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溫泉成因

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溫泉成因

溫泉定義  溫泉的形成,如依其泉水的來源而論,大致可分別為來自地表循環水及地內岩漿水兩種說法。

溫泉的成因

1. 傳統的成因論

循環水說 為 1846 年德人 R.Bunsen 所提倡。認為溫泉乃降水順沿地層中的岩隙滲流至地下深部,受火山熱量加熱,並溶解許多火山氣體和通路周緣岩石的化學成分,再湧升流出地表形成。今日學者接受這一看法的較多。
岩漿水說 1847 年法人 Elie de Beaumout 所提倡。認為火山噴出物,礦脈以及溫泉都具有類似成分,主張溫泉水和礦脈皆為起源於岩漿中的揮發成分而倡岩漿水說。
熱水溶液說 由美人 Lindgren 所倡,乃將岩漿水說加以引申而成。認為溫泉和礦床皆由岩漿水而來,在礦石沉澱之時,熱水湧出形成溫泉。
噴氣說 由 L.L Day, E.T. Allen 等人所倡導,認為溫泉是岩漿的高溫使冷的地下水加熱成高溫水蒸氣並會有揮發成分,湧升地表形成。

2. 新近的學說

  • 【熱源 】
    雖然新生的火山地區多溫泉,但另方面,沒有火山或侵入岩體的地區也有溫泉的存在,故事實上,溫泉之熱源可分火山性及非火山性兩大類,前者與岩漿活動有關,後者則是地溫遽增的結果。以日本來說,溫泉總數的 86% 其熱源是第四紀的火成岩,有 3% 則是新第三紀特別是上新世的火成岩為熱源。至於非火山性的溫泉熱源有人認為是來自: (A)正常的地溫,(B)斷層的摩擦熱,(C)化學反應熱,(D)放射熱能,其中(C)(D)作為溫泉的直接熱源顯然有疑問,而第 (B) 因斷層活動的時刻短暫,其上昇的溫度欲作為溫泉長期熱源的說法也未免牽強。一般說來地溫梯度,在溫泉地帶以外的地區,平均是 100m 增 3 ℃,如依正常地溫梯度增熱的地下水上湧地面形成溫泉者,必然在相對於其泉溫的地下深度,有利於地下水流動和貯存的厚層透水性地層存在。

    【 化學成分的來源 】
    根據溫泉中成分的來源可分固體、液體、氣體三種。
    (A)固體源:包括岩石、土壤、火山昇華物、鹽類、礦床、生物。
    (B)液體源:包括地表水、地下水、海水、化石水、火山水。
    (C)氣體源:火山氣體,地層內變質作用、熱水換質現象等化學反應所生氣體,生物代謝氣體等。
    這些流體便在溫泉水的導熱、流動與圍岩接觸的過程中以混入、吸附、離子交換、沉澱或化學反應產生。


溫泉的形成條件

1. 熱源-地下必須有熱水存在

  地下深處若要有水,就必須有多孔隙的含水層。其溫度高低則視含水岩層的深度及當地的地溫梯度而定。地溫梯度又與熱源的種類有關,熱源大體分三類:第一類為存在地下約僅 5 ~ 10 公里深而尚未冷卻之火山岩漿庫或侵入岩體,這種熱源所成的地溫梯度較正常的地溫梯度超過三倍以上,即每深入地下 1 公里,溫度即將升高 90 ℃以上。第二類熱源為隆起之地函,係地殼板塊運動所引起,所造成的地溫梯度可能 2-3 倍於正常者,即每深入地下 1 公里,溫度上升 60 ℃- 90 ℃之間。第三類熱源為正常地溫梯度,即每深入地下 1 公里增溫 30 ℃。如有深長裂隙在導引熱水上升,同樣可形成高溫溫泉。

2. 壓力差-必須有靜水壓力差導致熱水上湧

  造成靜水壓力差的方式可能有下列數種:

  1. 因冷熱水密度不同產生壓力差,促使熱水上湧形成溫泉。
  2. 深部熱水多數含有氣體,這些氣體隨熱水上升後由於壓力漸減而逐漸膨脹,益發減輕熱水密度而利於熱水上湧。在高山深谷地形配合下,谷底地面水可能要較高山中地下水位低得多,因此谷底可能為靜水壓差最大之處,故熱水由谷底湧的可能性最大,溫泉多發生於山谷中的河床上便是這種道理。適當的地質構造所造成的靜水壓如自流井,亦可能使深部地下水上湧形成溫泉。
  3. 在新造山運動帶內地槽沉積物受擠壓,原含水分有向外逃逸趨勢,此時若有裂隙上下貫穿,水分即可上升形成溫泉。

3. 深長裂隙-岩石中須有深長裂隙供熱水通達地面

  裂隙本身雖無力驅使熱水上升,但可提供熱水上升之通路,其最大功用在於將深部熱水提升至地表附近而利於開發。在正常地溫梯度下,裂隙僅需縱深 1 ~ 2 公里即可造成中低溫溫泉,如深達 3 公里以上則有形成高溫溫泉之可能。