西藏工布江達(dá)地?zé)崴瘜W(xué)特征及農(nóng)業(yè)利用潛力研究

吾金多吉郎旭娟男達(dá)瓦旺扎次仁歐珠尼瑪邊巴多吉?jiǎng)⒄?/p>

(1.西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)大隊(duì)，西藏 拉薩 850000；2.河北地質(zhì)大學(xué)水資源與環(huán)境學(xué)院，河北 石家莊 050031；3.西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局地?zé)岬刭|(zhì)大隊(duì)，西藏 拉薩 850000；4.西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，西藏 拉薩 850000；5.河北省水資源與可持續(xù)利用與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化協(xié)同創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050031；6.河北省水資源可持續(xù)利用與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050031；7.河北省水文學(xué)及水資源重點(diǎn)學(xué)科，河北 石家莊 050031)

在目前節(jié)能減排大環(huán)境下，能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃提出要大力發(fā)展可再生能源。近年來，地?zé)崮苡捎诰邆洳皇艿赜?、季?jié)氣象與晝夜影響，能源儲(chǔ)量大等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到學(xué)者關(guān)注[1-3]。西藏水熱活動(dòng)區(qū)隸屬于青藏高原地中海-喜馬拉雅地?zé)釒?，地?zé)豳Y源豐富。但是針對(duì)西藏水熱活動(dòng)研究主要集中在藏北、藏南的羊八井、搭格架等幾個(gè)地?zé)釁^(qū)，對(duì)于藏東的地?zé)嵯到y(tǒng)研究程度較低，尤其是林芝區(qū)工布江達(dá)縣，對(duì)該區(qū)的研究主要集中在找礦方面，關(guān)于該區(qū)地?zé)崃黧w水化學(xué)特征的研究較少[4-7]。而這方面的研究對(duì)于合理評(píng)價(jià)利用區(qū)域地?zé)豳Y源具有重要意義。因此，本文以西藏林芝區(qū)工布江達(dá)縣為研究對(duì)象，通過水化學(xué)方法，系統(tǒng)地對(duì)該區(qū)地?zé)崃黧w的水化學(xué)特征進(jìn)行分析，試圖揭示該區(qū)地?zé)崃黧w的水化學(xué)演變規(guī)律并對(duì)該區(qū)地?zé)崃黧w的農(nóng)業(yè)利用潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而為該區(qū)地?zé)豳Y源的合理開發(fā)利用提供理論支撐。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)處于西藏東南部，該區(qū)地跨岡底斯-念青唐古拉地塊中的隆格爾-工布江達(dá)復(fù)合島弧帶，為一強(qiáng)烈擠壓、碰撞、旋扭走滑、急劇伸展隆升的造山帶，地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜，見圖1。區(qū)內(nèi)沉積作用類型復(fù)雜、巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，變形變質(zhì)作用、構(gòu)造樣式復(fù)雜多樣。研究區(qū)內(nèi)出露的地層主要有奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系、第四系地層。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造單元分區(qū)

2 數(shù)據(jù)采集及測試

本次研究于2021年3—10月進(jìn)行地?zé)崴畼悠返牟杉ぷ?，取樣點(diǎn)分布圖見圖2。本次研究中水質(zhì)全分析測試工作由西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局中心實(shí)驗(yàn)室完成。其中，Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、Cl-、B、游離CO2、侵蝕性CO2和耗氧量等采用容量法檢測；K+、Na+、Li+用原子吸收光譜法檢測；SO42-用比濁法檢測；F-用離子選擇電極法檢測；SiO2、Al3+、NH4+、NO3-、NO2-、Br-、I-、Cu2+、Pb2+、Zn2+、As2+、Fe2+、Fe3+、PO42-等組分用目視比色法檢測。分析結(jié)果經(jīng)閉合差計(jì)算檢驗(yàn)，誤差符合規(guī)定，可以滿足水文地球化學(xué)調(diào)查的要求。

圖2 研究區(qū)地?zé)崴畼悠凡杉植紙D

3 結(jié)果分析與討論

3.1 地?zé)崴瘜W(xué)組分特征

研究區(qū)地?zé)崴饕瘜W(xué)組分中陽離子主要為Na+、Ca2+、K+、Mg2+，陰離子主要為HCO3-、Cl-、SO42-；微量組分主要有F、Li、Sr、HBO2、H2SiO3。

其中，Na+是陽離子中含量最豐富的組分，分布在184～280mg·L-1；HCO3-是陰離子中含量最豐富的組分，分布在480～630mg·L-1。Piper三線圖可直觀地顯示樣品的水質(zhì)類型及一般水化學(xué)特征，本次研究中根據(jù)地?zé)崴乃|(zhì)檢測結(jié)果，利用Aquachem軟件，繪制了研究區(qū)地?zé)崴畼悠返腜iper三線圖，見圖3。由圖3可以看出，研究區(qū)地?zé)崴畼悠伏c(diǎn)分布相對(duì)集中，說明水質(zhì)差異較小、補(bǔ)給水源相近。水化學(xué)類型主要為HCO3-Na·Ca型、HCO3·Cl-Na型、HCO3-Na型。

圖3 研究區(qū)地?zé)崴甈iper三線圖

微量組分中F的含量分布在2.8～4.2mg·L-1，均超過了《醫(yī)療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中醫(yī)療價(jià)值濃度(1mg·L-1)；Li含量分布在0.65～1mg·L-1，均達(dá)到了《飲用天然礦泉水》(GB 8537-2018)S中的界限指標(biāo)(≥0.20mg·L-1)；r含量分布在0.65～2.5mg·L-1，均達(dá)到了《飲用天然礦泉水》(GB 8537-2018)中的界限指標(biāo)(≥0.20mg·L-1)；HBO2含量分布在19～63mg·L-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了《醫(yī)療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中醫(yī)療價(jià)值濃度(1.2mg·L-1)；H2SiO3含量分布在58～90mg·L-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了《醫(yī)療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中醫(yī)療價(jià)值濃度(25mg·L-1)，達(dá)到命名礦水濃度(50mg·L-1)。反映出該區(qū)地?zé)崴瞄_發(fā)價(jià)值較高。

3.2 地?zé)崴瘜W(xué)成因分析

地?zé)崴懈鞣N化學(xué)組分之間的比例系數(shù)可以用來研究地?zé)崴某梢騕8]。本次研究中，對(duì)地?zé)崴淖冑|(zhì)系數(shù)、脫硫酸系數(shù)進(jìn)行了研究，見圖4、圖5。由圖4可以看出，研究區(qū)地?zé)崴淖冑|(zhì)系數(shù)γNa/γCl分布在2.5～4.0，均大于標(biāo)準(zhǔn)海水的變質(zhì)系數(shù)值0.85，說明研究區(qū)地?zé)崴饕獮殛懴喑梢颍⑶沂艿降乇硭疂B入影響較大，變質(zhì)程度較大。由圖5可以看出，研究區(qū)的脫硫酸系數(shù)多分布在0.15左右，數(shù)值較小，反映出研究區(qū)地?zé)崴幵谝粋€(gè)封閉的還原環(huán)境中。

圖4 研究區(qū)地?zé)崴肗a/γCl與Cl關(guān)系圖

圖5 研究區(qū)γ(SO4)/γ(SO4+Cl)與Cl關(guān)系圖

3.3 熱儲(chǔ)溫度估算分析

熱儲(chǔ)溫度是劃分地?zé)嵯到y(tǒng)成因類型和評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源潛力的重要參數(shù)[9，10]。在溫泉出露區(qū)域，常用地球化學(xué)溫標(biāo)來估算熱儲(chǔ)溫度，常用的地?zé)釡貥?biāo)有二氧化硅溫標(biāo)(玉髓、石英)，Na-K溫標(biāo)、K-Mg溫標(biāo)等[11，12]。根據(jù)研究區(qū)地?zé)崃黧w及地?zé)岬刭|(zhì)條件，選取了石英溫標(biāo)、玉髓溫標(biāo)、Na-K溫標(biāo)、K-Mg溫標(biāo)、Na-K-Mg溫標(biāo)來研究熱儲(chǔ)溫度，結(jié)果見表1。由估算結(jié)果可以看出，玉髓溫標(biāo)估算的結(jié)果相對(duì)于水溫來說偏低，不是該區(qū)熱儲(chǔ)溫度的真實(shí)反映；Na-K溫標(biāo)和Na-K-Ca溫標(biāo)計(jì)算結(jié)果較高，石英溫標(biāo)和Na-K-Ca溫標(biāo)估算結(jié)果相差較大，而石英溫標(biāo)估算結(jié)果高于K-Mg溫標(biāo)估算結(jié)果，故最終選取石英溫標(biāo)估算結(jié)果(97～118℃)作為該區(qū)的熱儲(chǔ)溫度值，均值為107℃。

表1 研究區(qū)熱儲(chǔ)溫度估算結(jié)果

為進(jìn)一步了解研究區(qū)地?zé)嵝纬蓹C(jī)制，根據(jù)上述討論的熱儲(chǔ)溫度估算結(jié)果(107℃)，利用式(1)對(duì)該區(qū)地?zé)崃黧w的循環(huán)深度進(jìn)行了研究。

(1)

式中，H為地?zé)崃黧w循環(huán)深度，m；t1為地?zé)崃黧w所到達(dá)最深部的溫度，取上文估算的熱儲(chǔ)溫度的均值107℃；t2為研究區(qū)恒溫帶溫度，取當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?.3℃；I為研究區(qū)地溫梯度，取值3.5℃·100m-1[13]；h為研究區(qū)恒溫帶厚度，取值30m。將上述數(shù)據(jù)代入公式(1)中，估算該區(qū)地?zé)崃黧w熱循環(huán)深度約為2850m。

3.4 地?zé)崴r(nóng)業(yè)利用評(píng)價(jià)

按照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2005)對(duì)研究區(qū)地?zé)崴幕瘜W(xué)組分進(jìn)行了分析，分析結(jié)果顯示，研究區(qū)地?zé)崴乃疁睾头锞^《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2005)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其它指標(biāo)符合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表2。而且地?zé)崃黧w一般礦化度較高，地?zé)崃黧w中含較多鹽類，且含有害的元素如砷、汞、鎘、氟、硼等，排入農(nóng)田會(huì)造成嚴(yán)重的土壤板結(jié)和鹽堿化，并污染下部地下含水層。綜上分析結(jié)果，認(rèn)為研究區(qū)地?zé)崴灰酥苯佑米鬓r(nóng)業(yè)用水。

表2 研究區(qū)地?zé)崴r(nóng)業(yè)利用評(píng)價(jià)分析表

4 結(jié)論

研究區(qū)地?zé)崃黧w水化學(xué)組分陽離子以Na+為主，陰離子以HCO3-為主；微量組分F-、Li、Sr、HBO2等含量較高，很多微量組分超過了其醫(yī)療價(jià)值濃度，反映出該區(qū)地?zé)崃黧w醫(yī)療開發(fā)利用價(jià)值較高。

研究區(qū)的地?zé)崃黧w處于一個(gè)相對(duì)封閉的還原環(huán)境中，經(jīng)過約2850m的熱循環(huán)深度形成了97～118℃溫度范圍的熱儲(chǔ)溫度。

研究區(qū)地?zé)崃黧w水溫偏高，pH值均>7，F(xiàn)-等微量組分含量較高，醫(yī)療價(jià)值較高，但是不宜直接用作農(nóng)業(yè)用水。