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重庆市北温泉景区温泉和钙华的地球化学研究

作　者: 曹云
导　师: 刘再华；袁道先
学　校: 西南大学
专　业: 第四纪地质学
关键词: 温泉钙华地球化学特征乳花洞环境变化景观成因与保护重庆北温泉
分类号: P314.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 7次
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内容摘要

重庆是有名的温泉之都，拥有世界罕见的温泉资源。目前，随着社会经济的增长和旅游业发展，重庆正在大力开发温泉资源以发展旅游业。近几年，重庆更是提出“世界温泉之都”的口号，重庆“十里温泉城”工程正在紧锣密鼓的进行中。可见，温泉旅游资源在重庆旅游发展战略中占有十分重要的地位。重庆市北温泉公园位于重庆市北碚区城郊，距今有近1600年的历史，是重庆最有名的温泉地点之一。该公园旅游资源丰富，其中钙华形成的乳花洞和温泉构成北温泉公园的主要景观。北温泉公园现有泉眼8处，温泉水水质属硫酸钙型，含钙量为川东各温泉含钙量首位，水质良好，水量丰富，日出水总量为6000--8636吨，水温36度左右。除此之外，公园中还有由钙华形成的大型钙华台地和钙华洞穴（名为乳花洞），钙华台地厚20米左右，长100多米，宽30～40米，乳花洞钙华体厚度可达10m以上，并且乳花洞出口地段的钙华沉积厚度达20余米，其规模在我国同类景观中是不多见的。旅游业的快速发展将对北温泉景观资源的可持续利用和科学保护提出更高的要求。但是，由于以往对北温泉景观资源的形成条件深入系统研究的程度不够，景观变化受制因素不明，监测系统也未建立，而且，目前对旅游资源的保护研究主要集中在管理方面，而对旅游资源（温泉、钙华）保护所需要的成因研究缺乏，导致研究和掌握其变化缺乏资料，开发保护规划缺少科学依据支持。地热温泉是一种特殊的自然资源，它受地质环境和气候条件所控制，因此有很强的地域性。不同地区的温泉具有不同的物理（如：温度，流量，电导率等）和化学（如：pH，微量元素等）性质，温泉水的这些物理和化学性质不仅是研究地质环境的窗口，也是温泉和钙华开发、利用和保护的重要指标。本研究以重庆市北温泉公园为重点研究区域，通过对温泉水的水化学和同位素以及钙华的同位素和测年研究，并结合研究区相关的自然和地质资料，探讨了北温泉的地球化学特征和它的疗养价值以及钙华的地球化学特征。初步成果有：（1）通过对北温泉温泉水的水化学数据并结合该地的水文地质背景分析，推断其来源可能是大气降水进入含石灰岩的嘉陵江组和雷口坡组（含有石膏）地层的深部，溶解碳酸钙和石膏，并通过地热增温，再通过裂隙以泉水的型式流出地表，这个推断可以从以下分析得到证实：①温泉水的电导率、SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺之间的正相关性；②温泉水的硫同位素分析；③温泉水的氢氧同位素分析；④选用温泉水中的SiO₂作为地热温度计分析。（2）北温泉温泉水各指标的时间动态研究表明，水温稳定，受气温的影响较小，电导率和pH值变化幅度都很小，相对较稳定，可见北温泉水质比较稳定；通过对北温泉5号温泉的流量监测发现流量呈季节变化，在丰水季节8月前后的流量明显高于枯水季节3月前后的流量，但总的来说，温泉水的流量在观测时间尺度内受季节影响较小，但是，结合前人的研究资料发现，从较长的一段历史时间来看，由于自然和人为因素的共同影响，北温泉温泉水的水量和水温均呈下降趋势。鉴于过去北温泉因附近挖煤、钻井造成泉水减少的教训，本区在进行总体开发规划时，应划定温泉的保护范围，建议以北温泉温泉水出露区为中心，东西20公里宽、南北15公里长的范围为保护区，在此范围内凡钻井、挖煤等地下工程均应采取措施，避免影响泉水的补给条件。（3）3号泉的各参数指标中除pH值外，其他各项指标(包括水温、电导率、K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-、Cl^-、SO₄^2-)都明显低于其它7个泉点相应的指标，研究表明是由于地表水的混入造成的，而且地表水的混入也不是恒定的，进入3号泉的地表水在雨季大约为40％左右，而在旱季大约为20％左右。（4）通过将北温泉温泉水中微量元素分为有益组分和有害组分分析得知北温泉温泉水温度适中，酸碱度接近中性，流量丰富，水中可溶性固体含量高，含有十几种对人体有益的且接近或达到医疗效果的微量元素，有害组分基本都在泡浴限量标准之内，可见温泉水的保健效果好，因此很适合作为洗浴用医疗矿泉水。（5）通过对北温泉温泉水的温度和碳同位素值推算出当达到同位素交换平衡时的泉水CO₂气相的碳稳定同位素δ值与纯生物成因CO₂气体的碳稳定同位素组成相差很大，又利用北温泉与四川的黄龙有相似的地质背景条件推测北温泉深部地热成因的CO₂的δ¹³C，进而计算出北温泉深部成因的CO₂占60％之多，可见北温泉钙华起源的CO₂主要来自深部地热系统。（6）利用北温泉三个不同时期沉积的钙华的氧同位素数据分析出北温泉的温泉水水温有过起伏，但现在的水温比几千年前降低很多，呈现历史最低水平。（7）根据矿物饱和指数的计算可知，北温泉的泉水（除3号泉外）均对方解石和白云石为过饱和状态，可见北温泉的泉水对钙华不具有溶蚀作用；关于北温泉乳花洞的成因，作者基于饱和指数的计算结果认为乳花洞是由于过去某个时段有大量钙华沉积时，泉水在岸坡冲泻下来时有个水平初速度，因而沉积的钙华与岸坡之间留有一个空隙，随着沉积钙华的增多，逐渐与岸坡顶部相连，空隙却保留下来，就是我们现在看到的乳花洞。总之，对于乳花洞的成因还需进一步研究。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章前言  10-18
  1.1 研究背景和意义  10-11
  1.2 研究现状  11-16
    1.2.1 钙华的国内外研究现状  11-13
    1.2.2 温泉水的国内外研究现状  13-16
  1.3 本论文的研究内容  16
  1.4 研究思路  16-18
第2章研究区概况  18-24
  2.1 区域构造、地层、岩性  19-20
  2.2 水文地质背景  20-21
  2.3 自然地理概况  21-24
    2.3.1 水热气候条件  21-22
    2.3.2 自然资源  22-24
第3章样品和研究方法分析  24-26
  3.1 样品采集与野外测定  24
  3.2 研究方法及其精度分析  24-26
    3.2.1 EDTA滴定法(乙二胺四乙酸二钠滴定法)  24
    3.2.2 原子吸收(AA)法  24-25
    3.2.3 盐酸(HCl)滴定法  25
    3.2.4 硝酸银滴定法  25
    3.2.5 电感耦合等离子体发射光谱法(ICP—OES)法  25-26
第4章重庆市北温泉景区温泉的地球化学特征研究  26-43
  4.1 数据的可信度分析  28
  4.2 北温泉温泉水的地球化学性质  28-32
    4.2.1 北温泉温泉水的水化学类型分类  28-31
    4.2.2 北温泉温泉水的水化学分析  31-32
  4.3 总硬度、总碱度和矿化度分析  32
    4.3.1 总硬度  32
    4.3.2 总碱度  32
    4.3.3 矿化度  32
  4.4 北温泉温泉水各指标的时间动态变化特征  32-35
    4.4.1 水温的时间动态变化特点  32-33
    4.4.2 北温泉温泉水的电导率和 pH值的时间动态变化特点  33-34
    4.4.3 北温泉5号温泉的流量的时间动态变化特征  34-35
  4.5 北温泉3号泉的混合水比例的估算  35-36
  4.6 北温泉温泉水同位素分析  36-39
    4.6.1 温泉水的硫同位素研究  36-37
    4.6.2 氢氧稳定同位素  37-39
  4.7 温泉的热储层深度推算  39-40
  4.8 北温泉5号温泉的疗养价值研究  40-43
    4.8.1 北温泉温泉水有益组分分析  40-41
    4.8.2 北温泉温泉水的有害组分分析  41-43
第5章重庆市北温泉景区钙华的研究  43-50
  5.1 北温泉钙华的特征  43-44
  5.2 北温泉钙华的起源  44
  5.3 北温泉钙华同位素分析  44-47
    5.3.1 氧同位素分析  44-46
    5.3.2 碳同位素分析  46-47
  5.4 乳花洞钙华形成初探  47-49
  5.5 钙华保护研究  49-50
第6章结论和存在问题  50-53
  6.1 研究结论  50-52
  6.2 存在的问题  52-53
参考文献  53-56
附表  56-59
致谢  59-61
在学期间所发表的文章  61

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