羊八井地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)條件及其對(duì)超臨界地?zé)豳Y源勘探的啟示

王迎春 周金林 李 亮 文華國(guó), 宋榮彩 姜光政 胡 杰 張 超

1.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué) 2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院 3.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院

0 引言

地?zé)豳Y源的勘探開(kāi)發(fā)對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、助力盡早實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。隨著地?zé)豳Y源勘探進(jìn)入深水區(qū)，推進(jìn)超臨界地?zé)豳Y源的探測(cè)已成為各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的能源戰(zhàn)略[1]。我國(guó)高溫地?zé)豳Y源主要分布在西藏自治區(qū)、云南省、四川省西部和臺(tái)灣省[2]。西藏羊八井地?zé)崽锸俏覈?guó)高溫地?zé)峥碧介_(kāi)發(fā)歷史最為悠久的地?zé)崽镏籟3-5]，該地?zé)崽颶K4002井測(cè)得最高溫度為329.8 ℃[4]。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的勘探和研究，目前對(duì)于羊八井地?zé)崽锏牧黧w來(lái)源、熱源、儲(chǔ)層特征等基于流體化學(xué)、地質(zhì)、地球物理等證據(jù)都取得了充分認(rèn)識(shí)[3,5-7]。冰雪融水在地形驅(qū)動(dòng)下入滲到一定深度，被圍巖加熱后再沿著斷裂上涌到近地表，形成地?zé)嵯到y(tǒng)。從泉華特征推測(cè)其地?zé)崃黧w能夠循環(huán)到地下5 km[8]，按照羊八井地區(qū)40 ℃/km的地溫梯度，這樣的循環(huán)深度很可能形成超臨界地?zé)豳Y源[1]。那么，羊八井地?zé)崽锎嬖诔R界地?zé)豳Y源嗎？研究該地?zé)崽锏牡責(zé)岬刭|(zhì)條件是回答此問(wèn)題比較經(jīng)濟(jì)而有效的手段。

地?zé)崴械臍怏w是溝通深部?jī)?chǔ)層與近地表熱顯示的橋梁。地?zé)釟怏w可以識(shí)別地?zé)嵯到y(tǒng)的物質(zhì)來(lái)源、判別地?zé)嵯到y(tǒng)的熱源特性。此外，地?zé)釟怏w的組合關(guān)系，還可以估算儲(chǔ)層溫度，比如一些氣體比值地溫計(jì)、氣體同位素地溫計(jì)等[9-11]。

目前，世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過(guò)10個(gè)地?zé)崽锞哂谐R界地?zé)豳Y源的潛力，比如美國(guó)的蓋瑟斯、冰島的卡夫拉、日本的葛根田、意大利的拉德瑞羅等[1,12]。這些地?zé)崽锏湫偷牡責(zé)岬刭|(zhì)特征與活火山直接相關(guān)，其巖漿房埋深一般介于2～6 km。這些超臨界地?zé)釁^(qū)的揮發(fā)份主要為CO2、H2S等酸性氣體[13]，同時(shí)巖漿脫氣、相分離、蒸汽冷凝也是常發(fā)生的物理化學(xué)過(guò)程[14]。另外，地?zé)釁^(qū)圍巖的滲透性、侵入體的深度和形態(tài)等都是超臨界地?zé)豳Y源形成的主要地質(zhì)控制因素[14]。當(dāng)圍巖滲透率大于10－15m2時(shí)，有利于超臨界地?zé)豳Y源形成；但是當(dāng)深度達(dá)到10 km時(shí)滲透率可能低于10－20m2，基本不可能形成超臨界地?zé)豳Y源[14-15]。

為了明確羊八井地?zé)崽锸欠翊嬖诔R界地?zé)豳Y源，筆者在系統(tǒng)分析羊八井地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)特征的基礎(chǔ)上，從流體來(lái)源、儲(chǔ)層溫度、巖漿特性等多方面尋找證據(jù)，研究了羊八井地?zé)崽锏奈镔|(zhì)來(lái)源和熱源特性。確認(rèn)羊八井地?zé)崽餂](méi)有形成超臨界地?zé)豳Y源的地?zé)岬刭|(zhì)條件。該項(xiàng)研究成果對(duì)于我國(guó)超臨界地?zé)豳Y源的勘探具有重要意義，對(duì)于深入理解亞?wèn)|—谷露裂谷（YGR）的地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程也具有參考價(jià)值。

1 羊八井地?zé)崽锏牡刭|(zhì)條件

羊八井地?zé)崽镂挥诶_西北約90 km的羊八井鎮(zhèn)境內(nèi)，地處青藏高原腹地，平均海拔超過(guò)4 500 m（圖1）。該地區(qū)的年平均氣溫為2.5 ℃，年均降雨量為380 mm，而且大部分都集中在7～9月[4]。在20世紀(jì)90年代，羊八井地?zé)崽锏陌l(fā)電量占拉薩市電力的60%。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)今羊八井地?zé)崽锇l(fā)電占拉薩市用電的2%[3,16]。

圖1 羊八井地?zé)崽锏牡匦蔚孛才c地?zé)崃黧w采樣點(diǎn)分布圖

羊八井地?zé)崽锾幵趤問(wèn)|—谷露裂谷的中部，西北邊是念青唐古拉山，東南邊是唐山（圖1）。地?zé)嵯到y(tǒng)的基巖東南部為石炭系—二疊系板巖、上白堊統(tǒng)碳酸鹽巖和侏羅系變質(zhì)沉積巖，西北部為古生代片麻巖和混合巖，近地表為第四系覆蓋。該地區(qū)存在的年輕火山巖的年齡為距今8 Ma[5]，但是至今沒(méi)有證據(jù)顯示該地區(qū)存在第四紀(jì)火山活動(dòng)。在亞?wèn)|—谷露裂谷的東、西兩側(cè)分別分布有2套走向NNE向和NE向的正斷層，是亞?wèn)|—谷露裂谷系的分支，這些伸展斷層被推斷為地?zé)崃黧w儲(chǔ)層和運(yùn)移通道，因?yàn)樗鼈円恢被钴S到第四紀(jì)晚期。羊八井地?zé)崽镌缦却嬖谡羝孛?、沸泉、間歇泉、熱水塘等地表熱顯示，隨著地?zé)岚l(fā)電的持續(xù)開(kāi)發(fā)，很多高溫地?zé)犸@示已經(jīng)逐漸消失了[16]。

羊八井地?zé)崽镂鞅辈磕钋嗵乒爬剑ê０谓橛? 500～5 800 m）的降水和冰雪融水是地?zé)崽锏闹饕a(bǔ)給源[4]。大氣降水入滲并被圍巖加熱，地?zé)崃黧w沿著斷裂帶上升到深部?jī)?chǔ)層，然后流入淺部熱儲(chǔ)層，與地下冷水混合，一起流向地?zé)崽飽|南側(cè)[4]。多吉[3]研究認(rèn)為，羊八井地?zé)崽锏臒醿?chǔ)層有2層，淺層熱儲(chǔ)層溫度介于130～170 ℃，儲(chǔ)層深度約500 m，儲(chǔ)層巖性主要為第四系沉積物；深層熱儲(chǔ)層深度介于950～1 800 m，巖性主要為裂隙花崗巖、風(fēng)化花崗巖等，推測(cè)深層儲(chǔ)層溫度介于210～250 ℃。

2 羊八井地?zé)崽锏牧黧w來(lái)源

2.1 羊八井地?zé)崽锏責(zé)崴卣髋c來(lái)源

2.1.1 地?zé)崴卣?/p>

羊八井地?zé)崽锏責(zé)崴哂衅珘A性的pH值、以Cl－為主的水化學(xué)類(lèi)型，不是酸性流體（表1）。世界上很多超臨界地?zé)崽锏牧黧w為酸性，甚至有的pH低于3，并且富含SO42－。同時(shí)，它們的流體總?cè)芙夤腆w（TDS）濃度基本都是幾萬(wàn)mg/L[13]。這些顯著流體特征差異，是因?yàn)槌R界地?zé)崽飺碛幸粋€(gè)較淺的巖漿房，地?zé)醿?chǔ)層很大程度接受了來(lái)自巖漿房直接脫氣的組分和物質(zhì)，導(dǎo)致其流體性質(zhì)與遠(yuǎn)離巖漿房的地?zé)崽镉忻黠@差異。

表1 羊八井地?zé)崽锖铀?、地下冷水、地?zé)崴屠淠幕瘜W(xué)參數(shù)和同位素表

根據(jù)水同位素分析，羊八井地?zé)崽锏牡責(zé)崮噶黧w主要源于念青唐古拉山的冰雪融水入滲到地下一定深度，在被圍巖加熱的同時(shí)也受到了來(lái)自深部巖漿水的混入，導(dǎo)致地?zé)崴乃瘜W(xué)類(lèi)型以Cl—Na型為主。羊八井地?zé)崽锏牡責(zé)崴康?，水化學(xué)特征與超臨界地?zé)崽锏牡責(zé)崴哂忻黠@差異，主要是因?yàn)檠虬司責(zé)崽锏膸r漿房比較深，釋放的酸性流體在運(yùn)移到近地表的過(guò)程中可能被中和。

2.1.2 地?zé)崴膩?lái)源

羊八井地?zé)崽锏責(zé)崴摩腄與δ18O的關(guān)系如圖2所示。地下冷水、地?zé)崴屠淠拷虼髿饨邓€(xiàn)（GMWL）和本地大氣降水線(xiàn)（LMWL），表明其為大氣降水來(lái)源。以巖漿水（δ18O=10‰±2‰，δD=－20‰±10‰）[17]和冰雪融水[18]作為繪制圖2中的兩個(gè)端元。羊八井地?zé)崽锎蟛糠值責(zé)崴植荚趲r漿水和大氣降水的混合帶。圖2顯示δD和δ18O都略有右移，表明地?zé)崴纬蓹C(jī)制以與巖漿水混合為主。根據(jù)δD和δ18O二元混合關(guān)系，羊八井地?zé)崽锏牡責(zé)崃黧w受到深部少量巖漿水（約25%）的影響。

圖2 羊八井地?zé)崽锼畼拥摩腄與δ18O關(guān)系圖

2.2 羊八井地?zé)崽锏責(zé)釟怏w的特征與來(lái)源

2.2.1 羊八井地?zé)崽锏腍e特征與來(lái)源

目前，對(duì)于地?zé)釟怏w中He的來(lái)源，一般認(rèn)為3He主要來(lái)自地幔，以脫氣形式進(jìn)入地殼；4He主要是殼內(nèi)放射性成因，主要以U和Th元素的α衰變產(chǎn)生。當(dāng)氣體中R/Ra值（R＝3He/4He，Ra表示空氣的R值，為1.38×10－6）介于0.02～0.10時(shí)，主要是殼內(nèi)源占主導(dǎo)地位；當(dāng)R/Ra值超過(guò)0.10時(shí)，存在一定比例的幔源He混入地?zé)嵯到y(tǒng)。從數(shù)據(jù)表2可知，羊八井地?zé)崽餁怏wR/Ra值基本小于0.20，遠(yuǎn)小于洋中脊的R/Ra值（8.00±1.00），也小于大洋島弧的R/Ra值（7.40±1.50）[19]，以及熱點(diǎn)或地幔柱地區(qū)的R/Ra值（15.00～30.00）[20]。反映出羊八井地?zé)崽餁怏w具有明顯的殼源主導(dǎo)特性。另?yè)?jù)表2羊八井地?zé)崽锏腍e來(lái)源97%是地殼源，與前人認(rèn)為羊八井地?zé)崽锏蒯e的來(lái)源小于5%一致[21]。從羊八井地?zé)崽镌趤問(wèn)|—谷露裂谷的構(gòu)造位置來(lái)看，該地?zé)崽锾幱诘貧?、地幔He作用的邊界，或多或少地受到了小比例的地幔He影響。而主導(dǎo)的地殼He很可能是殼內(nèi)花崗巖中的U（3 mg/kg）和Th（20 mg/kg）元素放射性衰變產(chǎn)生的[22]。

表2 羊八井地?zé)崽餁怏wHe和C同位素組成表

2.2.2 羊八井地?zé)崽顲O2氣體特征與來(lái)源

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，羊八井地?zé)崽顲O2氣體來(lái)源中海相碳酸鹽巖組分介于54%～68%，平均值為60%；變質(zhì)沉積物組分介于26%～43%，平均值為35%；地幔端元的平均值為5%。羊八井地?zé)崽锏責(zé)釟庵刑妓猁}巖與碳酸鹽巖/變質(zhì)沉積物比值較高，表明裂谷區(qū)CO2儲(chǔ)層具有明顯的非均質(zhì)性。δ13C值偏負(fù)可能與巖漿烘烤作用下變質(zhì)巖的熱分解有關(guān)。羊八井地?zé)崽镂鱾?cè)念青唐古拉山在中新世時(shí)出露大面積花崗片麻巖[24]，這些變質(zhì)沉積巖分布在7～13 km深處[24]。此外，羊八井地?zé)崽镞€發(fā)育古生代石灰?guī)r[25]，它們位于變質(zhì)沉積巖之下，海相碳酸鹽巖在高溫巖漿的作用下不斷發(fā)生變質(zhì)脫碳，產(chǎn)生約60%的CO2，與變質(zhì)沉積物分解的CO2（約35%）同時(shí)上升進(jìn)入到地?zé)嵯到y(tǒng)中。而地?zé)嵯到y(tǒng)中來(lái)自地幔脫氣的CO2比例很小，平均不到5%。

3 羊八井地?zé)崽锏膬?chǔ)層溫度

3.1 水化學(xué)地溫計(jì)

利用二氧化硅[26]、Na—K—Ca[27]、Na—K[28]和K—Mg[29]地溫計(jì)可以估算羊八井地?zé)崽锏牡責(zé)醿?chǔ)層溫度。以較大流量直接流到地表的水處于或略高于當(dāng)?shù)卮髿鈮合碌姆序v溫度，一般采用最大蒸汽損失的二氧化硅地溫計(jì)[30]。羊八井地?zé)崽锏責(zé)峋木跍y(cè)試溫度高于當(dāng)?shù)胤悬c(diǎn)（86 ℃），因此，最大蒸汽損失的二氧化硅地溫計(jì)的計(jì)算結(jié)果可靠。地?zé)釡\井石英無(wú)蒸汽損失與最大蒸汽損失估算儲(chǔ)層溫度分別為116～199 ℃、115～183 ℃；ZK4001井石英無(wú)蒸汽損失與最大蒸汽損失估算儲(chǔ)層溫度分別為267～303 ℃、237～264 ℃。筆者在使用Na—K—Ca地溫計(jì)估算地下溫度時(shí)，取公式系數(shù)β=1/3來(lái)估算地?zé)醿?chǔ)層的溫度[31]。地?zé)釡\井利用Na—K—Ca、Na—K和K—Mg地溫計(jì)估算儲(chǔ)層溫度分別為195～206 ℃、228～245 ℃、150～240 ℃；ZK4001井利用Na—K—Ca、Na—K和K—Mg地溫計(jì)估算儲(chǔ)層溫度分別為221～229 ℃、270～283 ℃、202～286 ℃。石英地溫計(jì)的溫度低于Na—K和Na—K—Ca地溫計(jì)的結(jié)果，因?yàn)榘琋a—K的系統(tǒng)可能對(duì)溫度變化的響應(yīng)最慢，并能保持深部?jī)?chǔ)層的平衡溫度。Na—K地溫計(jì)的結(jié)果高于Na—K—Ca地溫計(jì)的結(jié)果，主要是由于Na—K—Ca地溫計(jì)對(duì)水中的Ca含量進(jìn)行了修正，從而減少Ca對(duì)結(jié)果的影響。K—Mg地溫計(jì)的計(jì)算結(jié)果最低，因?yàn)镵—Mg系統(tǒng)在低溫下接近礦物—流體平衡，并且對(duì)溫度變化的最敏感。

Giggenbach[29]提出的Na—K—Mg三角圖將地?zé)崴畡澐譃槌墒焖?、部分成熟水或未成熟?個(gè)部分，可用于選擇適當(dāng)?shù)牡販赜?jì)估算熱儲(chǔ)層溫度。羊八井地?zé)崽锏叵聼崴杏猩倭克畼臃植荚谕耆胶獾V物的溶解線(xiàn)附近（圖3）。在這種情況下，水巖反應(yīng)達(dá)到平衡，說(shuō)明Na—K—Mg地溫計(jì)適合研究區(qū)域。由Na—K—Mg三角圖分析得出羊八井地?zé)崽镏械責(zé)釡\井的溫度為240～260 ℃，ZK4001井水樣的溫度為280～300 ℃。ZK4001井與地?zé)釡\井所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層溫度是不同的，且ZK4001井所對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層溫度高于其他深度較淺的地?zé)峋浪愕膬?chǔ)層溫度，與上述地球化學(xué)溫度計(jì)估算的結(jié)果相呼應(yīng)。

圖3 羊八井地?zé)崽锼畼覰a—K—Mg三角圖

羊八井地?zé)崽锏責(zé)崃黧w的溫度明顯高于當(dāng)?shù)卮髿鈮合碌乃序v溫度，表明羊八井地?zé)崽锏牡責(zé)崃黧w在上升過(guò)程中經(jīng)歷了絕熱冷卻[32]。根據(jù)地?zé)崃黧w的Cl－—焓關(guān)系（圖4）可知，羊八井地?zé)崽锏責(zé)崮噶黧w的Cl－濃度為896 mg/L，焓值為1 480 kJ/kg（水溫324 ℃），與ZK4002井中測(cè)得的最高溫度（329.8 ℃）接近[3]。深層地?zé)崮噶黧w主要經(jīng)歷絕熱冷卻后形成高溫儲(chǔ)層（ZK4001井），并在運(yùn)移的過(guò)程中與少量冷水混合后，繼續(xù)絕熱冷卻，直到到達(dá)地表。根據(jù)羊八井地?zé)崽? ℃/100 m的地溫梯度[5]估算，該母流體的循環(huán)深度約8 km。

圖4 羊八井地?zé)崽锏責(zé)崴腃l－—焓關(guān)系圖

3.2 地?zé)釟怏w地溫計(jì)

在地?zé)崃黧w地溫計(jì)估算溫度過(guò)程中，由于地?zé)崃黧w在上升過(guò)程中可能發(fā)生液體—礦物反應(yīng)以及相分離等現(xiàn)象，從而限制了地?zé)崴瘜W(xué)地溫計(jì)的使用。與之相比，稀有氣體幾乎不與周?chē)膸r石發(fā)生反應(yīng)，從儲(chǔ)層上升到地表基本上只受溶解熱力學(xué)平衡的影響。因此，筆者采用了Byrne等[9]開(kāi)發(fā)的惰性氣體地溫計(jì)。

針對(duì)羊八井地?zé)崽?，根?jù)趙平等[33]的惰性氣體數(shù)據(jù)估算了單一惰性氣體的溫度如圖5-a所示。84Kr和36Ar的關(guān)系圖表明，羊八井地?zé)崽锏臍怏w溫度集中在220～260 ℃的演化平衡線(xiàn)上。值得注意的是，空氣端也顯示在這條曲線(xiàn)上，如果惰性氣體被空氣污染，數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制則更靠近空氣側(cè)，導(dǎo)致估算地?zé)醿?chǔ)層溫度偏低。此外，當(dāng)高比例的蒸汽存在，大氣源惰性氣體的豐度顯著降低，并且數(shù)據(jù)點(diǎn)向氣相移動(dòng)，導(dǎo)致儲(chǔ)層溫度偏高。

考慮到地?zé)釟鈽尤菀着c大氣混合，筆者利用混合惰性氣體地溫計(jì)估算羊八井地?zé)崽锏膬?chǔ)層溫度（圖5-b）。從圖中可以看出，儲(chǔ)層溫度基本集中在240～260 ℃，大氣混合比例平均值為0.2。混入氣體樣品中的額外空氣量是由采樣過(guò)程或脫氣過(guò)程造成的，這增加了惰性氣體豐度并導(dǎo)致低估了儲(chǔ)層溫度。根據(jù)84Kr—36Ar、20Ne/36Ar—1/36Ar的關(guān)系（圖 5），空氣混合會(huì)對(duì)儲(chǔ)層溫度的估算產(chǎn)生不利影響。此處修正只考慮了大氣混合的影響，沒(méi)有考慮來(lái)自地幔的氣體同位素的影響。因?yàn)閬?lái)自地幔氣體小于3%，混合對(duì)儲(chǔ)層溫度估計(jì)的影響可以忽略不計(jì)。通過(guò)惰性氣體地溫計(jì)確定羊八井地?zé)崽锏責(zé)醿?chǔ)層溫度為250±10 ℃。

圖5 羊八井地?zé)崽锒栊詺怏w同位素20Ne、84Kr、36Ar關(guān)系圖

根據(jù)以上研究，結(jié)合多吉[3]研究的成果，綜合分析認(rèn)為：羊八井地?zé)崽镏辽儆?個(gè)儲(chǔ)層。第3個(gè)儲(chǔ)層溫度約為320 ℃，深度約8 000 m，巖性主要為裂隙花崗糜棱巖、黑云母花崗巖和覆蓋有強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的裂隙花崗巖；第2個(gè)儲(chǔ)層主要為深層流體在上升過(guò)程中與淺層流體混合形成，溫度約為250±10 ℃，深度介于950～1 800 m，巖性主要為裂隙花崗巖、風(fēng)化花崗巖等；第1個(gè)儲(chǔ)層的溫度為150±15 ℃，儲(chǔ)層深度約500 m，儲(chǔ)層巖性主要為第四系沉積物。

4 羊八井地?zé)崽锏臒嵩刺匦?/h2>

大地電磁（MT）方法已廣泛用于探測(cè)巖石圈尺度的地殼結(jié)構(gòu)，并且對(duì)高導(dǎo)體敏感。前人對(duì)青藏高原進(jìn)行大量的大地電磁研究：Chen等[34]認(rèn)為國(guó)際喜馬拉雅和西藏高原深剖面（簡(jiǎn)稱(chēng)INDEPTH MT剖面）在10～20 km深度處存在高導(dǎo)電區(qū)域；Wei等[35]對(duì)更多MT數(shù)據(jù)的進(jìn)一步研究結(jié)果認(rèn)為，在藏南15～20 km深處存在一個(gè)高導(dǎo)電層；Unsworth等[36]根據(jù)地殼20～30 km深處存在一套電阻率為3 Ω·m的低電阻層，提出了由覆蓋在部分熔融層上的含水流體組合引起的低黏度區(qū)；其他學(xué)者[37-38]對(duì)青藏高原的大地電磁研究結(jié)果認(rèn)為，中地殼的低電阻體是巖石部分熔融所導(dǎo)致的。這些研究成果都表明西藏南部存在熔融層。

圖6為西藏南部地貌（圖6-a）和三維反演電阻率模型圖（圖6-b～e）。從圖中可知，電阻體的電阻率在15～20 km時(shí)發(fā)生明顯降低（圖6-b～e）。在6 km深度（圖6-c）時(shí)羊八井地?zé)崽镫娮杪蚀笥? 000 Ω·m；在20 km深度（圖6-d）時(shí)電阻率明顯降低為10～100 Ω·m。雷璐璐[7]對(duì)羊八井地?zé)崽镞M(jìn)行的三維電阻反演也認(rèn)為羊八井地?zé)崽锏叵?5～20 km電阻率發(fā)生明顯變化。這些成果表明羊八井地?zé)崽锏叵聨r漿房侵位在15～20 km，并且亞?wèn)|—谷露裂谷（YGR）中地殼的導(dǎo)體在東西方向上并不連續(xù)（圖6-d），且在斷裂以東的上地殼分布著大量不連續(xù)的導(dǎo)體（圖中紅色部分），這些導(dǎo)體是殼內(nèi)巖石在構(gòu)造作用下熔融入侵到中地殼形成的[36-38]。

綜上所述表明，印度—?dú)W亞大陸的碰撞導(dǎo)致西藏南部形成多個(gè)殼內(nèi)熔融體，羊八井地?zé)崽飵r漿房遷移到距離地表15～20 km的位置（圖6-d中紅色部分表示巖漿房），為羊八井地?zé)崽锏母邷氐責(zé)嵯到y(tǒng)提供熱源。

圖6 羊八井地?zé)崽锶S電阻率反演模型圖

5 羊八井地?zé)崽锸欠翊嬖诔R界地?zé)豳Y源及其啟示

5.1 超臨界地?zé)豳Y源的氣體C—He關(guān)系

自2001年冰島開(kāi)始勘探超臨界地?zé)豳Y源以來(lái)[39]，全球已發(fā)現(xiàn)10多個(gè)具有潛在超臨界地?zé)豳Y源的地區(qū)[12]。通過(guò)將它們的氣體同位素特征與羊八井地?zé)崽锏腍e和C同位素特征進(jìn)行比較，可以找到羊八井地?zé)崽锸欠翊嬖诔R界地?zé)崃黧w的證據(jù)[16]。前文對(duì)羊八井地?zé)崽锼?、氣同位素?cái)?shù)據(jù)的研究表明，羊八井地?zé)崽镉?個(gè)穩(wěn)定的具有揮發(fā)性的深部熱源。

筆者整理了全球典型超臨界地?zé)嵯到y(tǒng)He和C同位素之間的關(guān)系圖（圖7）。繪制的端元包括洋中脊玄武巖（MORB）、洋島玄武巖（OIB）、大陸巖石圈地幔（CLM）和島?。ˋRC）。MORB的CO2/3He和R/Ra值分別為 0.2×109～ 3.0×109和 6.5～ 9.5[40]；OIB的CO2/3He和R/Ra值分別為2.0×109～20.0×109和9.0～30.0[41]；CLM的CO2/3He和R/Ra值分別為109～1011和1.0～7.8[42]。圖7反映了由R/Ra與CO2/3He繪制的與巖漿直接相關(guān)的區(qū)域內(nèi)所有典型的超臨界地?zé)嵯到y(tǒng)。如圖7所示，冰島卡夫拉主要與OIB、黃石公園與大洋中脊或大陸軟流圈、墨西哥洛斯赫爾繆斯與島弧巖漿以及肯尼亞裂谷與CLM相關(guān)。從圖7可以推斷超臨界地?zé)崃黧w的形成與巖漿房密切相關(guān)。與之相比，羊八井地?zé)崽锏牡責(zé)崃黧w與巖漿沒(méi)有明顯關(guān)系。因此，羊八井地?zé)崽锏腍e—C同位素特征表明其可能不存在超臨界地?zé)崃黧w。

圖7 羊八井地?zé)崽锱c世界超臨界地?zé)崽颒e—C同位素特征對(duì)比圖

5.2 超臨界地?zé)豳Y源的巖漿特征

超臨界地?zé)嵯到y(tǒng)的形成與巖漿的性質(zhì)密切相關(guān)。巖漿來(lái)源為偏基性巖漿，如安山質(zhì)巖漿（熔化溫度為900～1 000 ℃）[43]或玄武質(zhì)巖漿（熔化溫度為1 100～1 200 ℃）[44]。這些偏基性巖漿熔體可以為淺部地殼提供更多的熱能。超臨界地?zé)嵯到y(tǒng)形成還和熱源與儲(chǔ)層的距離有關(guān)，距離越小越容易形成。超臨界地?zé)崃黧w形成的一個(gè)重要特征是只發(fā)生在巖漿房上方1 km范圍內(nèi)。這個(gè)范圍是由傳熱效率和圍巖滲透率共同決定的[45]，這表明超臨界地?zé)嵯到y(tǒng)的形成需要較淺的巖漿房侵位深度。目前已知的幾個(gè)超臨界地?zé)嵯到y(tǒng)的巖漿房埋深是：美國(guó)黃石公園為7 km[46]、日本葛根田[47]和肯尼亞梅嫩加伊火山為4～5 km[48]，冰島卡夫拉為3 km[49]。

羊八井地?zé)崽锏臒嵩词腔◢徺|(zhì)巖漿形成的巖漿房，最低熔化溫度為650 ℃[7,50]。羊八井地?zé)崽飵r漿房通過(guò)大地電磁測(cè)得的侵位深度為15～20 km，與超臨界地?zé)嵯到y(tǒng)巖漿房的侵位深度相比，羊八井地?zé)崽锏那治簧疃容^大。且羊八井地?zé)崽锎嘈浴苄赞D(zhuǎn)變帶（BDT）深度約11 km[51]。根據(jù)巖漿特征、巖漿房與BDT之間的距離，羊八井地?zé)崽锏纳盥駧r漿房不利于形成超臨界地?zé)嵯到y(tǒng)。

此外，羊八井地?zé)崽飵r漿房是地殼中沉積巖部分熔融形成的巖漿，其體積規(guī)?？赡茌^小。根據(jù)羊八井地?zé)崽锏叵碌退賲^(qū)的體積，最大單個(gè)體積不超過(guò)2 000 km3[52]。以藏南30%最大熔體比為基礎(chǔ)，巖漿房最大體積不足600 km3[50]，該規(guī)模與超臨界地?zé)崽锏膸r漿房規(guī)模相差較大。超臨界地?zé)崽飵r漿房體積一般超過(guò)1 000 km3。而巖漿房體積只有幾百立方千米的超臨界地?zé)嵯到y(tǒng)有另一個(gè)特點(diǎn)，即埋藏深度很淺（約3 km），例如冰島卡夫拉。因此，羊八井地?zé)崽锵路綆r漿房的體積也否定了其超臨界地?zé)豳Y源的存在。

5.3 我國(guó)的火山分布與超臨界地?zé)豳Y源

從羊八井地?zé)崽锏牡責(zé)岬刭|(zhì)特征不難發(fā)現(xiàn)，超臨界地?zé)豳Y源與活火山密切相關(guān)。我國(guó)的火山分布和火山活動(dòng)劃分為兩大區(qū)域：①沿東部大陸邊緣形成數(shù)百個(gè)火山群和火山錐，構(gòu)成環(huán)太平洋火山鏈的一部分；②青藏高原及其周緣火山群。這兩大區(qū)域內(nèi)的火山又可以分為東北、內(nèi)蒙古、昆侖山、羌塘、騰沖、雷瓊和臺(tái)灣7個(gè)火山群。我國(guó)大陸目前有10座活火山，分布在青藏高原及騰沖火山地?zé)釒б约皷|北新生代火山區(qū)兩個(gè)火山帶。前者受特提斯構(gòu)造域控制，以高溫地?zé)崽卣鳛橹鳎笳呤芴窖髽?gòu)造域控制，以中低溫地?zé)釣橹鱗53-54]。我國(guó)大陸地區(qū)具有新生代活動(dòng)特征的火山區(qū)除騰沖以外，長(zhǎng)白山天池—龍崗火山群、鏡泊湖火山群、五大連池火山群、內(nèi)蒙東部火山群等火山構(gòu)造區(qū)地?zé)峄顒?dòng)顯示并不強(qiáng)烈。

騰沖火山群水熱活動(dòng)形式劇烈，有沸泉、噴沸泉、間歇噴泉、水熱爆炸、高熱噴氣孔和冒汽地面等顯示。豐富的地?zé)豳Y源與騰沖火山相吻合，表明該地區(qū)存在殼內(nèi)熱源。通過(guò)三維電阻率反演在騰沖火山區(qū)中上地殼（10～20 km）發(fā)現(xiàn)3個(gè)獨(dú)立的小規(guī)模淺層巖漿房[55]，巖漿房平均溫度介于850～950 ℃[56]。對(duì)騰沖火山區(qū)下地殼及更深處進(jìn)行三維電阻反演發(fā)現(xiàn)，下地殼（20～35 km深度）存在體積約為7 000 km3的大型玄武質(zhì)巖漿儲(chǔ)庫(kù)[55]。深部地殼巖漿儲(chǔ)庫(kù)由最上層地幔的部分熔融補(bǔ)給，淺層巖漿房由下地殼巖漿儲(chǔ)庫(kù)補(bǔ)給。淺層巖漿房的存在不僅為騰沖地區(qū)高溫地?zé)豳Y源提供熱源，也為騰沖地區(qū)存在超臨界地?zé)豳Y源提供了可能。

五大連池火山群不僅存在豐富的水熱型地?zé)豳Y源，而且在尾山地區(qū)存在豐富的干熱巖資源?；诿芗卣痍嚵械牡卣鸪上穹治稣J(rèn)為，在微山火山錐7～13 km深處存在體積至少200 km3巖漿房[57]；在莫拉布火山錐約7 km深處也存在含巖漿流體和高溫部分熔體的巖漿房[57]；西龍門(mén)山火山錐深處存在與更深的巖漿房相連的巖漿通道[57]。巖漿房的存在為五大連池地區(qū)提供了殼內(nèi)熱源，導(dǎo)致該地區(qū)具有豐富的地?zé)豳Y源，埋深7 km的巖漿房為發(fā)育超臨界地?zé)豳Y源提供了可能性。

6 結(jié)論

1）羊八井地?zé)崽锏責(zé)釟怏wCO2和He的多同位素關(guān)系表明，樣品中高CO2含量與海相碳酸鹽巖和變質(zhì)沉積物的熱成因脫碳有關(guān)。He主要來(lái)源于地殼內(nèi)的放射性衰變，巖漿源的揮發(fā)份占比不到3%。

2）羊八井地?zé)崽镏辽儆?個(gè)儲(chǔ)層。第3個(gè)儲(chǔ)層溫度約為320 ℃，深度約8 000 m，巖性主要為裂隙花崗糜棱巖、黑云母花崗巖和覆蓋有強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的裂隙花崗巖；第2個(gè)儲(chǔ)層的溫度約為250±10 ℃；第1個(gè)儲(chǔ)層的溫度為150±15 ℃。

3）對(duì)比超臨界地?zé)崽锏牡厍蚧瘜W(xué)和地?zé)岬刭|(zhì)特征，羊八井地?zé)崽锞哂休^少地幔相關(guān)的揮發(fā)物（CO2＜5%和He＜3%）以及其相當(dāng)深的、小體積的花崗質(zhì)巖漿房，羊八井地?zé)崽锊惶赡艽嬖诔R界地?zé)豳Y源。

4）超臨界地?zé)豳Y源的形成與巖漿房的特征密切相關(guān)。我國(guó)境內(nèi)騰沖火山區(qū)、五大連池火山區(qū)是否存在超臨界地?zé)豳Y源有待進(jìn)一步勘探研究。