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摘要：车村-下汤断裂带是鲁山县百里温泉形成的主要控热构
造。从地热形成特点出发：车村-下汤断裂带应由北部的车村-下汤断层、南部的二郎庙-汤温庙断层及其以东的糜棱岩带和两大断层之间的强破碎带组成，它是一条长期活动的深大断裂带，新构造期仍有活动。文章认为，百里温泉高氟、高偏硅酸主要来源于岩浆中的氟与硅，百里温泉的出露主要受断层交汇破碎带和水压力控制。
关键词：百里温泉车村-下汤断裂带热源热储地热流体鲁山
1 概况
河南省鲁山县百里温泉位于鲁山县城西约10km以西的外方山和伏牛山之间的沙河河谷两侧，其在约30km距离内等间距的出露于上汤、中汤与温汤庙、下汤和碱场（图1）等地。除温汤庙温泉以单一泉出露外，其余均呈泉群出露，共计有19个泉眼。实测其总自流量为180.62m3/h，泉水温度26～62℃，水化学类型为HCO3·SO4-Na型，PH值7.8～9.04，矿化度0.36～0.57g/L，氟含量15～24.85mg/L，偏硅酸含量为52～97.5mg/L，属氟、偏硅酸医疗热矿水。因此，研究鲁山县百里温泉地热资源的成因具有一定的理论和实践意义。
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图1河南省鲁山县五大温泉出露条件示意图
2 关于车村-下汤断裂认识问题
鲁山县百里温泉出露于车村-下汤断裂带内部，地热资源形成与温泉出露严格受车村-下汤断裂带控制，两者之间具有密切的联系，这是地热地质工作者的共同认识。虽然对车村-下汤断裂有较多的研究，但也存在不同认识，断裂带边界确定和新构造活动研究不足。1978年，原河南省地质研究所出版的《河南省基岩地质图及说明书》将车村-下汤断裂称为“车村-鲁山大断裂”，与栾川-明港-固始深断裂并列。1989年出版的《河南地质志》，将车村-下汤断裂归并于栾川-明港-固始深断裂带内，其共同点均认为是深大断裂。上述研究为我们提供了断裂形成时间、规模、切割深度、活动强度、活动性质等资料和证据，但未涉及断裂范围或边界以及新构造期断裂活动特点与证据等。
3 关于热源问题
“热源”是地热资源形成的基础，是地热资源潜力分析和评价的依据。传统地热理论认为：地热资源形成的“热源”主要有地幔热、岩浆岩余热和放射性元素衰变放热等。
据了解，关于鲁山县百里温泉地热资源形成的“热源”至今未做过专门勘查与研究工作，也很少对其进行过较详细的探讨。“鲁山幅1：20万《区域水文地质普查报告》”（1983年）曾对百里温泉地热资源形成的“热源”进行过专门分析，该报告认为，百里温泉热源有两种可能性：其一是地下水通过断裂和剖面“X”节理通过深循环，受地壳本身加热而形成地下热（矿）水；其二，受酸性侵入岩的余热和放射性矿物的蜕变放热作用而形成的热（矿）水。前者为地热增温型，后者为岩浆余热+放射性热型。除上述两者外，热源也可能属于二者兼而有之。有专家认为，古近系以前的岩浆岩，由于形成时间达千万年以上，其余热已释放殆尽，故对地热资源形成的可能性很小。从1975年地质力学研究所黄尚瑶等在上、中、下汤进行的水化学分析也证实，温泉水含有一定量的“U”和“Ra”等放射性元素，但值得怀疑的是除卢氏、栾川、商城和百里温泉外，其它花岗岩分布区为什么未形成温泉或地热田，这一现象除地质构造影响外，很可能与热源有关。因此，放射性蜕变放热对百里温泉地热资源的形成不是主要的。
4 关于热储问题
《地热资源勘查规范》对热储的定义是：“指埋藏于地下，具有一定有效空隙度和渗透性的地质建造（地层、岩体或构造带），其中储存有一定的地热流体可供地热开发生产。”热储可分为层状热储与带状热储两种类型。
地热理论认为，地热田可分为沉积盆地型和隆起山地型两种类型。前者分布于构造盆地之中，根据地层埋藏深度、形成时代，热储呈多层状结构特征，以面状分布为主，为深度热传导供热，地温随深度而增加，常具有明显的地温梯度，属地热增温型地热类型；后者分布于隆起山地之中，温泉多出露于山地负地形之中，严格受地质构造控制，热储以带状为主，根据对流型断裂深循环地热形成特征，温泉是隆起山地型地热资源的主要显示方式。
鲁山县百里温泉地热田属隆起山地型地热田，它分布于车村-下汤断裂带内部，其热储展布特征、水热对流与储存、温泉出露等，严格受车村-下汤深大断裂控制，以南、北两大断层为边界，热储总体上呈近东西向带状展布。1997年，“鲁山县五大温泉地热资源普查”中，曾用K-Na地球化学温标计算五大温泉热储温度为92.64～181℃，采用热水初焓和SiO2终焓图解法求取的热储温度为157～220℃；冷水混入份额可达71.5～83.5%。很显然，上述计算的热储温度与泉水温度有一定的差异，如果计算的温度有一定可信度的话，计算的热储温度不是浅部的热储温度，很可能是深部断裂深循环带内的热储温度。由此，认为：百里温泉热储可以分为“深部热储”和“浅部热储”两种类型，不认识这一特征，就不可能正确计算、评价地热资源。
上述等等均说明，百里温泉具有复杂的热储结构特征，它可能有深部热储和浅部热储两种类型。我们主张将断裂深循环带划为深部热储，其热储温度可能接近地球化学温标计算或作图求得的热储温度值，它是高温热水循环、储存带和浅部热储供热带，热储的形成主要受车村-下汤断裂带南、北两大断层所控制。浅部热储主要分布于断裂带内部，受断裂带北东北西向展布的控制，它是深循环地热水上涌，在浅部与基岩裂隙地下水混合、运移、储存空间，热储热源主要来自深循环地热水释放的热量，也可称水热增温型热储。它是一个开放的热储，增温、保温能力差。凉水的混入份额主要决定于深循环地热水的水头压力和凉、热水的数量比例。从碱场86m深井水温变凉的实例，浅层热储超量开采，水头压力降低可增加凉水混入量，对其实施回灌补源可能是一种错误的措施。上述也说明，浅部热储由于地质构造的复杂性和有效裂隙发育的不均一性，引起地热流体和温度变化的复杂性及不均一性，为地热资源计算与评价增加了难度。因此，百里温泉地热资源如何计算与评价是值得今后勘查研究的关键问题。
5 关于百里温泉地热流体起源与形成年龄问题
地热专家一致认为：无论沉积盆地型地热田，还是隆起山地型地热田，其地热流体均来自大气降水补给。不同位置、不同层位的地热流体，其补给位置和补给高程是不同的，因此，勘查研究百里温泉地热流体的补给位置与高程，对地热资源计算与评价是有参考价值的。根据百里温泉所处的区域地形地貌、地质构造特征，以及百里温泉水化学从西到东的变化特征，我们认为百里温泉地热流体的补给位置很可能位于温泉群西部的木札岭-石人山一带或其以西地区。因此，建议在百里温泉勘查研究中，首先在上述地区建立雨水采样站，分季、分年度采取雨水样品，进行δD、δ18O稳定同位素分析，建立当地大气降雨线。然后在百里温泉范围内采取温泉水样、浅层地下水样和河水样进行稳定同位素分析，建立大气降水与温泉地热水δD-δ18O关系线和计算方程，以便确定百里温泉地热流体的补给位置和补给高程。
地热流体的形成年龄可以帮助研究地热流体补给速度和补给距离等问题，是地热流体补给强度和更新速度的指标。地热流体形成年龄常用放射性同位素测定予以确定。目前，有近十种放射性同位素测定方法来研究地下水和地热流体的形成年龄，但最常用的方法有3H和14C两种地热流体形成年龄放射性研究方法。故建议在今后百里温泉地热资源勘查研究中，加强这方面的测试与研究，为地热资源的计算与评价提供更为科学的依据。
6 关于百里温泉溢出形成问题
温泉是地热资源在地表的直接显示，温泉溢出形成严格受断裂构造控制。断裂构造破碎带一方面为地热流体或地下水补给、径流和储存提供了有效空间和通道条件；另一方面，断层面、压性断层、挤压片理化带以及泥质充填或蚀变矿物充填堵塞，具有隔水、阻水径流运移的性能。当地热流体或地下水在径流运移过程中遇到隔水或阻水构造，或者遇到上覆压力较小的强破碎带，在水头压力作用下，上升成泉溢出地表，这是温泉和一般上升泉的形成特征。另外，上述阻水构造还可能具有阻热、隔热作用。下汤原浴池院内有2个人工开挖的泉坑，呈南北向分布，两个泉坑相距2m左右，深2m左右，北泉坑水温22℃，南泉坑水温61℃，温差39℃。在2003年热2井的三次降深抽水过程中，南泉坑水被疏干，北泉坑水位仅下降17cm。据1997年调查，在下汤泉域东部见一宽仅1m的挤压片理化带，呈东西向延伸，按方向推断，大致位于两泉坑之间。由其说明，挤压片理化带或压性断层不仅有隔水阻水作用，还有隔热、阻热的效应。
据1997年鲁山五大温泉浅部物探成果表明：各温泉出露区均有两条以上不同方向断层在温泉出露附近交接。不同方向断层交接部位应该是岩石或地层最破碎、构造风化裂隙最发育的部位，上覆盖层极薄或上覆压力小，而百里温泉地热流体在原始条件下都具有较大的水头压力，在水头压力作用下，沿断裂破碎带上升成泉，应该是一种必然的自然现象。
我们认为：车村-下汤断裂带北部的车村-下汤边界断层和南部的二郎庙-温汤庙边界断层以及东部的糜棱岩带均具有切割深、延伸远的特点，它对深部热源供给和断裂深循环地热流体的形成起着主导控制作用；而南北两大断层之间的北西、北东向小断层是在两大边界断层历次活动局部应力场条件下形成的，大部未穿过两大边界断层，虽然发育密度较大，但具有切割深度小的特点。它是断裂深循环地热流体在浅部的储存带或储存空间，也是基岩裂隙凉水补给、运移储存和混合的空间。
深循环地热流体沿北部边界大断层破碎带向东运移，遇北东向小断层后向南西运移，至中汤众断层收敛或交汇部位在水头压力作用下，溢出成泉。据调查，北东65°走向的小断层具压性特征，也见一条走向355°近直立的压性小断层，它们对地热流体向东径流可能起到阻隔作用，也成为泉水溢出的条件之一；温汤庙温泉出露于断裂带南部边界糜棱岩化带与北西向蛾沟断层交汇处，糜棱岩带虽属强应变带，构造节理虽然发育，但以压性为主，可能是温汤庙泉流量小的主要原因；下汤温泉北距北部边界断层3100m，北西向杨庄断层是断裂带内规模较大的一条断层，沿断层多处见有不连续的硅化岩脉，该断层从下汤泉域西部通过，7个泉眼呈近东西向分布，北部为近东西向挤压带，下汤温泉的出露与分布明显受这两条断层控制，其地热流体主要来源于北部边界断层的深循环地热流体；碱场温泉出露于北东、北西向断层交汇部位，地热流体主要来自南部边界断层的深循环地热流体，最早施工的86m深井由53℃热水变成不能应用的凉水，也可能说明地热流体从南部边界断层经与之相接的北东向断层而进入碱场一带的。
河南省鲁山县天然出露的温泉无论在泉眼数量，还是温度以及总自流量在全省来说都是无以伦比的。2012年11月22日，鲁山县被国土资源部正式命名为“中国温泉之乡”。这对鲁山县的知名度和经济建设非常有利。
参考文献：
[1]吕志涛，罗文金，陈少茹，张莉.河南省五大温泉成因研究及综合开发利用规划[J].地下水，2006(04).
[2]金秉福，张云吉，栾光忠.胶东半岛温泉的地热特征[J].西安工程学院学报，2000(01).
[3]杨现国.河南汝州、鲁山地下热水形成条件分析[J].中国煤田地质，1999(02).
造。从地热形成特点出发：车村-下汤断裂带应由北部的车村-下汤断层、南部的二郎庙-汤温庙断层及其以东的糜棱岩带和两大断层之间的强破碎带组成，它是一条长期活动的深大断裂带，新构造期仍有活动。文章认为，百里温泉高氟、高偏硅酸主要来源于岩浆中的氟与硅，百里温泉的出露主要受断层交汇破碎带和水压力控制。
关键词：百里温泉车村-下汤断裂带热源热储地热流体鲁山
1 概况
河南省鲁山县百里温泉位于鲁山县城西约10km以西的外方山和伏牛山之间的沙河河谷两侧，其在约30km距离内等间距的出露于上汤、中汤与温汤庙、下汤和碱场（图1）等地。除温汤庙温泉以单一泉出露外，其余均呈泉群出露，共计有19个泉眼。实测其总自流量为180.62m3/h，泉水温度26～62℃，水化学类型为HCO3·SO4-Na型，PH值7.8～9.04，矿化度0.36～0.57g/L，氟含量15～24.85mg/L，偏硅酸含量为52～97.5mg/L，属氟、偏硅酸医疗热矿水。因此，研究鲁山县百里温泉地热资源的成因具有一定的理论和实践意义。
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图1河南省鲁山县五大温泉出露条件示意图
2 关于车村-下汤断裂认识问题
鲁山县百里温泉出露于车村-下汤断裂带内部，地热资源形成与温泉出露严格受车村-下汤断裂带控制，两者之间具有密切的联系，这是地热地质工作者的共同认识。虽然对车村-下汤断裂有较多的研究，但也存在不同认识，断裂带边界确定和新构造活动研究不足。1978年，原河南省地质研究所出版的《河南省基岩地质图及说明书》将车村-下汤断裂称为“车村-鲁山大断裂”，与栾川-明港-固始深断裂并列。1989年出版的《河南地质志》，将车村-下汤断裂归并于栾川-明港-固始深断裂带内，其共同点均认为是深大断裂。上述研究为我们提供了断裂形成时间、规模、切割深度、活动强度、活动性质等资料和证据，但未涉及断裂范围或边界以及新构造期断裂活动特点与证据等。
3 关于热源问题
“热源”是地热资源形成的基础，是地热资源潜力分析和评价的依据。传统地热理论认为：地热资源形成的“热源”主要有地幔热、岩浆岩余热和放射性元素衰变放热等。
据了解，关于鲁山县百里温泉地热资源形成的“热源”至今未做过专门勘查与研究工作，也很少对其进行过较详细的探讨。“鲁山幅1：20万《区域水文地质普查报告》”（1983年）曾对百里温泉地热资源形成的“热源”进行过专门分析，该报告认为，百里温泉热源有两种可能性：其一是地下水通过断裂和剖面“X”节理通过深循环，受地壳本身加热而形成地下热（矿）水；其二，受酸性侵入岩的余热和放射性矿物的蜕变放热作用而形成的热（矿）水。前者为地热增温型，后者为岩浆余热+放射性热型。除上述两者外，热源也可能属于二者兼而有之。有专家认为，古近系以前的岩浆岩，由于形成时间达千万年以上，其余热已释放殆尽，故对地热资源形成的可能性很小。从1975年地质力学研究所黄尚瑶等在上、中、下汤进行的水化学分析也证实，温泉水含有一定量的“U”和“Ra”等放射性元素，但值得怀疑的是除卢氏、栾川、商城和百里温泉外，其它花岗岩分布区为什么未形成温泉或地热田，这一现象除地质构造影响外，很可能与热源有关。因此，放射性蜕变放热对百里温泉地热资源的形成不是主要的。
4 关于热储问题
《地热资源勘查规范》对热储的定义是：“指埋藏于地下，具有一定有效空隙度和渗透性的地质建造（地层、岩体或构造带），其中储存有一定的地热流体可供地热开发生产。”热储可分为层状热储与带状热储两种类型。
地热理论认为，地热田可分为沉积盆地型和隆起山地型两种类型。前者分布于构造盆地之中，根据地层埋藏深度、形成时代，热储呈多层状结构特征，以面状分布为主，为深度热传导供热，地温随深度而增加，常具有明显的地温梯度，属地热增温型地热类型；后者分布于隆起山地之中，温泉多出露于山地负地形之中，严格受地质构造控制，热储以带状为主，根据对流型断裂深循环地热形成特征，温泉是隆起山地型地热资源的主要显示方式。
鲁山县百里温泉地热田属隆起山地型地热田，它分布于车村-下汤断裂带内部，其热储展布特征、水热对流与储存、温泉出露等，严格受车村-下汤深大断裂控制，以南、北两大断层为边界，热储总体上呈近东西向带状展布。1997年，“鲁山县五大温泉地热资源普查”中，曾用K-Na地球化学温标计算五大温泉热储温度为92.64～181℃，采用热水初焓和SiO2终焓图解法求取的热储温度为157～220℃；冷水混入份额可达71.5～83.5%。很显然，上述计算的热储温度与泉水温度有一定的差异，如果计算的温度有一定可信度的话，计算的热储温度不是浅部的热储温度，很可能是深部断裂深循环带内的热储温度。由此，认为：百里温泉热储可以分为“深部热储”和“浅部热储”两种类型，不认识这一特征，就不可能正确计算、评价地热资源。
上述等等均说明，百里温泉具有复杂的热储结构特征，它可能有深部热储和浅部热储两种类型。我们主张将断裂深循环带划为深部热储，其热储温度可能接近地球化学温标计算或作图求得的热储温度值，它是高温热水循环、储存带和浅部热储供热带，热储的形成主要受车村-下汤断裂带南、北两大断层所控制。浅部热储主要分布于断裂带内部，受断裂带北东北西向展布的控制，它是深循环地热水上涌，在浅部与基岩裂隙地下水混合、运移、储存空间，热储热源主要来自深循环地热水释放的热量，也可称水热增温型热储。它是一个开放的热储，增温、保温能力差。凉水的混入份额主要决定于深循环地热水的水头压力和凉、热水的数量比例。从碱场86m深井水温变凉的实例，浅层热储超量开采，水头压力降低可增加凉水混入量，对其实施回灌补源可能是一种错误的措施。上述也说明，浅部热储由于地质构造的复杂性和有效裂隙发育的不均一性，引起地热流体和温度变化的复杂性及不均一性，为地热资源计算与评价增加了难度。因此，百里温泉地热资源如何计算与评价是值得今后勘查研究的关键问题。
5 关于百里温泉地热流体起源与形成年龄问题
地热专家一致认为：无论沉积盆地型地热田，还是隆起山地型地热田，其地热流体均来自大气降水补给。不同位置、不同层位的地热流体，其补给位置和补给高程是不同的，因此，勘查研究百里温泉地热流体的补给位置与高程，对地热资源计算与评价是有参考价值的。根据百里温泉所处的区域地形地貌、地质构造特征，以及百里温泉水化学从西到东的变化特征，我们认为百里温泉地热流体的补给位置很可能位于温泉群西部的木札岭-石人山一带或其以西地区。因此，建议在百里温泉勘查研究中，首先在上述地区建立雨水采样站，分季、分年度采取雨水样品，进行δD、δ18O稳定同位素分析，建立当地大气降雨线。然后在百里温泉范围内采取温泉水样、浅层地下水样和河水样进行稳定同位素分析，建立大气降水与温泉地热水δD-δ18O关系线和计算方程，以便确定百里温泉地热流体的补给位置和补给高程。
地热流体的形成年龄可以帮助研究地热流体补给速度和补给距离等问题，是地热流体补给强度和更新速度的指标。地热流体形成年龄常用放射性同位素测定予以确定。目前，有近十种放射性同位素测定方法来研究地下水和地热流体的形成年龄，但最常用的方法有3H和14C两种地热流体形成年龄放射性研究方法。故建议在今后百里温泉地热资源勘查研究中，加强这方面的测试与研究，为地热资源的计算与评价提供更为科学的依据。
6 关于百里温泉溢出形成问题
温泉是地热资源在地表的直接显示，温泉溢出形成严格受断裂构造控制。断裂构造破碎带一方面为地热流体或地下水补给、径流和储存提供了有效空间和通道条件；另一方面，断层面、压性断层、挤压片理化带以及泥质充填或蚀变矿物充填堵塞，具有隔水、阻水径流运移的性能。当地热流体或地下水在径流运移过程中遇到隔水或阻水构造，或者遇到上覆压力较小的强破碎带，在水头压力作用下，上升成泉溢出地表，这是温泉和一般上升泉的形成特征。另外，上述阻水构造还可能具有阻热、隔热作用。下汤原浴池院内有2个人工开挖的泉坑，呈南北向分布，两个泉坑相距2m左右，深2m左右，北泉坑水温22℃，南泉坑水温61℃，温差39℃。在2003年热2井的三次降深抽水过程中，南泉坑水被疏干，北泉坑水位仅下降17cm。据1997年调查，在下汤泉域东部见一宽仅1m的挤压片理化带，呈东西向延伸，按方向推断，大致位于两泉坑之间。由其说明，挤压片理化带或压性断层不仅有隔水阻水作用，还有隔热、阻热的效应。
据1997年鲁山五大温泉浅部物探成果表明：各温泉出露区均有两条以上不同方向断层在温泉出露附近交接。不同方向断层交接部位应该是岩石或地层最破碎、构造风化裂隙最发育的部位，上覆盖层极薄或上覆压力小，而百里温泉地热流体在原始条件下都具有较大的水头压力，在水头压力作用下，沿断裂破碎带上升成泉，应该是一种必然的自然现象。
我们认为：车村-下汤断裂带北部的车村-下汤边界断层和南部的二郎庙-温汤庙边界断层以及东部的糜棱岩带均具有切割深、延伸远的特点，它对深部热源供给和断裂深循环地热流体的形成起着主导控制作用；而南北两大断层之间的北西、北东向小断层是在两大边界断层历次活动局部应力场条件下形成的，大部未穿过两大边界断层，虽然发育密度较大，但具有切割深度小的特点。它是断裂深循环地热流体在浅部的储存带或储存空间，也是基岩裂隙凉水补给、运移储存和混合的空间。
深循环地热流体沿北部边界大断层破碎带向东运移，遇北东向小断层后向南西运移，至中汤众断层收敛或交汇部位在水头压力作用下，溢出成泉。据调查，北东65°走向的小断层具压性特征，也见一条走向355°近直立的压性小断层，它们对地热流体向东径流可能起到阻隔作用，也成为泉水溢出的条件之一；温汤庙温泉出露于断裂带南部边界糜棱岩化带与北西向蛾沟断层交汇处，糜棱岩带虽属强应变带，构造节理虽然发育，但以压性为主，可能是温汤庙泉流量小的主要原因；下汤温泉北距北部边界断层3100m，北西向杨庄断层是断裂带内规模较大的一条断层，沿断层多处见有不连续的硅化岩脉，该断层从下汤泉域西部通过，7个泉眼呈近东西向分布，北部为近东西向挤压带，下汤温泉的出露与分布明显受这两条断层控制，其地热流体主要来源于北部边界断层的深循环地热流体；碱场温泉出露于北东、北西向断层交汇部位，地热流体主要来自南部边界断层的深循环地热流体，最早施工的86m深井由53℃热水变成不能应用的凉水，也可能说明地热流体从南部边界断层经与之相接的北东向断层而进入碱场一带的。
河南省鲁山县天然出露的温泉无论在泉眼数量，还是温度以及总自流量在全省来说都是无以伦比的。2012年11月22日，鲁山县被国土资源部正式命名为“中国温泉之乡”。这对鲁山县的知名度和经济建设非常有利。
参考文献：
[1]吕志涛，罗文金，陈少茹，张莉.河南省五大温泉成因研究及综合开发利用规划[J].地下水，2006(04).
[2]金秉福，张云吉，栾光忠.胶东半岛温泉的地热特征[J].西安工程学院学报，2000(01).
[3]杨现国.河南汝州、鲁山地下热水形成条件分析[J].中国煤田地质，1999(02).