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潘晟等-JH:青藏高原东北缘共和盆地高温地热系统岩浆热源的流体同位素地球化学证据
2021-10-09 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  青海共和盆地是我国正在建设的唯一国家级干热岩开发示范基地,其资源成因与开发利用潜力受到广泛关注。但是,共和盆地高热流(102 mW/m2)的形成机制及其热源究竟是什么,仍存较大争议,争议的焦点是:共和盆地之下是否存在局部熔融体,即是否存在岩浆热源? 

  针对该问题,中国科学院地质与地球物理研究所硕士生潘晟在其导师孔彦龙副研究员、庞忠和研究员、汪集暘院士的指导下,与中国地质调查局文冬光研究员等合作,对共和盆地开展了系统的流体同位素地球化学研究,并结合地热测量和地球物理探测等数据,对共和盆地上述问题进行了探讨。 

  基于水化学与同位素的差异,研究发现共和盆地存在两类地热水:I类富集D18OCl以及微量元素(BLiRbCs);II类贫D18OCl以及微量元素。进一步利用Cl-焓模型(图1)、Cl-D模型以及氢氧同位素图(图2)对这两类地热水进行溯源分析,发现I类地热水是由高温母源地热流体(推测可达310 oC)经历冷却、混合等过程所形成,而II类地热水则是由融雪水直接补给形成。高D18OCl以及微量元素值指示I类地热水及其高温母源地热流体可能受到了岩浆流体的补给。I类地热水分布于共和盆地内部,地球物理解译结果显示该区域上-中地壳存在低速-低阻体。综合流体地球化学证据、地球物理解译结果及地热地质分析结果,共和盆地上-中地壳的低速-低阻体可解释为部分熔融体,其贡献与区域地幔热流相当。基于以上发现,构建了共和盆地地热成因模式(图3),即热源由地幔热流、地壳放射性元素生热以及部分熔融体供热三部分组成,部分熔融体的存在促使了高温母源地热流体的形成,进一步使得部分地热水呈现富集D18OCl以及微量元素的特征。 

1 共和盆地地热水Cl-焓关系图。图中红色虚线为混合线,黑色虚线为绝热冷却线。指示出I类地热水来源于高温母源地热流体的演化,而II类地热水则并非来源于母源地热流体

2 共和盆地水样氢氧同位素图。指示出两类地热水显著的同位素差异,母源地热流体可能受到岩浆流体的补给,并演化形成I类地热水,而II类地热水则直接由融雪水补给形成

3 共和盆地地热系统成热机制概念模式图

  共和盆地的部分熔融体是如何产生的?是地幔上涌所导致的还是来源于中下地壳的重熔?气体He同位素(0.01 Ra - 0.18 Ra)的分析结果显示共和盆地的气体来源于壳源而并非幔源,因此部分熔融体的产生应与地幔上涌无关。基于前人对青藏高原东北缘岩石圈结构的研究,该研究认为上地壳至中下地壳之间的解耦变形可能是促使部分熔融体产生的关键。岩石圈尺度的拆离断层带导致了解耦变形的发生,由于上地壳与中下地壳之间发生了解耦滑脱,摩擦产生的热量促使了部分熔融体的产生。同时,区域大地热流分布与青藏高原东北缘壳内低速-低阻体的分布有着相似的分布规律,且与中新世以来印度-欧亚大陆碰撞引起的青藏高原东北缘的侧向挤压构造十分吻合。青藏高原东北缘地壳内普遍存在的低速-低阻体很可能为部分熔融体,并且作为热源之一影响着整个青藏高原东北缘的现今热状态。 

  研究成果发表于国际水文学领域权威期刊Journal of Hydrology (潘晟, 孔彦龙*, 王珂, 任亚倩, 庞忠和, 张超,文冬光,张林友,冯庆达,朱贵麟,汪集暘. Magmatic origin of geothermal fluids constrained by geochemical evidence: Implications for the heat source in the northeastern Tibetan Plateau [J]. Journal of Hydrology, 2021, 603: 126985. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2021.126985.)。研究受国家重点研发计划(2018YFB1501801)和中国科学院青年创新促进研究会(2020067)的共同资助。

 
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