F2所截。
（3）新构造运动。区内新构造运动主要表现为缓慢的间歇性升降运动，断裂活动主要是深大断裂的活化与发展，结果使老的隆起区继续隆起，凹陷区继续下沉；山区河流下切强烈和活跃，呈现出崇山峻岭、深涧峡谷的地貌形态。 汤湾温泉赋存于F1和F2两断层组成的扭裂破碎带中，受F1、F2及其派生断层F3、F4的控制，新构造运动频繁。破碎带内节理裂隙发育，呈网脉状分布，形成了良好的储水导热构造。其中F1具多期次活动、切割深的特点，晚期以张扭特征为主，并为地下水的深循环提供了通道和热源。
4.温泉出露特征
温泉水源地三面环山，西侧临河的马蹄形山间盆地，面积约0.3km2。盆地为由NE向SW递降的缓倾斜阶梯地形，大部分被第四系松散堆积层所覆盖。汤湾溪顺地形贯穿盆地，注入西测的赵河。其溪谷狭窄，切割较深，最深处达2.4m，为盆地内地表、地下水的主要排泄渠道。
温泉区地下热水的天然露头主要分布在盆地中部及汤湾溪的中下游一带，以上升温泉及温泉群的形式出露地表。温泉泉水均在梯田田坎及溪流SE岸人工垒石坝底部的垒石缝隙中流出。尤其是1号温泉以下，沿溪谷SE岸之垒石坝有多处温泉显示，各温泉泉口未见气泡及异味，但附近块石表面有白色薄膜，显示温泉硅华沉积特征；泉水清澈透明，各温泉的水温及流量见表1。
5.地温场特征
地温场等值线形态受F3断裂控制，呈不规则椭园形，其高值密集区长轴总体方向与F3展布基本一致，异常带分布在F3断层之NW侧。据此说明F3断层为一侧导水一侧阻水，其上盘发育的构造裂隙控制了地下热水的径流通道，据此确定了地热异常靶区。
剖面上浅部地温增温率较大，说明热储盖层隔热性较好；在地热异常中心垂向增温率较小，反映地下热水由深部向上运动速度较快。
区内出露的温泉方向性明显，呈窄条状分布，这些特征的差异性与深部地温场关系密切，温泉出露是热流高值区的具体表现。
6.热储特征
6.1热源
根据测温成果，盆地未发现有特殊的高热背景，属“温盆”地热背景，热源主要是盆地深部近北东断裂带的热对流和地壳深部岩体的热传导。
6.2导热构造
F1为正平移断层，是区内主干断裂，受多期次构造运动影响从而形成了切割较深、延伸较远具有一定规模的构造破碎带，且沿途切穿了赵河水系的干流及数条支流；带内节理裂隙发育，岩石破碎；长观资料显示地下热水水位年变化幅度控制在1m以内，且水温和化学组分基本稳定，但部分微量元素和特殊组分复杂，由此证明地下热水补给源较远，温泉与附近地表水水力联系较弱。构造裂隙水经过深循环缓慢迳流，不断得到热源加热和发生矿物质交替吸附作用。经测量，温泉总流量达1.432L/s，动态稳定，水温介于35℃～49℃；ZK01自流量1580t/d，热导率偏高，地温梯度平均为4.68℃/100m，水温常年稳定在为47.2℃；可见F1断层导热性能之良好，是区内主要导水控热断裂。
6.3热储层
F3断裂带内岩石极其破碎，构造裂隙发育，构造角砾岩溶蚀及水热蚀变作用强烈，α卡法沿F3断裂破碎带NW侧出现了明显地高值异常带，这充分说明了F3为本区带状储热构造，储水性能和富水性良好。当F1地热流体顺地势运移至F3张扭性断层后，在水动力作用下，沿该断层继续向低处运移，由于受F4阻水构造，运移的地热流体便沿裂隙向上运移，在地表以温泉形式排泄。
6.4热盖层
第四系全新统冲积层结构松散，封闭性和保温性差，但下伏基岩全风化层位稳定，一般厚5m～8m，最厚可达17.5m，呈土状，密实，是热储带的良好盖层；由于受新构造运动影响，局部地块盖层被破坏，从而使地下热水涌出地表，形成了天然温泉。
7.解析温泉成因
汤湾温泉区为一受区域主干断裂构造控制的小型带状低温热储，地下热水形成机理的概念模型如图2所示。地下热水的主要补给区位于研究区北东侧的鸡子尖，补给高程较远，充沛的大气降水通过F1断裂破碎带的两侧裂隙向下渗透，并顺破碎带有效空隙、孔道向SW及深部流动和循环，地壳深部隐伏的晚期混合花岗岩体所释放的热源不断地被冷水汲取；在缓慢径流过程中，冷水逐步得到加热和增温；优越的导水控热环境促使水-岩反应作用强烈，导致热水中可溶性SiO2及氡、镭、氟离子的含量不断富集。地下热水径流至汤湾与F3断裂复合处，随即转而进入F3断裂破碎带（热储带）做侧向缓慢径流及上升运动，因其上覆具有良好的保温盖层，使热水在热储构造带中不断储存和对流传热。地热流体长距离运移到南西侧遭遇F4阻水构造，但由于新构造运动将局部盖层破坏，地下热水便在压力差和密度差的作用下沿上盘张性裂隙向上聚集涌出地表，从而形成了今日汤湾温泉，汤湾温泉享有“温泉润聣脂，浴汤赛华清”之美譽。
8.结论
汤湾温泉为带状对流型热储，主要受断层构造、热储特征和地形地貌等多因素叠加控制，其中构造破碎带力学性质、规模、活动期次及其组合关系是形成热水的主控因素，而水—岩作用强度决定着区内地下热水的水文地球化学特征；通过对地下水深循环特点的深入解析，研究了该处温泉形成演化机理，对在相似地区开展地热资源勘查工作具有积极的指导意义。
参考文献：
[1]潘国林.安徽省地热资源特征及远景区划[J].中国地质灾害与防治学报， 2011， 22（02）： 130-134.
[2]吴海权，杨则东，等.安徽省地热资源分布特征及开发利用建议[J].地质学刊， 2016， 40（01）： 171-176.
[3]地大热能.安徽省地热（温泉）分布规律. 2015-11.
[4]蔺文静，刘志明，王婉丽，等.中国地热资源及其潜力评估[J].中国地质， 2013， 40（01）： 312-321.
[5]汪集旸，熊亮萍，庞忠和.中低温对流型地热系统[M].北京：北京科学出版社， 1993： 1-207.
关键词：太湖汤湾温泉；地温场和热储特征；成因及主控因素
1.引言
地热能是受国家重点保护的绿色可再生洁净新环保能源，开发潜力巨大。利用地热流体节能减排，实现低碳绿色发展，是地质环境保护和生态文明建设的重要内容之一，亦是促进经济提质增效升级的绝佳路径。地热资源可广泛应用于温泉旅游、保健理疗、建筑供暖、温室栽培、水产养殖及循环发电、工业干燥等方面，同时可带动旅游度假、环境保护、招商引资等相关产业的发展，地热资源具有良好的利用价值及广阔的市场需求，必将带来显著的生态环保型效益经济。
本文通过分析研究地热系统成热、控热模式，揭示了太湖汤湾温泉的赋存条件和主控因素，为地方政府充分利用和合理开发汤湾地热资源提供了科学依据。
2.自然地理概况
汤湾温泉隶属安徽省太湖县汤泉乡汤湾村，地处花亭湖风景区之北滨，因拥有“华东第一泉”汤湾温泉而设立乡镇，水陆交通便利。研究区地貌类型属构造侵蚀剥蚀中低山区，北高南低，海拔高度400m～1000m，地形切割强烈，区内山峦叠嶂，山脊曲折绵延，山顶多呈尖园状，自然坡度一般为40°左右；地下水主要接受大气降水入渗补给，顺地势由高处向低处径流，“V”字形树枝状沟谷发育。
研究区气候温暖湿润，四季分明，雨量充沛，多年平均降水量1502.0mm，降雨主要集中在6月份～8月份，约占全年降水量的60%～70%，无霜期256天。
区内溪流发育，呈树枝状分布汇集到汤湾溪。主要河流为赵河，发源于太湖县与岳西县交界的葫芦尖，由北向南穿过研究区，最终注入花亭湖水库。
3.地质背景条件
区域上归属华南地层大区南秦岭—大别山地层区桐柏—大别山地层分区，区内出露地层为上太古界大别山群；境内岩浆岩弱发育，以变质变形侵入体为主，呈脉状分布；由于经过几次大的构造运动，地质构造比较复杂，复式褶皱和北东向断裂发育。
3.1地层
汤湾温泉主要出露桥岭组，区内呈单斜构造，地层走向总体呈NEE～SWW向，产状变化于170°～200°< 20°～40°；岩性为黑云斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩及云母斜长片麻岩；其间夹有黑云帘石斜长片麻岩、白云帘石角闪片麻岩、榴辉岩、榴石辉石岩等，上升热泉分布于该组的第四岩性段中。
3.2岩浆岩
区内岩浆岩不甚发育，以脉岩为主；通过野外地热资源水文地质专项调查，研究区出露了两个环状构造，岩性为燕山期混合花岗岩，推测其成因是深部岩浆上侵，属岩浆穹窿；汤湾温泉位于两个环形构造切点附近，其中正平移断层Fl与之沟通，深部的岩浆穹窿为温泉提供了热源。
脉岩多分布于Fl、F2断层附近，规模较小，走向以NE、NNE为主，少數为NW向。
3.3构造
区内构造活动强烈，分布多条断裂（图1），破碎带、构造岩发育。
（1）褶皱。水源地位于其林桥复式倒转向斜的次级褶皱佛图倒转背斜南翼，地层走向总体呈NEE～SWW向，产状较稳定。
（2）断层。F1正平移断层：展布于鸡子尖～塘湾一线，长度大于3km，总体走向20°～30°，倾向280°～300°，倾角70°～陡立。断层在平面上呈右形平移，遥感影像图上十分清晰；断层破碎带最宽处大于50m，一般为5m～10m，继承性较强烈。钻孔揭露断层破碎带岩性为断层角砾岩、硅化碎裂岩、园化角砾岩、角砾状糜棱岩及菱形构造透镜体，兼有石英二长岩、石英正长岩呈岩墙充填。破碎带旁侧见煌斑岩脉、石英脉，其走向以平行断层为主。
该断层具多期活动、切割较深的特点，早期以张性为主，有煌斑岩脉等充填，产生角砾岩；后有以压性为主的活动，产生糜棱岩、煌斑岩片理化；张性活动时被石英二长岩、石英正长岩充填，产生糜棱岩角砾岩化；后期以张剪性为主，产生平移运动，绿泥石化蚀变明显。
F2逆平移断层：展布于赵河～洪门一线，长度大于3km，总体走向20°～30°，倾向290°～315°，倾角77°～陡立。断层面往深部有向SE倾的趋势；断层在平面上显示右形平移。断层破碎带最宽达40m，一般为1m～2m。该断层具多期活动、切割较深的特点；早期以张性为主，后期以压、剪性为主。
F1、F2断层在晚期活动时产生了F3、F4两条次级断层，汤湾温泉群即出露于F3、F4两断层交会处的北侧。
F3正断层：呈NE—SW向展布，全长约500m，断层面倾向NW，倾角较陡，NW侧冲水，NE侧阻水。断层NE端与F1相交，SW端被F4所截，三条断裂配套发育。沿断层裂隙发育，有石英脉充填，并多处形成断层三角面。
F4逆断层：呈NW—SE向展布，全长约500m，倾向40°～50°，倾角65°～75°；沿断层有挤压破碎带，断层崖发育，断层NW端被F2所截。
（3）新构造运动。区内新构造运动主要表现为缓慢的间歇性升降运动，断裂活动主要是深大断裂的活化与发展，结果使老的隆起区继续隆起，凹陷区继续下沉；山区河流下切强烈和活跃，呈现出崇山峻岭、深涧峡谷的地貌形态。 汤湾温泉赋存于F1和F2两断层组成的扭裂破碎带中，受F1、F2及其派生断层F3、F4的控制，新构造运动频繁。破碎带内节理裂隙发育，呈网脉状分布，形成了良好的储水导热构造。其中F1具多期次活动、切割深的特点，晚期以张扭特征为主，并为地下水的深循环提供了通道和热源。
4.温泉出露特征
温泉水源地三面环山，西侧临河的马蹄形山间盆地，面积约0.3km2。盆地为由NE向SW递降的缓倾斜阶梯地形，大部分被第四系松散堆积层所覆盖。汤湾溪顺地形贯穿盆地，注入西测的赵河。其溪谷狭窄，切割较深，最深处达2.4m，为盆地内地表、地下水的主要排泄渠道。
温泉区地下热水的天然露头主要分布在盆地中部及汤湾溪的中下游一带，以上升温泉及温泉群的形式出露地表。温泉泉水均在梯田田坎及溪流SE岸人工垒石坝底部的垒石缝隙中流出。尤其是1号温泉以下，沿溪谷SE岸之垒石坝有多处温泉显示，各温泉泉口未见气泡及异味，但附近块石表面有白色薄膜，显示温泉硅华沉积特征；泉水清澈透明，各温泉的水温及流量见表1。
5.地温场特征
地温场等值线形态受F3断裂控制，呈不规则椭园形，其高值密集区长轴总体方向与F3展布基本一致，异常带分布在F3断层之NW侧。据此说明F3断层为一侧导水一侧阻水，其上盘发育的构造裂隙控制了地下热水的径流通道，据此确定了地热异常靶区。
剖面上浅部地温增温率较大，说明热储盖层隔热性较好；在地热异常中心垂向增温率较小，反映地下热水由深部向上运动速度较快。
区内出露的温泉方向性明显，呈窄条状分布，这些特征的差异性与深部地温场关系密切，温泉出露是热流高值区的具体表现。
6.热储特征
6.1热源
根据测温成果，盆地未发现有特殊的高热背景，属“温盆”地热背景，热源主要是盆地深部近北东断裂带的热对流和地壳深部岩体的热传导。
6.2导热构造
F1为正平移断层，是区内主干断裂，受多期次构造运动影响从而形成了切割较深、延伸较远具有一定规模的构造破碎带，且沿途切穿了赵河水系的干流及数条支流；带内节理裂隙发育，岩石破碎；长观资料显示地下热水水位年变化幅度控制在1m以内，且水温和化学组分基本稳定，但部分微量元素和特殊组分复杂，由此证明地下热水补给源较远，温泉与附近地表水水力联系较弱。构造裂隙水经过深循环缓慢迳流，不断得到热源加热和发生矿物质交替吸附作用。经测量，温泉总流量达1.432L/s，动态稳定，水温介于35℃～49℃；ZK01自流量1580t/d，热导率偏高，地温梯度平均为4.68℃/100m，水温常年稳定在为47.2℃；可见F1断层导热性能之良好，是区内主要导水控热断裂。
6.3热储层
F3断裂带内岩石极其破碎，构造裂隙发育，构造角砾岩溶蚀及水热蚀变作用强烈，α卡法沿F3断裂破碎带NW侧出现了明显地高值异常带，这充分说明了F3为本区带状储热构造，储水性能和富水性良好。当F1地热流体顺地势运移至F3张扭性断层后，在水动力作用下，沿该断层继续向低处运移，由于受F4阻水构造，运移的地热流体便沿裂隙向上运移，在地表以温泉形式排泄。
6.4热盖层
第四系全新统冲积层结构松散，封闭性和保温性差，但下伏基岩全风化层位稳定，一般厚5m～8m，最厚可达17.5m，呈土状，密实，是热储带的良好盖层；由于受新构造运动影响，局部地块盖层被破坏，从而使地下热水涌出地表，形成了天然温泉。
7.解析温泉成因
汤湾温泉区为一受区域主干断裂构造控制的小型带状低温热储，地下热水形成机理的概念模型如图2所示。地下热水的主要补给区位于研究区北东侧的鸡子尖，补给高程较远，充沛的大气降水通过F1断裂破碎带的两侧裂隙向下渗透，并顺破碎带有效空隙、孔道向SW及深部流动和循环，地壳深部隐伏的晚期混合花岗岩体所释放的热源不断地被冷水汲取；在缓慢径流过程中，冷水逐步得到加热和增温；优越的导水控热环境促使水-岩反应作用强烈，导致热水中可溶性SiO2及氡、镭、氟离子的含量不断富集。地下热水径流至汤湾与F3断裂复合处，随即转而进入F3断裂破碎带（热储带）做侧向缓慢径流及上升运动，因其上覆具有良好的保温盖层，使热水在热储构造带中不断储存和对流传热。地热流体长距离运移到南西侧遭遇F4阻水构造，但由于新构造运动将局部盖层破坏，地下热水便在压力差和密度差的作用下沿上盘张性裂隙向上聚集涌出地表，从而形成了今日汤湾温泉，汤湾温泉享有“温泉润聣脂，浴汤赛华清”之美譽。
8.结论
汤湾温泉为带状对流型热储，主要受断层构造、热储特征和地形地貌等多因素叠加控制，其中构造破碎带力学性质、规模、活动期次及其组合关系是形成热水的主控因素，而水—岩作用强度决定着区内地下热水的水文地球化学特征；通过对地下水深循环特点的深入解析，研究了该处温泉形成演化机理，对在相似地区开展地热资源勘查工作具有积极的指导意义。
参考文献：
[1]潘国林.安徽省地热资源特征及远景区划[J].中国地质灾害与防治学报， 2011， 22（02）： 130-134.
[2]吴海权，杨则东，等.安徽省地热资源分布特征及开发利用建议[J].地质学刊， 2016， 40（01）： 171-176.
[3]地大热能.安徽省地热（温泉）分布规律. 2015-11.
[4]蔺文静，刘志明，王婉丽，等.中国地热资源及其潜力评估[J].中国地质， 2013， 40（01）： 312-321.
[5]汪集旸，熊亮萍，庞忠和.中低温对流型地热系统[M].北京：北京科学出版社， 1993： 1-207.