岩溶地下水系统冷泉和热泉的形成机制：以趵突泉群为例

摘要

岩溶地下水和地热水分别是中国北方重要的供水水源和供暖热源,但二者水力联系尚缺乏系统研究;为实现保泉、供水和地热清洁能源开发的三赢,通过含水层/热储层空间分布、同位素测年、水文地球化学场、水动力场、温度场特征及规律分析等方法,揭示了趵突泉泉域岩溶地下水流系统从浅、中循环子系统至深循环子系统,即岩溶地下水至冷泉和热泉的演变过程、驱动机制与响应机理.在地下水位高程差引起的重力势能差驱动下,岩溶地下水沿济南含水层系统从上游浅循环—开放式地下水动力系统,向中游中循环—半开放式地下水动力系统径流,径流途中在济南市区遇不透水的辉长岩体或石炭纪二叠纪砂岩页岩地层阻截,大部分地下水沿垂向强裂隙岩溶发育通道上涌、穿透第四纪砾岩或辉长岩体裂隙发育带喷出地表形成17～18℃的承压上升冷泉.一小部分地下水从深部穿过或从侧面绕过辉长岩体,沿裂隙岩溶通道继续向下游深循环运移,形成弱开放地热水动力系统;高大地热流传导聚热、深大断裂带/侵入岩体—灰岩接触带带状对流聚热、凸起区高热导率分流聚热、盖层低热导率保温聚热、地下水深循环运移传导—对流聚热等五元聚热驱动14～18℃的常温地下水演变为33～95℃的承压热泉(自流地热水).

关键词

冷泉 / 热泉 / 聚热 / 演变过程 / 驱动机制 / 趵突泉 / 水文地质