1 研究區概況

研究區位于云南省迪慶藏族自治州香格里拉縣，地勢北高南低，海拔一般在3000 m以上。區內地形高差大，氣候垂直分帶明顯，年平均降雨量618.4 mm，地表水系較為發育。

該區位于香格里拉盆地東北部，地處印度板塊和歐亞板塊交接帶的北東緣，為三江造山帶的中心地帶，斷裂構造發育。現存的構造方向以北西-北北西向為主，其次為北東向。其中，中甸斷裂（F1）、央谷斷裂（F2）、格咱河-阿熱斷裂（F3）、天生橋斷裂（F12）、康師斷裂（F5），是主要的水熱控制構造，F3和F12之間斷裂破碎帶是主要的導水通道。溫泉區出露地層主要為三疊系上統哈工組三段（T3ha3）和四段（T3ha4）地層，主要巖性為石灰巖，粉砂巖、砂巖、泥巖、硅質巖等含量較少。區內巖漿巖出露，其中火山巖在研究區出露較少，巖石類型有基性、中性熔巖和火山碎屑巖；侵入巖主要分布在屬都海地層，以三疊系的石英閃長玢巖、石英二長斑巖為主，如圖1所示。

2 數據采集與分析

天生橋溫泉和下給溫泉分別位于縣城東南11km處建塘鎮四村和15km處浪丁村西部山坡臺地上，下給溫泉在天生橋溫泉的上游。天生橋溫泉出露水溫范圍54.5~56.9℃，pH5.14~5.31，高程約3315~3385m，流量1-3 L/s，泉眼處均有鈣華產生。下給溫泉出露溫度范圍27.0~63.1℃，pH5.57~7.67，高程約3425~3445m，流量0.5-1.5 L/s，溫泉點附近發育各種各樣的鈣華。天生橋溫泉多個泉眼已不能自流，現今出水泉眼共計2處，編號為YX1和YX1-2。下給溫泉本次觀測7處泉眼，編號分別為YX2-1~YX2-7。在兩溫泉各個泉眼處取樣，取樣之前，先用取樣點的熱水對取樣用具及容器進行了嚴格的清洗，以保證最大限度地減少樣品的二次污染。同時，對天生橋溫泉和下給溫泉的出露位置、地形地貌及鈣華出露的形態、位置進行了實地調查，并對溫泉所在的地理位置坐標、標高、溫泉水溫、pH值、Eh值5個參數進行了現場測試。

樣品采集后立即送至實驗室，測試項目主要有主要離子、微量元素和氫氧穩定同位素等，主要離子和微量元素等項目測試在北京市地質工程勘察院實驗室完成，氫氧穩定同位素測試在中國地質科學院穩定同位素實驗室完成。基于《生活飲用水標準檢驗方法 金屬指標》國標標準，采用離子色譜儀對K+、Na+、Ca2+、Mg2+等常規離子進行測定。基于《地下水質檢驗方法離子色譜法測定氯離子、氟離子、溴離子、硝酸根和硫酸根》標準，對Cl-、NO3-、SO42-等離子含量進行測定。基于《地下水質檢驗方法滴定法測定碳酸根、重碳酸根和氫氧根》標準，對HCO3-和CO32-離子濃度進行測試。基于《水中氫同位素鋅還原法測定》和《天然水中氧同位素二氧化溫泉基本概況 碳-水平衡法測定》，對2H、18O同位素進行測試，2H采用金屬鋅還原—直接測定法，測量儀器為MAT-253型氣體同位素質譜儀，精密度：σ≤1‰；18O采用CO2-H2O平衡法測定，測量儀器為MAT-253型氣體同位素質譜儀，精密度σ≤0.1‰。

除了現場測試的9處樣品，另收集整理了前人下給和天生橋溫泉水化學和同位素測試數據，包括天生橋溫泉41號、42號、YX1-8和下給溫泉49號、51號和YX2-8。

3 結果與討論

3.1 水化學特征分析

3.1.1水化學類型

基于舒卡列夫分類法，并借助Piper圖判斷區內溫泉水化學類型。天生橋溫泉水化學類型主要為HCO3-Ca·Na型，其次為HCO3-Na·Ca和HCO3-Na型；下給溫泉水化學類型主要為HCO3-Na·Ca型，其次為HCO3-Na·Ca和HCO3-Na型。

隨著時間的推移，天生橋和下給溫泉的水化學組分變化相似，也證明了這兩處的地下熱水在運移過程中遇到的圍巖具有相似的成分。由此判斷二者具有相同或類似的成因模式以及補給來源，又因為取水點在空間上有所不同，因此表現出溫度和水化學性質上的差別。

 溫泉水樣點 Piper圖

3.1.2主要組分來源

天生橋溫泉及下給溫泉地熱流體的主要陰、陽離子組成類似，主要陰離子為HCO3-、Cl-和SO42-，主要陰離子為Ca2+、Na+和K+。由表2可知，天生橋溫泉陽離子中，除YX1和 YX1-8中Na+含量約在50%和60%以外，其他三個泉眼Ca2+均比Na+多，約占陽離子含量的45%，含量在162~216.6mg/L之間；下給溫泉均以Na+為主，約占65%以上，含量在219~255mg/L之間。陰離子均以HCO3-為主，約占91.4%~96.2%，除YX1-8和YX2-8中HCO3-含量相對較低（分別為662mg/L和640mg/L）外，天生橋溫泉的HCO3-含量在1000~1400mg/L以上，下給溫泉的HCO3-在759.1~951.9mg/L之間，Cl-和SO42-含量遠小于HCO3-含量。而在下給地區7號冷泉中陽離子以Ca為主，Mg次之，Na幾乎沒有，水化學類型為HCO3-Ca型，3號溫泉為HCO3-Na·Ca型，說明溫泉成因模式和補給來源與冷泉相差較大。

天生橋溫泉出露于三疊系哈工組四段（T3ha4）的灰巖，主要是層狀亮晶含生物碎屑灰巖、鈣質泥巖和泥質泥晶灰巖。下給溫泉熱儲為哈工組三段（T3ha3）的泥巖、粉砂巖夾灰巖、含有硅質透鏡體及石英砂巖透鏡體。地下熱水在運移過程中，與圍巖發生溶解、溶濾和水熱蝕變等反應，是地下熱水中的HCO3-、Ca2+的主要物質來源之一。此外，地下熱水在深循環過程中攜帶大量的CO2以及淺部冷水中混入的CO2也是HCO3-的來源之一。

除上述原因以外，Ca2+含量還可能與石膏沉積物、巖漿巖、變質巖等含鈣礦物的風化溶解以及陽離子交換吸附作用有關，如三疊系哈工組四段中的鈣質泥巖。Mg2+與Ca2+化學性質相似，但由于鎂鹽在地殼中的分布不廣泛，Mg2+的含量一般小于Ca2+含量。

Na+和K+幾乎所有鹽類都可溶，遷移性很強，兩個溫泉的Na+含量較高，含量在較長的時間內變化很小，其原因可能與圍巖或巖石土壤中含有的硅酸鹽巖或芒硝等鈉鹽溶于地下熱水有關。

Cl-和SO42-具有很強的遷移性，但是在兩個溫泉中含量較小，約占所有陰離子毫克當量百分數2%~4%，原因可能是大氣降水中所含Cl-含量較低。而SO42-含量較低的原因可與大氣降水中、熱儲巖層和圍巖中硫酸鹽或硫化物的含量較低有關，由于CaSO4的溶解度較小，較高的Ca2+會對SO42-有限制作用；在封閉的深層地質構造中SO42-在去硫菌的作用下，被還原成了H2S。

3.2同位素水文地球化學分析

穩定同位素對于溫度變化、水-巖相互作用和不同來源水的混合作用十分敏感，易于檢測，因而適于作標記或示蹤劑，可用于研究地下水的起源、補給區的溫度和高程等問題。

3.2.1補給來源

2H 和18O作為探討水的起源特征離子，可利用全球大氣降水線方程來分析地下水的補給來源，如公式（1）所示。此外，鄭淑惠等對我國107個降水樣品中的氫、氧同位素組成進行分析和研究，提出了中國大氣降水線，如公式（2）所示；李廣等利用云南騰沖地區339個大氣樣品，提出騰沖大氣降水線，如公式（3）所示.

根據研究區溫泉δ2H和δ18O的測試數據，繪制天生橋和下給溫泉δ2H和δ18O值與全球大氣降水線、中國大氣降水線以及騰沖大氣降水線的關系圖，其中YX3為野外考察白水臺地區冷泉的δ2H、δ18O值，用來和溫泉作對比分析。由圖可知，在YX3冷泉水樣點的δ2H、δ18O值均在大氣降水線附近，說明補給來源為大氣降水。據筆者測算，研究區兩溫泉的18O漂移度較小，約1‰~2‰，說明兩溫泉存在輕微的18O漂移現象，指示存在水巖作用造成的18O同位素交換反應。

溫泉水樣δ2H-δ18O關系圖

3.3熱儲分析

熱儲溫度可通過地球化學溫標法反演獲取，是評價地熱資源的重要參數之一。目前常見的地球化學溫標主要有二氧化硅地熱溫標和陽離子地熱溫標。Na-K-Mg三角圖解法用于評價地下熱水的平衡狀態，可將地下熱水劃分為完全平衡水、部分平衡水及未成熟水三種類型。研究區溫泉水樣的Na-K-Mg三角圖表明：區內水樣點均為未成熟水，且Mg2+的含量普遍偏高，表明水-巖反應的溫度不高，兩個溫泉均可能存在熱水與淺部冷水混合的現象，地下熱水在上升過程中受到淺層冷水的稀釋，使熱水中元素的含量變低。

研究區溫泉水樣的Na-K-Mg三角圖 

利用石英溫標及陽離子溫標計算出天生橋溫泉和下給溫泉的地下深部的熱儲溫度，結果顯示：由陽離子地熱溫標法獲得的熱儲溫度明顯偏大，不符合實際，因此本文不采用陽離子地熱溫標法估算熱儲溫度。在不考慮冷熱水混合作用下，天生橋和下給溫泉的熱儲平均溫度分別約為86℃和120℃。地下熱水在上升過程中可能與淺部冷水發生混合（稀釋），混合作用影響熱水化學組分含量、溫度以及地熱流體的化學平衡狀態。一般來說，當地下熱水中Na+與Cl-呈正相關、Mg2+與Cl-呈負相關關系時可以判斷為混合水。研究區Na+-Cl-、Mg2+-Cl-關系如圖6所示，Na+-Cl-呈正相關、Mg2+-Cl-呈負相關，這說明兩個溫泉存在冷熱水的混合作用。因此，由石英溫標計算的熱儲溫度偏低，還需確定冷熱水的混合比例。

研究區溫泉水Na+-Cl- 和 Mg2+-Cl-關系圖 

前人研究表明：可利用硅-焓模型來確定混合水的深部熱儲溫度和冷熱水混合比例。根據研究區溫泉水實驗測試數據求出一系列混入熱水的冷水比例X1和X2值，如圖7所示。天生橋溫泉冷水混入比例為52%，混入前熱儲溫度為110℃。下給溫泉冷水混入比例為72%，混入前熱儲溫度為200℃。結果可知，硅-焓模型得出的熱儲溫度比實際的熱儲溫度偏高，原因可能有：深部熱水在上升至地表的過程中僅考慮了一股冷水混入，而實際可能有多股冷水多次混合；冷水焓值及SiO2含量均為經驗估計值，也會對計算值的準確性造成影響。綜上，硅-焓模型的計算值偏大，石英溫標法由于沒有考慮淺部的冷水混合，計算值偏小。故本文取兩者平均值作為天生橋溫泉和下給溫泉的熱儲溫度，即天生橋溫泉和下給溫的熱儲溫度分別為98℃和160℃。

溫泉深部熱儲溫度-冷水混入比例圖

4 結論

（1）天生橋和下給溫泉位于高山區斷陷盆地，斷裂構造發育，溫泉區出露的基巖以灰巖為主。兩溫泉均為中低溫對流型地下熱水系統，且陰離子以HCO3-占絕對優勢。前者水化學類型為 HCO3-Ca·Na和HCO3-Na·Ca型，陽離子以Na+、Ca2+為主；后者為HCO3 ·Na和HCO3-Na·Ca型，陽離子以Na+為主。

（2）應用穩定同位素δ2H和δ18O的線性關系（即全球大氣降水線方程）推斷出研究區兩個溫泉均來源于大氣降水，且存在18O漂移現象。利用δ2H和δ18O值的高程效應和溫度效應計算出天生橋溫泉和下給溫泉的補給區高程分別為3710m和3842m，位于溫泉東南方向的刺那一帶，補給區溫度分別為- 11.98℃和-12.91℃。

（3）天生橋和下給溫泉均為未成熟水，用陽離子地熱溫標法對溫泉進行地下熱儲估算，結果偏大，適合用SiO2地熱溫標。通過對淺部冷水與熱水混合比例的判斷，計算出兩個溫泉混合的冷水比例分別為52%和72％，結合SiO2地熱溫標得出熱儲溫度分別為98℃和160℃。