（火山型温泉成因示意图 王树芳供图）

温泉的水源

有了热源，还需要介质把热量带出来，地下水就是这个介质。只有当地下水涌出地表时才能称其为泉水，达到一定温度的泉水则称为温泉水。温泉水的来源非常复杂，有的来自天然降水的入渗，包括降雨与降雪；有的是地层形成时被封存其中的海水或者淡水，等等。地下水被地下热源加热达到一定温度后便成为地热水，地热水涌出地表即成为温泉。

北京的小汤山温泉和南京的汤山温泉就是这样形成的。它们的泉水来源于古老时期的降水，降水渗入到地下后随地势由高向低流动，流动的过程中逐渐被高温地层加热形成温泉。这些地区利用地质测年方法测得温泉水年龄较轻，在2万—3 万年。

夏威夷群岛上的温泉水来源有所不同。当火山喷发时，喷发物中富含的大量水汽冷凝后通过火山口进入火山岩中，受热后形成温泉。另外，火山喷发时会加热附近的地层，地层中的地下水受热升温形成地热水，涌出地表后也会成为温泉。

（冰岛蓝湖 孙颖供图）

虽然这些温泉是在短期内形成的，但是水源的年龄更老。温泉的压力只有热源和水源，地热水是不能涌出地表形成温泉的。地热水要涌出地表，就必须有足够的压力，压力主要来自三个方面。

一是源头的静水压力。就像一个U 型的连通器一样，当我们从连通器的一端加水时，新加的这部分水就会对连通器底部的水产生压力，迫使底部的水向另一端运动，最终使连通器两端的水面达到平衡。与连通器相似，当地热水的位置比源头低时，源头就会对其产生静水压力。

二是上覆地层对地热水的压力。温泉在涌出地表前是地下的地热水，会受到上覆地层的压力。地热水埋藏得越深，上面的地层越厚，受到的压力越大。

三是地层上面的大气压力。大气压力通过地层将压力传导给地热水。这三个压力同时作用在地热水上，当压力之和足够大时，地热水就会上涌成泉。在一些地热活跃区，有时会出现更神奇的景象：温泉规律性喷涌就像闹钟一样准时，这就是间歇泉，即间断喷发的温泉，多发生于火山运动活跃的区域。全球已知的间歇泉大约有1 000 多眼，其中近一半分布在美国的黄石国家公园里。著名的火山之国冰岛，也有多个间歇温泉。

（美国黄石公园温泉 ）

这些温泉为什么会间歇性喷发呢？简单地说就是热胀冷缩的原理。在火山活跃的地区，灼热的岩层会使地下水升温甚至汽水汽，渐渐在地下聚积越来越大的压力。当压力积蓄到一定程度时，地下热水和水汽沿着地表的裂缝上升，并最终冲出地表，形成喷泉。喷发过后，地下储水空间的压力得到释放，被周围补充过来的冷水或回流的地表水再次充满，新一轮的地下水加热又开始了。

温泉的通道

地下水有了温度和足够的压力后，一旦遇到合适的通道就会喷涌而出形成温泉，通道一般有断层和岩溶通道两种。最常见的通道就是断层，是地层发生错断后产生的。当断层切穿含水层时，含水层中的地热水就会沿断层涌出地面，形成温泉。这种情况下，温泉一般会沿断层呈线状分布。实际上，世界上大多数温泉都与断层在地表密切相关，因为温泉水源埋藏往往很深，如果没有上涌通道，这些温泉水只能是地热水。地热水只有通过断层上涌到地表，才能形成温泉。我国西藏地区和日本某些地区有许多温泉带，温泉呈带状分布。科学家通过温泉带可以追索断层的走向。

另外一种通道就是岩溶通道，是可溶性岩石在水的作用下形成的孔隙和通道。与断层相比，岩溶通道更复杂。一个岩溶通道可能延伸几千米、几十千米或者更长。另外，岩溶通道不是呈线状延伸的，而是曲折的。曾有人想在岩溶泉附近钻井以获取温泉水，但是试验了好多次都失败了。

（我国西藏朗久的温泉）

还有人想增大温泉的出水量，就用炸药对泉眼进行爆破。但爆破后不但没有增大泉水量，泉水反而也流了。正当人们为自己的鲁莽行为懊悔不已时，温泉水却从距原泉眼几米远的地方涌了出来，好像捉迷藏一样。北京的小汤山温泉、重庆的北温泉和美国的飞喷泉，其形成也与岩溶通道密切相关。

由上面的介绍我们可以知道，温泉的形成依赖多方因素，缺一不可。温泉是大地对生命的恩赐，我们一定要好好珍惜。

（本文图片除说明外，均由全景网提供）

（作者单位：北京市水文地质工程地质大队/ 北京市地质环境监测总站）

本文刊于《大自然》2019年第6期

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来源：大自然杂志公众号

编辑：言五

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