池春廣

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧沈陽110006）

桓仁大川溫泉地質結構分析

池春廣

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧沈陽110006）

本文根據溫泉的形成原因，分析了桓仁大川溫泉區(qū)的地質條件，包括地層巖性、地質構造及水文地質條件。通過物探及鉆探等勘察手段，根據溫泉出露現狀對溫泉區(qū)進行地熱異常帶及地溫測量，估測熱源深度，分析地下水深循環(huán)和熱流通道。

溫泉；地質構造

1 概述

桓仁大川溫泉位于遼寧省本溪市桓仁縣黑溝鄉(xiāng)大川村，地理坐標為東經125°15＇42″，北緯41°24＇34″，距桓仁縣城17公里。區(qū)域上屬溫帶大陸性季風氣候，冬季嚴寒，其中一月份氣溫最低，最低溫度-29.1℃，月平均氣溫-14.4℃；夏季溫熱多雨，其中七月份氣溫最高，最高溫度33.9℃，月平均氣溫22.3℃。年平均降雨量800-1000m m，雨量多集中在7-8月份。常年主導風向夏季為南風，冬季為西北風，四季冷暖干濕分明。

2 地質條件

2.1 區(qū)域地質

桓仁大川溫泉區(qū)位于遼寧省東北部，為長白山脈的南延部分，山體走向N E，多為侵蝕斷褶低山地形，山頂多呈尖頂狀，溝谷垂直切割較深，海拔一般為500～800m。大地構造單元為四級構造單元桓仁凸起，位于太子河～渾江臺陷的東部，西以八河川斷裂與遼陽—本溪凹陷相隔，向東延入吉林省內，北以二戶來—拐磨子斷裂與龍崗斷凸分界。二戶來—拐磨子斷裂，走向約為N E 70°，傾向SE，傾角近直立，長約34km，溫泉區(qū)附近蓋縣組地層逆沖于果松組之上，斷谷地貌清楚，斷層兩側地層強烈擠壓破碎。

該溫泉即位于本構造單元的北側，緊鄰二戶來—拐磨子斷裂。

2.2 基本地質條件

溫泉區(qū)位于一個呈N W向展布的溝谷內，谷底寬200～600m，兩側山體陡峻，多為尖頂狀，一般山頂高程500m左右，最大山頂高程827.70m，相對高差200～500m，屬中等切割中低山地形，山上植被發(fā)育。溝谷內發(fā)育地表水系哈達河，系渾江支流，年流量變化較大，冬季河水結冰，流量較小。

區(qū)內出露地層較簡單，主要有太古代早期混合花崗巖（Mr1）、下元古界遼河群大石橋組（P t1d）、侏羅系上統(tǒng)果松組（J3g）及第四系沖洪積砂礫石層（Q4）。其中太古代早期混合花崗巖（Mr1）為本區(qū)古老的基底巖性，埋深約820m；侏羅系上統(tǒng)果松組（J3g）為一套中酸性火山碎屑巖系，厚度約4785m。

通過多次物探及鉆探成果，結合區(qū)域地質成果，本區(qū)地質構造圖見圖1。

圖1 溫泉區(qū)地質構造圖（1∶2萬）

從圖1可以看出，本區(qū)共分布7條斷層，其中以F 1及F 6斷層為主要控制構造，形成本區(qū)構造框架，尤其是F 1斷層作為兩個地質構造單元的分界，規(guī)模較大，切割深度大，其它斷層則均為該兩斷層的次一級構造或羽狀剪裂帶。

F 1斷層，即二戶來—拐磨子斷裂，破碎帶電性影響寬度為25～30m，切割深度達到85m以上，異常走向為N E 62°，傾向SE，傾角較陡。

F 6斷層，其破碎帶電性影響寬度為15～20m，切割深度達到85m以上，其異常走向為近似南北向，傾向東，傾角近直立。

3 溫泉現狀

3.1 溫泉水出露特征

本區(qū)熱水已知出露的有三處。一處是直接涌出地表的魚種場熱水池，此處鉆孔深121.42m，在鉆進至15m處開始孔口涌水，涌水量194.4m3/d，水溫量測37℃，終孔后涌水量382m3/d；一處是直接涌出地表的大川榆樹湯池熱水，自流量約為30m3/ d；另一處分布于高臺頭饅頭山東側耕地中（未涌出地表），據當地居民介紹曾挖灌溉井時挖出熱水，現已埋上，于該處附近布置鉆孔，孔深1436m，出水量240m3/d，水溫量測26℃。

這三處熱水出露點均分布于哈達河右岸一級階地上，基本上沿N W295°方向展布，間距1km左右，地面高程388.0～398.7m，與河床相對高差2～3m。熱水出露寬度約10m。

3.2 地熱異常帶分布

經多次采用熱紅外測溫技術對魚種場至饅頭山進行了地表淺部溫度測量，共發(fā)現有三個熱異常帶。

第一個熱異常帶分布于魚種場及其東南、北西方向，由三個不連續(xù)的熱異常帶組成，帶內等溫曲線變化規(guī)律性較強，無大的跳躍，特別是零線附近相當穩(wěn)定，溫度峰值相對較高。

第二個熱異常帶即大川堡子南榆樹湯池熱水點，該異常帶峰值較高，等溫曲線變化較穩(wěn)定，規(guī)律性較明顯，異常點主要集中在北西與北東向兩組斷裂（F 4、F 5）的交會部位，以湯池熱水泉為中心，北西向形成帶狀，寬約30m左右。

第三個熱異常帶分布于饅頭山以東耕地內，沿北西向呈孤立的點狀熱異常出現，峰值不高，范圍較小。

4 地溫測量

對所布置的兩個鉆孔均進行了地溫測量，結合鉆孔成果，溫泉井及1436m勘探井地溫曲線見圖2。

圖2 溫泉井及1436m勘探井地溫曲線

從圖2可以看出，魚種場鉆孔（溫泉井）自60m以下溫度開始下降，一直降到24.4℃基本穩(wěn)定，可以斷定該處熱水來自水平通道，通道埋深約60m左右；1436m勘探井800m以內地溫梯度為0.45℃/100m，800m以下地溫梯度有明顯增大，為1.5℃/100m，對其進行線性回歸，可得到以下線性回歸公式：

式中：T—地溫（℃）；h—深度（m）；相關系數r=0.99。

按此公式推算，當深度達到5000m時，地溫溫度接近100℃，但縱觀其地溫梯度在深度上的變化，結合實際地質條件（變質巖地區(qū)集聚變質熱能），也可推測自1400m以下地溫梯度有增大趨勢，即熱源分布于地下2000～3000m范圍內。

5 綜合分析

5.1 形成原因

溫泉的形成一般可分為兩種，第一種是地殼內部的巖漿作用所形成，多發(fā)生在火山巖地區(qū)；第二種是地表水滲透循環(huán)作用所形成，即大氣降水至地表向下滲透，通過構造形成深循環(huán)，受下方的地熱加熱成為熱水。其產生必須具備以下五個條件：1）熱源；2）水源；3）地下水循環(huán)；4）儲集層；5）靜水壓力差。

本溫泉區(qū)大地構造單元屬桓仁凸起，自第四紀以來火山活動基本停止，一直處于上升階段，至使古老基底變質巖系廣泛出露，雖本區(qū)經歷了侏羅紀時活躍的火山運動，但多為蓋層沉積，故可以斷定本溫泉區(qū)地下熱源并非活動的或殘留的巖漿，而古老的變質巖往往集聚熱能，尤其是在地下深處，通過對1436m探測井所實測地溫結果表明，自地下800m進入太古代混合花崗巖開始地溫梯度明顯增加，可以推測本區(qū)地下熱源即為古老混合花崗巖所集聚的熱能，熱源深度推測為地下2000～3000m。

分布于本區(qū)北側的F 1斷層即二戶來—拐磨子斷裂，為四級構造單元的分界線，逆沖于北部侏羅系果松組之上，北部侏羅系果松組屬紅廟子盆地建造，厚度約4785m，可以斷定該構造的切割深度是相當大的，另侏羅系果松組地層是良好的地下水儲集場所，為本區(qū)地下水發(fā)生深循環(huán)創(chuàng)造了有利的條件。

分布于本區(qū)東側的F 6斷層，走向為南北向，根據地層結構分布，可初步斷定其為平移張性斷層，其中下盤為下元古界大石橋組地層，據1436m探測井鉆探成果，該層厚度805m，未見規(guī)模較大的溶洞即地下水通道，只是于地層淺部發(fā)育規(guī)模較小的溶蝕孔洞，可以斷定本層不具備規(guī)模較大的地下水儲集條件及運移條件；上盤大部分為侏羅系果松組地層，僅北部一小部分為下元古界大石橋組地層，該兩地層為不整合接觸，接觸帶巖體一般較破碎，儲水能力較強，距離斷層較近部位則與斷層共同可形成較好的垂直通道。

5.2 地下水循環(huán)分析

根據本區(qū)溫泉產生的原因，結合地貌特征、巖性特征及構造特征，按N W300°方向進行剖面，本區(qū)地下水及熱水循環(huán)剖面示意圖見圖3。

從圖3可以看出，侏羅系果松地層做為良好的儲水介質，通過F 1斷層進行深循環(huán)，被地下熱源加熱成熱水后，向上四處漫溢，在到達F 6斷層及果松組與大石橋組接觸帶附近時，與向下循環(huán)的冷水相遇，形成靜水壓力差，熱水沿F 6斷層及果松組與大石橋組接觸帶不斷上涌，進入上部淺逕流帶（通過對溫泉井的地溫測量結果可知，本區(qū)淺部逕流帶埋深約為60m），沿逕流通道漫延，通過逕流通道的垂直補給通道涌出地表。

圖3 本區(qū)地下水及熱水循環(huán)剖面示意圖

6 結語

通過對溫泉區(qū)地質結構的分析研究，基本上可以確定溫泉的形成原因、涌出通道及熱源深度。這對溫泉的有效合理開發(fā)利用做到有的放矢，對周圍環(huán)境的保護及減少投資等起到指導作用。

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池春廣（1977年—），男，高級工程師。