从化温泉水水质特征及来源探讨

从化温泉水水质特征及来源探讨

滨河温泉（又称六西河温泉）位于广东省从化市东北温泉市附近，距广州约75公里。中心区域为23.39n和113.38e，高度为45.52米。在明清两代已被利用,以其水质好、水温高和泉景奇特闻名于世。从化温泉是一种含氡及多种元素的苏打泉,水质晶莹,水温适宜,矿化度低,无色无味,被誉为岭南第一温泉。自1931年由岭南大学冼玉清的一篇介绍文章引起了世人关注,此后便开始了一定规模的开发利用。从化温泉区原有天然泉眼9处,总流量19.37L/s,水温40～63℃1,由于温泉天然流量无法满足用水需求,1961年开始在泉眼处围泉成井,或在泉眼附近打井抽水,开采量逐年增加。到1984年时,实际开采井有7眼,开采量达到1500m3/d,区内温泉全部断流1,温泉区的天然泉眼已全部为钻井取代。20世纪90年代中后期水位下降到地面以下16～20.3m,水温下降2.6～13℃。近几年来由于热水开采量有所减少,致使地下水位有所恢复。从化温泉的形成与演变逐渐引起人们的关注,前人先后对从化温泉热水进行了勘察和评价12,提出了合理开发利用与保护的建议。本文利用样品测试资料,同时结合前人资料,分析从化温泉热水的水化学和同位素特征,以及近30年来从化温泉水质的变化,探讨温泉的补给来源、滞留时间、热储温度等方面的问题。1游民宿科技型岩浆岩带从化温泉位于粤中坳陷带恩平—新丰断裂带的中段,在NE向的广(州)从(化)断裂北东段上盘、佛岗复式岩体的南东边缘③。如同广东省东部NE向的海丰—大埔断裂和东江断裂控制着温泉的分布一样,广从断裂对从化温泉的出露起着重要的控制作用。温泉区位于流溪河中上游温泉疗养院一带,面积约1.5km2。该区断裂构造发育,可分为EW向、NE向、NNW向及NW向四组断裂。EW向断裂形成最早,为一压性断裂,起到阻水作用;次为NE向断裂,属于广从断裂带,规模较大、切割较深,起到沟通深部热源的作用;之后生成的是NNW向、NW向断裂,与NE向断裂交错,沿断裂附近裂隙发育,是地下热矿水的富水地带和热异常区,多数温泉沿NW向断裂出露④(图1)。该区岩石主要为岩浆岩和第四系松散沉积物。岩浆岩为中生代燕山第三期中粒—中细粒斑状黑云母花岗岩、第四期细粒黑云母花岗岩和第五期花岗斑岩等,主要矿物成分有钾长石、斜长石、石英、黑云母等④;后期有辉绿岩、细晶岩、伟晶岩、石英斑岩、石英等岩脉穿插④。第四系冲洪积物为粘土质砂砾、砂质粘土、砂卵砾石及中粗砂等,主要组成河漫滩和一级阶地呈狭窄条带状分布于流溪河两岸,厚2～15m③。2热水的水化学类型本次(2005年8月)在广东从化温泉研究区内,在野外测定了4个钻井(其中GH1井位于温泉区东北约5km的上游地带)热矿水的物理参数,并采集水样进行水化学和同位素测试(表1)。热水的水温为50.7～64.9℃,属于中低温热水;热水pH值为6.8～8.3,呈偏碱性,因为随着温度的升高,中性pH值会降低;热水的矿化度(TDS)为275～317mg/L,属于低矿化水。4处热水的水化学成分比较接近(图2),阳离子以K+、Na+、Ca2+为主,阴离子以HCO-3为主,及少量Cl-、SO2−442-;水化学类型为HCO3-Na及HCO3-Na·Ca型;热水中偏硅酸、氟的含量较高,同时含有锂、锶、钡、硼酸等微量组分及放射性组分镭、氡等。值得注意的是,热水中的Mg2+含量很低,在GH1和GH4井中均未检出,而在GH2和GH3井中含量均小于0.2mg/L。在河北抚宁温泉堡温泉、河北赤城温泉、北京松山温泉等出露于花岗岩中的温泉也存在Mg2+含量很低的现象。其原因可以从以下3个方面来解释:①从化温泉区采集岩样的化学成分分析结果以SiO2为主(72.96%),其次为Al2O3(14.45%),MgO含量很低(0.19%);岩样易溶离子测试结果Mg2+为7.54μg/g,远远低于其它阳离子,可知热水中Mg2+的来源极为有限。②Mg2+易被植物吸收,因此在地下水系统中有可能损耗Mg2+。③在硅酸参与下,Mg2+可能与围岩中的矿物反应而被消耗。从20世纪70年代至90年代后期,从化温泉的水温稍有下降,下降幅度一般为3～5℃,个别井点达10℃左右,而水化学成分至今未发生明显变化。图3为根据1979年和2005年热水采样测试结果绘出的Durov图,可以看出,热水的水化学类型主要为HCO3-Na及HCO3-Na·Ca型。pH值稍有降低,K+、Na+、Cl-、游离CO2的含量有所降低,Ca2+、SO2−442-含量有所升高,HCO-3含量及TDS基本不变;同时,偏硅酸含量显著增加,增加幅度为31.3～17.6mg/L;氟略有降低,降幅为1.5～1.9mg/L。3gh4含氡量变化1969年前苏联学者Cherdyntsev提出了Ra-Rn法测年公式t=−1λRaln(1−NRaNRn)t=-1λRaln(1-ΝRaΝRn),其中λRa为226Ra的衰变常数(λRa=4.28×10-4a-1),NRa、NRn分别为226Ra、222Rn含量(Bq/L)。利用上述公式计算4个热水点的年龄(表2),发现GH4的年龄明显大于其余3处,其镭含量较高,而氡含量相对较低。20世纪80年代的资料显示,GH4附近为高氡中心,且有冬季高夏季低的现象,温泉区含氡量为148～444Bq/L⑤。此次测试结果显示,所有采样点的含氡量较80年代均有显著降低,原因在于热水的大量开采导致地下水位大幅度降低,含氡量也随之降低,在其它地区的地热井中也发现了类似的现象。GH4的含氡量之所以大大低于其它各点,很可能是由于受河水入侵的影响——GH4位于流溪河边(图1),且在80年代进行抽水实验时,就发现GH4的含氡量随抽水时间的延长而显著降低⑤。因此,可以认为GH4的年龄与其余各点相当,由此推断,热水循环时间较短,只要合理开采,可实现热水的可持续利用。4大气降水线方程1961年,Craig提出大气降水中的D与18O的含量呈线性关系,即全球大气降水线方程δD=8δ18O+10,此后,分别得出了各地区的降水线方程,不同的学者所得的结果略有差异。因此,如果热水中D与18O也符合这一关系,说明热水的补给来源是大气降水。由于从化温泉距离广州市很近(市北75km),本文中采用广州的大气降水线方程。从图4可以看出,4个热水井的D和18O数据点均位于降水线附近,未见明显18O漂移,可以推断从化温泉的热水起源于大气降水。5na-k-mg三角常用的地热温标有离子温标、SiO2温标和同位素温标。1988年Giggenbach首先提出了Na-K-Mg三角图的方法来计算地热温标,并利用该图判断热水是否适合Na-K-Mg离子温标。从化温泉热水中Mg2+含量很低,其中GH2、GH3号水点小于0.2mg/L,GH1、GH4号水点未检出;假设GH2、GH3号点Mg2+含量为0.1mg/L,GH1、GH4号点为0.01mg/L,可得Na-K-Mg三角图如图5所示。可以看出,GH1、GH4号水点位于部分平衡水区,而GH2、GH3号水点属于不成熟水,可知Mg2+含量对离子温标影响很大,不适用该温标。现用SiO2温标来计算热储温度。热水的pH<8.5,不需要进行SiO2校正。已知玉髓温标适合于中低温地下热储温度的计算,根据玉髓温标所得的热储温度(82.14～93.52℃)比较接近井口实测温度(50.7～64.9℃)(表3),现有热水井的深度在147～261m之间⑥,若加大钻孔深度,有望达到玉髓温标计算的温度。6采样点热水化学成分从化温泉位于广从断裂带北东段,温泉区内共发育EW向、NE向、NNW向及NW向4组断裂。广从断裂对温泉的形成有着重要的控制作用,而NW向断裂控制着温泉区泉眼的具体出露位置,是分布和出露于燕山第三期、第四期和第五期花岗岩的温泉,属于断裂-深循环型地下热水,其具体循环模式有待深入研究。热水的水温为50.7～64.9℃,属于中低温热水;pH值为6.8～8.3,偏碱性;TDS为275～317mg/L,属于低矿化水。在4个热水井采集的热水的水化学成分比较接近,阳离子以K+、Na+、Ca2+为主,阴离子以HCO-3为主,属于HCO3-Na及HCO3-Na·Ca型水。热水中偏硅酸、氟的含量较高,同时含有锂、锶、钡、硼酸等微量组分及放射性组分镭、氡,其中以偏硅酸和氡含量高为其显著特点。各采样点热水的Ra-Rn年龄接近,为3～14a。由D和18O含量与大气降水线的关系,判断热水起源于大气降水。根据玉髓温标计算的热储温度为82.14～93.52℃。大气降水渗入地