西藏申扎縣地?zé)峄顒?dòng)帶水文地球化學(xué)特征

常夢(mèng)瑤，甘申勝

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西藏申扎縣地?zé)峄顒?dòng)帶水文地球化學(xué)特征

常夢(mèng)瑤，甘申勝

（成都理工大學(xué)，成都 610059）

論文探討了西藏申扎縣南部地塹系內(nèi)溫泉的水文地球化學(xué)特征及熱源問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)地下水受到下部巖漿活動(dòng)的影響增溫，其溫度和二氧化碳分壓值在區(qū)內(nèi)分布有差異，對(duì)巖層的溶濾強(qiáng)度有影響。熱泉、溫泉水的化學(xué)類(lèi)型與其所處的的地質(zhì)背景和物質(zhì)來(lái)源有密切關(guān)系。通過(guò)對(duì)比地?zé)崴械腂r/I、Cl/Br、γNa/γCl比值系數(shù)與正常海水Br/I(1300)、Cl/Br(300)、γNa/γCl(0.85)比值系數(shù)，得出申扎縣微溫泉、地那熱泉為深層殘余海水。地?zé)崴懈缓琀BO2反映地下水受巖漿活動(dòng)影響，同時(shí)也導(dǎo)致區(qū)域地下水中富含F(xiàn)、Cl、Li、Rb、Cs等元素。通過(guò)對(duì)SiO2溶解曲線的研討，確定其熱儲(chǔ)性質(zhì)為中溫地?zé)嵯到y(tǒng)，熱儲(chǔ)埋深約為17km。

地?zé)峄顒?dòng)帶；水文地質(zhì)球化學(xué)；殘余海水；申扎縣

青藏高原地區(qū)地?zé)豳Y源豐富，分布有羊八井、那曲等地?zé)崽?。申扎縣南部溫泉群主要發(fā)育于申扎—定結(jié)地塹系，其溫度普遍較高，水化學(xué)類(lèi)型復(fù)雜。1976年青藏高原科考僅采集了部分溫泉水樣，而未作詳細(xì)分析?，F(xiàn)階段該區(qū)地?zé)嵫芯砍潭鹊停虼嗽诰C合前人的研究成果下，對(duì)該區(qū)作水文地球化學(xué)特征及熱源分析。進(jìn)一步分析探討物質(zhì)來(lái)源和熱儲(chǔ)深度，為區(qū)域地?zé)衢_(kāi)發(fā)提供參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及溫泉分布

青藏高原地區(qū)是世界上現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為活躍的地區(qū)之一。申扎縣位于岡底斯板塊中部北緣，研究區(qū)位于申扎縣城以南，甲崗山脈以東的地塹盆地及其周邊地區(qū)。區(qū)內(nèi)出露最老地層為泥盆紀(jì)查果羅馬組灰?guī)r，二疊紀(jì)灰?guī)r在本區(qū)較為發(fā)育。區(qū)內(nèi)燕山（晚）期和喜山期的中酸性巖漿活動(dòng)較為強(qiáng)烈，巖性主要為花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、黑云母花崗巖等，局部地區(qū)分布新第三紀(jì)火山巖。由于受到印度板塊向北強(qiáng)烈擠壓作用，岡底斯塊體內(nèi)部物質(zhì)向兩側(cè)逃逸，造成東西向的拉張，形成一系列北東向重力斷層構(gòu)成的鋸齒狀申扎—謝通門(mén)—定結(jié)地塹系[1]，研究區(qū)屬于該地塹系統(tǒng)北段。地塹內(nèi)部被第四紀(jì)沖洪積物、沼澤沉積物覆蓋，存在少量的冰川漂礫。藏北高原地溫梯度多在3~4℃/100m以上，大地?zé)崃髦翟?0~80mW/m2之間[2]，反映了該區(qū)處于一個(gè)較高熱流值。區(qū)內(nèi)溫泉出露整體呈南北線狀分布（圖1）。

圖1研究區(qū)地質(zhì)略圖 (據(jù)1∶25萬(wàn)申扎幅修改)

Q4f-沼澤沉積淤泥、泥炭；Q4fl-湖沼沉積細(xì)礫、沙、淤泥；Q4pal-沖洪積物礫石、砂土；Q3gl-冰川沉積物漂礫、砂土；N2wy1-烏郁群碎屑巖段紫紅、灰色礫巖、砂巖及粉砂巖；E3r-日貢拉組雜色砂巖、砂礫巖夾巖；E1n-年波組凝灰質(zhì)礫巖、砂巖夾粉砂巖及少量凝灰?guī)r；K2-E1d-典中組安山巖、英安巖夾少量凝灰質(zhì)砂巖；K1zl2-則弄群火山巖段安山巖、英安巖夾少量火山碎屑巖；P2x-下拉組中薄層泥晶灰?guī)r，含豐富的蜓腕足化石；P1a-昂杰組含礫砂巖、砂巖夾薄層灰?guī)r；C2-P1l-拉嘎組灰紫色細(xì)砂巖夾中粒長(zhǎng)石石英砂巖；C1-2y-永珠組，灰紫色細(xì)砂巖夾灰白色細(xì)粒石英砂巖；D2-3C-查果羅馬組厚—巨厚層微晶灰?guī)r；ZXZ5—打個(gè)龍弄吧熱泉 ZXZ6—申扎縣微溫泉 ZXZ7—那果爾熱泉 ZXZ8—羅布村溫泉 ZXZ9—地那熱泉

表1 申扎縣南部溫泉水化學(xué)分析數(shù)據(jù)

西熱：中國(guó)科學(xué)院青藏高原綜合科學(xué)考察隊(duì)《西藏地?zé)帷穂3]；區(qū)調(diào)：1∶100萬(wàn)日喀則、亞?wèn)|幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告礦產(chǎn)部分表54和表55[4]；

2 溫泉水地球化學(xué)特征

2.1 溫度和pH值

區(qū)內(nèi)出露泉水溫度在9~79.5℃之間，ZXZ6溫度較低但終年不凍，ZXZ9溫度達(dá)到79.6℃。區(qū)內(nèi)pH為6.5~8.9之間，大體屬于中偏堿性水。其中點(diǎn)ZXZ5野外實(shí)測(cè)pH為8.9，屬弱堿性水。在野外水文地質(zhì)調(diào)查中并未發(fā)現(xiàn)pH<4的酸性泉水和第四紀(jì)火山活動(dòng)特征，說(shuō)明該地區(qū)不存在第四紀(jì)火山活動(dòng)（表1）。

2.2 地?zé)崴械奶妓崞胶馀c碳酸鹽巖溶解

熱水pH值與水中溶解的HCO3、CO3含量相關(guān)，碳酸主要來(lái)源于地下水溶慮碳酸鹽巖、高溫地?zé)嵯到y(tǒng)中的變質(zhì)巖、石灰?guī)r受熱分解產(chǎn)生的CO2和土壤層的CO2。利用RockwareAq·QA軟件進(jìn)行礦物溶解平衡狀態(tài)分析（表2）。

表2 礦物飽和指數(shù)和CO2分壓值

當(dāng)?shù)卮髿馊CO2背景值為0.001 7atm[5]，在該地下水系統(tǒng)中PCO2值變幅較大，推斷為與地下水系統(tǒng)的開(kāi)閉狀態(tài)有關(guān)。點(diǎn)ZXZ5的兩組數(shù)據(jù)、點(diǎn)ZXZ6數(shù)據(jù)、點(diǎn)ZXZ7的兩組數(shù)據(jù)和ZXZ9的兩組數(shù)據(jù)顯示該地塹系地下水中的碳酸鹽巖溶解達(dá)到平衡。其中ZXZ9達(dá)到過(guò)飽和，因此在該處形成泉華錐，且泉華堆積速度較快，在36年內(nèi)增高近1.5m，年平均增長(zhǎng)41.66mm（圖2）。

2.3 地?zé)崴再|(zhì)

熱水中的F/Cl要比海水、油田水或同生泉水的F/Cl高1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，分析該地?zé)嵯到y(tǒng)中的F/Cl、Cl/Br和Br/I系數(shù)可以初步判斷熱水形成機(jī)制（表3）。

圖2 甲崗電站泉華錐生長(zhǎng)堆積對(duì)比（1976與2012）

γNa/γCl系數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)海水γNa/γCl為0.85[6],研究區(qū)γNa/γC>1,說(shuō)明泉水在地下曾發(fā)生強(qiáng)烈的水巖反應(yīng)[7]。

Cl/Br系數(shù)：鹵族元素Cl、Br物理性質(zhì)相似，它們?cè)诤Ｋ型瑫r(shí)存在，而在一般淡水中Br含量甚微。在大洋中Cl/Br約為300；如果是殘余海水，由于濃縮作用產(chǎn)生NaCl沉淀，溴化物的溶解度比氯化鈉大，所以殘余海水中Br相對(duì)富集（Cl/Br<300）；如果地下水溶濾貧溴的巖鹽地層水，則Cl/Br大于300[6]。推測(cè)ZXZ5、ZXZ7為賦存在貧溴的巖鹽地層中的微變質(zhì)水，而ZXZ6、ZXZ9則很有可能屬于深層殘余海水。

圖3 區(qū)內(nèi)地?zé)崴蠬BO2含量與Li、Rb、Cs、Cl關(guān)系圖

Br/I系數(shù)：Br和I同屬鹵族元素，但地球化學(xué)特征卻不同，I易被生物攝取。正常海洋水Br/I系數(shù)為1 300。由于I在海洋生物體中富集，所以含有大量有機(jī)殘骸的海相淤泥、沉積巖水中富含I。該地塹系中熱泉出露地層及溶慮地層均含有海相沉積石灰?guī)r、白云巖等。ZXZ6、ZXZ9的Br/I大大低于正常海水，I發(fā)生富集。因此證明ZXZ6、ZXZ9點(diǎn)的地?zé)崴疄樯顚雍Ｏ喑练e水。

2.4 熱水中Cl與Li、HBO2的地球化學(xué)指示

熱水中Li含量一般比普通地下水高，因此可以作為追索熱水上升通道或隱伏水熱區(qū)的標(biāo)志[8]。研究區(qū)地下水中Li含量在0.32~5.30ppm。位于斷裂帶上的ZXZ5、ZXZ7、ZXZ8的Li含量較高，分別達(dá)到3.40ppm、2.30ppm、5.30ppm。據(jù)D·E·White資料[9]巖漿活動(dòng)的熱泉中大多數(shù)富硼，富HBO2的熱水分布地區(qū)也可反應(yīng)出富含Cl、F、Li等地區(qū)。該地塹系由于受到東西向拉張作用使斷裂大體走向與甲崗山脈一致，這個(gè)拉張過(guò)程仍在繼續(xù)并與巖漿活動(dòng)有關(guān)[10]。點(diǎn)ZXZ5、ZXZ7和ZXZ8均顯示較高的HBO2也表明存在巖漿活動(dòng)，地?zé)崴慌鹁褪沁@種巖漿活動(dòng)的反應(yīng)。熱水中Li、Rb、Cs、HBO2等組分一般又與Cl有相關(guān)，Cl含量越高，這些組分的含量也較高，而且熱水礦化度越高這種關(guān)系越明顯（圖3）。

圖4 SiO2溶解曲線判斷礦物溶解平衡狀態(tài)示意圖

ZXZ5、ZXZ7、ZXZ8都是以重碳酸鹽—氯化物型水，溫度和礦化度較高，這種水主要來(lái)自于深部含水層，循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，并與巖漿活動(dòng)相關(guān)。當(dāng)水熱活動(dòng)持續(xù)一定時(shí)間之后隨著水熱系統(tǒng)的消退，深部流體的組分和含量都會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)熱水的水型逐漸會(huì)被富含HCO3或SO4的水代替，溫度和礦化度都會(huì)逐漸降低。 ZXZ5、ZXZ8熱水中存在SO4成分，即屬于這種類(lèi)型。

3 熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與熱儲(chǔ)溫度

3.1 熱源分析

表3 熱水γNa/γCl、Cl/Br 、Br/I離子比系數(shù)

根據(jù)青藏高原航磁平面等值線圖[11]顯示，沿著該南北地塹系呈明顯負(fù)磁異常。從當(dāng)惹雍錯(cuò)—申扎的東段地電斷面分析，觀測(cè)結(jié)果清晰地指示出低阻物質(zhì)（ρ<10Ω/m），其次根據(jù)該地塹系內(nèi)的地震資料，僅1980年發(fā)生4.0Ms以上11次，最大6.2Ms。震源深度均在33Km左右。岡底斯地塊Moho面深度為72km[12]。說(shuō)明斷層并沒(méi)有切穿巖石圈，只是與高導(dǎo)層“中心”相耦合。地塹內(nèi)部及附近并沒(méi)有大規(guī)模的現(xiàn)代火山活動(dòng)，在局部地區(qū)存在小范圍的新近紀(jì)中酸性火山巖，因此不可能是地幔物質(zhì)上涌提供熱源。推測(cè)為印度板塊俯沖到歐亞板塊的下面引起上地殼物質(zhì)部分熔融，在底部形成局部巖漿房，并為地下水提供了熱源。

3.2 熱儲(chǔ)溫度

每種地?zé)釡貥?biāo)都是建立在礦物溶解反應(yīng)達(dá)到平衡的基礎(chǔ)上，所以在利用地?zé)釡貥?biāo)以前，必須判斷溶液—礦物平衡狀態(tài)。利用地下水中某些化學(xué)組分的含量與溫度的關(guān)系函數(shù)，估算深部熱儲(chǔ)的溫度。其原理在于深部熱儲(chǔ)中礦物在水中溶解達(dá)到平衡，在熱水上升至地表過(guò)程中，溫度下降，但化學(xué)組分含量幾乎不變。

表4 SiO2地質(zhì)溫度計(jì)(熱儲(chǔ)溫度)數(shù)據(jù)

SiO2地?zé)釡貥?biāo)：利用熱水中SiO2溶解度與溫度的關(guān)系函數(shù)估算地下熱儲(chǔ)溫度，在許多情況下誤差僅有±3℃[13]。本文利用SiO2溶解度曲線法[14]判斷礦物溶解平衡狀態(tài)，這一方法用于判斷SiO2含量受何種礦物控制。自然界中的二氧化硅礦物有多種，地?zé)嵫芯恐猩婕暗挠惺ⅰ⒂袼韬蜔o(wú)定形二氧化硅。在SiO2-T關(guān)系圖上（圖3），可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)地?zé)崴甋iO2含量數(shù)據(jù)點(diǎn)均接近玉髓溶解曲線而遠(yuǎn)離石英曲線，說(shuō)明玉髓可能是起平衡作用的礦物。一般來(lái)說(shuō)SiO2溶解度隨礦化度增大而減小，但在礦化度較低情況下，影響不明顯。從水樣分析數(shù)據(jù)看，研究區(qū)地?zé)崴衂XZ5、ZXZ6、ZXZ9的礦化度均小于1500ppm，不至于影響SiO2溶解度。但SiO2含量主要取決于地下水的溫度和循環(huán)時(shí)間[15]，溫度越高、循環(huán)時(shí)間越長(zhǎng)，SiO2含量就越高。顯然ZXZ8的SiO2含量較大主要是地下水循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)引起。因此采用玉髓溫度計(jì)來(lái)表示該點(diǎn)熱儲(chǔ)溫度就不太適合，相對(duì)來(lái)說(shuō)采用SiO2（無(wú)蒸汽壓損失）計(jì)算的熱儲(chǔ)溫度更為合適（表4）。

該地塹系熱儲(chǔ)平均溫度為98.5℃，與藏北地區(qū)淺層平均熱儲(chǔ)溫度（76.58℃）相差不大。按照國(guó)際慣例，熱儲(chǔ)溫度位于90~150℃為中溫地?zé)嵯到y(tǒng)[16]。因此該地塹系整體上屬于中溫地?zé)嵯到y(tǒng)。

3.3 熱儲(chǔ)埋深

熱儲(chǔ)埋深Z（徑流循環(huán)深度）是根據(jù)那區(qū)地區(qū)地?zé)崽锲骄責(zé)嵩鰷靥荻菺（4℃/100m），常溫帶埋深Z0（10m），當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁豑0（-1.55℃）[17]和按地球化學(xué)溫標(biāo)計(jì)算的熱儲(chǔ)溫度T通過(guò)Z=（T-T0）/G+Z0[18]。計(jì)算得淺層熱儲(chǔ)埋深約為2 510m。

按照淺層熱儲(chǔ)埋深Z、溫度T和傳導(dǎo)地溫梯度值G’,對(duì)深部溫度進(jìn)行推算。假定未冷凝巖漿房溫度為800℃，該地區(qū)深部平均地溫梯度為5℃/100m，熱源埋深H=（800-T）/G’+Z[10]。則該地塹系熱源埋深約為17km。

4 結(jié)論

1）二氧化碳分壓影響碳酸鹽巖的溶解飽和狀態(tài)，同時(shí)地下水中的γNa/γCl、Cl/Br、Br/I、HBO2可以指示地下水性質(zhì)。因此對(duì)研究區(qū)地下水系統(tǒng)分類(lèi)：申扎縣微溫泉、地那熱泉主要為深層殘余海水。那果爾熱泉主要為地下水溶濾貧溴地層，較高的HBO2顯示與巖漿活動(dòng)有關(guān)。羅布村溫泉主要溶慮石炭系石英砂巖裂隙含水層，并與巖漿活動(dòng)有關(guān)。

2）利用不同地?zé)釡貥?biāo)計(jì)算，所得的熱儲(chǔ)溫度相差較大，因此在利用地?zé)釡貥?biāo)估算熱儲(chǔ)溫度時(shí)，必須進(jìn)行分析礦物的溶解平衡狀態(tài)。研究區(qū)熱儲(chǔ)平均溫度為98.5℃，大體屬中溫地?zé)嵯到y(tǒng)。

3）對(duì)深部熱源進(jìn)行估算，推測(cè)在該地塹系下17km左右存在局部巖漿熔融體。

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Hydrogeochemistry of Geothermal Girdle in Xainza, Tibet

CHANG Meng-yao GAN Shen-sheng

(Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

The paper has a discussion on hydrogeochemical characteristics and thermal source of thermal springs in the graben system in the south of Xainza, Tibet. The study indicates that groundwater temperature is affected by lower magmatism. Chemical type of the thermal springs is in close relationship with geological setting and material sources. The correlation of Br / I, Cl / Br, γNa / γCl ratio coefficient of the geothermal water to Br / I (1300), Cl / Br (300), γNa / γCl (0.85) ratio coefficients of normal seawater indicates that the thermal spring water was derived from deep residual seawater. The geothermal water is rich in HBO2and regional groundwater is rich in F, Cl, Li, Rb and Cs due to influence of magmatic activity. The SiO2 dissolution curve shows medium-temperature geothermal systems with a depth of about 17 km.

Xainza; geothermal activity; geothermal reservoir; hydrogeochemistry; residual seawater

P641.4+2

A

1006-0995（2017）03-0445-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.03.021

2016-11-14

常夢(mèng)瑤(1991- )，女，四川省江安縣人，在讀碩士研究生，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專(zhuān)業(yè)