我们身边的地热现象之叁---墨守成规的间歇喷泉

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间歇喷泉是温泉中的一种特殊类型，也是一种奇特而罕见的自然景观。目前全球已知的温泉区分布可以说是数以万计，但间歇喷泉的出露不会超过700处。间歇喷泉是高温地热区的典型标志，它常常与大量的热泉、沸泉、喷汽等伴生。所谓间歇喷泉一般称间歇泉。它不同于其他的地热显示就在于它具有周期性活动特点。凡具有间断性喷射出炽热的沸水和蒸汽的泉，或者是定时定量地喷出地面的泉统称间歇喷泉。间歇喷泉(geyser) 一词源自冰岛，它的原意是“喷射”。为什么把间歇喷泉形容成墨守成规呢？有两重理解，一是它具有共性——间歇性；二是部分泉的间歇期是定时的，按时喷，按时休息。基于上述原因，冠名“墨守成规”一点也不夸张。美国西海岸的黄石公园有一个十分遵守时间定时定量地喷歇的间歇泉，被誉名为“老实泉”而驰名全球。间歇喷泉也有一些是属于不“老实”的间歇性喷发。

间歇喷泉的水温、水量以及水化学组分，一般都比较稳定，温度接近甚至略高于当地沸点，水化学类型多为氯化物-钠型水，富含具高温水热区特征的锂、铷、铯、锶、硼、砷、二氧化硅等离子。高温水热活动区是构造运动、断裂活动乃至区域地震的高发区。这些因素都将会导致间歇喷泉容易发生动态变化，甚至出现泉口的转移消失或新生。除构造运动、断裂活动等自然因素外，人类活动也会对间歇喷泉的动态产生影响。为了保护珍贵的自然景观，有些国家已把间歇喷泉出露的高温水热区，辟为地热旅游资源列入国家自然保护区。

由于人类的活动，在高温地热区进行钻探过程中，也常常会出现间歇喷泉井或者间歇性喷发的钻孔，我们把这类现象定名为“人工间歇喷泉”或“人工间歇井”。我国西藏羊八井，在热田进行钻探过程中，其中就有多眼钻孔发生过间歇性井喷。日本的诹访市新源汤泉区于1983年打了一口井，结果成了间歇井。每隔7～8min喷一次，激喷持续时间约30s，喷高20-30m，喷出水温在100℃左右，蒸汽飘高50m。

间歇喷泉的活动特点，包括两次喷发之间的间歇期、激喷的持续时间以及喷发射程的高度等，都因每处喷泉内在条件的不同而各异，所以有些间歇喷泉活动很规则，也有的就不规则。比如有些喷泉激喷的持续时间为几秒钟或几分钟甚至十几分钟，但它们的间歇期相对时间要长得多，有的短到几分钟，有的长达几个月甚至上年时间的间歇期。至于喷射高度也不一样，低的不到半米，高的可喷出40-50m。

【一】间破喷泉形成的特定条件

间歇喷泉奇特的功能和绮丽的景观，不仅为世人所瞩目，而且也引起科学家们对它形成机制的关注和研究。早在150多年以前，德国的化学家R.Bunsen等人，于1847年首先提出了间歇喷泉形成原理。20世纪初，曼比(A，E．Munby)于1902年设计出“间歇喷泉的模式”。除上述研究者外，还有很多国家的科技工作者先后对世界有间歇喷泉出露的地区，做过大量的观测和研究工作，我国地热学家佟伟等人，通过对西藏等地间歇喷泉的观测与研究，也曾提出喷泉形成的模式。

当前，各国的科学家们在分析间歇喷泉成因上会有一些不同的推论和模式，因为迄今为止，全球所发现的间歇喷泉都段有具有相同的喷发模式，这就是说它们各有特点，各具特色。这是因为每一处间歇喷泉所处的内在地质环境（地质构造、地层岩石、地震括动、热储特征、地下水运移等条件）和外部的自然环境（气温、气压等条件）均不一样，所以它的形成、水热活动特点、活动规模、活动景观等也不尽相同。但是不论是哪种类型的间歇喷泉，它形成原理却是一致的，它必须具备有3大条件，即地下水室、给水系统和热源。这一基本原理是依据1902年曼比提出的包括三大要素在内的间歇喷泉的模式。图为间歇喷泉三大要素模拟示意图。

在间歇喷泉出露地表浅的部位处，应该有一个水室，水室必须具有一定的空间，水室中的热水由于局部受热，热含量不断上升，随之水的温度也增加，密度下降，压力增加时，沸点上升，过热水或蒸汽不断充实在水室中，当水的热含量达到某一临界点和临界分配状态（即汽水比）时，水室的水体将会出现不稳态。这时水室内发生突发性汽化，经过扩容后的体积会骤增l500倍，从而将水猛烈冲出水室。激喷时给水系统同步活动，当激喷停止时，水室又重新注入冷水，这时的喷泉就进入了间歇期。然后，通过热探的重新加热，又开始重复新的一轮水室的汽化和澈喷。从对上述间歇喷泉成因的分析可知除了水室和供水系统是必备的条件外，热源则是起主导作用的。因为源源不断的强大热量才是驱动整个水热活动发生对流循环的根本原因。正因如此，全球现已发现为数不多的间歇喷泉区，都有一个共同特点，即它们都出露在地壳的活动地带，也就是现代火山区或年轻的造山带。这一活动地带目前已被公认为全球板块边缘。间歇喷泉只能在这样特定的大地构造环境中形成，因为这里能够持续不断为喷泉提供足够的热源。间歇喷泉的3大要素缺一不成，若缺少水室，只有给水系统和热源，就只会形成一般的温泉、热泉或沸泉。若缺少热源，根本形成不了高温间歇喷泉。但是自然界却有冷间歇喷泉出露，但它的喷射动力不是热而是靠高压二氧化碳来驱动。

【二】全球著名的间歇喷泉

目前，全球已知间歇喷泉的有冰岛、美国、新西兰、日本、墨西哥、智利、俄罗斯、印度尼西亚、亚速尔群岛以及中国等。虽然已发现有大小泉口数百处，但是闻名于世界的间歇喷泉仍为少数。下面就让读者欣赏几处十分壮观的喷泉景象吧！

(1)冰岛大喷泉

间歇喷泉(geyser)这一术语就源自冰岛，加上又拥有喷势壮观的大喷泉，因此冰岛被誉为“喷泉之乡”而闻名于世。凡去过冰岛的旅游者，都会亲临位于首都雷克雅未克东北70km的冰岛大喷泉的现场，去领略这一喷泉的强大魅力。

冰岛大喷泉出露在赫克拉火山西北的山岭谷地里，泉口坐落在一个大型泉华台地上，泉华台地是由喷泉喷出热水经过长期淀积形成的硅质泉华台地，喷泉停止喷发时，可以见到喷泉泉口原来是一个圆形、直径约20m、深1.5m的热水塘，水塘中央有一喷口，直径3m有余，垂直深度20m。水塘充满的泉水清澈碧绿，塘面水温76-90℃。从近200多年来对冰岛大喷泉的喷发记录中，发现大喷泉的水热活动变迁很大。19世纪中叶至20世纪初，喷发活动十分激烈，激喷时的汽水柱高达70m，而且可持续喷发10min，最低的喷高也有25m。1900年以后，喷发次数逐渐减少，到了1916年开始休眠，直到1935年又开始活动，近10来年来水热活动基本处于间歇期。图为冰岛大喷泉于1835年激喷时的情况，在其右侧是大喷泉的伴侣斯托罗克尔喷泉，它与大喷泉同在一个泉华台地，同属一个裂隙上，只不过后者的泉口小，为一直径4m的圆形热水塘，间歇期10-15min，激喷高度18-20m。如图所示，激喷时两股粗壮的汽水柱直冲云霄，犹如“擎天之柱”。此外，冰岛西南Reykjanes热田的一处歇了多年泉口，于1967年的一次地震活动中复活，每隔几分钟喷发一次，喷高5m多。

(2)美国黄石公园老实泉

世界上有许多绮丽多姿的自熟景物，或给人以美的感受，或以某种特有的方式拨动人们的心弦。喷泉就是既能给人以清新的美感，又以其喷涌不竭引人遐想的景物之一，而那些间歇喷泉，就更以它神秘莫测的机制和忠诚守时的品格产生了持久的强大魅力。

提到忠诚守时的喷泉，名声远播莫过于美国黄石公园中“老实泉”了。黄石公园位于美国西部怀俄明州的西北部，地处落基山脉的中段，创建于1872年，是全世界第一座国家公园，联合国教科文组织把它列入首批世界文化和自然遗产名单。

黄石公园附近出露有流纹岩、玄武岩等熔岩，黄石河沿岸岩壁多呈黄色而得名，公园内有落差94m的陶尔瀑布，但最令人如醉如痴的还是黄石公园的间歇泉群。初步查明，全球600多个间歇泉中，近半数泉群均分布在公园之内，真可谓是得天独厚。这些喷泉构成全公园内万余温泉中最富诗情画意的重要成员，然而老实泉却又成为它们当中的无可非议的一颗明珠。

“老实泉”自人们认识它以来，百余年间，守时不逾，每隔64.5min喷发一次，每次持续4-5min，把大约45000L、80-90℃的热水喷向40 -70m的天空中。凡到过现场观赏过老实泉激喷时壮丽情景的人们无不赞赏不已。

美国著名的地热地质学家D．E．怀特、L．J．P．穆夫勒等人，曾对间歇喷泉的特点和成因进行过长期深入的研究，并针对黄石公园的老实泉间歇性喷发活动进行全过程模拟。图1-6为老实泉经历4个水热活动阶段的模拟示意图。第一阶段为恢复或补给阶段。亦在间歇喷泉一次喷发之后，局部变空的地下竖管及水室又再次充水阶段。在这阶段，热水由下部经给水系统向上运移，冷水则由侧面向下补给}这一阶段包括部分二氧化碳、硫化氢等气泡的形成。第二阶段为初步喷发阶段。这阶段上升的气泡逐渐增多，趋于塞满竖管，可能在竖管的狭窄部分如A点处，蒸汽突然膨胀，迫使一部分水从地表泉口涌出。第三阶段为激喷阶段。这阶段随着气泡进一步增加，压力降低，水室及孔隙空间中的热水大部分扩容为蒸汽，喷泉即迅速进入激喷。第四阶段为冒气阶段。激喷之后，地下竖管和水室内近于空阁，停止喷发。这时只有少部分的水残留在局部孔隙空间，短期内继续形成蒸汽。利用间歇期，地下竖管和水室又重新充水，加热，继而为第二回的激喷作准备。图1-6所示地层剖面是设定的，并不代表老实泉所在地域的地下结构，绘出的目的是为了阐明包括老实泉在内的间歇喷泉水热活动的过程、原理以及成因机制。

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(3)新西兰的间歇喷泉

新西兰最大的间歇喷泉出露在北岛中部著名的地热城罗托鲁阿( Rotorua)的南部，除间歇喷泉外，还有沸泉、沸泥塘、喷气孔、水热爆炸等高温显示，显示区已辟为国家公园，供旅游者尽情欣赏，领会地热旅游资源的魅力。1886年，附近的塔腊韦腊火山爆发，致使7个巨大的间歇喷泉同时喷发起来，激喷时汽水夹杂黑色泥土和碎石直冲天空，并伴随刺耳震耳的喷发声响，情景既壮观而又吓人。喷泉口坐落在一个大型浅黄色硅质泉华台地的一条裂隙上，“波呼托”为新西兰毛利旗语，意为“飞溅的水花”，它常常出现在喷射的最后阶段。激喷时汽水柱超过20m．有时高达30m。当有风吹起时，汽水柱形成一片高大的屏障，在阳光照射下，似如悬挂在空间一面亮晶晶的巨型玻璃镜，气势磅礴壮观。观赏者无不被这一景色所吸引，久立而不舍离去。

【三】中国的间歇喷泉

我国的间歇喷泉主要出站在西部的边疆省份——西藏、云南西部和四川西部，这一地区也是我国大陆惟一的高温水热活动的集中区域。西藏的间歇喷泉早就被中外专家所关注，并有过零星的报道。欧阳缨著《中华析类分省图》载：“西藏中部火山甚强，今已休息，其遗迹成为各地湖沼，在17000尺之高地上有温泉，冬季又有间歇泉之沸腾，极为美观云”。

20世纪70年代初，能源危机波及全球，地热能才开始受到青睐。我国地热热潮也随之兴起。1973-1976年和1980-1984年，中国科学院青藏高原综合科学考察队、北京大学等单位组成的专业队伍，对西藏高原以及东延的横断山区地热显示区进行了全面考察，在此基础上陆续报道了我国间歇泉区的发现与确证。这些喷泉区均沿着大陆上地热活动最强烈的喜马拉雅地热带分布，它是上地幔和地壳里地热活动通过热对流和热传导上升至地表的重要窗口之一。

目前已知西藏有5处，云南、四川各1处，它们各具活动特点，由西向东，现分别描述如下。

(1)搭各加间歇泉区

搭各加间歇泉区位于冈底斯山南麓多雄藏布河源的一条北西向宽谷的右侧，海拔高程5080m，属西藏昂仁县桑桑区。从拉萨沿至普兰县的公路西行，再转去措勤县公路可直达泉区西侧。搭各加的水热活动几乎全部出露在一座硅质泉华台地之上。台地南北长1000m，东西宽度从南端的1200m减至北部的500m左右。台地上沸泉、汽孔、热水塘、热水沼泽以及红、白相间的古硅华丘等各类显示全俱全。台地上共有4处间歇泉，主泉口呈圆形，直径约30cm，激喷时伴随着撼人的吼声，汽水流冲出泉口立即扩容成直径2m以上、高20余米的汽水柱，喷势十分壮观。间歇状态时，泉口变得很平静，但泉水的温度也高达84℃（沸点）。它是我国目前发现的喷发强度最大的间歇泉，也是地球上出露位置最高的间歇喷泉区，还是出现在非火山区而活动规模又具有世界级的间歇喷泉。喷泉活动的规律不明显，喷势的强度与间歇期的长短均变化无常。据当地牧民介绍，几十年以前，搭各加主喷泉口是在现有泉口位置东侧2m处，现已成为一处热水塘。根据热水塘的喇叭状形态推测，原来的间歇泉口很可能经历过水热爆炸阶段演化成塘式间歇喷泉之后的产物。第二处间歇泉在主泉口以北，泉口斜嵌在岸边泉华陡壁的中部。它的喷发规律明显，每隔一天半喷一次，以45°角斜向喷射，射程达20m，激喷持续25min以后，其喷势才逐渐减弱，最后消失，泉口恢复平静。另外两处泉口的喷发规模较小。

(2)查布间歇泉区

查布间歇泉区位于冈底斯山南麓的一条近南北向的宽谷中。出露海拔4730m，属西藏谢通门县以北龙桑区查布乡，距县城约50km，是我国第二大间歇泉区，亦为世界非近代火山区的5个间歇喷泉之一。泉区出露于侧布雄曲左岸泉华台地上，台面上泉口星罗棋布，拥有间歇泉、沸泉、热水沼泽等200多处显示点。在扇形泉华台地东南瑞，有两个活动强度相差悬殊的间歇喷泉，主泉口呈L形，缝宽25-30cm，长约2.5-3m．活动十分频繁。1975年现场监测昼夜24h共喷发208次，每次平均持续4-5min，间歇2-3min，激喷高达6m，临到午夜可喷到7m。1989年7月18日再度考察时，主泉口由原208次减到24次，每天15：00点前后出现一次当日最大的暴喷，届时汽水柱腾高达30-40m。动态的变化，反映喷发活动的不稳定性。

(3)泮扎龙间歇泉区

泮扎龙间泉区位于西藏南木林县芒热乡勘珠村，出露海拔4500m。泉区东邻中尼公路仅3km，但受湍急河流的阻挡，抵达泉区必须由县城东行几十公里经勘珠村后才能到泮扎龙，交通十分不便，所以至今尚无实地考察的资料和报道。1989年7月20日，据南木林县人民政府的次仁班久介绍，勘珠村的泮扎龙喷泉，每隔15min喷一次，每次持1min，喷高约2m，估计温度在84℃以上。根据上述情况介绍，泮扎龙应属间歇泉区。

(4)谷露间歇泉区

谷露间歇泉区位于念青唐古拉山东翼，属西藏那曲县谷露区，出露海拔4700m。青藏公路自泉区东侧2km处通过，从公路向西遥望着可以到泉区上空有一束束白色汽柱升起。间歇喷泉坐落在硅华丘体顶部的一条北东向裂隙上。笔者曾于1975年9月6日至9日对该泉进行的72h连续动态监测，共观测到45次喷发，根据45次观察，平均一天喷发16次，间歇时间平均为44min32s。最长的间歇期为58min，最短才20min，喷发的平均持续时间48min，最长喷发72min．最短只有32min，所以间歇喷发活动并不规律。监测时对泉口温度进行了同步测量，间歇期的泉坑温度84.3℃，低于当地沸点，起喷时温度缓升至86℃，激喷时高达88.1℃。温度变化总趋势与美国黄石公园的老实泉相似，距主泉口西北侧2m，有一条北东向裂隙，这条裂隙靠近主泉口有一段3m长缝隙，也有与主泉相似的间歇喷发活动，两者的喷发频率一致，惟喷发活动存在一个时间上的相位差。这段裂隙起喷比主泉口早10min，停喷则比主泉口早20min，喷高不超过2m，喷发持续时间也比主喷口短，形成长3m，宽2m的汽水柱，在阳光照射下，似如一面闪闪发亮的屏镜。

(5)布雄朗古间歇泉区

布雄朗古间歇泉区位于措美县古堆乡玛尼当曲两岸，出露海拔4500m。泉区内的沸泉、喷汽孔、硫质气孔以及沸泥泉等显示争奇斗妍。其中有一活动规模较小的间歇喷泉，激喷时的高度仅半米。

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(6)茶洛间歇泉区

茶洛间歇泉区位于金沙江上一条支流巴曲河畔，属四川省甘孜藏族自治州巴塘县濯拉区境内，出露海拔3600m，交通较方便。间歇泉区沿巴曲河谷展布，在长1km、宽100余米的显示区内，共有间歇泉4处。有关茶洛间歇泉的动态情况虽屡有所闻，但均未见过有文字报道。1982年中国科学院综考队考察了该泉，并记载喷发活动最强的泉口叫擦巴丹。藏语擦巴丹即“平台上喷热水”之意。该泉就是出露在拔河50m的硅质泉华平台上，由一个主泉孔和2-3个副孔串为一组，喷发时有大、中、小三种活动规模。开始时以数次喷高不到0.2m的小喷，然后是喷高0.4-1m的中等喷发，最后出现4.5m高的大喷发。持续时间平均为16min23s，一昼夜大喷8次。这是一种具有多级复合特点的喷发活动。

另一间歇泉位于擦巴丹东侧100m，当地称擦利玛，藏族擦利玛即指“长长的热泉水流”。它有2个喷口，相距3m，斜向喷射，射程4-5m，一次喷发活动持续1h46min，间歇期长达36h之久，所以当地民间流传一种说法：“谁要碰上了擦利玛起喷，谁就能变上好运”。

第三处间歇泉在擦利玛以西20m，其喷发活动似与擦利玛有对应关系，但喷出的热水浑浊，并常夹带泥土及小石块。推测浑水的形成有可能因原有泉口被坡积物掩埋，或许是该泉出露年轻，地下通道尚未衬上泉华内壁。第四处叫擦兄间歇泉，藏语擦兄意指“很小”，该泉括动强度确实很小，而且出露在灌丛之中，若不是从灌木丛的上方发现有团团汽雾的升起，谁都难以找到它的具体位置。擦兄每隔4分钟喷一次，一次仅持续20s。四川是自西藏之后报道有间歇喷泉的第二个省份。

(7)邦腊掌间歇泉区

邦腊掌间歇泉区位于云南西部龙陵县的香柏河深切河谷之中，出露海拔1280m，距县城10km，并有公路直通泉区。笔者于1979 -1992年先后八次考察了邦腊掌。该间歇泉是在1976年5月29日发生龙陵大地震2-3天后被发现的，它出露在邦腊掌的上硝显示区。泉口位于泉华台地上的一条南东一北西向裂隙上，裂隙宽约25cm，可见深度20cm，泉口近长方形，颈部侧斜，激喷时呈40°角斜喷出0.5m。1979年观测时，每次喷发持续30s，然后间歇1min。喷发时水温98℃（沸点），间歇时只有92℃。待1980年观测时，喷势有所减弱。再经过13个年头的间隔观测时，虽然泉口已转移过两次，但至今泉口仍有间歇性的水热活动。至此，云南则成了我国发现间歇泉的第三个省份。

综述我国高温间歇泉区的报道，可以看出各个泉口的喷发活动、动态变化，彼此之间很少有其共同性。但从宏观的地质背景、热源系统、喷发特点和出露位置等，它们似乎又具有一定的相关性，归纳以下几点。

①喜马拉雅地热带是我国间歇喷泉的活动带。喜马拉雅地热带西起西藏自治区的阿里地区西南，向东大体沿雅鲁藏布流域展布，至昌都地区西南以后折向东南，而后与云南西部以及四川西部地热活动带相接。喜马拉雅地热带的出现，是南亚板块与欧亚板块碰撞的结果。喜马拉雅运动已经持续了上千万年，至今仍未终结，整个地热带上的水热活动，至今方兴未艾。我国间歇泉区集中分布在这条地热带上并非偶然，它再次生动地说明了高原地区尽管海拔很高，地壳很厚，但是地壳里的水热活动强度并不亚于地球上的其他现代火山区。

②浅部岩浆活劫和深部重熔活动构成我国间歇喷泉的强大热源。间歇泉的出现，必须具备3个条件，即水补给、抽送系统和热源。三者中热源是关键。世界上绝大多数间歇喷泉的热源都来自年轻的酸性浅埋岩浆体，所以它们一般均出现在现代火山区。但是我国间歇泉区出露在西藏段的并不存在现代火山活动，出露在横断山区段的，除腾冲外也不存在现代和近代火山。那么我国间歇泉的热源从何而来呢？地热地质学家们认为，自新生代以来，雅鲁藏布江南北，其岩浆活动相当强烈，因此在地壳上部可能还隐伏着大量未冷凝的岩浆囊。另外，从对腾冲-龙睦发生地震震图的分析发现，这一带地壳浅部目前仍可能存在有岩浆活动。此外，喜马拉雅造山运动所产生的局部重熔恬动，通过热对流作用，很可能也是喜马拉雅地热带的强大热源之一。

③我国间歇喷泉具有明显的不稳定性。间歇喷泉是一种为时较短的自然地质现象，我国间歇泉的生存时间则更为短暂。通过我们的考察与访问，发现上述7处间歇主泉口位置，在近几十年内，都发生过不同程度的转移。查布原主间歇泉口，1960年以前还在间歇喷发，1956-1959年查布附近发生地震，泉区的烈度相当大，震后原主泉口渐变成一沸泉，而新的间歇主泉日向西移动了100m。谷露间歇泉区也是如此。1950-1951年，当雄地区发生两次7.5级大震，距当雄县50km的谷露，震后把原在东边泉华台上的主泉口“搬”到泉华体的西边。当雄地震还把位于县城西南20余公里的原曲才间歇泉区的4处间歇泉给全部湮灭。横断山区的邦腊掌热田由于1976年龙陵地震后才开始“诞生”出间歇喷泉。综上所述，造成间歇喷泉转移或湮灭的主要因素显然是地震作用，地震效应可以促使间歇泉的水室崩塌、扩大或更新，致使给水、加热和抽送系统的阻塞或沟通，甚至诱发新的喷泉。喜马拉雅地热带也是地球上的一条强震带，频繁的地震和强烈的水热活动是一对相辅相成的内在因素。

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