地球科学|赵钵渊,祁士华等:帕米尔高原东北缘中高温地热流体水文地球化学特征及成因机制

学术   科学   2025-01-10 00:00   湖北  

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帕米尔构造结东北缘中高温地热资源丰富,前人的研究多限于研究单个地热田,缺乏区域的系统性研究.基于帕米尔高原东北缘的地热地质特征,以地热流体地球化学研究作为认识地热资源的有效手段,根据研究区8个温泉水、1个冷泉水、11个热井水以及6个地表水的理化数据,进行了水化学成因、特征及同位素分析,揭示帕米尔北东侧区域性地热流体的热储温度特征及冷却机制的演化模式,为帕米尔北东侧地热资源勘探提供一定的地球化学依据.研究结果表明,地热水中主量离子主要受钠/钾长石、阳离子交换作用以及岩浆水的影响,热水样品B/Cl、B/Li、B/Cs、Li/Cs、Na/Cl、K/Cl的高相关性特征显示热水可能有共同的母质地热储层.氢氧同位素特征表明地热水受大气降水、雪融水及深部岩浆水补给.多种溶质温度计、硅-焓模型以及氯-焓模型重建了热水的热储温度、冷却过程及演化模式,推断出研究区下方可能存在多个热储层,其中最深部的母质热储的温度约为358~418 ℃,Cl含量约为300~400 mg/L.结合区域地质及地热地质条件分析,认为帕米尔高原东北缘地热异常为地壳中的熔融岩浆及高产热花岗岩共同作用的结果.本文得出以下结论:
(1)研究区内地热流体成分复杂,大多数地热水中SO42-、Cl-、HCO3-、Na+为主要离子.Na+、HCO3-、Cl-受钠\钾长石的溶解、阳离子交换作用及岩浆水的影响,而SO42-主要来自于熔融岩浆的闪蒸上升.B/Cl、B/Li、B/Cs、Li/Cs、Na/Cl及K/Cl的高相关性显示研究区地热水可能有共同的或相似演化的母质热储层. 
(2)氢氧同位素显示地热水主要受大气降水、融雪水及岩浆水补给. 
(3)溶质温度计及硅焓模型圈定了氯-焓模型中部分热水的热储温度,通过氯-焓模型得出研究区地热水存在多个热储温度及热储间的演化方式,进一步推断出最深部母质热储层的温度为358~418 ℃,Cl含量约为300~400 mg/L.氯-焓模型显示,曲曼热井水及塔什库尔干正断层南侧、瓦恰正断层附近的温泉水含有更高含量的Cl-,它们位于3类冷却线(绝热冷却、混合冷却、传导冷却线)上,指示了这部分地热水是由深部母质热储层流体上升并经历多种冷却方式演化形成,而分布于塔什库尔干正断层北侧以及库克正断层附近高SO42-低Cl-高焓值地热水(PT1、PT5、PT6)并非起源于该母质热储,其演化模式可能为岩浆流体的高温闪蒸上升加热的浅层地下水. 
(4)高放射性花岗岩、熔融岩浆为研究区的可能热源.
图1 帕米尔高原区域构造纲要图(a);研究区地质简图(b)
图2 研究区样品硅-焓图解
图3 帕米尔东北侧中高温地热流体成因模式



文章刊登在《地球科学》第49卷第10期

赵钵渊, 王帅, 陈锋, 贺根义, 黄学莲, 王思佳, 祁士华, 2024. 帕米尔高原东北缘中高温地热流体水文地球化学特征及成因机制. 地球科学, 49(10): 3736-3748. doi: 10.3799/dqkx.2023.081

Zhao Boyuan, Wang Shuai, Chen Feng, He Genyi, Huang Xuelian, Wang Sijia, Qi Shihua, 2024. Hydrogeochemical Characteristics and Genesis of Medium-High Temperature Geothermal System in Northeast Margin of Pamir Plateau. Earth Science, 49(10): 3736-3748. doi: 10.3799/dqkx.2023.081

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