基于Matlab的断裂带温泉水地球化学特征及地震活动性研究

基于Matlab开发出地下流体分析软件,对比分析了甘肃西秦岭北缘的武山、街子和清水温泉水化学组分特征;初步分析了温泉水水质类型、补给来源、水-岩平衡状态以及循环深度,并讨论了温泉水深循环对地震活动性的影响.研究表明温泉水均为大气降水成因,其水化特征受围岩的控制作用;清水温泉水的成熟度没有武山和街子温泉水高.地下水循环深度较浅的武山温泉和街子温泉水化类型属于Na-HCO3·SO4·Cl,所处断裂的地震活动频繁;地下水循环深度较深的清水温泉水化类型属于Na-SO4·Cl,所处断裂的地震活动性弱.     

岷江断裂带北段温泉流体地球化学特征

温泉流体地球化学方法是研究活动断裂带深浅部流体耦合变化的有利手段。通过对2011年6月至2018年7月岷江断裂带内的7个采样点进行了7次系统的调查,测定了16个气体样品中的³He/⁴He和δ¹³C_CO2以及27个水样中的常量元素、微量元素和稳定同位素（δD、δ¹⁸O）,得出以下结论：①岷江断裂带温泉水化学类型主要分为Ca-HCO₃、Mg-HCO₃、Ca·Mg-HCO₃、Mg·Ca-HCO₃四种;②δD、δ¹⁸O的测量结果表明岷江断裂带温泉水主要为大气降水的补给,补给高程为3.4～4.5km;③温泉水中SiO₂含量为2.49～5.92mg/L,热储温度为26.00～52.22℃,循环深度为1.17～2.67km;④Na-K-Mg三角图表明岷江断裂带温泉水均为未成熟水;⑤岷江断裂带温泉水中除B、Sr、Ba外,微量元素的富集因子均小于1,说明微量元素含量较低,主要来自于岷江断裂带的灰岩;⑥幔源和壳源之间的混合作用为控制He-C系统和He-Sr系统的主要因素,且研究结果表明³He/⁴He变化范围为0.02 Ra～0.68Ra（Ra为大气中³He/⁴He的比值,为1.39×10^-6）,温泉水逸出气体中幔源He贡献率变化范围为0.07%～7.8%,表明温泉气体中的He主要来自壳源,岷江断裂带内温泉水逸出气中的CO₂主要来自地壳中的灰岩（75.00%～99.47%）。2017年发生了九寨沟M_S7.0地震,研究发现地震前后温泉水地球化学特征有明显变化,但幔源He较低,表明无明显幔源He增加。因此,根据岷江断裂带温泉流体地球化学数据以及相关研究资料,建立了岷江断裂带深浅部流体耦合模型,对于今后判定岷江断裂带未来中强地震的短临前兆流体异常具有一定的参考意义。     

四川石棉公益海温泉水文地球化学特征

利用水文地球化学数据建立温泉水文循环模型,探讨温泉水文地球化学变化与地震的关系,对中强地震短临流体异常判断具有重要的意义。通过对石棉公益海温泉水常量元素、微量元素和氢氧同位素以及锶同位素的测量,探讨了该区域水文地球化学时空变化特征。因此,于2008年10月至2019年9月,共对公益海温泉采集水样206个,并对温泉水中离子组分和浓度,温泉逸出气组分、温泉气体同位素、碳同位素和氢氧同位素含量进行测量。分析结果表明:(1)公益海温泉主要为Na-HCO₃·Cl型水,δD、δ¹⁸O同位素测值分别为-14.19‰～-14.83‰和-108.67‰～-110.47‰,分布于大气降水线附近,说明温泉水主要源于大气降水;(2)据SiO₂地温计计算热储温度约94.12℃,循环深度约4.3 km,表明大气降水入渗地下,在热源加热后,沿着断层和裂隙循环到地表,形成温泉补给;并且,锶同位素和微量元素研究发现,⁸⁷Sr和⁸⁶Sr主要来自硅酸盐类矿物,微量元素含量较低,水岩反应程度较弱;(3)通过对研究区进...     

滇西大理地区部分温泉溶解CO2及碳同位素组成特征研究

温泉溶解CO_2的来源成因研究,有利于判断与甄别研究区温泉溶解CO_2异常信息。对2016年10月至2017年7月大理地区3个温泉的水化学常量离子和δ~(13)C_(HCO_3~-)进行了10次重复取样观测,对3个温泉的水文地球化学及CO_2来源进行分析。结果表明:3个温泉均属于HCO_3·SO_4-Na型水,地下水补给都来自于大气降水,CO_2主要来自于深部的地幔成因和变质成因的CO_2;2017年漾濞M_S5.1地震发生前,3个温泉的δ~(13)C_(HCO_3~-)值与HCO_3~-正相关关系发生改变,表明温泉δ~(13)C_(HCO_3~-)值与地震有一定的相关性。     

山西夏县中心地震台温泉水化学特征

采集夏县中心地震台温泉水及周边水点样品进行水化学组分特征分析。利用矩形图、Na-K-Mg三角图等方法,初步分析温泉水的水质类型、水-岩平衡状态、热储温度以及循环深度等,并结合氢氧同位素组成特征,初步分析温泉水补给来源。研究表明,夏县中心地震台温泉水化类型属于Na-Cl·SO₄型,水-岩反应属于部分成熟水,热储温度为148.8℃,循环深度为3.91 km,补给源主要为大气降水,温泉为断裂型温泉。以上结果可为该台流体异常分析提供基础研究资料,为夏县地区水化研究奠定基础。     

龙门山断裂带温泉水文地球化学特征

对地震活动强烈地区进行水文地球化学监测可以很好地获取与地震相关的深部流体地球化学信息。通过研究龙门山断裂带及其周围13个温泉及观测井的水文地球化学特征,建立该断裂带温泉水文循环模型,揭示其水化学变化与地震活动的关系。结果表明:(1)龙门山断裂带温泉水主要来自其周围0.8～3.2 km高山的大气降水;(2)温泉水化学类型沿龙门山断裂从北到南、从西到东依次为重碳酸型、硫酸型、氯化物型,温泉水的循环深度、水岩反应程度及微量元素富集因子不断增加;(3)在汶川M_S8.0地震、芦山M_S7.0地震发生后,震中距200 km以内的温泉的离子组分呈下降趋势,这可能是在震后愈合过程中,龙门山断裂内部渗透性减弱、水岩反应程度衰减所致。     

青藏高原东缘鲜水河-安宁河断裂带深源气体释放

青藏高原东南缘分布的大规模超壳走滑断裂带和中-高温地热区释放大量深源气体.鲜水河-安宁河断裂带温泉水和逸出气体的化学和同位素组成分析结果显示,该断裂带的水-岩相互作用显著,深源含碳流体强烈释放,是研究大陆碰撞造山带巨型走滑断裂系统深源CO2释放的重要地区.δ18OH2O和δDH2O值显示温泉水主要来源于不同补给高度的大...     

川西温泉水温观测及其在芦山MS7.0 地震前的异常现象

在2013年芦山M_S7.0地震震中附近流体观测点进行现场考察的基础上, 本文选择川西地区观测环境较好、 干扰较少的温泉水温观测资料进行回溯性分析. 结果表明, 康定龙头沟和二道桥温泉、 道孚龙普沟温泉、 理塘毛垭温泉、 泸定共和温泉水温在芦山地震前均出现不同程度的异常变化. 其主要表现为, 距离震中较远的理塘毛垭温泉和道孚龙普沟温泉水温在震前2年左右出现中期尺度异常, 距离震中较近的康定龙头沟和二道桥温泉水温在震前3个月内出现短期异常. 通过温泉水化学及δD-δ18O稳定同位素特征分析, 认为这些温泉水具有深循环特征, 能灵敏地反映地壳深部地热及构造变化信息, 是芦山地震前观测到异常的可能原因. 加强对这些温泉点的观测, 对区域地震预测研究具有重要的科学意义和现实意义.      

辽宁省地震监测站地下水化学类型及成因分析

通过测试辽宁省15个地震监测站泉水或井水的氢、氧同位素组成及主要离子组分含量,讨论了泉水或井水的化学类型及其成因.测得泉水或井水的δD和δ~(18)O值范围分别为-82.5‰--54.4‰和-11.4‰—-7.3‰,表明所测泉水和井水的主要来源为大气降水.研究区低温泉水为低矿化度的Ca-SO_4·HCO_3型或Ca-HCO_3·SO_4型;而较高温度的花岗岩裂隙水中溶解了较多的钠硅酸盐矿物,水化学类型主要为Na-HCO_3·SO_4型;碳酸盐岩及含砾砂岩含水层分别分布于辽宁省西部及中部地区,水温略低于高温花岗岩裂隙水,水化学类型为Na·Ca-HCO_3型.水中F~-含量较高,且F~-含量与温度、pH值、Na~+和HCO_3~-的浓度呈正相关,表明泉水或井水的化学类型是深部富CO_2流体及大气降水与花岗岩反应的结果.     

甘肃东南地区温泉流体地球化学特征

根据氢、 氧、 氦同位素与水化学组分资料, 讨论了甘肃东南地区温泉水的来源、 地球化学变化及其与2008年汶川M_S8.0地震的关系。 测定结果表明: 样品的溶解性固体总量(TDS)范围为241.7~2 372.1 mg/L。 采集的7处温泉(通渭汤池河温泉、 清水地震台、 天水地震台、 武山地震台、 武山22号井、 成县地震台、 武都地震台)水样可归为四种化学类型: Na·Ca-SO₄、 Ca·Mg-SO₄、 Na-HCO₃·SO₄、 Ca·Mg-SO₄·HCO₃。 地下热水的化学类型与裂隙深度和围岩的岩性有关, 离子浓度和断裂深度基本成正相关。 通渭汤池河温泉和武都地震台的δ18O和δD值分别在-11.4‰ ~ -7.6‰和-85.7‰ ~ -57.1‰的范围内, 通渭汤池河温泉和武都地震台中³He/⁴He的值分别为0.4×10^-7和12.7×10^-7。 氢、 氧、 氦同位素组成特征表明温泉水源于大气降水, 在循环过程中经历了水岩反应, 且可能有地表水的混入。 2008年汶川M_S8.0地震发生后, 研究区域内温泉水中K⁺、 Ca²⁺含量总体上升, SO^2-₄、 Cl^-含量总体下降, Na⁺含量变化不明显; 热水循环深度受地震影响发生变化。 本文确定了甘肃东南地区温泉来源、 水化学类型成因及其与汶川M_S8.0地震的关系。     

用分段加热法测定的雅鲁藏布江蛇绿岩的He和Ne同位素组成: 来自深部地幔的信息

使用分段加热法测定了雅鲁藏布江蛇绿岩各组合岩石的He, Ne含量和同位素组成. 雅鲁藏布江蛇绿岩中, 玄武岩样品各温度段的R值均高于大气值; 白郎蛇纹岩在700℃释放出的气体具有32.66R_a的He同位素组成, 表明该蛇纹岩含有深部地幔流体; 辉绿岩样品在低温步均表现出具有热点特征的、远高于MORBs的R值(地球上的热点起源于深部地幔, 具有超过30 R_a的R值). 在Ne同位素体系图中, Ne同位素数据主要沿Loihi Line分布, 这也说明雅鲁藏布江蛇绿岩的各组合岩石的流体组分主要源于深部地幔. 这些特征揭示了该特提斯洋形成环境有地幔柱的参与. 没有在玄武岩样品中观测到地幔柱型He的原因可能是壳源流体改造导致的.     

中国火山温泉气体地球化学特征及其在火山监测中的应用

中国火山温泉主要分布在吉林长白山、云南腾冲和黑龙江五大连池等火山区。这些火山虽然处于休眠状态,但大面积的温泉分布指示着岩浆房存在的可能性。本文总结了前人研究成果,分析了中国主要火山区温泉气体地球化学特征,并探讨了温泉气体在火山监测中的应用。长白山、腾冲和五大连池火山区温泉气体地球化学性质类似,都以CO₂为主要气体,含量在80%以上,最高可达99%以上,其它气体组分包括CH₄、N₂、O₂、SO₂、H₂S、He和H₂等。长白山火山温泉气体中氦同位素比值（3He/4He）最高,约为4—6R_A,CO₂中碳同位素比值（δ13C）为-7.9‰—-1.3‰,CH₄中碳同位素为-48.0‰—-28.7‰;腾冲火山温泉气体氦同位素比值为3—5.5R_A,CO₂中的碳同位素为-6.49‰—-2.07‰,CH₄中碳同位素为-23.5‰—-9.3‰;五大连池火山温泉气体氦同位素比值约为3R_A,CO₂中的碳同位素比值为-9.6‰—-3.1‰,CH₄中碳同位素为-47.2‰—-44.4‰。3个火山区的温泉气体均显示地幔来源的岩浆气体特征,并在上升运移过程中受地壳或古俯冲物质的影响。     

大凉山断裂带温泉水文地球化学特征

2010—2021年对大凉山断裂带10个温泉开展采样,测定了15个水样中的常量元素和氢氧同位素,进行温泉水文地球化学特征研究,建立了温泉水文地球化学循环模型。研究结果表明：(1)δD、δ¹⁸O的测量值分别为-86.8%～-100.54%和-11.7%～-13.7%,分布于大气降水线附近,表明大凉山断裂带温泉水主要为大气降水补给,其补给高程为2.1～2.5 km;(2)温泉水化学类型主要有HCO₃-Ca·Mg、SO₄·HCO₃-Ca·Mg、HCO₃-Ca、HCO₃-Na·Ca、HCO₃-Na和SO₄·HCO₃-Ca;(3)主量元素来自碳酸盐矿物和硅酸盐矿物的水-岩反应;(4)Na-K-Mg三角图表明该区温泉水样均为未成熟水;(5)运用硅-焓模型图解法得到该区热储温度为105.9℃～203℃,冷水混入比例约为68%～86%,其循环深度为1.9～3.9 km;(6)循环深度越深,地震活动性越强。     

2020年新疆于田MS6.4地震温泉水文地球化学异常特征研究

2020年6月26日新疆于田县发生M_S6.4地震, 地震发生前后对震中80 km内的两个温泉在2019年9月至2020年10月的水文地球化学的变化特征进行了研究, 结果表明: ①温泉水的来源为其周围昆仑山的冰川融水, ②克孜勒沙衣温泉补给高程6 km, 水化学类型为Na-HCO₃、 部分平衡水、 温泉循环深度达到1.7 km左右, 其主要气体组分为N₂, 幔源氦占10.6%。 ③乌什开布隆温泉补给高程为3.1 km, Ca·Na-HCO₃·SO₄型, 未成熟水, 可能与浅层冷水发生了混合作用, 循环深度仅达到0.5 km, 该温泉的水化学组分对周围的地震活动有明显的异常响应, 伽师M_S6.4地震前, 区域应力的不断加载使断裂带内裂隙发生明显变化, 从而温泉流体行为发生变化, 使乌什开布隆温泉的离子浓度小幅度上升, 且Cl^-含量在于田M_S6.4地震后16天突增。 因此, 对乌什开布隆温泉及克孜勒沙衣温泉的流体地球化学特征进行连续监测, 可以为未来阿尔金断裂及西昆仑断裂的交会区地震危险性提供有效判断指标。     

四川理塘毛垭温泉地质构造环境及成因分析

通过理塘毛垭温泉现场实地考察,对毛垭温泉所处的地质构造环境及泉华层堆积层的组成、成因和物质来源进行研究。分析认为,毛垭温泉属于义敦—理塘、理塘—德巫活动断裂带上出露的构造上升泉,断裂带构造裂隙为温泉水通道;温泉水的来源是中深层循环热水与浅层地下水补给冷水混合体;其水温水量的变化受区域构造应力的控制,它的变化能反映这一区域构造应力场的动态变化信息。     

我国地震构造地球化学监测研究现状

正地球化学是研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学。基于研究目的的不同,地球化学目前有元素地球化学、气体地球化学、同位素地球化学、构造地球化学、水文地球化学等研究方向。近些年来随着便携式化学测试仪器的普及,又衍生出构造地震地球化学-依据气体地球化学、同位素地球化学及水文地球化学相关理论方法,通过流动观测网、温泉或热水井固定观测点,来观测断裂带不同区段的深浅部流体地球化学特征及不同组分的物质来源,构     

地幔流体及其在地震孕育中的作用

依据地球物理宏观资料、行星化学和地球化学微观分析以及高温高压实验结果,阐明了地幔中存在丰富的流体,扼要介绍了若干流体引发地震的假说,简述了隐爆产生地震的机制。地幔矿物流体包裹体、高温高压相含水硅酸盐矿物与地球物理探测资料表明,整个地幔内普遍存在高能密流体,地幔过渡带和D″层是流体富集的地带,地幔中存在的总水量比海水量高出几个数量级。地幔高能密流体流动产生热对流,造成了固体地球内温度、电导率、地震波速度以及地球化学组成的不均一性。高能地幔流体向外逃逸,不仅改变了壳幔岩石的物理和化学性质,且为岩浆形成和地震孕育提供了能量。流体在地震孕育中的作用包括两个方面:降低断层带摩擦力以及岩石强度触发地震和流体爆炸或相变产生地震。流体爆炸产生地震是地核与下地幔流体以“运移—局部聚集—爆炸的幕式循环”反复进行,产生不同震源深度、不同震级的各类地震。然而,地幔流体的组成、行为及其在孕震过程中的作用机制还需深入研究。     

温泉逸出气体观测在长白山火山活动研究中的应用

本文回顾了流体地球化学方法在活动火山监测中的历史,重点分析了长白山火山监测站温泉逸出气体成分变化与火山活动的对应关系,得出了无论是同位素地球化学方法还是常规的温泉逸出气体检测方法,观测结果都很好地对应了火山及火山地震的活动,可以在火山喷发预报中发挥重要的作用。     

洱源温泉水氡预测效能检验及其水化学特征

利用Molchan图表法对洱源温泉水氡观测资料进行预测效能检验,并开展了温泉水化学组分、氢氧同位素和水循环特征研究。结果表明:(1)Molchan图表法检验结果显示,洱源水氡出现高值时,对观测点附近中强以上地震反应较灵敏,优势对应地震时间段为90 d以内;(2)洱源温泉井的水化学类型为HCO_3·SO_4-Na,与周边地表水体及浅层地下水无直接水力联系;(3)洱源温泉井水属于"部分平衡水",具有深部来源特征。     

内蒙古大井铜-锡-银-铅-锌矿床的流体混合作用——流体包裹体和稳定同位素证据

内蒙古大井铜-锡-银-铅-锌矿床的石英包裹体水的δ D值集中于-100‰～-130‰, 表明为大气降水来源. 硫化物的δ ³⁴S值(-0.3‰～2.6‰)指示深部岩浆硫来源. 根据碳酸盐矿物的δ ¹³C值(-2.9‰～-7.0‰), 计算了成矿流体的CO₂气体和全碳的δ ¹³C值, 分别介于-0.3‰～-9.4‰和-2.6‰～-11.7‰, 表明主要来源于岩浆. 定量模拟表明, 岩浆去气不是造成流体包裹体气体组分变异的原因; 流体包裹体的显微温度计也不指示相分离. 在包裹体气体组分H₂O-CO₂, 以及CO, N₂, CH₄和C₂H₆的二元协变图上, 样点表现正相关关系, 代表了富CO₂岩浆流体与大气水来源的地下水的混合作用. 地下水从古生界沉积岩的有机质中吸收了CO, N₂, CH₄, C₂H₆和放射性成因Ar. 混合引起的冷却效应导致了矿石矿物的沉淀.