趙 敏，肖 江，皮 景

(1.湖南科技大學，湖南 湘潭 411201；2.湖南省地質礦產勘查開發(fā)局四〇二隊，湖南 長沙 410004)

湖南省是地下熱水資源較豐富的地區(qū)，境內地質構造復雜，斷裂發(fā)育，巖漿活動強烈，為形成較豐富的地熱資源創(chuàng)造了有利條件。湖南省地下熱水主要賦存于巖溶裂隙層狀含水層及花崗巖構造破碎帶脈狀含水層中[1]。據(jù)已有研究成果可知[2-4]，全省共有116處地下熱水單元，地下熱水以低溫地熱資源為主，占總數(shù)的98.3%，中溫熱水資源僅占1.7%。全省平均水溫為35.75℃，最低為25℃，最高為98℃。

地下熱水中含有豐富的微量元素，特別是含有大量對人體有益的微量元素，當某一種元素的含量達到飲用天然礦泉水標準時，本文稱之為地熱型飲用天然礦泉水，簡稱熱礦泉水。一般來說，熱礦泉水作為特殊類型的地下水，包含兩方面的含義：第一是指在當前經(jīng)濟技術條件下可供開發(fā)利用的，出露地表溫度高于25℃以上的地下熱水；第二是指其含有某些特殊化學組分或氣體成分，具有較高總礦化度的礦水。熱礦泉水既具有地下熱水資源的全部屬性，又具有礦泉水資源的全部屬性，是一種難得的復合型資源，因此，可以同時作為地下熱水和礦泉水開發(fā)，具有雙重開發(fā)利用價值。

1 研究區(qū)地質概況

1.1 地層

湖南省境內自元古宙至新生界各時代地層發(fā)育齊全，出露完整。地層巖石組合及分布范圍由老至新如下：冷家溪群、板溪群、震旦系、寒武系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系和第四系。沉積類型有海相、陸相、海陸交互項、冰川沉積相。

1.2 地質構造

根據(jù)《中國區(qū)域地質志·湖南志》，湖南省可劃分為湘北斷褶帶、粵湘贛早古生代沉降帶、云開沉降帶、雪峰構造帶、湘桂早古生代陸緣沉降帶和洞庭盆地6個三級構造單元。湘北斷褶帶包括石門-桑植復向斜和沅潭褶沖帶；粵湘贛早古生代沉降帶處在炎陵-汝城沖斷褶隆帶之上；云開沉降帶屬于寧遠-桂陽坳褶帶；雪峰構造帶涉及武陵斷彎褶皺帶、沅麻盆地、雪峰沖斷帶和湘東北斷褶帶；湘桂早古生代陸緣沉降帶為邵陽坳褶帶和醴陵斷壟帶。

省內深大斷裂主要有NE-NNE向深大斷裂和NW向深大斷裂。其中NE-NNE向深大斷裂主要有慈利-保靖斷裂、晨溪-懷化斷裂、溆浦-靖州斷裂、通道-江口斷裂、城步-新化斷裂、公田-灰湯-新寧斷裂、連云山-衡陽-零陵斷裂、川口-雙牌斷裂、茶陵-郴州斷裂、桂東-汝城斷裂。該組深大斷裂的主要活動時期大多為中生代，部分斷裂如慈利-保靖斷裂、溆浦-靖州斷裂及城步-新化斷裂等在新元古代和加里東期有重要活動。NW向深大斷裂由北東向和北西向主干斷裂組成的網(wǎng)狀斷裂系統(tǒng)是中生代最為醒目的構造變形圖像，其中常德-安仁斷裂和郴州-邵陽2條北西向深大斷裂具有重要的構造意義。

1.3 巖漿巖

湖南省火山巖不發(fā)育，零星出露于雪峰山以東地區(qū)。中酸性侵入巖比較發(fā)育，出露大于0.1 km2巖體有193個，總面積17 457 km2，占湖南省巖漿巖侵入巖面積的95%，其他的侵入巖體雖多，但總面積小，侵入時代自中元古代至中生代晚白堊世，巖性以花崗巖為主。

2 熱礦泉水分布特征

湖南省內熱礦泉水資源豐富，種類齊全，水質良好，是我國礦泉水資源大省。其中含有豐富的微量元素，特別是含有大量對人體有益的微量元素。我省礦泉水按用途分為醫(yī)療礦泉水和飲用礦泉水兩大類。根據(jù)《湖南省地下熱水資源》[5]，目前，湖南省熱礦泉水其中符合《食品安全國家標準飲用天然礦泉水》(GB8537-2018)的指標元素且未超過限量指標元素的達標熱礦泉水有39處可作為天然飲用礦泉水。

2.1 行政區(qū)域分布特征

湖南省熱礦泉水分布廣泛，但相對集中，主要分布在湘西北、湘東和湘東南三大區(qū)域。

符合天然飲用熱礦泉水總共39處，在全省14個市州中，分別分布在長沙市、郴州市、常德市、邵陽市、衡陽市、張家界市、株洲市、永州市、湘西土家苗族自治州9市州中。從熱礦泉水數(shù)量來看，郴州市最多，共16處，占熱礦泉水總數(shù)的41.03%，主要分布在郴州市區(qū)、宜章縣、永興縣、汝城縣等；張家界市8處，占熱礦泉水總數(shù)的20.51%，主要分布在慈利縣和桑植縣；長沙市4處，占熱礦泉水總數(shù)的10.26%，主要分布在長沙市區(qū)；湘西土家苗族自治州3處，衡陽市3處，分別占熱礦泉水總數(shù)的7.69%；常德市2處，占熱礦泉水總數(shù)的5.13%；株洲市、邵陽市、永州市各1處，分別占熱礦泉水總數(shù)的2.56%，見圖1。

圖1 熱礦泉水在各州市分布占比圖

2.2 構造單元分布特征

除洞庭盆地無熱礦泉水分布外，符合天然飲用礦泉水標準的 39處熱礦泉水單元在其余構造單元均有分布，其中粵湘贛早古生代沉降帶熱礦泉水點最多，有12處，占總點數(shù)的30.77%；其次為湘北斷褶帶，有10處，占總點數(shù)的25.64%；雪峰構造帶和云開沉降帶各有7處，分別占總點數(shù)的17.95%；湘桂早古生代陸緣沉降帶分布最少，有3處，占總點數(shù)的7.69%。如圖2。

圖2 熱礦泉水在各構造單元分布占比

湖南省熱礦泉水主要與區(qū)域斷裂構造帶有密切關系。深大斷裂不僅是將地球內熱向上轉移再分配的通道，還控制著熱礦泉水的活動區(qū)范圍。如圖3，石門-古丈-新晃北東向斷裂帶以北為熱礦泉水強烈活動區(qū)，熱礦泉水遍布全區(qū)，該斷裂帶以南則為熱礦泉水活動微弱區(qū)。斷裂的交匯部位巖石比較破碎，有利于熱礦泉水的富集，沿多條近平行斷裂組成的斷裂帶也是熱礦泉水的富集地帶，而華夏陸塊斷裂較發(fā)育，熱礦泉水分布也較多。另外，褶皺構造的核部或翼部也為熱礦泉水的富集帶。

圖3 湖南省飲用型熱礦泉水分布圖

3 熱礦泉水水化學特征

3.1 熱礦泉水水化學類型

地下熱水的水化學特征是巖土體中的礦物成分與地下流水相互作用的結果，它主要取決于地熱水徑流過程中接觸的圍巖成分、水文地質條件及氧化還原條件等外界因素[6]。本次研究對39處熱礦泉水單元數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，省內39處熱礦泉水屬于中低溫水，最高溫度為53.6℃，最低溫度為25℃，平均溫度為36.86℃。發(fā)現(xiàn)湖南省39處熱礦泉水絕大部分屬于中-弱堿性，pH最大值為9.1，最小值為6.8，平均值為7.58，主要集中在7.0～9.0。全省39處熱礦泉水大部分為淡水，TDS最大值為1 014.8 mg/L，最小值為203.39 mg/L，平均值為478.32 mg/L。而TDS越高，說明熱礦泉水在徑流溶濾過程中，徑流途徑相對較長，接觸到不同種類的巖層多，同時與圍巖的萃取也不充分[7]。

湖南省39處熱礦泉水單元富含多種元素，其中陽離子主要有K+(0.09～5.73 mg/L)、Na+(0.32～75.95 mg/L)、Ca2+(12.3～199.2 mg/L)、Mg2+(4.4～56.52 mg/L)，陰離子以Cl-(0.18～7.44 mg/L)、SO42-(11.6～391.33 mg/L)、HCO3-(71.8～398.09 mg/L)為主。根據(jù)39處水質分析資料統(tǒng)計，全省熱礦泉水除未見氯化物型外，重碳酸型熱礦泉水為主要水化學類型，其余水化學類型多樣，共計有11種，其中以HCO3-Ca·Mg型、HCO3-Ca型、HCO3-SO4-Ca·Mg型和SO4·HCO3-Ca·Mg型居多。Piper三線圖(見圖4)上：陽離子三角圖上熱礦泉水單元大多落于左下角，陰離子三角圖上熱礦泉水單元大多落于左中下角，在菱形圖中熱礦泉水單元大多處于5區(qū)，說明其水化學類型確實大多為重碳酸型。

圖4 湖南省熱礦泉水piper三線圖

3.2 熱礦泉水類型特征

湖南省39處熱礦泉水類型可分為單一型和復合型兩種類型，共39處。

單一型是指單元素達標熱礦泉水。全省共有26處，占熱礦泉水總數(shù)的66.67%，其中以鍶型熱礦泉水為主，有17處，其次為偏硅酸型熱礦泉水，有7處，鋅型熱礦泉水最少，只有2處。

復合型是指多元素達標熱礦泉水。湖南省39處熱礦泉水單元有三元素達標1類，雙元素達標2類，共計13處，占熱礦泉水總數(shù)的33.33%。其中三元素復合型有溶解性總固體鍶偏硅酸型熱礦泉水1處；雙元素復合型有鍶偏硅酸型熱礦泉水10處，鍶鋰型熱礦泉水2處。具體見表1。

表1 熱礦泉水類型統(tǒng)計表

3.3 熱礦泉水分類成礦特征

成礦元素是指達到天然飲用礦泉水命名要求的元素。湖南省39處熱礦泉水單元中成礦元素為偏硅酸、鍶、鋰、鋅和溶解性總固體(TDS)，受成礦作用影響，形成了相應的天然熱礦泉水。具體見表2。

表2 湖南省天然飲用熱礦泉水特征表

3.3.1 Sr型熱礦泉水

大多分布于湘北斷褶帶和粵湘贛沉降帶。富Sr的熱礦泉水的水化學類型主要為HCO3-Ca·Mg和HCO3-Ca，說明重碳酸型熱礦泉水較有利于Sr2+的富集，但Sr2+的含量卻普遍偏低，平均含量1.03 mg/L，這是由于水中的Ca2+對Sr2+的遷移產生影響造成的。在地下水與周圍介質作用時，Sr2+就會伴隨著Ca2+從富Ca或者富K的巖石中被釋放出來，或者由于陽離子吸附交替作用，使Ca2+與Sr2+被解析而從高分散顆粒(如黏土)表面轉入水中，但當?shù)叵滤蠧a2+濃度達到飽和而發(fā)生沉淀時，Sr2+常置換Ca2+發(fā)生共沉淀，這樣會導致一部分溶解到水中的Sr2+又發(fā)生了沉淀，造成了HCO3-Ca礦泉水中Sr2+的含量普遍偏低。

富Sr的熱礦泉水水化學類型為HCO3-SO4-Ca·Mg的分布雖不如前兩者廣泛，但Sr2+的含量較高，這是水中SO42-對Sr2+行為的影響造成的。而熱礦泉水中主要陰離子與Sr2+含量的分析表明：SO42-與Sr2+有明顯的正相關關系，可見SO42-對Sr2+有重要的控制作用。

3.3.2 偏硅酸型熱礦泉水

在雪峰構造帶分布較多。偏硅酸型熱礦泉水水化學類型較為復雜，多為重碳酸型，其中主要為HCO3-Na·Ca和HCO3-Na，且H2SiO3平均含量較高，可見HCO3-Na·Ca和HCO3-Na型熱礦泉水有利于H2SiO3的富集。

礦泉水中偏硅酸的含量不僅與圍巖中SiO2的多少有關，還與組成巖石的礦物成分的穩(wěn)定程度有關，礦物的分解越強，SiO2越易轉入水中。全省碳酸鹽巖中偏硅酸型熱礦泉水的分布數(shù)量最多，從巖性來看，并不具備偏硅酸水的形成條件，但作為含水介質富水性較好的碳酸鹽巖，其圍巖大多為高SiO2含量的花崗巖或碎屑巖等，物質來源較為豐富，熱礦泉水在深循環(huán)對流過程中，不僅獲得熱能，而且溶濾圍巖SiO2的能力相對比冷水更加強烈，從而形成眾多的偏硅酸型熱礦泉水。

3.3.3 Li型熱礦泉水

這2處Li型熱礦泉水主要分布在雪峰構造帶，且達標元素還有Sr，因此，屬于鋰和鍶的復合型熱礦泉水。水化學類型為SO4-Ca和SO4·HCO3-Na·Ca。

3.3.4 Zn型熱礦泉水

Zn型熱礦泉水僅有2處，分別分布在云開晚古生代沉降帶和湘北斷褶帶。水化學類型為HCO3-Ca·Mg。

3.3.5 TDS型熱礦泉水

TDS型熱礦泉水只有1處，分布在粵湘贛沉降帶，同時，它還滿足鍶型、偏硅酸型礦泉水的元素含量條件，因此，屬于溶解性總固體鍶偏硅酸型熱礦泉水。水化學類型為SO4·HCO3-Ca·Mg。

4 結語

(1)全省符合天然飲用礦泉水標準的39處熱礦泉水單元主要分布在湘西北、湘東和湘東南。在全省14省個市州中，9個市州均有分布。按照構造單元的分布特征，表現(xiàn)為粵湘贛沉降帶最多，其次為湘北斷褶帶，再次為雪峰構造帶和云開沉降帶，湘桂陸緣沉降帶分布最少。

(2)全省熱礦泉水屬于中低溫水，pH值主要集中在7.0～9.0，絕大部分屬于中-弱堿性，且大部分熱礦泉水均為淡水。

(3)熱礦泉水化學類型主要為重碳酸型，其中以HCO3-Ca·Mg型、HCO3-Ca型、HCO3-SO4-Ca·Mg型和SO4·HCO3-Ca·Mg型居多。主要熱礦泉水類型分為單一型和復合型，單一型有鍶型、偏硅酸型和鋅型，其中鍶型熱礦泉水數(shù)量最多，偏硅酸型熱礦泉水次之，鋅型熱礦泉數(shù)量最少；復合型有鍶鋰復合型、鍶偏硅酸復合型以及溶解性總固體鍶偏硅酸復合型，其中鍶偏硅酸型熱礦泉水數(shù)量最多。