藏南隆子县模麓温泉群水文地球化学特征及成因机制研究_周鹏.pdf
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1、周鹏,孙明露,张云辉,等,2023.藏南隆子县模麓温泉群水文地球化学特征及成因机制研究J.沉积与特提斯地质,43(2):322339.doi:10.19826/ki.1009-3850.2023.04003ZHOU P,SUN M L,ZHANG Y H,et al.,2023.Hydrogeochemical Characteristics and Genetic Mechanism of theMolu Geothermal Springs in the Longzi County,Southern TibetJ.Sedimentary Geology and Tethyan Geolog
2、y,43(2):322339.doi:10.19826/ki.1009-3850.2023.04003藏南隆子县模麓温泉群水文地球化学特征及成因机制研究周鹏1,孙明露2*,张云辉3,荣峰1,达娃1,万忠焱1,刘恭喜1,彭清华4,胡华山4,旦增4,刘振峰4(1.西藏自治区地勘局地热地质大队,西藏拉萨850000;2.西藏大学,西藏拉萨850000;3.西南交通大学,四川成都611756;4.中国地质调查局军民融合地质调查中心,四川成都611732)摘要:藏南地区地热资源丰富,是喜马拉雅地热带的重要组成部分,有望成为新的地热资源开发靶区。本文以藏南桑日-错那活动构造带内模麓温泉群为研究对象,以水化
3、学和氢氧氚同位素为研究方法,分析模麓温泉群的水岩作用、热储温度、补给来源及径流时间,揭示了地热水的成因机制。模麓地热水 pH 在 6.67.2 之间,TDS 为 1 908mg/L2 326 mg/L,水化学类型以 HCO3Cl-Na 型和 HCO3Cl-NaCa 型为主。地热水中主要阴阳离子来源于硅酸盐矿物的溶解和少量地球深部物质。利用硅-焓方程法和硅-焓图解法计算的初始热储温度为 198256,冷水混入比例为 68%85%。此外,对地热水中的 Li、B、F 等微量元素分析得出,研究区温泉水中微量组分除来自水-岩作用外,应该还与深部流体的混入有关,且该地区的氢氧同位素特征表明地下水补给主要来
4、源于大气降水,补给高程为 5 652m5 664m,模麓地热水中的氚含量0.5TU,表明其地热水为老水,有更长的径流时间,为水-岩作用提供了充足的时间,而宿麦郎曲河水为新水,补给径流时间短。研究区地热水与围岩遮拉组砂板岩发生水-岩作用,进行离子交换作用,在地下水运移过程中加热形成地热水,最终在有利构造部位出露形成温泉群。本次研究初步揭示了藏南模麓温泉的成因机制,可为藏南地热资源开发利用提供理论参考。关键词:模麓温泉;水文地球化学;热储温度;补给来源;成因机制中图分类号:P314 文献标识码:AHydrogeochemical Characteristics and Genetic Mechan
5、ism of the MoluGeothermal Springs in the Longzi County,Southern TibetZHOU Peng1,SUN Minglu2*,ZHANG Yunhui3,RONG Feng1,DA Wa1,WAN Zhongyan1,LIU Gongxi1,PENG Qinghua4,HU Huashan4,DAN Zeng4,LIU Zhenfeng4(1.Geothermal and Geological Party,Tibet Bureau of Mineral Resource Exploration and Development,Lhas
6、a 850000,China;2.Tibet University,Lhasa 850000,China;3.Southwest Jiaotong University,Chengdu 611756,China;4.Civil-Military IntegratedGeological Survey Center of China Geological Survey,Chengdu 611732,China)Abstract:The geothermal resources in southern Tibet are abundant,being an important part of th
7、e Himalayan Geothermal Belt,isexpected to become a new prospective area for geothermal resource development.In this paper,we analyzed the water-rock 收稿日期:2022-01-09;改回日期:2023-03-07;责任编辑:曹华文;科学编辑:唐渊作者简介:周鹏(1987),男,工程师,从事地热地质调查研究。E-mail:通讯作者:孙明露(1996),女,硕士,主要从事地热成因研究。E-mail:资助项目:国家自然科学基金(42072313,4210
8、2334)、中国地质调查局项目(ZD20220418)、西藏自治区找矿专项资金项目(GZFCG2022-7078)第 43 卷 第 2 期 Vol.43 No.22023 年 6 月沉 积 与 特 提 斯 地 质 Sedimentary Geology and Tethyan GeologyJun.2023interaction,geothermal reservoir temperature,recharge source and runoff time of the geothermal springs in the active tectonic zone ofthe Sangri-Cu
9、ona in southern Tibet,and then revealed the genesis mechanism of geothermal water by hydrochemistry and hydrogen-oxygen-tritium isotopes.The pH values of the Molu geothermal water ranged from 6.6 to 7.2,and the TDS values were 1 908 mg/L to 2 326mg/L.The hydrochemical types were mainly HCO3Cl-Na and
10、 HCO3Cl-NaCa types.The main anions and cations in geothermalwater were originated from the weathering of silicate minerals and minor deep materials.The initial geothermal reservoirtemperatures calculated using the silica-enthalpy equation method and silica-enthalpy diagramming method were 198256,and
11、the cold water mixing percentages were 68%85%.In addition,the analysis of Li,B,F and other trace elements in geothermal watershowed that the trace components in geothermal water in the study area were not only from water-rock interaction,but also related tothe mixing of deep thermal fluids in geothe
12、rmal water.The hydrogen and oxygen isotope characteristics of the area show that thegroundwater recharge was mainly from atmospheric precipitation,the recharge elevation is 5 652 m5 664 m,and the tritium contentin the geothermal water in the foot of the model was less than 0.5TU,indicated that the g
13、eothermal water was old water.It showedthat there was a longer runoff time,which provided sufficient time for water-rock interaction,while the Sumai Langqu River waterwas fresh water and the runoff time was short.The geothermal water in the study area had water-rock interaction in the diabase rockso
14、f the Zhela Formation,and ion exchange was carried out.In the process of groundwater migration,geothermal water formed byheating and then exposed as geothermal springs in beneficial structural positions.This study preliminarily reveals the geneticmechanism of geothermal waters in southern Tibet,whic
15、h can provide theoretical reference for the development and utilization ofgeothermal resources in southern Tibet.Key words:Molu geothermal spring;Hydrogeochemistry;Geothermal reservoir temperature;Recharge source;Geneticmechanism 0引言随着人口的增长、工业化的加速和生活水平的提高,能源短缺一直是全世界面临的严峻问题(Guo et al.,2017;Chang et a
16、l.,2021)。因此,近几十年来世界各地掀起了可再生能源开发利用的热潮(Wang et al.,2021;Erba and Bozda,2022)。地热能与水能、太阳能、风能等其它可再生能源对比,具有清洁、环保、用途多样的特点,且不易受季节、昼夜及气候变化等因素的影响,开发利用更为稳定,并且能源利用效率更高,将为实现“碳达峰、碳中和”目 标 做 出 重 要 贡 献(Zhang and Hu,2018;Moraga et al.,2022;Muther et al.,2022)。地热能开发利用的关键前提是探明地热资源的成因机制。目前水文地球化学、地球物理勘查和数值模拟等方法均被用来分析地热资源
17、的成因机制(郭镜和夏时斌,2022;Gudala et al.,2022;Prez-Zrate et al.,2022;Zhou et al.,2022)。其中,水文地球化学分析在地热资源的成因机制研究中扮演着重要角色。水化学组分可以判定地热水的水化学类型和水岩作用过程,地球化学地热温标(阳离子、二氧化硅和硅-焓模型等)是估算地热储层温度的有效手段,氘氧(D-O)同位素分析能够追溯地热水的补给来源和区域,氚同位素则是分析地热水在深部滞留时间的重要方法(Cheng et al.,2022;Luo etal.,2022;李义曼等,2022;隋丽嫒等,2022)。我国地热资源种类多样、储量丰富,高温
18、地热资源主要集中在西藏、川西和台湾等地区(郭清海,2020;王贵玲和蔺文静,2020;邱楠生等,2022)。其中西藏地热资源储量十分可观,已知温泉显示区(点)677 处,高温地热资源居全国之首,开发利用潜力巨大,数十年来西藏地热资源持续吸引学者们对其开展研究(王贵玲等,2017)。目前西藏地热资源主要集中于羊八井和古堆地热区,其物质来源、热储温度和成因机制被学者们广泛研究,取得了丰硕的成果(许鹏等,2018;Guo et al.,2019;Li et al.,2022a;Su and Tan,2022;Wang et al.,2022;胡志华等,2022;王迎春等,2022;薛帅等,2022)
19、。近年来,在西藏隆子县模麓地区发现了许多天然露头的温泉,本研究根据西藏地热中的温度分类标准:冷泉(水温34),低温泉(水温=37),热泉(水温3742),高温泉(水温42)(佟伟等,2000),认为模麓温泉(出露温度约 3376)属于中-高温地热资源。研究区位于古堆地热区以南,同属南北向桑日-错那活动构造带,具有可观的地热开发利用前景。然而,迄今模麓温泉群的成因机制相关 2023 年(2)藏南隆子县模麓温泉群水文地球化学特征及成因机制研究323 研究较少,其热储岩性、热储温度和补给来源等关键信息仍不明朗,亟需开展针对性研究。因此,本文研究以藏南隆子县模麓温泉群为研究对象,在模麓温泉群出露区域和
20、宿麦郎曲上游采集了 9 个地热水和 1 个河水样品,进行水文地球化学和氘氧氚(D-O-T)同位素分析,阐明其水-岩相互作用、热储温度、补给来源和滞留时间等,进而揭示模麓温泉群的成因机制,以期为藏南隆子县地热资源的勘探、开发和利用提供参考依据。1区域地质背景隆子县(91539306E,28072852N)位于西藏自治区山南市(胡智文,2021),藏南地区位于地中海-喜马拉雅地热带,分布有较为强烈的地热 活 动 区 域(蒙 晖 仁 等,2023),年 降 雨 量 在150300 mm,年平均气温 56(许鹏等,2018),该区属于高原半干旱大陆性季风气候(多吉卫色等,2022 年)。研究区南部主要
21、山峰位于喜马拉雅山脉大“弧形”处,海拔 5 000 m 以上,冰碛可见,终年积雪。模麓温泉群位于青藏高原南部,大地构造位置属拉轨岗日被动陆缘盆地,该构造单元总体以远陆带沉积的不对称褶皱、冲断以及花岗岩穹窿构造为特征(曹华文等,2022),为地热的形成提供了非常有利的背景条件。青藏高原自第四纪以来受南北向强烈的挤压作用,构造和岩浆活动极为频繁,产生了一系列近南北向的张裂或张扭性的活动构造带。在这众多的活动构造带中,最东侧延伸长、规模宏大的,即是著名的桑日-错那活动构造带(图 1a;喻晓等,2023;Cao et al.,2022)。该南北向构造带横穿西瓦里克构造带、喜马拉雅地体及雅鲁藏布江构造带
22、,是青藏高原大规模隆起伸展运动的伴生产物,在西藏境内南北长约 210 km,最宽处达 18 km(吴中海等,2008)。该构造带包含了 3 个相互独立的近南北向或北北东向的半地堑式、地堑式盆地,从南向北依次是错那-拿日雍错地堑、邛多江地堑和沃卡地堑(李光明等,2020;董国臣等,2021)。模麓温泉群即位于桑日-错那活动构造带内,现代地热活动十分强烈,该构造带分布有古堆热田、错那热田及多个温泉显示区,古泉华等地热活动遗迹亦到处可见。模麓温泉及周缘出露地层主要为中侏罗统遮拉组(J2z)及第四系沉积,其中遮拉组主要为砂板岩,第四系主要以砾石、砂、黏土为主(卿成实等,2023)。发育脉幅不等的辉绿岩
23、脉,顺层侵入于遮拉组地层中(马子宁等,2022)。总体构造格架呈近东西向展布,发育近东西和南北向断裂构造,共同控制着区内地层展布及岩浆热液活动。模麓温泉水热活动十分强烈,主要沿宿麦郎曲两侧分布,东西出露长度超 2 km,南北宽度多在 0.2km0.4 km 之间,最宽处可达 0.5 km。显示区内发育多处泉口,温度最高为 76,与西藏温泉志温泉中的 LZLM01(68)、和 LZLM02(64)相比较高,总流量达 400 m3/d(佟伟等,2000)。水热蚀变现象主要表现为钙质泉华、高岭土化,零星可见少量硅质泉华分布,地表可见明显的盐霜。2样品采集及分析测试方法本研究于 2022 年 8 月共
24、采集水样 10 件(图1b),其中宿麦郎曲上游河水样 1 件,编号为 HS1;地热水水样 9 件,编号为 RQ1RQ9。在现场使用德国 Multi3630IDS 便携式多参数水质仪对温度(T)、酸碱度(pH)、溶解总固体(TDS)、电导率(EC)和溶解氧等进行初步测定。全部水样品先使用0.45m 过滤膜过滤,将 550 毫升高密度聚乙烯瓶在现场清洗三次后收集并蜡封样品。随后将水质综合分析样品送至西藏自治区地勘局中心实验室进行检测分析,同位素分析样品送至自然资源部地下水矿泉水及环境监测中心测试。样品中的主要阳离子(K+、Na+、Ca2+和 Mg2+)和主要阴离子(F、Cl、SO42和 HCO3)
25、及微量元素(B、Li、Sr)通过Thermo Icap6300 Duo 电感耦合等离子体发射光谱仪、NexION 300X 电感耦合等离子体质谱仪、AFS-830 原子荧光光谱仪、ICS-1 000 离子色谱仪等进行测定,主要阳离子和阴离子之间的电荷平衡误差低于10%。氢、氧同位素(D-18O)通过 L2130i 水同位素分析仪在温度 25,湿度 50%条件下进行检测,结果以维也纳标准平均海洋水(VSMOW)作为标准,采用传统的()表示法,D 和 18O 的分析 精 度 分 别 为0.6%和 0.2%;氚 同 位 素 通 过Quantulus 1 220 超低本底液体闪烁谱仪进行检测,测试精度
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