福州地?zé)崽镂⒘吭睾孔兓芯?/p>

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水化學(xué)試驗(yàn)技術(shù)不斷提高，微量地球化學(xué)得到了迅速發(fā)展。由于微量元素具有存在普遍性、低濃度性和分布穩(wěn)定性特點(diǎn),因此在成巖、成礦作用及地球形成與演化等研究中具有重要作用,也為地下水微量元素水文地球化學(xué)及應(yīng)用研究提供了可靠的技術(shù)支撐。由于地下水微量元素具有形成較穩(wěn)定、抗干擾強(qiáng)的特點(diǎn),因此利用地下水微量元素分析地下水的形成條件及解決水文地質(zhì)中的實(shí)際問題具有一定的優(yōu)勢,并取得了較好的應(yīng)用效果。福州地?zé)崽锸俏覈鴸|南沿海眾多地?zé)崽镏械囊粋€典型的中低溫對流型地?zé)嵯到y(tǒng),已有較多研究。筆者擬在論述福州盆地地?zé)崴⒘吭靥卣鞯幕A(chǔ)上,進(jìn)一步探討福州盆地地?zé)崴纬傻牡厍蚧瘜W(xué)環(huán)境。1原水水質(zhì)類型福州地?zé)崽镂挥诟Ｖ菔袇^(qū),地?zé)衢_發(fā)利用由來已久,從最早的引泉利用到后來的鑿井開發(fā),地?zé)嵋殉蔀楦Ｖ菔械锰飒?dú)厚的寶貴資源。福州地?zé)崽锓植加诟Ｖ菖璧貎?nèi),熱儲層是燕山晚期侵入的含黑云母花崗巖構(gòu)造裂隙含水層,其控?zé)針?gòu)造是NNW向的斷裂,蓋層是第四系沖洪積黏性土層。熱水在上涌過程中與第四系下部砂礫石含水層中的孔隙水混合,形成第四系層狀熱儲層(圖1)。NNW向斷裂帶井口水溫為70～90℃。地?zé)崽镏行牡谒南禑醿铀疁乜蛇_(dá)50～70℃,向東西兩側(cè)水溫逐漸下降,距斷層2km處仍有30～40℃的熱水。據(jù)已有研究資料,福州地?zé)崽锸侵車絽^(qū)大氣降水沿構(gòu)造裂隙滲入而形成深循環(huán),在徑流過程中吸收巖層中的熱能加熱,匯流到福州盆地集聚排泄的中低溫地?zé)嵯到y(tǒng)。福州地?zé)崴趶搅鬟^程中與圍巖發(fā)生充分的水巖相互作用,使得地?zé)崴乃瘜W(xué)特征與淺層基巖裂隙水、第四系孔隙水有明顯的不同。該區(qū)淺層基巖裂隙水礦化度較低,一般在0.020～0.338g/L之間,水中陰離子以HCO-3為主,陽離子以Ca2+、Na+為主,水質(zhì)類型為HCO3-Ca-Na、HCO3-Na-Ca型。第四系孔隙水水化學(xué)特征比較復(fù)雜,盆地北部沖洪積層孔隙水pH值為6.2～7.2,礦化度為0.10～0.19g/L,水質(zhì)類型為HCO3-Na-Ca型;盆地南部閩江古河道沖積層孔隙水pH值介于6.05～7.50間,礦化度為0.36～0.75g/L,水質(zhì)類型為HCO3-Cl-Na、HCO3-Cl-Na-Mg、HCO3-Na型等。而花崗巖裂隙熱水pH值為8.1～8.9,礦化度為0.5～0.9g/L,水中陰離子以SO2?442-、Cl-為主,陽離子以Na+占絕對優(yōu)勢,水質(zhì)類型為SO4-Cl-Na或SO4-Na型,為低礦化度偏堿性地?zé)崴?。第四系孔隙熱水受冷熱水混合影?水化學(xué)組分含量介于基巖裂隙熱水和第四系孔隙水之間,總的特點(diǎn)是其礦化度比地?zé)崴?pH值為中性偏堿性,水質(zhì)類型與地?zé)崴鞠嗤?樣品采集與分析2.1水土流失概況和水儲層水資源量福州地?zé)崽餆醿佑谢◢弾r裂隙含水層和第四系孔隙含水層,目前對這兩個熱儲層熱水均有開采。為了研究不同熱儲層熱水微量元素特征及與淺層基巖裂隙水和第四系孔隙水的關(guān)系,2005年1月在福州盆地北部地?zé)崽锔浇膊杉?個水樣,其中基巖裂隙熱水水樣3個,基巖裂隙熱水與第四系孔隙混合熱水水樣1個,淺層基巖裂隙水水樣2個,第四系孔隙水水樣2個,其分布見圖2。各取樣點(diǎn)水樣特征見表1。2.2等離子質(zhì)譜分析室所取水樣送中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等離子質(zhì)譜儀ICP-MS分析室進(jìn)行分析。此次共分析21個微量元素,分析結(jié)果見表2。3地下水的養(yǎng)分特征3.1微量元素與地下水水從表2可以看出,在所分析的21種微量元素中,除Ce、Sn質(zhì)量濃度較低外,其余19種微量元素在各種類型地下水中都有分布。這19種微量元素在不同地下水中分配關(guān)系是不同的。其中As、Cd、Ga、Mo、Rb、Se、Sr7種元素在基巖裂隙熱水中質(zhì)量濃度最高,在第四系孔隙水中次之,而在基巖裂隙水中質(zhì)量濃度最低;Co、La、Pr、Sb、Tl5種元素在第四系孔隙水中質(zhì)量濃度最高,在基巖裂隙熱水中次之,在基巖裂隙水中質(zhì)量濃度最低;Ag、Ba、Cr、Cu、Pb、V、Zn7種元素質(zhì)量濃度在3種類型地下水中變化關(guān)系不明顯。從微量元素在不同類型地下水的分配關(guān)系看,巖性和水溫是影響微量元素分配關(guān)系的重要因素。對于花崗巖含水介質(zhì)和第四系沖洪積層含水介質(zhì),由于其所含微量元素礦物的種類和含量的不同,水巖接觸關(guān)系不同,則水與巖石接觸過程中產(chǎn)生的溶濾作用程度也不同。從分析測試結(jié)果看,除個別元素外,大多數(shù)微量元素都是在第四系孔隙水中的質(zhì)量濃度大于在基巖裂隙水中的質(zhì)量濃度。對于第四系孔隙水和基巖裂隙水,由于所處地的巖性有差異,因此使得同一微量元素在不同地區(qū)第四系孔隙水及基巖裂隙水之間,其質(zhì)量濃度也會產(chǎn)生變化,但并不影響質(zhì)量濃度變化關(guān)系的總體規(guī)律。福州盆地地?zé)崴形⒘吭厥堑責(zé)崴纬蛇^程中與圍巖接觸發(fā)生水巖相互作用形成的。從熱力學(xué)的角度,水溫越高,硅酸鹽礦物溶解度越大。但由于花崗巖中各種微量元素形成的礦物種類不同,不同礦物溶解性能也不同,使得各種微量元素與水溫的關(guān)系比較復(fù)雜。有的微量元素質(zhì)量濃度隨水溫升高而增大(Ga、Rb、Sr、Se、Tl、Sb6種元素)(圖3,4),有的微量元素質(zhì)量濃度隨水溫升高而減小(Ba、V、Zn3種元素)(圖5),有的微量元素質(zhì)量濃度則與水溫沒有明顯關(guān)系(Ag、As、Cd、Co、Cr、Cu、La、Mo、Pb、Pr10種元素)。從尋找地?zé)崴慕嵌瓤?隨水溫升高質(zhì)量濃度逐漸增大的微量元素可作為地?zé)岙惓ｏ@示的標(biāo)志元素,因此對于以花崗巖為熱儲層的地?zé)崽?可以將Ga、Rb、Se、Sr、Tl、Sb元素作為地?zé)岙惓５氖聚櫾亍?.2基巖裂隙熱水加入第四系沖洪積充填水福州市公交修理廠井(F8)是基巖裂隙熱水和第四系孔隙水混合開采井。從表2可以看出,該井水微量元素Ag、Ba、Co、Cr、Ga、La、Pr、Pb、Tl、V及Zn質(zhì)量濃度介于基巖裂隙熱水與第四系孔隙水之間,說明這些元素的質(zhì)量濃度是基巖裂隙熱水與第四系孔隙水混合的結(jié)果?；鶐r裂隙熱水涌入第四系沖洪積含水介質(zhì)中,使第四系孔隙水水溫升高,但這些元素的質(zhì)量濃度增高卻很少,說明第四系含水介質(zhì)中這些元素質(zhì)量濃度較低。而元素As、Cd、Cu、Mo、Pb、Sb、Se、Sr的質(zhì)量濃度均大于基巖裂隙熱水和第四系孔隙水的質(zhì)量濃度,說明當(dāng)基巖裂隙熱水涌入第四系沖洪積含水介質(zhì)時,使含有這些微量元素的礦物發(fā)生溶解,引起第四系熱水中微量元素的大幅度增加,使得混合水中微量元素質(zhì)量濃度大于基巖裂隙熱水和第四系孔隙水的質(zhì)量濃度。特別是As、Cu、Pb、Sb、Se、Sr等元素質(zhì)量濃度增大較多,是混合熱水的1倍多,說明第四系沖洪積含水介質(zhì)中該類微量元素礦物含量較多。當(dāng)基巖裂隙熱水涌入第四系孔隙含水層后,使礦物發(fā)生溶解,而引起混合熱水中微量元素質(zhì)量濃度大增。因此通過熱冷混合水微量元素質(zhì)量濃度變化的研究,可間接推斷第四系孔隙含水介質(zhì)微量元素質(zhì)量濃度情況。4地?zé)崴⒘吭嘏c經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)系福州地?zé)崽镂挥诟Ｖ菖璧貎?nèi),周圍分布燕山晚期不同期次侵入的花崗巖體。主要有第一次侵入的澗田巖體(γδ3(1)a553(1)a)、第二次侵入的福州巖體(γ3(1)b553(1)b)、第三次侵入的魁岐巖體(γ3(1)c553(1)c)及第四次侵入的北嶺巖體(εοπ3(1)d5)和文筆山巖體(γπ3(1)d5)。澗田巖體巖性為花崗閃長巖,主要分布于福州盆地西北部澗田山、鐵坑山和李園一帶;福州巖體巖性為含黑云母花崗巖,主要分布于福州盆地內(nèi)及西部科蹄山、蝦蟆山、牛田山一帶;魁岐巖體巖性為堿性花崗巖,主要分布于福州盆地東部的魁岐、絕頂峰、高蓋山一帶;北嶺巖體呈瘤狀產(chǎn)出,分布于福州盆地北部北嶺一帶,巖性為石英正長斑巖;文筆山巖體巖性為花崗斑巖,分布于福州盆地文筆山一帶。根據(jù)水-巖相互作用的原理,地?zé)崴械幕瘜W(xué)組分是熱水在徑流過程中水與圍巖發(fā)生作用形成的。因此福州地?zé)崴⒘吭刭|(zhì)量濃度與流經(jīng)巖體的微量元素地球化學(xué)特征應(yīng)有相應(yīng)的聯(lián)系。據(jù)此,將福州地?zé)崴?以省立醫(yī)院基巖裂隙熱水為代表)微量元素與上述5個巖體中微量元素質(zhì)量濃度進(jìn)行聚類分析,以此分析福州地?zé)崴纬傻牡厍蚧瘜W(xué)環(huán)境。根據(jù)資料情況,此次進(jìn)行聚類分析選擇Ag、Ba、Ce、Co、Cr、Cu、La、Mo、Pb、Pr、Sr、V、Zn13種微量元素,各巖體的微量元素質(zhì)量濃度見表3。對上述13種微量元素質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)采用均值正規(guī)化處理,然后計算省立醫(yī)院基巖裂隙熱水與各巖體的歐氏距離,其計算結(jié)果見表4。按照聚類分析原理,兩個樣品之間的距離越小,表示兩者之間的共同點(diǎn)越多,聯(lián)系越密切。從表4可以看出,福州盆地基巖裂隙熱水與福州巖體距離最近,與魁岐巖體和文筆山巖體距離次之,而與澗田巖體和北嶺巖體距離較遠(yuǎn),說明福州盆地地?zé)崴c福州巖體關(guān)系最密切,與魁岐巖體和文筆山巖體次之。福州地?zé)崽锏臒醿邮歉Ｖ輲r體含黑云母花崗巖層,地?zé)崴c該層有直接的接觸,熱水微量元素的形成直接受含黑云母花崗巖巖性的影響,因此與該巖體關(guān)系最密切。文筆山巖體靠近福州地?zé)崽?有的巖脈直接侵入到福州地?zé)崽餆醿訋r層中,地?zé)崴c該巖層亦有直接的接觸,因此地?zé)崴⒘吭氐男纬膳c該巖體也有一定的關(guān)系。魁岐巖體位于福州盆地東部,該巖體分布面積較廣,但與福州盆地北部地?zé)崽锊o直接的接觸,從基巖裂隙熱水微量元素與該巖體的距離看,兩者的關(guān)系僅次于地?zé)崴c福州巖體的關(guān)系。從補(bǔ)給的關(guān)系來分析,與魁岐巖體有關(guān)的堿性花崗巖分布區(qū)大氣降水形成的花崗巖裂隙水徑流補(bǔ)給了福州盆地北部地?zé)崽?使得地?zé)崴⒘吭嘏c魁岐巖體巖石具有一定的聯(lián)系。對于澗田巖體和北嶺巖體,雖然二者均位于福州盆地北部附近,但由于兩巖體分布區(qū)大氣降水形成的花崗巖裂隙水沒有補(bǔ)給福州盆地地?zé)崽?因此地?zé)崴⒘吭氐男纬膳c澗田巖體和北嶺巖體沒有關(guān)系。從上述分析看,福州盆地地?zé)崴纬傻牡厍蚧瘜W(xué)環(huán)境主要與福州巖體、魁岐巖體和文筆山巖體的巖性有關(guān)。5富寧縣第四系沖洪積說福州盆地地下水微量元素質(zhì)量濃度與含水介質(zhì)有關(guān),也受地下水溫度影響。基巖裂隙熱水中Ga、Rb、Sb、Sr、Se、Tl6種元素質(zhì)量濃度隨水溫升高而增大;Ba、V、Zn3種元素質(zhì)量濃度隨水溫升高而減小。不同類型地下水微量元素質(zhì)量濃度變化關(guān)系比較復(fù)雜。對所檢測出的19個元素,As、Cd、Ga、Mo、Sb、Se、Sr元素在基巖裂隙熱水中質(zhì)量濃度最高,在第四系孔隙水中次之,在基巖裂隙水中質(zhì)量濃度最低;Co、La、Pr、Sb、Sr、Tl元素在第四系孔隙水中質(zhì)量濃度最高,在基巖裂隙熱水中次之,在基巖裂隙水中最低;除個別元素外,第四系孔隙水中微量元素質(zhì)量濃度均大于基巖裂隙水,其中Ga、Rb、Sb、Se、Sr、Tl質(zhì)量濃度隨著熱水溫度升高而增大,可以作為花崗巖層地?zé)崴惓５氖聚櫾?。福州盆地第四系熱水是基巖裂隙熱水上涌補(bǔ)給第