【一】最受人類青睞的溫泉

 

  溫泉是地球上分布最廣又最常見的一種地熱顯示。它較為集中地出露在高山峽谷、溝谷、河谷以及盆地的邊緣地帶。世界各國以及我們祖先留下的文海當中，描述、歌頌、神傳溫泉的記載史料甚多。為何全球人類都如此青睞溫泉呢？原因很簡單，一是泉水清澈又溫熱；二是用它洗浴或飲用有治療疾病之功效。目前，我國的溫泉區大約有3000余處。出露數量最多的前5位省分別為云南、西藏、廣東、四川和福建。其中云南被譽為“溫泉之鄉”，歷代文人墨客對云南溫泉考察和記載之多，可謂舉不勝舉。安寧溫泉是云南省著名溫泉，距昆明37.5km，是我國開發利用較早的溫泉之一。金雞溫泉是保山地區八景之一。與云南接壤的西藏，據不完全的統計，溫泉區有677處之多。溫若璀璨的繁星，點綴在世界屋脊之上，閃爍在高山雪嶺之間。它所散射出的耀眼光芒歷來受到中外人士的矚目。僅從滇藏兩省列舉有關溫泉的記載內容，大體包括3個方面：一是對出露溫泉區自然景觀的描述；二是溫泉利用的記載；三是對溫泉療疾的神奇功效的歌頌。總之，通過對我國歷代卷帙浩繁的文獻和詩詞歌賦的點滴認識，大體能了解到我國的溫泉多，開發利用歷史悠久，而且從留下的對溫泉景觀、溫泉治療等方面的記載，都將為后人研究溫泉區的演變、開發和利用提供了珍貴的史料。

 

  【二】溫泉源源何處來

 

  地球上出露這么多的溫泉，人們不禁要問，賦存于地下豐富的熱水從何而來？要了解溫泉水源的來歷，首先要認識到地球是個龐大的熱庫，地球內部有源源的熱流為其不斷地補充熱量，這個熱“鍋爐”就是溫泉乃至其他不同類型地熱顯示的熱源。有了熱源還不行，還需要了解地殼內大量的水是從哪里來的，地下水又是如何被加熱的。被加熱的地下水還必須具備第三個條件，那就是為這些埋深的熱水筑造一個上升的通道，只有這樣才能涌流出地表形成溫泉。這就是溫泉形成的三大要素：熱源、水源加通道。

 

  地球的內熱作為溫泉的熱源，大體由兩種形式提供。一種是以特殊的局部的熱源來加熱地下水，諸如出露在現代火山區或地下有年輕侵入體存在的地區的溫泉，它們是被下伏埋藏不深的巖漿囊的熱加溫，這類溫泉水溫高，甚至形成汽水兩相賦存于地下，稱之為高溫溫泉。但是，并不是任何地質年代的侵入體都能作為溫泉的局部熱源，因為這些侵入體的溫度一般在850-1100℃，經歷漫長的年代之后，侵入體本身會漸漸變涼，加上侵入體的規模不大，就更難維持自身的溫度了。所以地質學家普遍認為：自地質年代為300萬年以前形成的侵入體，不論其溫度、體積分布有多高多大，對當今而言，它早已在地殼內變成“涼”體了，不可能形成高溫溫泉的局部熱源。所以這就是在前文中提到的侵入體前為什么要加上“年輕”二字的緣故。另一種是不在火山和巖漿插動區域內的而且是數量遠遠大于高溫溫泉的低溫溫泉，它們的升溫是靠地球的內熱。有關這方面的知識和感受在日常生活中屢見不鮮。我國北方黑龍江省冬季氣溫在零下40至零下30℃，但在鶴崗煤礦300m深的礦坑里，溫暖如春，溫度達20℃。鉆井工人也有同樣感受，在華北平原施工時，當鉆至1000m深時，井下溫度為46 8℃，鉆進到2100m時，井底升溫到84.5℃，平均每百米增溫3.4℃。井孔內的增溫源自地球的內熱，通常所講的地下水隨其深度以當地的地熱增溫率來增溫，一般情況是每百米深度地下水平均增溫在2.5-3℃。

 

  地球內熱是加熱溫泉的“鍋爐”，那么“鍋爐”里源源不斷的水又是來自何方？

 

  地球表面的面積約5.1×104億平方公里，其中的3.61×104億平方公里為海洋所占據。海洋中的水體并非處于靜止狀態，太陽輻射熱的作用下，海水被蒸發到空中成為水汽，一部分水汽在空中被冷凝之后，又以雨或雪重新降落到海洋，另一部分則隨大氣流動降到陸地上，落入陸地的雨雪，有的流入河流，有的注入湖泊，有的落到高山地區或寒冷地帶后形成了積雪和冰川，還有一部分則從地表滲透，在土壤和巖石裂隙中流動，這就是地下水。降到陸地的水，無論是河水、湖水還是地下水，都從高處往低處流，最后又都匯入到海洋。自然界中的水基本就是按照海洋-空氣-陸地-海洋這樣的模式不停地運動著。

 

  地殼中的水不是孤立存在，它是水在自然界運動的整體鎖鏈中的一個環節。從地表以下，大陸上平均約厚35km的地殼巖石中，凡是有裂縫和孔隙空間幾乎都有水的分布。當然，隨著地殼厚度的遞增，壓力的加大，深部巖石的裂隙就越少。因此，可以肯定，地殼深部的含水量將會大大地少于上部。巨厚的地下水層與海洋水和陸地上河流、湖泊、積雪、冰川等水體相聯，組成地殼上部統一的水層，也就是通常所講的水圈。

 

  大氣降水是地下水的主要來源。此外，地下水還有兩個數量不大的來源，其一是巖漿水，許多到過有溫泉出露地區旅游、療養、洗浴的人只要到泉區就能聞到濃濃的硫磺氣味。硫磺和火山關系密切，因此人們就會自然聯想到溫泉水可能就是地下巖漿中所含的水吧！這種想法，在地質學界中是曾流行一時的“原生水假說”。持這一觀點的學者認為，地殼中巖漿凝固時釋放出的水汽，是沿著裂隙上升不斷凝結形成的水。由巖漿分離出來的原生水，數量很有限，即使在現代火山和近代巖漿活動地區，巖漿水和巖漿蒸汽的數量也不會超過那里熱水和蒸汽總量的5%-10%。還有一種說法認為這是古海洋殘留水。在長達幾十億年的地質歷史時期內，經過多次的地質構造運動，海洋和陸地的位置、面積在不斷地發生變化，陸地的某些部分有時下沉力海洋，海洋的某些部分則上升為陸地。當海水退去，古海洋底上的飽含海水的巨厚沉積巖固結成巖時，一部分水被保存下來，封存在沉積巖層中，這種水叫古海洋殘留水或封存水。為區別于大氣降水（或稱外生水），上述兩種水源又稱為“內生水”。

 

  隨著世界各國野外地熱調查工作的深人，以及全球深鉆技術的發展，發現許多溫泉出露地區以及鉆探出熱水的地區附近，并無火山活動，也沒有發現地下有強烈的巖漿侵入話動。結果人們逐漸認識到，地下水加溫“鍋爐”不僅分布在現代火山區和近代巖漿活動區，其他區域的地下也有“鍋爐”存在。所以，“原生水假說”也就無法自圓其說而被人們漸漸淡化了。

 

  【三】溫泉的特性

 

  源源暢流的溫泉水看起來雖然很清澈，但聞起來常感覺有股特殊的氣味，的確，它是一種成分復雜的天然溶液。溫泉水不僅自身具有一定的溫度，而且還溶解了各種鹽類、化學元素以及不同組分的氣體。如前文所述，這些組分的形成是與地質環境密切相關的。因此，可以說溫泉是一種固、液、氣三相融合熱的天然流體。當溫泉水中某些鹽類、化學元素以及氣體組分的含量達到一定數量時，它就顯示出自身的特性一一醫療保健價值，這就是通常所講的“熱礦水”。所以通常把溫泉水又稱為“熱礦水”。

 

  熱礦水和文獻中常見的醫療礦泉水之間有什么概念上的區別？

 

  目前，普遍認為醫療礦泉水能治病，主要靠水的溫度、熱水中氣體組分以及化學組分三大要素對人體所產生藥物化學作用的結果。也就是說，凡具備有上述要素之一者，而且可用于醫療保健的地下水，均屬醫療礦水。溫泉水的物理、化學特性決定了它屬于礦泉之列。但是這并不等于礦泉就是溫泉。因為有些礦泉的水溫并不高，如黑龍江五大連池的碳酸泉，常年水溫僅5-6℃，它雖然是一般“冷泉”，但仍是很有醫療價值的礦泉。

 

  溫泉的主要補給來自天然水，無論是大氣降水或地表水，還是少量的由巖漿分泌形成的原生水，它們都具有獨特的化學組分，在這些水體滲入或匯聚到地下巖層之后形成地下水的過程中，必然溶入不同的化學成分，構成地下水的原始組分。這些原始組分就是地下水演化形成各種溫泉水化學組分的基礎。

 

  由于水在地層話動中的溶解、溶濾和混合作用，溫泉水含有各種具有獨特作用的離子，但不同的自然環境和氣候條件，以相同的地表水或大氣降水所形成的水溶液，其化學成分相差很大。各種不同化學成分的地表水在滲入地下形成溫泉補給水源時，其原始的化學成分就各有差別。這就是在它們未滲入巖石裂隙時之前，地下水所處于的初始成分和初始性質，此后具有初始狀態的地下水進入與周圍巖石以及伴隨的地層增溫相互作用，使其成分特征開始在地球這一巨大天然實驗室里進行長期不斷的物理變化、化學反應和生物化學反應，使其初始狀態的地下水將發生一系列的變化。反應結果，一方面不斷地改變了地下水的化學成分，另一方面也在不斷地改變地殼物質的分布狀況。當然上述的各種反應，離不開地殼增溫的作用。

 

  熱礦水獲取各種化學成分的另一重要手段是混合作用。混合作用是通過兩種不同成分水的混合，而發生的一系列化學反應，致使離子交換后所形成新的組分礦水。混合作用是促使地下水化學組分不斷發生化學作用的重要“手段”。熱礦水中化學成分的形成過程中，除了上述重要的溶濾作用、混合作用之外，還有很多吸附作用、物理化學作用和生物化學作用。

 

  溫泉水中除含有不同成分的化學元素外，還溶有多種氣體成分。這些氣體與天然水中溶有的成分有很大區別，天然水通常溶含的氣體都是源自大氣的氮、氧、二氧化碳等組分，含量不高。如地表水中含氧在0-14mg/L；二氧化碳<1mg/L。但地下深部的地熱水，所溶含的氣體組分就大不一樣，其中包括硫化氫、甲烷、二氧化碳等，所以當它涌出地面形成溫泉時，人們常感覺有股臭雞蛋味、硫磺味，或者常發現有一些溫度不高的泉口，卻似如剛剛啟開瓶口的汽水一樣向上鼓出大量的氣泡等。通過對溶入溫泉氣體的分析，不僅能為揭示其賦存于地下的地質環境提供重要的地球化學方面信息，同時也能對氣體含量的定性和定量之后，為溫泉的醫療保健價值提供科學依據。下面分析一下目前常見溫泉水中富含的硫化氫和二氧化碳氣體是從何而來，又是怎樣溶入溫泉水中的。

 

  首先來分析一下富含二氧化碳氣體的碳酸泉是怎樣形成的。自然界中的二氧化碳較為廣泛存在，空氣中就含二氧化碳氣，但是它在大氣中僅占0.03%，因此由大氣中二氧化碳所構成的分壓很小，只相當30.4Pa，在這樣分壓條件下，二氧化碳氣在每升水中的可溶總量超不過0.59mg。專家們認為二氧化碳的來源有3種渠道：一是有機源；二是海成碳酸鹽巖的變質活動；三是地幔脫氣。也有專家認為只有有機和無機兩種來源之分。有機來源是指礦化熱水使生物物質分解并放出二氧化碳，或者是礦化熱水使烴類氧化而放出二氧化碳。無機源包括地幔脫氣，巖漿侵入體放氣，碳酸鹽巖變質和石灰巖被地下水溶解。許多近代和現代火山區噴氣孔的氣體里均含有大量的二氧化碳，它是火山活動最常見的副產物。火山區的地下常常積存有大量的二氧化碳。它既有源自如大洋中脊處地幔脫氣的原初二氧化碳，或叫巖漿源的二氧化碳，也包括巖漿侵入與圍巖接觸變質過程中產生的二氧化碳。

 

  碳酸泉作為溫泉中的一種，一般水溫較低，常稱之低溫碳酸泉。另外，還有一部分出露的碳酸泉達不到溫泉規定溫度的起點，所以屬于冷泉之列。碳酸泉的溫度為何較低，這是與它在形成過程中，二氧化碳在水中溶解度與水溫有密切關系。水溫越低，溶解度就越大。二氧化碳在O℃水中的溶解度大約是20℃時溶解度的3倍，所以二氧化碳含量高的碳酸泉水溫均不高，甚至是沒有溫度異常的普通冷泉。但是在現代火山區和巖漿滔動區也有高溫碳酸泉的出露。我國大陸惟一的一條高溫地熱帶——藏滇高溫地熱帶（也稱喜馬拉雅高溫地熱帶）的兩側，就有高溫碳酸泉分布，這是由于二氧化碳在水中的溶解度與壓力和酸堿度有關。

 

  再來分析硫化氫泉的形成過程。目前國內執行的醫療礦泉分類標準為每升水中總硫量大于2mg，才能定名為硫化氫泉。硫化氫不是大氣起源的氣體，它只能在缺氧的還原條件下形成，因此地下水中有硫化氫的存在，一定程度上標志著它通常是處在一種封閉還原的地質環境之中。地殼中高濃度的硫化氫水，主要是生物化學作用形成的，它在封閉的地質條件中，通過有機物的分解和脫硫菌類作用，由硫酸鹽還原產生。溫泉中硫化氫泉的出露，與現代火山或巖漿活動密切相關。火山氣體和巖漿分異可以產出硫化氫氣體；地殼巖石圈中的金屬硫化物，諸如黃鐵礦、黃銅礦等，在高溫下與水作用后也能產出硫化氫，形成硫化氫水。從收集云南騰沖溫泉中選出氣體的22個氣樣中，經分析后有18個樣品含有硫化氫，其中含量最高的約占氣體總量的16%（體積分數）。專家們認為：該地熱區硫化氫氣體的富集是騰沖近代火山活動期后的產物。至于西藏羊八井、羊易等高溫地熱田的溫泉中富古硫化氫，是與目前地下深部仍處于大規模巖漿活動而產生氣體分異相關。硫化氫泉在醫療礦泉中具有重要醫療價值。

 

  【四】溫泉療疾功效神奇

 

  溫泉洗浴能治病，在我國史料中最早的文字記載可以追溯到先秦時期，距今的有3000多年了。至今，即使醫學高度發達，溫泉仍被人們視為大自然賜給人類的一種醫療保健的珍品。直到20世紀，科學工作者對溫泉水深入的研究后，才逐漸揭開這種奇的“內幕”。目前，醫學界專家根據溫泉水的物理、化學等綜合資料，結合對人體各系統器官所能產生生理效應的研究，共同認識到溫泉水的神奇療效，主要是依靠泉水的溫度、壓力、浮力以及放射性元素對人體的物理作用，加上泉水中所含各種氣體成分、鹽類、微量元素等藥物的化學作用所產生的綜合醫療效應。

 

  (l)溫熱作用

 

  溫泉淋浴，最受關注的是水溫的高低，因為人群中皮膚的平均體溫34-35℃，高或低于這一溫度，就會感覺溫熱或過冷。泉水的溫度首先對人體的皮膚會產生刺激作用，從而引起肌體內部相關器官、各個功能系統的不同反應。因此，對動脈硬化、早期高血壓、腦血管病后遺癥、半身不遂等病癥均有一定的治療作用。由此可見，泉水的溫熱作用是療疾的重要因素之一。

 

  (2)靜壓作用

 

  人體浸泡在浴池里，會感受到周圍水體對自身的靜壓力。天然水相對密度為1，但由于溫泉水中含有礦物質，高礦化度的泉水，其相對密度將大于l。海洋水的礦化度高達35g/L．其相對密度為1.03，所以人體浸泡在溫泉水中的壓力要比普通水體承受壓力要略大一些，這種壓力可以壓迫周圍靜脈，使血液容易流向心臟，從而加強心臟功能，這種壓力可促使軟組織收縮，促進四肢動脈的血液和淋巴液的回流，加強了呼吸運動及氣體代謝，所以對早期肺功能不全的病人有助于恢復作用。

 

  (3)浮力作用

 

  由于溫泉水的礦化度高于普通天然水，所以泉水浮力也相應略大些。在溫泉水中浸浴時，將會明顯感受到自身輕飄，從而使運動器官負擔明顯減輕，關節肢體活動感到輕松省力，因此能為僵硬的關節、麻痹的肢體、癱瘓肌肉的患者創造恢復功能的良好治療條件。如果再加上溫泉水的溫熱刺激作用，使肌肉張力和能量代謝下降，能緩解痙攣和疼痛，就更有利于關節功能的恢復。

 

  (4)化學元素的作用

 

  上述溫泉水的溫熱壓力和浮力對人體所起的作用只是物理作用。普通天然水體也同樣具備這三項條件，但溫泉水中所含有的各種化學元素，在人體內產生的藥物化學作用，則是它自身具備的特殊性，是普通天然水無法比擬的。溫泉水是調節各種元素理想的補充劑。它可以通過飲療，使各種有用的化學成分通過胃腸道黏膜的吸收進入血液起作用，也可在浴療過程中通過皮膚吸收。此外，泉水中所含一些氣體組分及揮發性物質，還可經呼吸道進入人體內后發揮作用。

 

  泉水中各種元素的作用主要有如下：①碳酸作用②硅酸鹽作用③氡氣作用④硫化氫作用⑤硫磺作用⑥碳酸氫根作用。

 

  【五】溫泉的定義

 

  早在1875年，吉爾伯特(Gilbert)就對溫泉下過定義；“凡溫度高于當地年平均溫度8.3℃的泉水，就叫溫泉或熱泉”。我國著名的地質學家陳炎冰在1939年對溫泉定義為“地下涌出之泉水，其溫度較涌出地點之年平均溫度為高者稱溫泉”。美國地熱地質學家懷特(White)于1957年重新定義溫泉為“溫度顯著高于當地年平均氣溫的泉水叫溫泉或熱泉，一般來說，5℃或5.6℃就算顯著”。無疑，出露于地表的高于當地年平均氣溫的地下水，均系地球內熱作用的巖溫加熱所致，所以上述定義都是科學的。然而，我國各地的年平均溫度均不一樣，北方高緯度區和西部的高寒山區與華南廣東地區對比起來，相差甚大。西藏的年平均溫度才0℃，如果出露的泉口水溫有8-9℃，理應屬于溫泉。但在東南各沿海省的年平均溫度有的高達21.8℃，那么泉口水溫要達到30℃者才算溫泉。根據上述溫泉定義，有的地區溫泉溫度只有8～9℃，這樣“冷”的溫泉只能稱它為地熱學定義的溫泉，而且理論上是科學的，但它不具備經濟適用性，所以不可能構成有價值的資源加以利用。關于溫泉的下限溫度，國際上沒有統一的劃分標準，德國和英國的標準為高于20℃，日本依據1948年通過的《溫泉法規》規定25℃為溫泉的下限溫度。我國政府有關部門在借鑒國外標準，結合國內自然地理和地熱地質條件以及考慮到地下熱水的綜合利用，所制定的地熱勘查國家標準GB 11615-89的規定，把溫泉的下限溫度定為25℃。溫泉水溫的上限溫度能達多少度？這個問題理應容易得到共識，那就是溫泉出露地的高程，當地水的沸點溫度。但是在一些文章和文獻中時有一些這樣的報道：在西藏高原上找到100℃的溫泉；云南騰沖大滾鍋的水溫高達104℃等。如何判斷這類報道的準確性，大家都知道，沸騰是在液體內部進行汽化的現象，也就是說水由液態變成了汽態。出現沸騰只能在固定的溫度條件下進行，發生沸騰時的溫度為沸點，達到沸點的水叫飽和水。海拔高程為0m時，一個大氣壓下，水的沸點是100℃。壓力升高，沸點溫度也升高；反之，壓力下降，沸點溫度也下降。各地溫泉出露高程不一，所以不能統一以100℃作為溫泉上限的沸點溫度。高程1000m時，沸點96.7℃；高程2000m時，沸點93.4℃；高程3000m時，沸點901℃；高程4000m時，沸點86.8℃；高程5000m時，沸點85.3℃。

 

  在地表壓力一定的條件下，從地下出露的水是對應于當地高程的飽和水。因此它的溫度一般不會超過當地的沸點。也就是說在平均海拔高程超過4000m的西藏高原上，溫泉的最高溫度為86.8℃，在海拔1600m的云南騰沖大滾鍋最高水溫在95℃，這也是當地溫泉的沸點溫度。綜上所述，可以認為上面所指的報道數據是失真的。專家曾在藏北野外考察地熱多次，從未測到超過90℃的水溫。羊八井地熱田海拔4300m，沸泉溫度86℃左右，谷露間歇噴泉區海拔4700m，沸泉最高溫度85-86℃。云南騰沖大滾鍋海拔約1500m，也多次測過水溫在96℃左右。在滇西野外考察時確實遇到過在沸泉區內測溫值高于當地海拔高程的沸點，如金平縣的勐坪海拔160m處，測到沸泉的水溫102.2℃，在勐海縣的勐滿，海拔高程860m，測到沸泉水溫達100℃。這種現象，有人把它稱做過熱水泉，這種解釋欠妥，因為沸泉水并不是過熱水，而是飽和水。出現上述情況是一種不常見的汽水兩相共存的過熱態現象，致使沸泉水溫可能略超過沸點，但最大超幅僅在2-3℃。所有報道騰沖大滾鍋水溫104℃，是難以令人置信的。通常由于不同的工作單位、不同時間、不同儀器、不同測溫員讀數以及不同測溫的深淺部位等因素，導致野外測溫數據偏差在2-3℃也是完全可能的。綜上所述，可以認為科學地定義溫泉的溫度下限，理應是高于當地年平均溫度8℃；溫泉溫度的上限理應對應當地高程的沸點溫度，或略高于沸點2-3℃。

 

  【六】溫泉的分類

 

  早期人類對溫泉本身的認識，只能憑借人體對泉水直接感覺以及溫泉和其周圍環境冷熱的比較，來分出溫泉的冷、溫、熱、燙。隨著科學的發展，人們對溫泉的研究和在長期利用的實踐中，摸索到有3個溫度數據十分關鍵：一是當地的年平均溫度；二是地球的年平均最高溫(35℃)；三是對應當地高程的沸點溫度。依此，以泉水溢出地表時溫度高于當地年平均溫度8℃，低于地球年平均最溫35℃時，稱為微溫泉。水溫高于35℃，而低于45℃時定為溫泉。45℃作為溫泉和熱泉的界限，因為它是人體洗浴承受溫度上限，也是生活設施直接利用熱能的低限溫度。熱泉的上限應該是略低當地高程的沸點溫度。若達到沸點就是沸泉了。