【文章內(nèi)容簡介】 5鐳（g/L）101110111011鐳水氡（Bq/L）3745130氡水某些地下熱水可利用為飲用天然礦泉水。飲用天然礦泉水最主要的特征標(biāo)志是其必須含有有益于人體健康的氣體組分、化學(xué)組分或微量元素；而其含量又必須在一定限度之內(nèi)；并且微生物指標(biāo)、毒理指標(biāo)、污染指標(biāo)、放射性指標(biāo)和感官性狀特征（包括色、嗅、味、透明度及肉眼可見物等）必須符合國際有關(guān)組織規(guī)定的飲用水水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，也必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)局于1988年頒布的飲用天然礦泉水國家標(biāo)準(zhǔn)（表4）。 表4飲用天然礦泉水限量指標(biāo)(據(jù)(GB853787)項目指標(biāo)(mg/L)鋰≥鍶≥鋅≥溴≥1碘≥偏硅酸≥25硒≥游離二氧化碳≥250礦化度≥1000附注:凡符合表中各項指標(biāo)之一者，可稱為天然礦泉水, mg/L，范圍和偏硅酸含量在2530 mg/L范圍，各自都必須具有水溫在20℃以上或水的同位素年齡在10年以上的附加條件，方可稱為飲用天然礦泉水。表5 某些元素和組分的限量指標(biāo)項目指標(biāo)(mg/L)項目指標(biāo)(mg/L)鋰5汞鍶5銀碘1硼(以HBO3計)30鋅5硒銅1砷鋇5氟化物(以F計)鎘耗氧量(O2計)3鉻（vi）硝酸鹽(NO3計)45鉛鐳226放射性（Bq/L）我國地質(zhì)前輩章鴻釗先生1936年編寫的《中國溫泉輯要》一書中記載，忻州市內(nèi)的偏關(guān)、定襄、靜樂、五臺、保德、河曲等縣在歷史上曾有多處溫泉自然露頭，首當(dāng)其名的是定襄縣的湯頭，因村邊有溫泉名“湯”，位于龍頭山之首為“頭”，故名曰“湯頭”。由此可見，古人利用地下熱水的歷史已經(jīng)非常悠久。忻州市地下熱水集中分布于忻定盆地的滹沱河斷陷盆地中，基底為古老變質(zhì)巖系，蓋層為新生代松散層。盆地的基底發(fā)育不對稱階梯狀斷裂，五臺山前一帶下降最深。盆地內(nèi)居里等溫面埋深較淺，屬大地?zé)崃髌邊^(qū)。地下熱水補給來源為大氣降水，是沿基底斷裂經(jīng)深循環(huán)形成的異常增溫型地下熱水。地下熱水主要出露于恒山和云中山前基底隆起地帶。熱水儲集層為第四紀(jì)砂礫石層和基巖分化殼，水溫和水化學(xué)成分取決于循環(huán)深度和水文地球化學(xué)條件。溫度是作為能源開發(fā)首要的物理性指標(biāo)，它的高低標(biāo)志著它載熱能力的大小，從而決定了其開發(fā)利用的方式和經(jīng)濟效益。古代是以利用天然露頭的地下熱水——溫泉為主要形式，由于地下熱水在深循環(huán)中與環(huán)境介質(zhì)長期互相作用，使其攜帶了多種特殊氣體和微量元素，當(dāng)達到一定含量并具有醫(yī)療價值時稱之為醫(yī)療熱礦水。當(dāng)其中的氣體、化學(xué)組成、微量元素對人體健康有益并符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)時，還可以作為飲用天然礦泉水開發(fā)利用。同時其中往往含有某些特殊的氣體，化學(xué)組分和微量元素，當(dāng)其達到一定含量，并具有醫(yī)療效果時，即稱之為醫(yī)療礦水，具有醫(yī)療價值；若其中含有氣體、化學(xué)組分或有益于于人體健康的微量元素達到一定含量，其它指標(biāo)均符合飲用水水質(zhì)要求時，還可作為飲用天然礦泉水開發(fā)，具有保健價值；當(dāng)其化學(xué)組分或微量元素達到工業(yè)品位時，即為工業(yè)礦水（鹵水），可作為礦產(chǎn)資源開發(fā)。除此之外，地下熱水出露區(qū)，大多風(fēng)景秀麗，環(huán)境宜人，是旅游療養(yǎng)的佳地，是寶貴的景觀資源。因此說，地下熱水具有多種利用價值，開發(fā)利用具有重要的經(jīng)濟意義。這樣，研究地下熱水，對地下熱水的形成條件及其特征有全面的認(rèn)識和了解，指導(dǎo)人類開發(fā)、利用地下熱水，發(fā)揮其經(jīng)濟效益，具有重要的意義。忻州市的地下熱水資源分布較廣且比較豐富。忻州市的地下熱水屬低溫地?zé)豳Y源的溫?zé)崴蜏厮?。忻州市目前已開發(fā)利用的有原平市、忻府區(qū)、定襄縣的地下熱水的天然和人工露頭達6處。具有能源或醫(yī)療等價值的地下熱水主要有忻府區(qū)的奇村、頓村、逯家莊村、盧野村共4處，原平市的大營1處，定襄縣的上湯頭1處。此外，忻定盆地水溫在30℃左右的零星熱水井尚有多處，也具有一定的利用價值。已初步探明，1012千卡，106T；1012千卡；可開采地下熱水資源量為13064 m3/d（477萬m3/a），現(xiàn)有熱水開采井31眼，其中承壓熱水井26眼，潛層熱水井5眼。其中奇村有地?zé)崴?2眼， 萬m3；逯家莊有地?zé)崴?眼，；盧野有地?zé)崴?眼，；頓村有地?zé)崴?眼，；湯頭有地?zé)崴?眼，；大營有地?zé)崴?眼，主要用于洗浴、采暖。忻州市地下熱水區(qū)分布圖（2013年）忻州市目前發(fā)現(xiàn)的六個地?zé)釁^(qū)均處忻定盆地，區(qū)內(nèi)地層在地貌分布上有一定規(guī)律：太古界和元古界變質(zhì)巖、火成巖及古生界沉積巖分布于基巖山區(qū)，并構(gòu)成盆地基底。新生界沉積物分布于黃土丘陵區(qū)和盆地平原。從地下熱水形成的地質(zhì)背景的角度，可將地層的巖性劃分為五大類：巖漿巖類、變質(zhì)巖類、碳酸鹽巖類、碎屑巖類和松散巖類。 ⑴.巖漿巖類巖石大部分在前震蕩系基底巖系中，在蓋層中分布規(guī)模不大。巖漿巖性較為復(fù)雜，超基性巖、基性巖、中性巖、中酸性巖、酸性巖、堿性巖及偏堿性巖均有發(fā)育。從成因來分，有侵入巖、也有噴出巖，火山巖也有大面積分布。從中新太古代（五臺期）、元古代（呂梁期）以及晚古生代（燕山期）、新生代（喜馬拉雅期）均有不同類型巖漿巖形成，其中以五臺期、呂梁期、燕山期最為活躍。⑵.變質(zhì)巖類主要由下太古界、上太古界一套中深度變質(zhì)巖系為主，包括下元古界淺變質(zhì)巖系。巖性由淺粒巖、黑云母斜長片麻巖、斜長角閃巖以及板巖、千枚巖、磁鐵石英巖組成。⑶.碳酸鹽巖類由石灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r以及硅質(zhì)灰?guī)r、大理巖等組成。⑷.碎屑巖類在長城系至白堊系均有分布，以石炭系、二疊系和三疊系為主，巖性以底礫巖、長石石英砂巖、粘土巖以及頁巖等。⑸.松散巖類主要由新生界的上第三系和第四系所組成，巖性主要由礫石、砂礫石、亞粘土、亞砂土以及粘土、黃土和古土壤層組成。根據(jù)變質(zhì)作用的物理、化學(xué)條件變化、以及構(gòu)造變動、變質(zhì)作用的疊加、巖漿活動、同位素年齡值的差異，將變質(zhì)巖系分為三個主要變質(zhì)期。前五臺期變質(zhì)巖主要出現(xiàn)在云中山的阜平超群，其巖性為變粒巖、片麻巖、斜長角閃巖等。五臺期變質(zhì)作用是由深部熱流上升而引起中深部中—低溫的變質(zhì)作用，主要影響山區(qū)的上太古界，即五臺山、恒山、云中山等的五臺超群。呂梁期變質(zhì)巖，主要出現(xiàn)于五臺山區(qū)的滹沱河群、黑茶山群等。其變質(zhì)程度較淺，僅達板巖、千枚巖。碳酸鹽巖類巖石從元古界的硅質(zhì)灰?guī)r、白云巖以及大理巖，到古生界寒武系、奧陶系、石炭系的灰?guī)r、白云巖、白云巖灰?guī)r、厚層純灰?guī)r等均有出露。分布在云中山等地區(qū)。上元古界長城系，薊縣系碳酸鹽巖類，主要是白云巖，其中含有藻類化石，可認(rèn)為是原生白云巖。古生界寒武系，奧陶系均形成淺海相沉積環(huán)境，隨著海水深淺的變化，形成二個大的沉積旋回，表現(xiàn)在巖性特征上，寒武系下統(tǒng)以砂巖，砂礫巖、往上為白云質(zhì)頁巖或泥質(zhì)白云質(zhì)至泥灰?guī)r，中統(tǒng)之中、上部均為灰?guī)r和白云巖。碎屑巖類巖石從元古界、古生界、中生界以至新生界均有發(fā)育。從巖石的化學(xué)成分分特征來看，自前寒武系以來，地層由老到新SiO2含量在逐漸減少。地?zé)釁^(qū)地層由老到新依次為：太古界五臺群（A）：深變質(zhì)片麻巖系，主要包括花崗片麻巖、混合巖，并有花崗巖、偉晶巖和石英巖脈侵入，見于云中山、金山、銀山等地和盆地深部。元古界滹沱群（H）：主要為白云巖、石英巖、變質(zhì)沙巖、千枚巖和大理巖，分布于滹沱河以北，盆地以東山區(qū)。寒武系、奧陶系（∈～O）：主要分布于云中山、系舟山、陰山、嵬山等地，巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r和頁巖等。下更新統(tǒng)（Q1）：平原下部以湖相堆積為主。此外，洪積和坡積成因沉積物在盆地邊緣呈帶狀分布，巖性為棕紅色亞粘土、淺黃色亞沙土及中粗沙、砂礫石層，厚50～70m。中更新統(tǒng)（Q2）：盆地邊緣可分兩層，上部為棕紅色亞粘土，含鈣質(zhì)結(jié)核和褐色古土壤，厚20～50m，見于丘陵山坡、黃土沖溝側(cè)壁。下部為洪積、坡積的棕紅色亞粘土、淺黃色亞沙土以及中粗砂、砂礫層，厚50～70m。盆地中，以沖積層為主，厚50～100m，為粉質(zhì)亞粘土、亞砂土夾砂及砂礫石層。上更新統(tǒng)（Q3）：分布于丘陵、山坡等盆地邊緣地帶，為風(fēng)成黃土及洪積、坡積次生黃土，厚5～20m。平原區(qū)以洪積為主，為灰黃色亞沙土，亞粘土夾薄層砂及砂礫石。全新統(tǒng)（Q4）：主要分布于現(xiàn)代河床、河漫灘、洪積傾斜平原及盆地邊緣沖溝底部，厚度不大于20m，以洪積為主，在河床及河漫灘以沖積物為主，巖性為砂礫石和各種砂層。地質(zhì)構(gòu)造特征地?zé)釄龅姆植紶顩r，受地層巖性和構(gòu)造條件的控制，下面將地質(zhì)構(gòu)造特征分兩部分論述：深部地質(zhì)構(gòu)造是指地殼及地幔的圈層結(jié)構(gòu)，物質(zhì)組成，各圈層的厚度，展布與變化和殼、幔的隆起，坳陷以及深大斷裂。根據(jù)大地電磁測探，地殼—上地幔，可分為五個電性層。在中地殼和上地幔都存在著高導(dǎo)層。中地殼在盆地與兩側(cè)山區(qū)變化較大。盆地內(nèi)與鄰區(qū)殼內(nèi)高導(dǎo)層的厚度及埋深沿盆地地殼斷面的橫向變化較大。在盆地內(nèi)殼內(nèi)高導(dǎo)層埋深較大，向兩側(cè)山區(qū)，厚度逐漸變薄及至消失。根據(jù)地震波資料，結(jié)合鉆井資料對山西新生界時代分析，忻定盆地斷陷開始時代晚于運城、雁北，斷陷盆地之下的莫霍面為相對隆起，該隆起呈長條狀，為北北東向，大體表現(xiàn)為西陡東緩。莫霍面整體向西傾斜，在中部有一北北東向的微弱隆起帶，位于中部斷陷盆地地帶（包括忻定盆地一帶）。根據(jù)山西境內(nèi)居里等溫面埋深等值線圖（據(jù)王西文），忻定盆地埋深在全省最淺，最淺處18km。而在東西兩側(cè)山區(qū)埋深顯著增大。五臺山區(qū)可達28 km，偏關(guān)達到30 km?？梢姡璧貎?nèi)等溫面位于中地殼上部，而且該部位具有低速、高導(dǎo)，也具有高溫（達600℃）等物理特性。因此，有可能在此部位形成半熔融的相對軟弱層。使盆地地區(qū)形成高溫異常區(qū)。這一推斷也可由大地?zé)崃髦导右宰C實。據(jù)山西省大地?zé)崃髦档戎稻€圖（據(jù)王西文），在忻定盆地大地?zé)崃髦?)，全省大地?zé)崃髦底罡叩貐^(qū)之一，高于全球平均大地?zé)崃髦狄话憔?)。而盆地兩側(cè)大地?zé)崃髦狄话憔?)。淺部地質(zhì)構(gòu)造大地構(gòu)造格局主要是中生代以來形成的，本區(qū)所在的呂梁—太行斷塊屬華北斷塊的一個組成部分，也是山西省的主體構(gòu)造，包括了忻州市的云中山、五臺山及其之間的廣大地區(qū)，以及偏關(guān)到神頭地區(qū)。其次一級構(gòu)造包括了包括了偏關(guān)—神池塊坪、寧武—靜樂塊坳、五臺山塊隆等。地震活動：火山、地震往往與地下熱水形成出露有伴生關(guān)系。通過分析地震活動資料，可為分析和預(yù)測熱礦水分布提供有用的信息。忻州市發(fā)生地震通常為構(gòu)造地震，表現(xiàn)為強度大，頻率低。地震活動為地下熱水形成創(chuàng)造了條件。巖漿活動及巖漿巖自太古界至新生代各個時期均有巖漿活動的表現(xiàn)，尤其以新太古代五臺期，早元古代呂梁期、以及中生代燕山期的巖漿活動最為強烈。所形成的巖漿巖類型也較復(fù)雜，超基性、基性、中酸性、酸性、堿性和偏堿性均有發(fā)育。不同時期形成的各類巖體分布如下。⑴.太古代阜平期和五臺期巖漿巖①.花崗巖類：忻州市在云中山可見到晚期花崗巖呈群體出露，在五臺山區(qū)也有分布。②. 超基性巖類：主要分布于五臺山區(qū)，巖體沿一定層位呈群、帶狀順層侵入于太古界，規(guī)模較小，主要為橄欖巖、輝石巖、角閃巖和輝長巖等。③. 中基性巖類：分布于云中山變質(zhì)閃長巖、斜長角閃巖；五臺山的變質(zhì)輝長巖。⑵.元古宙呂梁期巖漿巖呂梁期巖漿巖表現(xiàn)為基性—酸性—基性的旋回。①. 基性巖類：有早期的五臺山輝綠玢巖，晚期有代縣龍王堂等地的輝綠巖體。巖脈有五臺山輝長輝綠巖、輝綠玢巖、以及崗紋輝綠巖。②. 中基性巖類：五臺山上折疊上金山有小巖體出露。主要為變質(zhì)閃長巖和石英閃長巖。③. 中酸性巖類和酸性巖類：主要分布于平型關(guān)帶。⑶.中生代燕山期巖漿巖燕山早期巖漿活動以酸性巖漿侵入為主，晚期多為中性—堿性—偏堿性；在侏羅世中、末期有中基性—酸性噴發(fā)巖。①. 酸性巖類：主要分布于五臺山等地。巖類主要為花崗巖、石英二長巖、二長花崗巖、及花崗斑巖、石英斑巖等。②. 中性巖類：主要分布于云中山等地，為閃長巖、云煌巖、煌斑巖等。⑶. 基性巖類：主要分布于五臺山等地。主要為輝長輝綠巖。⑷.新生代喜馬拉雅期巖漿巖喜馬拉雅期巖漿巖活動以巖漿侵入為主，其次有火山噴發(fā)活動。侵入巖以煌斑巖類為主。繁峙縣北山上分布有第三系中新世的橄欖玄武巖。忻定盆地由北部的恒山、東部的五臺山、南部的系舟山以及西部的云中山所包圍。雖然地處半干旱地區(qū)，降水量偏小，對地下水資源補給是個不利因素，但周邊的地形特征及發(fā)育的基巖構(gòu)造斷裂構(gòu)成了大氣降水沿山前斷裂以地下徑流的形式向盆地中心匯集的有利條件。磁場是一種物理場，當(dāng)?shù)貧ぶ袦囟冗_到600℃左右時，磁場就會突然消失，這就構(gòu)成了航磁下界面，也即所謂的居里等溫面。居里等溫面的高低，反映了地?zé)嵩吹膹娙?，即居里等溫面埋深淺、大地?zé)崃髦蹈?，否則相反?！℉FV）之間。（見圖2—1）較高的大地?zé)崃髦凳切枚ㄅ璧禺a(chǎn)生地下熱水的不可或缺的重要條件。地下熱水系統(tǒng)可分為傳導(dǎo)型地?zé)崴到y(tǒng)和對流型地?zé)崴到y(tǒng)，我市六個地?zé)釁^(qū)均屬對流型地?zé)嵯到y(tǒng)。此系統(tǒng)是指由大氣降水補給在區(qū)域熱流的熱機制下，地下水經(jīng)深循環(huán)加熱形成，該系統(tǒng)一般由隔層、熱儲層、熱源和水循環(huán)通道構(gòu)成，其首要條件是存在有能使地下水發(fā)生深循環(huán)的通道，即地下熱水的補給、徑流、排泄主要沿斷裂破碎帶進行。水循環(huán)深度大，途徑長，熱水排泄點多出現(xiàn)在斷裂破碎帶或其交會處附近，然后向第四紀(jì)孔隙含水層運移，冷熱水混合后形成我們現(xiàn)在所開發(fā)利用的低、中溫地下熱水。地下水的含水構(gòu)造，從垂向上大致可分為兩層結(jié)構(gòu)，其上為水交替強烈?guī)Вê喎Q上帶），其下為水交替遲緩帶（簡稱下帶）。上帶主要指在盆地松散層復(fù)蓋區(qū)的孔隙含水層和淺層裂隙巖溶潛水。這部分水埋深淺，與外界聯(lián)系密切，水交替強烈，受天然降水影響周期短。奇村地?zé)釁^(qū)多數(shù)熱水井均屬這種情況。下帶是指盆地內(nèi)深埋藏的孔隙水、裂隙水、基底巖溶水等。這部分水雖然仍為大氣降水滲入起源，但與外界聯(lián)系不密切，水交替緩慢。頓村、大營、盧野、逯家莊四個地?zé)釁^(qū)均屬這種情況，熱水井水位的升降主要受開采量影響，受天然降水影響相當(dāng)滯后。地下熱水的氫氧同位素組成特征地下熱水中氫氧穩(wěn)定同位素組成和放射性同位素氚濃度，可為判斷地下熱水的起源和形成機制提供重要信息。中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所《太原地區(qū)地下水的氚含量和氫氧穩(wěn)定同位素組成研究》：臨汾市：δD=+太原市: δD=+地下熱水的氫氧同位素含量表序號位 置水溫（℃）δ18O (‰)δD (‰)T （TU）測試時間資料來源1 奇村19882 大營1988由山西省地下熱水的δD和δ18 O關(guān)系圖(地下熱水的氫氧同位素含量關(guān)系圖)可看出:地下熱水的δD和δ18 O 值均落在大氣降水線附近，說明地下熱水起源于大氣降水；