赣南地热气体起源的同位素与地球化学证据

对取自赣南地区10个温泉的地热气体进行了气体化学成分及氦、碳、氖同位素组成的分析。该区地热气体可分为CO₂型和N₂型两种类型。CO₂型地热气体分布在赣南东南部地区,主要成分是CO₂,占总体积96.47%以上,二氧化碳气体的δ¹³C值为 -5.50‰～-3.49‰（PDB）,平均为 -4.66‰,为幔源无机成因,其氦同位素组成为1.36～2.27 R_a,具有明显的幔源成因特征,最高约有28.2%的氦源于地幔,其N₂-Ar-He关系研究表明,该型地热气体中的氮源于地幔-地壳-大气混合成因。研究揭示该区CO₂型地热气体属幔源无机成因气,是地幔脱气作用的产物。N₂型地热气体分布在赣南西部地区,N₂含量占91.04%以上,其中二氧化碳气体的δ¹³C值为 -23.7‰～-12.6‰,平均为 -17.82‰,为壳源有机成因,其氦同位素组成为0.06～0.13 R_a,具有明显的壳源放射性成因特征,³He/⁴He 与 ⁴He/²⁰Ne关系和He-Ar-N₂关系研究表明,N₂型温泉气主要来源于大气,并有壳源气体的贡献。     

江西省横迳温泉区地热气体地球化学

从赣南横迳温泉区采集10个水样并分析了温泉及冷泉的水化学成分,认为热水起源于大气降水补给。在此基础上,还在温泉区采集了4个气样,测定了气体组分的含量及氦同位素．以及CO₂和CH₄的碳同位素。研究结果表明：横迳地区温泉气中CO₂的含量很高(>96％),δC_CO2较重(-4.43‰～-5.50‰),属幔源CO₂;He同位素特征值(R/Ra)变化于1.36～2.11之问．均大于1,有幔源He的加入;本区温泉气的的组合类型为二氧化碳幔源温泉气,从整体上来说属于幔源无机成因气,是地幔脱气的产物。     

四川稻城地区温泉流体地球化学特征及地震活动性分析

稻城地区位于青藏高原东南缘的川滇地块北部,为揭示该区域温泉流体地球化学特征以及其和地震活动性之间的关系,本次研究采集了稻城地区6个温泉的水样以及逸出气体样品。对温泉水中离子组分和浓度,温泉逸出气体组分及气体同位素进行了测试,得到以下认识。研究区温泉水化学类型主要为HCO₃-Na和HCO₃-Na·Ca型,通过阳离子温标估算热储温度在74℃～159℃之间,循环深度在2.2 km～5.0 km之间。温泉气体中CO₂主要是由储层中的碳酸盐岩受热分解或溶解产生的,氦来自幔源组分的比例较低,在0.4%～2.4%之间,研究区的温泉是由沿断裂带渗入的大气降水经地壳深部的热源加热形成的。在稻城地区,循环深度以及幔源气体贡献率等不同的温泉流体地球化学特征与地震活动性之间有很好的对应关系,并且研究区地震活动性要弱于周缘鲜水河断裂地区等深部流体上涌地区。同时在区域尺度上,未来位于断裂交汇部位的稻城仲堆温泉一带的地震活动性最值得关注。     

鲁西北平原地热热源机制的气体同位素约束

利用地热系统中气体的组分、丰度及同位素组成,可以识别地热流体的来源,追溯其热源形成机制。鲁西北平原地热资源自1998年以来大规模开发利用,但对其热源形成机制的认识尚不明确。本文利用溶解性气体组分和同位素特征对鲁西北平原热源成生条件进行了研究。溶解气成分结果表明,地热气体组分均以N₂为主,主要为大气降水入渗成因,在相对封闭的地质环境中深循环,混合一定量的地壳深部或地幔来源的气体。利用³He/⁴He比值,定量计算出研究区壳幔热源配分比为0.90～1.57,热源主要为地壳岩石放射性生热与来自上地幔沿深大断裂的对流热。其中,砂岩热储受构造活动影响较小,地幔热流占45%左右。而岩溶热储受构造控热明显:处于深大断裂或济南岩体与灰岩接触带附近的岩溶热储地幔热流占比相对较大,达48.77%～52.75%,显示除了正常的大地热流传导产热,沿深大断裂、岩体与灰岩接触带存在来自上地幔的对流聚热;处于齐广断裂与济南岩体中间的稳定地块地幔热流相对较小,仅占38.87%～40.97%,指示构造相对稳定区获得深部热流较少。     

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.     

深变质岩区地热流体化学特征及成因——以滇西陇川盆地温泉为例

为了对深变质岩区地热流体的成因和演化进行深入研究,在滇西陇川盆地开展了地质、放射性测量、磁法测量、水文地质和水文地球化学等调查工作,深入分析了盆地内尺巴处温泉的水文地球化学及同位素特征。结果表明：温泉水化学类型为HCO₃·SO₄·CO₃-Na型,温泉中Li⁺质量浓度为0.220 mg/L,达到了锂矿泉水的命名标准,F^-质量浓度为8.29 mg/L,可称为氟水,具医疗价值;温泉热水中冷水混入比例为0.72,热水补给高程为1 166.83 m,补给区温度为9.96℃,热储温度为191.71℃,循环深度为2 082.29 m,温泉天然放热量为9.49×10¹² J/a;温泉水来源于大气降水,为深循环上升泉;地下水水化学组分的成因类型为岩石风化型,其主要组分来源于水岩相互作用;热源主要为深部未冷却的岩浆传导热及活动断裂产生的构造热,其次有少部分岩体中放射性同位素产生的放射热;深变质岩区温泉水中的pH值,SO₄^2-、Cl^-、Na⁺、SiO₂质量浓度及总碱度高于冷水泉,Ca²⁺、Mg²⁺质量浓度低于冷水泉。     

贵德盆地地下热水水文地球化学特征

研究工作对完善区内高温地热系统成因机理和后期勘探及钻探工作提供一定的参考意义.为进一步研究贵德盆地地热资源赋存状态及热源来源,在充分了解贵德盆地地热地质条件的基础上,采集区内地热流体样品,进行水化学全分析和氢氧同位素分析,得到该区地热流体化学特征和氢氧同位素特征,估算了区内高温热田-扎仓寺热田的热储温度.分析结果表明:该区高温地下热水的水化学类型主要为SO₄·Cl-Na型,低温水水化学类型较为复杂,主要为SO₄-Na、SO₄·HCO₃-Na型;扎仓寺热田地下热水中Li+、F-、Sr2+、As3+与Cl-存在很好的正相关性,显示了相同的物质来源,SiO₂2-与Cl-极高的正相关性进一步验证了扎仓寺地热为深部热源;氢氧同位素数据都集中在当地大气降水线附近,说明地下热水主要为大气降水补给.选用合理的水文地球化学温标计算了扎仓寺热田的热储温度,并利用硅-焓模型分析了该热田地热流体中冷水混入比例及冷水混入前的热储温度,分析认为扎仓寺热田4 000 m以内存在两个热储层,第一热储层热储温度约为133 °C,热循环深度为1 800 m;第二热储层热储温度约为222 °C,热循环深度约为3 200 m.      

金沙江-红河断裂带温泉气体地球化学特征

金沙江-红河断裂带是青藏高原东南缘地热活动强烈、地震活动水平高、各种矿产丰富的深大断裂带。为了探索该断裂带的温泉气体地球化学时空变化特征,2015年3月～2019年7月,经过5次野外考察,采集了54个温泉逸出气体样品,对其化学组分和氦、氖与碳的同位素变化的测试结果表明:(1)金沙江-红河断裂带内温泉气体氦同位素比值(3He/4He)变化范围是0.04～0.62Ra(Ra=空气3He/4He=1.39×10-6),计算获得的幔源氦最大比例达到7.5%,揭示该断裂带内的地质流体主要来自于壳源,幔源氦有从北向南呈现增加的趋势。以CO2为主要组分的温泉,其δ13CCO2值变化范围是-23.6‰～-1.9‰(vs. PDB)。结合区域地质条件分析,这些CO2主要来自三叠系灰岩,所占比例范围是70.1%～89.7%,而幔源CO2的比例最高可以达到4.2%。(2)金沙江-红河断裂带温泉气体的氢气浓度和氦同位素在三处断裂交汇区都出现高峰值,分别是金沙江断裂与巴塘断裂、中甸断裂与红河断裂、红河断裂与小江断裂和奠边府断裂的交汇处。与区域地震活动性的对比分析结果表明,金沙江-红河断裂带内深部流体上涌相对强烈的区域,深部流体对区域地震活动性具有重要的控制作用。     

滇西龙陵瑞丽大断裂东侧沉积岩区遮放瑶池(温泉)地热流体化学特征及成因

云南芒市遮放盆地位于三江造山带中南段,该区断裂发育,岩浆活动强烈,地热资源丰富,但当前研究程度较低。文章针对龙陵瑞丽大断裂东侧沉积岩区开展了地质、物探、水文地质及水文地球化学调查等工作,对采取的水样进行了水化学分析、稳定同位素分析及定量计算。利用硅-焓方程法和硅-焓图解法定量评估了温泉热水中冷水混合比,并估算了热水补给高程、补给区温度、热储温度、循环深度和温泉天然放热量。计算得出 CO₂的δ¹³C_CO2值为-16.56‰,参与水—岩反应的CO2为幔源和土壤混合成因,且水—岩反应主要为CO₂进入储水层与围岩发生水化学作用生成HCO₃-,地下水水化学组分的成因类型主要为岩石风化型。进一步查明了瑶池地热流体化学特征、地热资源赋存状态、热循环机理及热源来源,分析了研究区地下热水的形成演化过程。研究成果为遮放地区地热研究提供了数据支撑及理论支持,同时也为瑶池旅游资源的可持续开发和保护提供重要的指导意义。     

赣南横径地区碳酸温泉CO2成因研究

本文在分析横径温泉区4个气样的气体组分、氦同位素以及CO2和CH4的碳同位素基础上,结合温泉区地质条件,研究了该区碳酸温泉中CO2的成因。研究结果表明:横径温泉区温泉气中CO2的含量很高(>96%),CO2气体中1δ3C较重(-5.53‰~-4.43‰),属于与深大断裂活动有关的深部幔源无机成因气;温泉气中CH4的含量很低(<1.86%),CH4气体中1δ3C较轻(-27.69‰~-59.31‰),其中39、和11号温泉气体中的CH4属于深部幔源无机CH4和源于地表生物成因CH4的混合,而2号温泉气体中的CH4属于深部幔源无机CH4。     

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。     

贵州息烽温泉控热推覆构造的发现及成因研究

根据近年来磷矿深部勘探资料,对贵州息烽温泉的构造地质条件及地热特征开展研究,获得了有关温泉地质成因的新认识。①由洋水背斜、安清断层(F₁)和温泉断层(F₂)组成的叠瓦状逆冲推覆构造体系,构成了息烽温泉地热水系统的主体及边界,该控热构造体系内地表构造与地腹构造并不统一,老地层盖在新地层上,构成顶、底两层叠置的多个热储单元,这些热储单元是地热水形成和运移的良好场所。②安清断层(F₁)使多个热储单元直接接触,从而具有密切的水力联系,为导水、导热的良好通道; 温泉断层(F₂)构成了息烽温泉区地热水系统的边界。③大气降水沿断裂通道下渗至深部的碳酸盐岩热储层中,吸收热量形成地热水,在高温高压条件下,向洋水背斜核部进行迁移,受上覆寒武系碎屑岩盖层的保护和温泉断层的限制,形成洋水背斜西翼和北端的地热资源有利富集区,最后受分支断层阻挡而自然岀露。     

粤北韶关地区不同岩性区地热流体地球化学特征及成因分析

本次研究通过对韶关地区78处温泉地热流体水化学组分和同位素数据统计分析,总结研究了三种岩性区水化学特征、水—岩相互作用过程、深部热储温度和地热水补给来源等,为区内温泉资源可持续开发利用提供科学依据。研究区地热流体TDS浓度平均值在侵入岩区、碳酸盐岩区和碎屑岩区分别为233.82 mg/L,705.35 mg/L和909.14 mg/L,从侵入岩区—碳酸岩盐区—碎屑岩区,TDS,K⁺,Cl^-,SO₄^2-,HCO₃^-浓度呈升高趋势。侵入岩区地热流体水化学类型以HCO₃-Na, HCO₃-Na-Ca型为主,碳酸盐岩区以HCO₃-Ca, SO₄-Ca型为主,而碎屑岩区常见HCO₃-SO₄-Na, SO₄-HCO₃-Na-Ca等类型。三种岩性区地热流体γNa/γCl值在1.48～158.86之...     

色达—松潘断块温泉水文地球化学特征及成因分析

为查明色达—松潘断块地热资源赋存状态及热源来源,以四川黑水县内3处温泉(热水塘、上达古、卡龙沟)为研究对象,采集温泉水样进行水化学分析和同位素测试,研究地热水的补给来源和热储温度。研究结果显示,热水塘温泉的地下水化学类型为HCO₃-Na型,上达古温泉和卡龙沟温泉的地下水化学类型为HCO₃-Ca型,补给水源主要为大气降水,补给高程分别为5 121 m、3 890 m、3 921 m。结合矿物饱和指数,采用SiO₂地热温标计算3处温泉的热储温度,分别为119.036 ℃、49.034 ℃、30.215 ℃。综合分析认为研究区地下热水的成因主要为大气降水经高山补给区入渗至储集层,吸取地下深部向上传导的热量和放射性元素衰变释放的热量,并与围岩发生水-岩作用形成地下热水,在断裂发育部位热水沿断裂带向上运移,最后在地表出露形成温泉。     

四川鲜水河-安宁河断裂带温泉氢氧稳定同位素特征

温泉地下水同位素特征对确定断裂带地下水来源、循环过程和断裂带活动性至关重要。为了确定青藏高原东缘温泉的地下水同位素特征和流体来源本研究采集了鲜水河-安宁河断裂带上温泉水、冷泉水、河流和积雪融水等样品,进行了氢氧稳定同位素和水化学组分测定,并进行了同位素特征的对比研究。分析结果表明,温泉水体δ¹⁸O变化范围为-19.04%~-12.71‰,平均值为-16.42‰;δ²H变化范围为-144.07‰~-88.63‰,平均值为-122.37‰。河水的δ¹⁸O变化范围为-15.90‰~-10.85‰,平均值为-13.86‰;δ²H变化范围为-118.21‰~-71.12‰,平均值为-98.99‰。康定冷泉δ¹⁸O和δ²H分别为-13.66‰和-106.74‰。道孚积雪融水的δ¹⁸O和δ²H分别为-10.27‰和-65.41‰。不同类型水体样品氢氧稳定同位素组成主要分布在全球和区域大气降水线上表明了大气降水成因,缺少明显的氧同位素漂移特征。不同类型水体同位素值差异较大显示出温泉与河水、积雪融水之间补给来源的不一致性。温泉同位素值具有明显的同位素高程效应,鲜水河-安宁河断裂带上氧同位素高程效应为-0.23‰/100m,氢同位素高程效应为-1.95‰/100m。温泉氧同位素漂移与相关离子比值、Na-K-Mg三角图、Li和Sr元素等指标表明研究区域大部分温泉的水岩作用强度弱。氢氧稳定同位素特征、水岩作用特征和循环深度揭示出温泉的成因为远距离大气降水运移补给地下水,地下水在地下热储层加热后通过断裂上升到地表形成温泉,这为认识青藏高原东缘地热水循环、断裂带活动性与演化特征提供了依据。     

雄安新区地热水化学特征及其指示意义

地热流体水文地球化学研究是认识地热资源形成机制、赋存环境以及循环机理的有效手段.以我国华北平原典型的中低温地热系统——河北雄安新区为研究对象, 基于不同热储层和浅层地下冷水的水化学及同位素特征, 探讨地热流体中主要组分的地球化学起源, 评估深部地热流体的热储温度, 指示地热系统的深部热源及其成因机制.大气降水入渗、热储高温条件下的流体-岩石相互作用是雄安新区地热流体中主要组分的物质来源, 其中深层雾迷山组地热水中部分组分可能源于古沉积水蒸发浓缩过程中形成的蒸发岩盐的溶滤.雾迷山组地热水适宜利用Ca-Mg温标和石英温标计算其热储温度, 温度范围为76.4~90.6℃, 馆陶组地热水运用石英温标更为合理, 热储温度为66.2~71.3℃.雄安新区地热异常是深部放射性元素衰变热在特定的大地构造背景下聚集而形成.      

青海省贵德扎仓寺地热成因机理及开发利用建议

本文通过卫星热遥感影像及航磁、重力异常的宏观性解译热异常空间分布特征,野外实地调查温泉的出露条件和水化学特征,分析研究青海省贵德扎仓寺温泉的热源通道、入渗通道,从而讨论其成因机理和开发利用前景。研究结果表明:扎仓寺温泉泉口温度为93.5℃,与当地气压有关;大气降水和热水沟上游沟谷水为补给源,近东西向张裂为入渗通道,中三叠统砂板岩与印支期花岗闪长岩(γδ₅²)接触变质带为径流通道(热储层),中三叠统砂板岩为盖层,北北西向热光断裂(F₁)为热源通道,属断裂-深循环地热类系统类型;径流通道(热储层)温度可达136.0℃,具备蒸汽发电示范背景条件,而F₁断裂带附近2000 m深度温度可达195.0℃,具备干热岩开发利用前景。     

米泉低阶煤煤层气中CO2异常赋存特征与成因

对米泉矿区以往煤层气勘查成果统计发现,气体含量中CO₂浓度异常高,部分气样浓度甚至超过40%。通过系统开展气体组分、CH₄与CO₂碳同位素、稀有气体同位素等地化分析,发现该区CO₂浓度随埋深增大呈增高趋势。当埋深大于800 m时,CO₂浓度超过40%;CO₂具明显壳源成因特征,无幔源CO₂的混入。说明该区煤层气主要为CO₂还原途径形成的次生生物气体,少量样品具热成因气特征;CO₂异常富集可能是3个方面因素耦合作用的结果,即处于微生物产甲烷活动早期阶段、CO₂还原途径产甲烷活动受到抑制及滞留的水体环境。     

四川西部中高温地热流体地球化学特征及其地质意义

四川西部是我国主要的高温地热资源分布区之一,水热活动的时空分布、物质来源与深部水热岩作用密切相关,地热流体化学特征可反映流体上升至近地表过程中发生的深部地球化学过程信息。通过分析鲜水河地热带、甘孜-理塘地热带和金沙江地热带典型地热田的地热流体化学组分特征,认为研究区地下水类型基本为HCO₃-Na型水。其中甘孜-理塘地热带地下热水中的K ⁺、Na ⁺、HCO₃ ^-和Mg ²⁺与Cl ^-有相似物质来源,除了来自矿物溶解外,还来源于地球深部物质。研究区地热流体径流较长,深度为2 189.93~5 620.52 m,地热流体在上升过程中冷水混入比例为 56%~78%,水岩作用仍未达到平衡状态。在循环过程中,受到含钙、镁的硅酸盐矿物溶解的影响。厘清区域内地热流体汇聚的路径及其控制因素,提高对四川西部地区地热资源分布规律和成因的认识,可为区域内工程建设施工提供参考依据。     

地热气体研究进展

地热气体是地球内部物质和能量的信息载体，是地热研究的重要对象。地热气体主要包括CO2、H2S、H2、CH4、N2、O2等常量气体和He、Ne、Ar、Kr等稀有气体。这些组分的来源有幔源、壳源和大气源。经过100多年的研究，人类对地热气体的化学成分与同位素组成特征，如2H、13C、34S、3He、 4He、20Ne、39Ar、40Ar、85Kr、81Kr等，获得了基本认识并应用于不同来源气体混合关系，控热构造，热储温度，流体循环，热源构成等问题的研究。此外，气体研究也在地热开发过程中的腐蚀结垢防治和减碳贡献评估等方面有重要意义。近年来，我国在地热气体研究方面取得了显著进展。未来需要统一样品采集、贮存和测试方法，建立相应的技术标准，进而建成归一化标准的地热气体大数据。在碳达峰、碳中和的“双碳”目标的重大需求牵引下，进一步探索地热气体定年、伴生资源成因、控热构造识别等方面的发展，进而为应对气候变化和实现地热能科学可持续开采奠定基础。