西藏羊八井地热田热水的化学组成

羊八井地热田深、浅层热水都是Cl-Na类型,具有相同的B/Cl比值,说明深层热水在上升通道中与冷水相混合形成了浅层热水。浅层流体自西北向东南流动,温度逐渐降低。浅层热储内普遍存在着水岩交换反应,对热水的化学组成有一定的影响。石英和玉髓地热温度计分别适用于计算深、浅层的热储温度。纳木错(湖)不是羊八井地热田的补给区。深层热水在井筒内绝热汽化时不会出现SiO₂结垢,CaCO₃是否会在井筒壁沉淀需要放喷较长时间来检验。文中还阐述了对热水的化学组分进行监测的必要性。     

硼及硼同位素地球化学在地热研究中的应用

硼稳定同位素常被用于示踪地热系统内硼的物源来源,判别热水与围岩相互作用,研究热流体汽-液分离过程,以及示踪热尾水排放引起的水环境污染。研究综合论述了近年来硼及硼同位素地球化学在地热研究中最新进展、所取得的成果及研究中存在的问题,以促进硼同位素地球化学在我国地热研究中的进一步发展。     

黄土中硼的同位素组成变化及其气候示踪意义研究

自然界中硼的同位素组成变化很大(δ１１Ｂ＝－３０‰～＋４０‰),但在不问类型地质体中的分布或一定地质地球化学过程造成的分馏却有特定的范围。硼同位素分馏的主要原因是流体—固体反应体系的ｐＨ条件和水－岩比值变化。硼的这些特殊地球化学性质在不同地质地球化学作用示踪,特别是与流体作用有关的地球化学过程的研究中得到了广泛的应用。近年来有学者利用硼同位素组成示踪古海水的ｐＨ变化,但利用硼同位素示踪其它古环境或气候变化的研究却相当少。本文试图通过研究黄土中不同相态硼的同位素组成变化来识别黄土化学风化过程中流体介质的ｐＨ条件以及其它与风化作用强度有关的各种信息,并进一步发掘硼同位素组成变化在反映古气候、古环境     

硼及硼同位素地球化学在地热研究中的应用

硼稳定同位素常被用于示踪地热系统内硼的物源来源,判别热水与围岩相互作用,研究热流体汽-液分离过程,以及示踪热尾水排放引起的水环境污染。研究综合论述了近年来硼及硼同位素地球化学在地热研究中最新进展、所取得的成果及研究中存在的问题,以促进硼同位素地球化学在我国地热研究中的进一步发展。     

花岗岩主要造岩矿物间硼同位素分馏的初步研究

本文报道了南岭地区两个花岗岩(大东山和千里山)的全岩以及主要造岩矿物(黑云母、斜长石和石英)的硼含量和硼同位素组成。结果显示,黑云母含有最高的硼含量,斜长石次之,石英中的硼含量则非常低。花岗岩中的硼可能主要以晶格替换方式赋存在黑云母和斜长石中,而石英中的微量硼则来自其包裹的流体包裹体。同时,黑云母具有最低的硼同位素组成,斜长石次之,而石英则具有最高的硼同位素组成。本次研究首次发现花岗岩中的主要造岩矿物间存在着较大的硼同位素分馏:大东山花岗岩中黑云母与斜长石之间存在着-9.3‰的分馏,黑云母与石英之间存在-9.9‰的分馏;千里山花岗岩中黑云母与斜长石之间存在着-6.6‰的分馏,黑云母与石英之间存在着-10.2‰的硼同位素分馏。结合镜下观察和氧同位素研究发现,造成不同矿物间这一大的硼同位素分馏的原因很可能是岩浆后期的热液蚀变作用。综合以往所发表的研究数据,得到含四次配位硼为主的硅酸盐矿物与中酸性热液流体之间的硼同位素分馏方程:1000lnα硅酸盐-流体=-11.19×(103/T[K])+5.09,该分馏是由于硼的四次配位和三次配位之间的转换引起的。     

北京市延庆地热田成因模式

通过对地热流体水化学、同位素以及热储岩石热物性测试,分析了延庆地热田大地热流特征、地热流体补给来源、年龄、循环深度以及热储温度等,从源、通、储和盖四方面系统总结了地热田成因。结果显示:延庆地热田属于由正常大地热流加热的非火山型地热系统,热田内大地热流值为75.6m W/m~2,地热流体补给来源于延庆西北部山区的大气降水。热田内三个主要热储中的地热流体年龄和循环深度存在一定区别。燕山期花岗岩、白垩系砂岩和蓟县系白云岩热储中地热水年龄分别为15～21ka、28ka、48ka。花岗岩和砂岩热储中地热流体循环深度约2500m。白云岩热储中流体循环深度为2900～3600m,热储温度分布范围为80.5～98.3℃,平均热储温度90.6℃。     

西藏羊八井热田地热流体成因及演化的惰性气体制约栽

地热流体中惰性气体的相对丰度和同位素组成,不仅可以揭露热田的热源性质,而且还能够揭示深、浅层地热流体的内在联系和演化过程等.在西藏羊八井热田的地热气体中,已检测出大量的4He组分,3He/4He值是大气的0.087～0.259倍,表明深部地壳物质的局部熔融为热田提供能量.浅层地热流体的3He/4He值自西北向东南呈降低趋势,与热储温度的变化相一致,反映出侧向运移时补充了更多的壳源氦.热田北区深层地热流体具有稍高的3He/4He值,是浅层地热流体的母源.气体中氪和氙的相对丰度具有大气降水成因的特征.结合现有的实际资料,建立了热田地热流体的概念模型.     

西藏羊八井热田地热流体成因及演化的惰性气体制约

地热流体中惰性气体的相对丰度和同位素组成，不仅可以揭露热田的热源性质，而且还能够揭示深，浅层地热流体的内在联系和演化过程等。在西藏羊八井热田的地热气体中，已检测出大量的^4He组分，3He/^4He值是大气的0．087－0．259倍，表明深部地壳物质的局部熔融为热田提供能量，浅层地热流体的3He/4He 值自西北向东南呈降低趋势，与热储温度的变化相一致，反映出侧向运移时补充了更多的壳源氦，热田北区深层地热流体具有稍高的3He/4He值，是浅层地热流体的母源，气体中氪和氙的相对丰度具有大气降水成因的特征，结合现有的实际资料，建立了热田地热流体的概念模型。     

西藏羊八井地热田水热蚀变的时空演化特征

西藏亚东—谷露裂谷北段的羊八井地热田是我国著名的高温地热田,研究其水热蚀变的时空演化有助于更好地认识藏南地热的发育特征。通过对羊八井地热田及其水热蚀变岩开展地表调查、显微特征与X衍射分析等工作,总结了其主要蚀变类型特征,划分出黄褐色蚀变中心带、灰白色中强蚀变带、灰白色中等蚀变带和浅灰白色弱蚀变带4个不同的水热蚀变带,并区分出红褐色—黄褐色蚀变期、灰白色蚀变期和淡黄色—灰色蚀变期共3期蚀变。研究结果揭示,羊八井地热田高温地热活动中心一直在北区硫磺沟区域,其水热蚀变活动主要受亚东—谷露裂谷内部的活动断裂构造控制,并与断裂构造活动具同步性;地热水的排泄方式早期为沿北东向断裂构造直接排泄,晚期为经浅层第四系径流后再排泄,由直接排泄向间接排泄转变;中高温地热水的排泄区由北区硫磺沟地区向南区藏布曲迁移。根据研究结果推断,硫磺沟区域的北东向断裂与北西向断裂交汇区可作为羊八井热田北区深部地热勘查的主要方向。     

西藏羊八井地热田水热蚀变

本文对羊八井地热田钻扎ZK-201、ZK-301和ZK-308的岩心进行了较系统的蚀变矿物学、岩石学和流体包体研究。划分出6个蚀变矿物共生组合及蚀变分带,讨论了蚀变过程中岩石化学变化的特点,并推测了蚀变的温度和酸碱度条件。研究表明,热田曾处于极度的活动状态,最高温度达220-240℃,由于冷水的入侵,热田在目前钻探所及范围已冷却了50-70℃。蚀变矿物分布模式表明,目前热田流体主通道位于北部,热田进一步的开发应以寻找北部深部高温流体为主。     

O,H, and Sr isotope evidences of mixing processes in two geothermal fluid reservoirs at Yangbajing,Tibet, China

The Yangbajing geothermal field with the highest reservoir temperature among Chinese hydrothermal systems is located about 90 km northwest to Lhasa City, capital of Tibet, where high temperature geothermal fluids occur in two reservoirs: a shallow one at a depth of 180–280 m and a deep one at 950–1,850 m. In this study, Oxygen-18 and deuterium isotope compositions as well as ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of water samples collected from geothermal wells, cold springs and surface water bodies were characterized to understand the genesis of geothermal fluids at Yangbajing. The results show that the deep geothermal fluid is the mixing product of both magmatic and infiltrating snow-melt water, whereas the shallow geothermal fluid is formed by the mixing of deep geothermal fluid with cold groundwater. Using a binary mixing model with deep geothermal fluid and cold groundwater as two endmembers, the mixing ratios of the latter in most shallow geothermal water samples were calculated to be between 40 and 50%. The combined use of O, H, and Sr isotopes proves to be an effective approach to depict the major sources of geothermal fluids and the mixing processes occurring in two reservoirs at Yangbajing.     

硼、氯同位素测定方法及地球化学研究进展

近十年来,由于高精度硼、氯同位素测定方法的建立,硼、氯同位素地球化学在研究的深度和广度上都得到了快速发展。硼、氯同位素地球化学的研究已在海洋、盐湖、地下水、蒸发岩、热液矿床、环境等方面开展,并显示出在解决一些地学问题方面所具有的良好前景。该文简要概述了目前国内外硼、氯同位素测定方法和在地球科学的一些领域应用方面取得的成果和进展。     

硼同位素分析方法研究进展

硼具有两种稳定同位素10B和11B,其在自然界的丰度分别是19.90%和80.10%。自然界硼同位素组成变化很大, δ11B变化可达90‰以上(－30‰～＋60‰)。硼同位素的分析精度优于0.2‰,因此被广泛应用于多种地质过程的示踪研究。近年来,硼元素的提取、分离纯化和仪器测定技术均取得了可喜的进展,分析精度不断提高,为硼同位素地球化学研究奠定了良好的基础。本文从样品分解、化学分离和仪器测定等方面对硼同位素分析测试方法进行了归纳总结。     

Fluid–rock interaction in the Qitianling granite and associated tin deposits, South China: Evidence from boron and oxygen isotopes

The behavior of boron and its isotopes in fluid-dominant processes and hydrothermal alteration of granites is examined using fresh and altered granite samples from the Qitianling granite and associated hydrothermal tin deposits in South China. Boron concentrations are highest in the fresh granite (37 ppm) and depleted as a result of two stages of fluid mobility and fluid–rock interaction within the granite. Constraints provided both by δ¹¹B and δ¹⁸O data suggest that the first stage was related to exsolution of aqueous fluids from the granite magma at a temperature of > 450 °C. This was followed by further boron depletion in the granite by hydrothermal circulation of meteoric water at lower temperatures (~ 350 °C) and low water/rock ratios. The sensitivity of coupled boron and oxygen isotope systematics to these processes suggests that they can provide valuable constraints on of fluid mobility in granite and associated mineralization.     

Boron geochemistry from some typical Tibetan hydrothermal systems: Origin and isotopic fractionation

The Tibetan plateau is characterized by intense hydrothermal activity and abnormal enrichment of trace elements in geothermal waters. Hydrochemistry and B isotope samples from geothermal waters in Tibet were systematically measured to describe the fractionation mechanisms and provide constraints on potential B reservoirs. B concentrations range from 0.35 to 171.90 mg/L, and isotopic values vary between −16.57 ‰ and +0.52 ‰. Geothermal fields along the Indus-Yarlung Zangbo suture zone and N–S rifts are observed with high B concentrations and temperatures. The similar hydrochemical compositions of high-B geothermal waters with magmatic fluid and consistent modeling of B isotopic compositions with present δ¹¹B values imply that the B in high-B geothermal waters is mainly contributed by magmatic sources, probably through magma degassing. In contrast, geothermal fields in other regions of the Lhasa block have relatively low B concentrations and temperatures. After considering the small fractionation factor and representative indicators of Na/Ca, Cl/HCO₃, Na + K and Si, the conformity between modeling results and the isotopic compositions of host rocks suggests that the B in low-temperature geothermal fields is mainly sourced from host rocks. According to simulated results, the B in some shallow geothermal waters not only originated from mixing of cold groundwater with deep thermal waters, but it was also contributed by equilibration with marine sedimentary rocks with an estimated proportion of 10%. It was anticipated that this study would provide useful insight into the sources and fractionation of B as well as further understanding of the relationships between B-rich salt lakes and geothermal activities in the Tibetan plateau.     

负热电离质谱法测试硼同位素与大气pCO2的重建

海洋有孔虫的硼同位素能够反映海水酸碱度值的变化,为研究大气CO₂浓度在长时间尺度上的变化提供了一种新的手段,甚至可能超出冰芯所能企及的范围。天然样品中硼同位素的测定方法最为常用的是热电离质谱法,分为正热电离质谱法与负热电离质谱法。目前海洋有孔虫硼同位素分析主要应用负热电离质谱法,该方法最大的优点是所需要的样品量比较小（＜1ng B),实验精度却相对比较高(0.6‰～2.0‰;  2sd.)。近年来,基于常规负热电离质谱法发展的全蒸发负热电离质谱法通过分析完所有样品而有效降低分析过程中所发生的分馏效应所带来的影响,并使样品的信号最大化,该方法精度能够达到0.7‰(2s.d.)。本文详细介绍了常规负热电离质谱法和全蒸发负热电离质谱法的各个分析步骤,包括样品前处理、涂样、质谱分析、同质异位素干扰以及实验分析精度等方面。随着实验分析技术的进展,海洋有孔虫硼同位素已被用来重建长时间尺度(百万年和千万年)和短时间尺度(冰期-间冰期)的大气CO₂浓度变化。现有的研究证实利用海洋浮游有孔虫硼同位素重建的大气CO₂浓度变化与Vostok冰芯记录的大气CO₂浓度变化吻合地很好。     

华北平原典型区水体蒸发氢氧同位素分馏特征

为研究华北平原衡水地区水体蒸发氢氧同位素分馏特征,采集不同盐度的深层地下淡水(TDS 为0.61g/L)和浅层地下咸水(TDS为7.97g/L),现场开展室外器皿蒸发实验,获得了当地气象条件下氢氧同位素分馏参数.实验结果显示,淡水及咸水剩余表层水δ18O与剩余水比率f呈指数关系,与瑞利分馏模拟结果一致,δD和δ18O蒸发线斜率分别为4.78和4.69.整个蒸发过程中,淡水及咸水氢氧同位素值增量ΔδD分别为Δδ18O的4.82倍和4.76倍;剩余表层水相对于初始水δD和δ18O的变化量与累积蒸发量之比,淡水分别为2.68‰/cm和0.56‰/cm,咸水分别为2.78‰/cm和0.61‰/cm;而在不同的蒸发时段,剩余表层水δD和δ18O的变化量与蒸发量无明显相关性.受水分子扩散的影响,蒸发皿中氢氧同位素分馏在垂线上分层微弱.由于水体盐度较低,在当地气候条件下进行自由蒸发时,氢氧同位素分馏的盐效应可以忽略.     

硼同位素分馏的实验理论认识和矿床地球化学研究进展

硼是一种中等挥发性元素,具有¹¹B和¹⁰B两个稳定同位素。两个同位素间高达10%的相对质量差使其在地质过程中引起高达-70‰至+75‰的硼同位素变化。硼在自然界主要与氧键合形成三配位(BO₃)和四配位(BO₄)结构,因而¹¹B和¹⁰B间同位素分馏主要受控于三配体(BO₃)和四面体(BO₄)间配分。本文综述了低温和高温地质过程的硼同位素分馏的理论和实验研究进展。在溶液中B(OH)₃和${B(OH)^{-}_{4}}$间硼同位素分馏受pH和热力学p-T条件控制,实验和理论表征获得常温常压条件下的B(OH)₃和$B(OH)^{-}_{4}$间同位素分馏系数(α_3-4)变化范围为1.019 4至1.033 3。低温条件下矿物(如碳酸盐、黏土矿物(蒙脱石和伊利石)、针铁矿、水锰矿、硼酸盐)与溶液间硼同位素分馏行为除了受p-T-pH影响外,矿物表面吸附引起的分馏效应十分显著。在中高温过程(蒙脱石伊利石化、富硼电气石和白云母矿物与热液流体,以及硅酸盐熔体与流体)中硼同位素分馏行为受到硼配位构型、化学成分以及物理化学条件的控制。随着硼同位素分馏机理研究的深入以及越来越完善的地质储库硼同位素端员特征表征,硼同位素地球化学指标可以灵敏示踪成矿物质来源、探究成矿作用与成因模式和重建成矿过程物理化学条件。目前矿床硼同位素地球化学研究的难点在于实现不同赋存相(如流体、矿物和熔体)中硼配位键合结构和硼同位素组成的精细化表征。     

东胜铀矿砂岩中方解石富集及铀矿成因

东胜铀矿区方解石富集特征、无机碳氧同位素以及邻近气藏包裹体捕获压力、有机碳同位素和~3He/~4He的相关研究表明,东胜铀成矿与深层天然气存在密切关系。方解石的δ~(13)C值-19.6‰~-1.11‰,δ~(18)O值-17.13‰~-9.00‰,δ~(13)C值的变化范围较宽,可能是地表水和深层天然气影响程度不同所致。鄂尔多斯盆地北部气藏储层包裹体捕获压力从深部向浅部和从盆地西南向东北方向逐渐降低的变化趋势表明,天然气为铀的转化提供了充足的还原剂,为大型东胜铀矿形成提供了必要条件。天然气中~3He/~4He比值证明东胜直罗组铀矿砂岩中没有有意义的幔源流体贡献。这些证据表明东胜铀矿砂岩中的方解石是地表水和深部天然气共同作用的结果,这暗示了东胜大型铀矿床是由低温混合成矿作用形成的。     

广东三水盆地天然气非烃组分同位素地球化学

根据广东省三水盆地天然气中氦、氩、二氧化碳和氮等非烃组分的稳定同位素地球化学特征,探讨了该区天然气的来源以及大地热流。测得天然气中3He/4He（R）值为（1.60-6.36）×10-6,比大气的3Ne/4He（Ra）值(1.4×10-6)大:氩的稳定同位素组成(40Ar/36Ar=450-841)较大气氩富40Ar;二氧化碳的δ13C（PDB）值在-20-2‰的范围内,δ13N（Air）值在-57-+95‰之间:根据（?）He,4He值求得研究区的大地热流值（Q）为72-82mWm-2。大地热流和非烃组分同位素组成的高值以及研究区特别发育的火山岩等地质资料表明三水盆地有较强的地球深部流体（物质的和热的）向上溢出。一些油气藏中相当一部分氦、氩和氮来自地幔,各种天然气中均混有地壳来源的非烃气体。贫13C的二氧化碳气主要为地层中有机质分解的产物;富13C的二氧化碳则主要来自岩石化学反应的产物,并混有深部来源的二氧化碳。相当一部分大地热流源于上地幔。