西藏古堆地?zé)崽锼疅嵛g變類型、分布特征及對(duì)勘探方向的啟示

蒙暉仁 , 曹 銳 , 陳德凡, 阿旺加措,羅文行, 蔡永強(qiáng), 閆一銘

1)成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 四川成都 610059;2)成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川成都 610059;3)成都理工大學(xué)自然資源部構(gòu)造成礦成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川成都 610059;4)西藏大學(xué)理學(xué)院, 西藏拉薩 850000;5)長(zhǎng)江設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司地?zé)峋C合利用工程研究中心, 湖北武漢 430010

青藏高原腹地藏南地區(qū)位于地中?！柴R拉雅地?zé)釒? 是中國(guó)大陸地區(qū)地?zé)峄顒?dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)之一。前人對(duì)青藏高原地?zé)豳Y源的水文地球化學(xué)特征、成因機(jī)制及資源評(píng)價(jià)等方面開(kāi)展了系統(tǒng)的研究, 取得了豐碩的研究成果(趙平等, 1998; Tetsuya et al.,1999; 多吉, 2003; Wang et al., 2017; Weinert et al.,2020; Wang et al., 2020; Weinert et al., 2021; Elenga et al., 2021; 曹銳等, 2022; 唐顯春等, 2023), 但目前對(duì)地?zé)崽锵嚓P(guān)水熱蝕變及泉華的報(bào)道相對(duì)較少。而泉華和水熱蝕變作為地?zé)崃黧w化學(xué)沉淀和水-巖反應(yīng)的產(chǎn)物, 其相關(guān)研究可為地?zé)崽锼疅岚l(fā)展史、恢復(fù)地?zé)崽锏墓艤囟燃八?巖相互作用過(guò)程等方面研究提供重要信息, 是地?zé)崽锟碧街匾妮o助手段(Browne,1970; Inoue et al., 2009)。部分蝕變礦物, 如綠泥石等可恢復(fù)其蝕變溫度, 探討地?zé)崽餃囟鹊难莼厔?shì)(Paolo, 2020)。而泉華的沉積不僅受地?zé)崃黧w的影響,其同位素組成以及部分微量元素比值也會(huì)受到氣候因素的影響; 同時(shí), 由于泉華的沉積速率大, 能夠成為青藏高原隆升及其氣候演化研究的高分辨率載體(李振清, 2002; Wang et al., 2017; Wang et al., 2022)。

古堆地?zé)崽锏靥庡e(cuò)那—沃卡裂谷中段, 是繼羊八井地?zé)崽镏笪覈?guó)最具發(fā)電潛力的非火山巖型高溫地?zé)崽镏? 更為重要的是, 其水熱活動(dòng)強(qiáng)烈, 蝕變類型多樣且覆蓋面積大, 是研究藏南地區(qū)地?zé)崽锶A和水熱蝕變典型的對(duì)象。此外, 目前對(duì)古堆地?zé)崽镞M(jìn)行的研究相對(duì)較少, 且多集中于地?zé)岬刭|(zhì)特征和水文地球化學(xué)等方面(劉昭等, 2017; Wang et al.,2020), 其水熱蝕變的類型、分布特征以及水熱活動(dòng)發(fā)展史仍不清楚。因此, 本文從泉華與水熱蝕變著手,在分析古堆地?zé)崽锼疅嵛g變的類型、分布特征以及蝕變強(qiáng)度的基礎(chǔ)上, 討論水熱蝕變與斷裂構(gòu)造及地?zé)崽餄B透性等方面的關(guān)系。同時(shí), 將泉華沉積與青藏高原隆升背景相聯(lián)系, 進(jìn)一步闡明古堆地?zé)崽锏乃疅嵛g變分帶模式, 判斷研究區(qū)有利的資源潛力區(qū),以期為研究古堆地?zé)崽锏乃疅岚l(fā)展史及其與青藏高原隆升過(guò)程之間的耦合關(guān)系提供參考。

1 地質(zhì)背景

1.1 大地構(gòu)造背景

古堆地?zé)崽镂挥谔靥崴埂柴R拉雅構(gòu)造帶中近南北向展布的錯(cuò)那—沃卡裂谷帶(圖1)。錯(cuò)那—沃卡裂谷帶是青藏高原南部近南北向裂谷帶最東端的一條, 區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)與斷裂具有良好的耦合關(guān)系, 第四紀(jì)以來(lái)仍具有較強(qiáng)的活動(dòng)性(吳中海, 2008a; Zeng et al., 2021)。該裂谷帶主要由三個(gè)半地塹式斷陷盆地組成, 從北到南依次為沃卡地塹、邛多江地塹和錯(cuò)那—拿日雍錯(cuò)地塹(薛帥等, 2022)。錯(cuò)那—沃卡裂谷帶的地?zé)峄顒?dòng)強(qiáng)烈, 沿著裂谷出露著多個(gè)中高溫地?zé)崽? 古堆地?zé)崽餅槠渲凶罹唛_(kāi)發(fā)潛力的地?zé)崽镏?屬于淺埋高溫地?zé)崽? 是地中?！柴R拉雅地?zé)釒е蟹腔鹕叫偷責(zé)嵯到y(tǒng)(熱源與年輕淺成侵入巖或殼內(nèi)局部熔融體相關(guān), 缺少近代火山巖)的典型代表。

圖1 青藏高原地質(zhì)簡(jiǎn)圖(修改自Wu et al., 2011)Fig. 1 Geological sketch map of Qinghai-Tibet Plateau (modified from Wu et al., 2011)

1.2 地?zé)岬刭|(zhì)特征

古堆地?zé)崽锏貏?shì)南高北低, 海拔 4400～5430 m,位于錯(cuò)那—拿日雍錯(cuò)地塹帶北部與隆子—哲古斷錯(cuò)帶的交匯處。錯(cuò)那—拿日雍錯(cuò)地塹為半地塹式斷陷盆地, 形成于近 5 Ma以來(lái)青藏高原發(fā)生東西向的伸展作用, 主干斷層位于盆地西側(cè), 第四紀(jì)活動(dòng)性較強(qiáng), 地震活動(dòng)沿著裂谷帶呈南北向分布, 1986年發(fā)生M7.5級(jí)錯(cuò)那地震(吳中海等, 2008b)。古堆地?zé)崽飪?nèi)出露的地層主要為三疊系涅如組、侏羅系日當(dāng)組、陸熱組以及第四系沖洪積物和泉華堆積物, 早白堊世閃長(zhǎng)巖、晚白堊世輝綠巖侵入于南部和中部;發(fā)育近東西向、北東向和北西向三組斷裂(圖2)。古堆地?zé)崽锏臒醿?chǔ)主要為下侏羅統(tǒng)日當(dāng)組碳質(zhì)板巖、中下侏羅統(tǒng)陸熱組泥質(zhì)巖, 蓋層主要為碳質(zhì)板巖和泥質(zhì)巖, 熱源可能為上地殼的局部熔融體。區(qū)內(nèi)水熱活動(dòng)地表顯示類型多樣, 溫泉、沸泉、噴泉、鈣華、硅華、圍巖蝕變等均有出露(圖3)。

圖2 古堆地?zé)崽锏刭|(zhì)簡(jiǎn)圖(a)及剖面圖(b)Fig. 2 Geological sketch map (a) and profile map (b) of Gudui geothermal field

圖3 古堆地?zé)峄顒?dòng)野外照片F(xiàn)ig. 3 Field photos of geothermal activity in Gudui

古堆地?zé)崽锟煞譃槲鍌€(gè)地?zé)犸@示區(qū), 自西向東為: 日若顯示區(qū)、布雄朗古顯示區(qū)、茶卡顯示區(qū)、殺嘎朗嘎顯示區(qū)以及巴布得密顯示區(qū)。日若顯示區(qū)位于地?zé)崽锏奈鞑? F3斷裂與 F6斷裂交匯處, 距離最近的布雄朗古顯示區(qū)約4 km, 水熱活動(dòng)強(qiáng)度、蝕變類型和蝕變強(qiáng)度均相較于東邊四區(qū)偏弱。布雄朗古地?zé)犸@示區(qū)、茶卡地?zé)犸@示區(qū)、殺嘎朗嘎地?zé)犸@示區(qū)以及巴布得密地?zé)犸@示區(qū)密集的分布在 F3斷裂附近及其與北西向斷裂的交匯處, 蝕變類型多樣,水熱活動(dòng)強(qiáng)度和蝕變強(qiáng)度均較強(qiáng)烈。已有研究表明,這四個(gè)地?zé)犸@示區(qū)同屬于一個(gè)水熱系統(tǒng), 地?zé)崃黧w以 Cl-Na、Cl·HCO3-Na 型水為主(佟偉等, 2000)。因此, 本文將古堆地?zé)崽锓譃闁|區(qū)和西區(qū), 東區(qū)包括布雄朗古顯示區(qū)、茶卡顯示區(qū)、殺嘎朗嘎顯示區(qū)和巴布得密顯示區(qū), 西區(qū)僅有日若顯示區(qū)。

2 水熱蝕變分布特征

2.1 水熱蝕變總體分布特征

古堆地?zé)崽飽|區(qū)和西區(qū)的水熱蝕變差異較大。日若顯示區(qū)的水熱蝕變主要分布于近北東—南西向F6斷裂和近東西向F3斷裂的交匯處, 并沿著F6斷裂延伸, 受斷裂構(gòu)造控制。日若顯示區(qū)以泉華沉淀為主, 主要出露鈣華和少量硅華, 主要的蝕變類型為碳酸鹽化; 同時(shí), 也發(fā)現(xiàn)有部分硫華、鹽霜出露。

東區(qū)的水熱蝕變主要沿著近東西向斷裂和近南北向斷裂展布, 尤其是兩組斷裂的交匯點(diǎn), 也受到斷裂的嚴(yán)格控制。東區(qū)水熱蝕變類型豐富, 蝕變強(qiáng)度大,水熱蝕變類型以交代、沉淀和充填為主, 主要的蝕變類型為高嶺石化、綠泥石化以及硅化, 并出露有較大面積的鈣華和硅華。東區(qū)的水熱蝕變主要集中分布于古堆的四個(gè)地?zé)犸@示區(qū)中, 其中布雄朗古和殺嘎朗嘎上述的蝕變類型均有出露, 巴布得密主要出露綠泥石化、硅華和鈣華; 茶卡北部出露硅華, 南部也發(fā)現(xiàn)有鈣華、鹽華及綠泥石化的出露。

總體來(lái)講, 東區(qū)的水熱蝕變和水熱活動(dòng)強(qiáng)度均要比西區(qū)大得多, 從西區(qū)到東區(qū), 水熱蝕變類型增多, 蝕變強(qiáng)度也在增大, 出現(xiàn)以硅化、高嶺石化等為代表的酸性蝕變以及以綠泥石化為代表的高溫蝕變。從泉華類型來(lái)看, 西區(qū)以鈣華沉積為主, 只有零星出露的硅華, 而東區(qū)則四個(gè)地?zé)犸@示區(qū)均有較大規(guī)模的鈣華、硅華沉積。通常來(lái)講, 硅華主要分布于水熱活動(dòng)強(qiáng)烈的高溫?zé)崛貐^(qū), 而鈣華多是中低溫地?zé)峄顒?dòng)的產(chǎn)物(李振清, 2002), 因此, 從泉華類型而言, 東區(qū)相較于西區(qū)可能具有更大的資源潛力。

2.2 水熱蝕變分帶特征

古堆地?zé)崽锼疅嵛g變十分發(fā)育, 從日若到巴布得密, 分布著多個(gè)噴氣孔、現(xiàn)代溫泉以及古泉眼, 而每一個(gè)噴氣孔、溫泉以及古泉眼都代表了一個(gè)蝕變中心。各個(gè)地?zé)犸@示區(qū)的蝕變分帶通常圍繞著泉眼分布, 其蝕變分帶的發(fā)育情況與泉眼的水熱活動(dòng)強(qiáng)度密切相關(guān), 而泉眼的分布又與斷裂有關(guān)。因此, 古堆地?zé)崽锏母鱾€(gè)地?zé)犸@示區(qū)內(nèi)部的蝕變分帶呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律, 通常從蝕變中心由強(qiáng)酸性、酸性蝕變的硅化或高嶺石化, 向外過(guò)渡為弱酸性、中性蝕變的綠泥石化。形成這種蝕變分帶原因主要與流體通道和流體性質(zhì)密切相關(guān)。前人研究表明, 古堆地?zé)崽锏牡責(zé)崃黧w主要由巖漿水混合大氣降水而成(Wang et al., 2020)。巖漿出溶的流體通常具有相當(dāng)強(qiáng)的酸性,與花崗巖熔體平衡的熱水溶液, 其pH值通常可達(dá)到1.4～2.2(Holland, 1972)。當(dāng)這種強(qiáng)酸性的巖漿水沿著運(yùn)移通道上升并向外運(yùn)移時(shí), 由于受到大氣降水的不斷加入, 同時(shí)與圍巖發(fā)生反應(yīng), 流體性質(zhì)逐漸由酸性變得偏堿性, 同時(shí)使圍巖蝕變呈現(xiàn)出由酸性蝕變逐漸過(guò)渡為弱酸性-中性蝕變的趨勢(shì)(Browne,1978)。國(guó)內(nèi)部分地?zé)崽锏奈g變分帶都大致反映了從酸性蝕變巖到中性蝕變巖的分帶模式, 如云南熱海地?zé)崽?、西藏羊易地?zé)崽锏?鄭直等, 1987; 朱梅湘和徐勇, 1992)。

古堆地?zé)崽锔鱾€(gè)地?zé)犸@示區(qū)由于水熱活動(dòng)強(qiáng)度以及泉眼分布的不同, 水熱蝕變?cè)诘乇淼姆植继卣黠@示出較大的差異, 殺嘎朗嘎和布雄朗古顯示了較好的蝕變分帶特征, 其余三個(gè)地?zé)犸@示區(qū)的蝕變分帶現(xiàn)象較弱。古堆地?zé)崽锔鱾€(gè)地?zé)犸@示區(qū)的蝕變分帶特征總結(jié)如下:

殺嘎朗嘎和布雄朗古地?zé)犸@示區(qū)的水熱蝕變強(qiáng)度大, 且蝕變分帶明顯, 分別以鉆孔 ZK301和鉆孔ZK201為蝕變中心; 殺嘎朗嘎顯示區(qū)向外依次出露硅化、高嶺石化、綠泥石化和未蝕變的圍巖; 布雄朗古顯示區(qū)則向外依次出露高嶺石化、綠泥石化和未蝕變的圍巖。通?？拷g變中心高溫沸泉的圍巖受到地?zé)崃黧w的淋濾交代作用, 硅化、高嶺石化通常十分強(qiáng)烈, 幾乎全部由 SiO2礦物或高嶺石組成, 硅化帶向外逐漸過(guò)渡為高嶺石化帶以及綠泥石化帶。殺嘎朗嘎的綠泥石化相對(duì)于布雄朗古較弱, 原巖組分基本都保留下來(lái), 并發(fā)生輕微的重結(jié)晶作用, 綠泥石主要沿著裂隙進(jìn)行交代或者充填圍巖, 遠(yuǎn)離裂隙過(guò)渡為未蝕變的正常圍巖; 布雄朗古則見(jiàn)有強(qiáng)烈蝕變的綠泥石化圍巖。

其余三個(gè)顯示區(qū)的圍巖蝕變程度相對(duì)較弱。巴布得密出露的水熱蝕變類型有綠泥石化、硅華以及鈣華; 茶卡出露的蝕變類型主要為硅華、鈣華、鹽華以及綠泥石化(佟偉等, 2000), 均未見(jiàn)明顯的蝕變分帶。日若主要出露鈣華, 以及少量的硅華和碳酸鹽化,鈣華廣泛出露于顯示區(qū)中, 硅華見(jiàn)于中部的 2個(gè)溫度較高的溫泉周圍, 碳酸鹽化圍巖見(jiàn)于顯示區(qū)邊緣;表現(xiàn)出從顯示區(qū)中部到邊緣由硅華過(guò)渡為鈣華和碳酸鹽化的趨勢(shì)。

3 水熱蝕變類型和礦物組合

水熱蝕變是熱田演化歷史的見(jiàn)證。古堆地?zé)崽锼疅嵛g變強(qiáng)烈, 蝕變類型多樣, 主要有硅化、高嶺石化、碳酸鹽化、綠泥石化、褐鐵礦化等類型, 同時(shí)還發(fā)育有一定面積的硅華和鈣華(圖4)。

圖4 古堆地?zé)崽锼疅嵛g變露頭Fig. 4 Photos of hydrothermal alteration outcrops

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

泉華和蝕變圍巖樣品的巖石薄片鑒定使用WMP-6880偏光顯微鏡; 掃描電鏡分析和能譜分析在成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室利用熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(型號(hào): Nova Nano SEM 450)進(jìn)行分析測(cè)試; 樣品鍍膜采用 Quorum Q150R PLUS系列全自動(dòng)離子濺射鍍膜儀(型號(hào): Q150R ES Plus), 工作電流15 mA, 噴鍍時(shí)間180 s。巖石薄片鑒定結(jié)果以及掃描電鏡分析和能譜分析結(jié)果見(jiàn)圖5與圖6。

圖5 顯微鏡下照片F(xiàn)ig. 5 Photomicrographs

圖6 蝕變樣品能譜分析結(jié)果Fig. 6 X-ray energy spectrometric analysis of alteration samples

3.2 蝕變類型及其礦物組合

古堆地?zé)崽锏闹饕g變礦物有綠泥石、方解石、石英、蛋白石、高嶺石以及少量不透明礦物, 不同的蝕變類型包含蝕變礦物組合有比較大的差別。

古堆地?zé)崽锇l(fā)育有蝕變十分強(qiáng)烈的綠泥石化圍巖, 原巖主要為泥質(zhì)巖、頁(yè)巖、板巖以及凝灰?guī)r, 部分第四紀(jì)礫石堆積層也見(jiàn)有綠泥石化發(fā)育。綠泥石單偏光下呈淡綠色, 內(nèi)部常含有許多不透明的細(xì)小金屬礦物顆粒。綠泥石化圍巖主要的蝕變礦物為綠泥石、石英、蛋白石以及少量不透明礦物(圖5a)。高嶺石化圍巖在部分地?zé)犸@示區(qū)的分布面積比較大,強(qiáng)烈蝕變的地層幾乎完全由高嶺石組成, 使巖石嚴(yán)重褪色, 呈白色、灰白色, 可形成明顯的蝕坑;其主要蝕變礦物為高嶺石和石英(圖6a)。古堆地?zé)崽锏乇沓雎兜奶妓猁}化圍巖較少, 多見(jiàn)于現(xiàn)代水熱活動(dòng)區(qū)內(nèi)。而鈣華在古堆地?zé)崽飬s很常見(jiàn), 出露著日若鈣華、布雄朗古鈣華等一些規(guī)模較大的鈣華。受環(huán)境和地?zé)崃黧w的影響, 鈣華的顏色變化較大, 白色、灰黃色、灰黑色的鈣華均有發(fā)現(xiàn); 其主要礦物為方解石, 少量金紅石和不透明礦物(圖5d, 圖6b)。

硅化是指蝕變巖石以 SiO2為主要礦物, 并使原巖 SiO2含量大大增加的一種蝕變作用, 也有部分學(xué)者認(rèn)為硅化也包括了硅華和起膠結(jié)作用的硅質(zhì)成分(朱梅湘, 1985; 胡志華等, 2022)。古堆地?zé)崽锏墓杌瘒鷰r通常呈紅褐色、灰色、灰白色等, 比重較大, 多呈塊狀, 孔洞發(fā)育, 主要的蝕變礦物為石英、玉髓和蛋白石(圖5b, 圖6c, d)。硅華主要沿著溫泉泉眼周圍分布, 有一定的分布面積, 主要礦物為石英、蛋白石、玉髓和少量不透明礦物(圖5c)。

4 水熱蝕變與斷裂構(gòu)造的空間關(guān)系

錯(cuò)那—沃卡裂谷帶地?zé)豳Y源的分布受該裂谷帶的嚴(yán)格控制, 沿著裂谷帶內(nèi)分布著許多中高溫溫泉,古堆地?zé)崽锉阄挥阱e(cuò)那—沃卡裂谷帶南部的錯(cuò)那—拿日雍錯(cuò)地塹中。錯(cuò)那—拿日雍錯(cuò)地塹的主邊界斷裂位于地塹的西側(cè), 表現(xiàn)為半地塹型式。1806年, 錯(cuò)那—拿日雍錯(cuò)地塹發(fā)生了M7.5級(jí)的錯(cuò)那地震, 表明該裂谷帶仍具有較強(qiáng)的活動(dòng)性(吳中海等, 2008a, b)。

古堆地?zé)崽飪?nèi)斷裂構(gòu)造非常發(fā)育, 發(fā)育著近東西向、北東向和北西向三組斷裂, 將古堆地?zé)崽锴懈畛善灞P狀。早期的近東西向斷裂多為逆斷層, 具有阻水性質(zhì), 晚期的北東向和北西向次級(jí)斷裂多為張性斷裂,可能是地?zé)崃黧w的主要通道。古堆地?zé)崽锏臏厝饕l(fā)育于近東西向斷裂與北東向、北西向斷裂交匯處,特別是斷裂交匯處北西向張性斷裂的上盤(圖7)。

圖7 古堆地?zé)崽锼疅嵛g變分布圖Fig. 7 Distribution of hydrothermal alteration in Gudui geothermal field

東區(qū)除殺嘎朗嘎顯示區(qū)沿著近東西向斷裂延伸外, 其余三個(gè)地?zé)犸@示區(qū)均分布于北西向斷裂的上盤, 并沿著斷裂走向延伸; 日若顯示區(qū)則主要分布于北東向走滑斷層與近東西向逆斷層交匯的一盤,并沿著北東向走滑斷層延伸。因此, 古堆地?zé)崽锏乃疅峄顒?dòng)受到近東西向、北東向、北西向三組斷裂的控制, 斷裂的交匯處往往是水熱活動(dòng)最為強(qiáng)烈的區(qū)域。同時(shí), 水熱活動(dòng)與水熱蝕變之間存在著非常緊密的關(guān)系, 斷裂及其所構(gòu)建的裂隙系統(tǒng)不僅控制了古堆地?zé)崽锏責(zé)崴ǖ赖姆植? 也控制了古堆地?zé)崽锼疅嵛g變的分布, 水熱活動(dòng)最強(qiáng)烈的區(qū)域往往也是水熱蝕變最強(qiáng)烈、最發(fā)育的地區(qū)。因此, 古堆地?zé)崽锏乃疅嵛g變通常以斷裂或斷裂交匯處為蝕變中心,不同的水熱蝕變類型常圍繞著沿?cái)嗔逊植嫉娜蹫槲g變中心呈環(huán)帶狀分布, 如布雄朗古地?zé)犸@示區(qū);或以東西向斷裂上出露的溫泉為中心, 水熱蝕變類型在斷裂兩側(cè)呈對(duì)稱出露, 如殺嘎朗嘎顯示區(qū)。但無(wú)論是布雄朗古還是殺嘎朗嘎, 從蝕變中心向外均呈現(xiàn)出由酸性蝕變巖過(guò)渡為弱酸性-中性蝕變巖的的趨勢(shì)。

總體來(lái)講, 古堆地?zé)崽锏乃疅嵛g變受到斷裂構(gòu)造的控制, 兩者在空間上具有密切的關(guān)聯(lián)性。地?zé)崽飪?nèi)的斷裂構(gòu)造將古堆地?zé)崽飫澐殖善灞P狀, 并可將古堆地?zé)崽锏乃疅嵛g變劃分成五個(gè)不同的蝕變區(qū),斷裂構(gòu)造交匯處通常是水熱蝕變最為強(qiáng)烈的區(qū)域。

5 水熱蝕變分布與地?zé)崽餄B透性的空間關(guān)系

水熱蝕變礦物的形成不僅與溫度有關(guān), 巖石初始組分、壓力、滲透性、流體組成等因素對(duì)蝕變礦物的形成也有重要的影響, 因此, 熱液蝕變礦物也常用于地?zé)峥碧? 以評(píng)估地?zé)嵯到y(tǒng)的物理和化學(xué)條件, 如溫度、巖石滲透性和流體酸度等(Browne,1970)。古堆地?zé)崽镏饕雎兜膸r性為日當(dāng)組粉砂質(zhì)絹云板巖夾變質(zhì)粉砂巖、碳質(zhì)板巖, 以及晚白堊世的輝綠巖脈, 巖性整體變化不大, 其蝕變類型和蝕變強(qiáng)度主要受控于水熱活動(dòng)強(qiáng)度以及地?zé)崃黧w性質(zhì)。古堆地?zé)崽锇l(fā)育著多條斷裂, 兩組斷裂的交匯處可能使得地層產(chǎn)生更好的滲透性。斷層內(nèi)部通常都充填著一定厚度的構(gòu)造破碎物, 并且其上下盤都有一定范圍的影響破碎區(qū), 因此, 斷層帶可成為一個(gè)低強(qiáng)度、透水性大以及抗水性差的軟弱帶, 作為淺部地下水和深部地下水連接的通道, 也可成為深部地下水系統(tǒng)補(bǔ)給和排泄的區(qū)域(Manaka et al., 2020)。因此,斷裂所構(gòu)建的裂隙系統(tǒng)為地?zé)崃黧w的活動(dòng)及其與圍巖的反應(yīng)和蝕變礦物的形成提供了更廣闊的空間,對(duì)蝕變礦物的形成和分布也起著重要的作用。國(guó)內(nèi)外均有相關(guān)的研究表明, 高嶺石化、硅化、明礬石化、冰長(zhǎng)石化等蝕變類型對(duì)地?zé)崽锏臐B透性都有一定的指示作用(Browne, 1978)。

古堆地?zé)崽飪?nèi)發(fā)育有一定面積的硅化帶和高嶺石化, 硅化主要發(fā)育于殺嘎朗嘎顯示區(qū), 布雄朗古顯示區(qū)也見(jiàn)有部分的硅化圍巖出露; 高嶺石化主要發(fā)育于布雄朗古顯示區(qū)和殺嘎朗嘎顯示區(qū), 這兩種蝕變類型都構(gòu)成了他們各自的蝕變中心。高嶺石的形成與溫度有關(guān), 滲透性對(duì)高嶺石的形成也有一定的影響, 一般來(lái)說(shuō), 滲透性強(qiáng)、溫度高的區(qū)域, 高嶺石化相對(duì)發(fā)育; 滲透性差、溫度低的區(qū)域, 高嶺石化就較不發(fā)育(陳傳焰, 1987); 云南熱海地?zé)崽锇l(fā)育大量的高嶺石化, 通常與斷裂構(gòu)造和疏松多孔的含鋁巖石有關(guān)(鄭直等, 1987)。硅化帶的形成是地?zé)崃黧w沿裂縫與圍巖的相互作用, 圍巖受到偏酸性的地?zé)崃黧w強(qiáng)烈的淋濾和交代, 將原巖其他組分淋濾帶走, 剩下最為穩(wěn)定的二氧化硅形成二氧化硅礦物(硅化帶), 硅化帶的發(fā)育也是活躍地?zé)崽餄B透性的良好指標(biāo)(Browne, 1978)。因此, 古堆地?zé)崽镏羞@兩種蝕變類型的出現(xiàn), 一方面反應(yīng)了布雄朗古顯示區(qū)和殺嘎朗嘎顯示區(qū)的地?zé)崃黧w的溫度較高, 流體偏酸性; 另一方面也反應(yīng)了這兩個(gè)地?zé)犸@示區(qū)的裂隙系統(tǒng)也更為發(fā)育, 滲透性更強(qiáng)。鉆井資料也顯示,這兩個(gè)顯示區(qū)的溫度相對(duì)較高, 特別是殺嘎朗嘎ZK302井深 400 m, 在 360 m 深度, 溫度達(dá)到了204 ℃。

巴布得密和茶卡地?zé)犸@示區(qū)均未見(jiàn)有硅化和高嶺石化的發(fā)育, 主要以鈣華硅化沉積為主, 部分地區(qū)出露綠泥石化。巴布得密綠泥石化圍巖出露于顯示區(qū)的北部, 原巖主要為粉砂質(zhì)頁(yè)巖, 蝕變程度較低, 僅沿著圍巖中發(fā)育的少量裂隙交代或充填, 可能反應(yīng)了巴布得密水熱活動(dòng)較弱, 滲透性較差。而茶卡的溫泉出露較少, 但見(jiàn)有大片古泉華沉積, 綠泥石化圍巖則出露于該顯示區(qū)南部的侵入巖體中, 反映了茶卡顯示區(qū)可能曾有更為強(qiáng)烈的水熱活動(dòng), 但目前水熱活動(dòng)較弱。日若顯示區(qū)出露少量的碳酸鹽化圍巖, 多呈脈狀、網(wǎng)脈狀充填于圍巖裂隙中; 同時(shí),野外調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn), 日若顯示區(qū)的圍巖中發(fā)育著大量裂隙, 并發(fā)育較多泉眼, 可能暗示日若顯示區(qū)圍巖具有較好的滲透性。而在日若沒(méi)有發(fā)現(xiàn)硅化、高嶺石化以及綠泥石化, 可能是由于日若顯示區(qū)的水熱活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)于東邊的四個(gè)顯示區(qū)要弱的原因。

布雄朗古、殺嘎朗嘎顯示區(qū)分布的硅化、高嶺石化圍巖可能指示這兩個(gè)顯示區(qū)有較好的滲透性,同時(shí)也反映了更強(qiáng)烈的水熱活動(dòng); 日若顯示區(qū)分布的碳酸鹽化圍巖以及裂隙發(fā)育的未蝕變圍巖表明該顯示區(qū)滲透性也較好, 但水熱活動(dòng)較弱; 而茶卡和巴布得密顯示區(qū)滲透性可能較差。

6 泉華沉積與高原隆升的耦合關(guān)系

古堆地區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng), 區(qū)內(nèi)斷裂極其發(fā)育, 其在地?zé)崃黧w的遷移中起著重要的作用(Sibson, 1996): 一方面, 三組不同方向的斷裂將古堆地?zé)崽锴懈畛善灞P狀, 控制了古堆地?zé)崽锼疅嵛g變的分布; 另一方面, 地?zé)崃黧w沿著張性裂隙上升過(guò)程中與圍巖發(fā)生水-巖反應(yīng), 地?zé)崃黧w逐漸由酸性轉(zhuǎn)變?yōu)槿跛嵝?中性, 同時(shí)圍巖也發(fā)生了不同類型的蝕變, 從而形成古堆地?zé)崽镉伤嵝晕g變逐漸過(guò)渡為弱酸-中性蝕變的分帶模式(圖8)。地?zé)崃黧w排泄到地表后, 由于溫度、壓力降低、揮發(fā)分溢出等因素的影響, 二氧化硅或碳酸鈣過(guò)飽和沉淀出來(lái)形成古堆地?zé)崽锎笠?guī)模的泉華。青藏高原腹地藏南地區(qū)溫泉多與高原的隆升、南北向裂谷系統(tǒng)的發(fā)育有關(guān), 因此,地?zé)崽镏写笠?guī)模、多期次的泉華與青藏高原不同階段的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)存在明顯的耦合關(guān)系。

圖8 古堆地?zé)崽锼疅嵛g變概念模式圖Fig. 8 Conceptual model of hydrothermal alteration in Gudui geothermal field

前人研究表明, 青藏高原大部分的泉華大多是近1 Ma以來(lái)形成的(李振清, 2002; 趙元藝等, 2006;Wang et al., 2016, 2017)。古堆地?zé)崽锶A可分為四期, 第一期和第三期的泉華年齡分別為(70.6±13)萬(wàn)年和(23.6±3.7)萬(wàn)年, 而(23.6±3.7)萬(wàn)年后還有一期泉華沉積延續(xù)至今(李振清, 2002)。近1 Ma以來(lái), 昆黃運(yùn)動(dòng)(1.1 Ma至0.6 Ma)和共和運(yùn)動(dòng)(150 Ka延續(xù)至今)使青藏高原發(fā)生了兩次快速的隆升, 錯(cuò)那—沃卡裂谷的活動(dòng)速率也表現(xiàn)出末次盛冰期以來(lái)明顯加大的特征(劉志杰和孫永軍, 2007; 吳中海等, 2008a), 而古堆地?zé)崽镌诒敬慰焖俾∩^(guò)程中, 發(fā)生了不同期次的水熱活動(dòng)。

7 結(jié)論

(1)古堆地?zé)崽锏乃疅嵛g變類型多樣, 蝕變強(qiáng)度大, 主要的蝕變類型為綠泥石化、高嶺石化、硅化、碳酸鹽化, 泉華沉積則以鈣華和硅華為主。西區(qū)的水熱蝕變類型主要為碳酸鹽化, 同時(shí)有大面積鈣華及少量硅華的沉積; 東區(qū)的水熱蝕變主要為綠泥石化、高嶺石化、硅化, 同時(shí)出現(xiàn)大面積的鈣華及硅華沉積。部分地?zé)犸@示區(qū)的水熱蝕變存在明顯的分帶性,呈現(xiàn)出從蝕變中心向外由硅化帶過(guò)渡到高嶺石化帶和綠泥石化帶的趨勢(shì)。

(2)古堆地?zé)崽锏乃疅嵛g變分布受到斷裂構(gòu)造的控制, 地?zé)犸@示區(qū)多沿著斷裂或斷裂的交匯處分布。水熱蝕變的分布和蝕變強(qiáng)度表明, 布雄朗古顯示區(qū)和殺嘎朗嘎顯示區(qū)可能是古堆地?zé)崽镏凶罹哔Y源潛力的區(qū)域。

(3)古堆地?zé)崽锏乃疅峄顒?dòng)與青藏高原陸陸碰撞過(guò)程密切相關(guān), 幾次大規(guī)模的水熱活動(dòng)都與青藏高原快速隆升和錯(cuò)那—沃卡裂谷的活動(dòng)存在明顯的耦合關(guān)系。

Acknowledgements:

This study was supported by the Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research Program(STEP) (No. 2019QZKK0804), National Natural Science Foundation of China (No. U21A2015), Key Research & Development Program of Tibet (No.XZ202101ZY0014G), and Sinopec (No. P21083).