西藏搭格架高温热泉中砷的地球化学异常及其存在形态

西藏搭格架高温热泉是我国大陆少有的大型间歇性喷泉,砷元素作为对人类威胁极大的环境问题普遍存在于热泉之中,搭格架高温热泉中砷元素质量浓度最高已达到了9.75 mg/L,其对地表水和浅层地下水的污染不容忽视。硫代砷是富含硫化物热泉中砷的存在形态之一,鉴于国内相关研究较少,本文对西藏搭格架地热区的热泉样品进行了水化学分析,并利用水文地球化学模拟软件PHREEQC开展了对热泉中砷元素存在形态的地球化学模拟。结果表明：西藏搭格架热泉中砷元素的存在形态有亚砷酸盐、砷酸盐和硫代砷,其中亚砷酸盐与砷酸盐是砷的主要存在形态,且在pH影响下两者之间存在相互转化关系;各种硫代砷按质量浓度由高至低依次为一硫代砷酸盐、三硫代砷酸盐、二硫代砷酸盐、一硫代亚砷酸盐、四硫代砷酸盐;硫代砷形态占总砷浓度比例主要受热泉中硫化物质量浓度、Eh（氧化还原电位）和pH等因素的控制,在硫化物质量浓度总体偏低的情况下,硫化物质量浓度的上升可促进其他形态的砷向硫代砷形态转化,强还原性环境有利于硫代砷形态的存在;此外,在中性环境下,硫代砷占总砷浓度比例随pH上升亦有上升趋势。     

典型高温热泉中锑的形态分布及其地球化学成因

锑为典型有害元素,地热成因锑是天然水环境中溶解态锑的重要来源,富锑热泉排泄的负面环境效应不容忽视.本文在藏南和滇西选择典型地热区,分析了热泉中锑的形态分布及其地球化学成因.总体上,研究区排泄的地热水具有远高于天然水环境背景值的锑含量,最高可达2 128.7μg/L.水文地球化学计算表明热泉中锑的主要存在形态为锑酸盐和亚锑酸盐,但部分热泉样品中硫代锑占总锑百分比可高达35%.硫化物浓度、S（-Ⅱ）/Sb摩尔比,以及砷锑之间的竞争巯基化作用是影响热泉中硫代锑含量的关键因素.在本研究所涉及地热系统中,西藏玛旁雍错曲色涌巴、门士、莫落江为岩浆热源型地热系统,其地热水中锑源自高温条件下热储围岩淋滤和作为热源的岩浆房所释出流体的输入,西藏曲卓木、朗久与云南邦腊掌则属于非岩浆热源型地热系统,其热泉中的锑主要来源于地热水-围岩矿物相互作用.     

西藏玛旁雍错地热水地球化学特征及其成因机制分析

西藏地区位于欧亚板块与印度板块碰撞造山带,构造活动强烈,具有丰富的地热资源。本次研究在西藏阿里地区水热活动强烈的玛旁雍错地热田实地采集地表热泉样品进行水化学分析,依据地热水水化学特征,评估研究区热储平衡状态与热储温度,分析地热水在深部的水文地球化学过程,识别地热系统深部热源类型并阐明地热系统成因机制。通过此次研究表明：区内地热水主要为碱性Cl-Na型或HCO₃-Cl-Na型水和酸性SO₄-Na型水,地热水在深部已经与热储围岩达到完全平衡状态,通过地热温标计算热储温度在200℃左右;地热地表显示、热水水化学组分特征、热储温度类型等分析揭示玛旁雍错为岩浆热源型地热系统,地表不同类型地热水是深部母地热流体沿断裂向上运移过程中经不同水文地球化学过程形成。     

云南腾冲热海高温地热水中汞的地球化学异常及其指示意义

汞是环境中典型有害组分,深部地热系统可能是环境中汞的重要来源之一,但当前地热成因汞的研究程度很低。本文以腾冲火山带热海水热区为研究区,开展了热泉中汞的水文地球化学研究。热海水热区内排泄的中性热泉含有异常高浓度的汞,但酸性热泉则绝大多数未检出汞。热海热泉中的汞与典型的岩浆来源组分氯相同,均主要来源于岩浆流体的混合。在中性热泉中,Hg(II)是汞的占优势地位的价态,Hg²⁺与不同形态硫化物的配合则是决定Hg(II)的形态分布的直接因素,但pH可通过控制水中硫化物的形态分布来影响Hg(II)的形态分布。Hg(II)不易挥发,故中性热泉中汞含量普遍较高;但酸性热泉中的汞受泉口氧化还原电位较高的影响,以Hg(0)为主要价态,且因Hg(0)易挥发而导致总汞含量极低。就中性热泉而言,其汞含量对水热区断裂分布有重要指示作用,原因为沿不同断裂上升的中性地热水经历的冷却方式不同,最终导致热泉汞含量也表现出显著差异。热泉汞含量对水热系统结构研究有借鉴意义。     

腾冲热海地热田高温热泉中的硫代砷化物及其地球化学成因

以我国大陆范围内典型的岩浆热源型水热系统——云南腾冲热海为研究区,在国内首次对热泉中硫代砷化物含量及其地球化学成因进行了分析.研究采用的在野外对富硫化物水样进行快速冷冻处理、而后在实验室进行砷的形态分离和测试的方法明显优于当前通用的水样砷含量及其形态分析的预处理和测试方法.主要原因为后者在采样现场对水样的酸化处理可使样品中三硫代砷酸盐以非定形态硫砷化合物的形式沉淀,且用常规阴离子交换柱在野外无法实现硫代砷酸盐的完全回收及其与砷酸盐的分离.受岩浆流体输入和热储内高温条件下强烈流体-岩石相互作用的控制,热海水热系统排泄的中性-偏碱性热泉中富集硫化物和砷,为热泉中硫代砷化物的形成提供了必要条件.热海热泉中检出的硫代砷化物包括一硫代砷酸盐、二硫代砷酸盐和三硫代砷酸盐,在总砷中所占比例最高分别可达26.7%、43.3%和33.7%.热海地热田的2个子区(硫磺塘和澡塘河) 的热泉沿不同断裂带出露,地热水升流过程中经历的冷却方式也不同,使硫磺塘热泉具有相对较高的总硫化物含量和总砷含量,并导致其中各类硫代砷酸盐具有更高的含量范围.      

高温热田深部母地热流体的温度计算及其升流后经历的冷却过程: 以腾冲热海热田为例

高温地热系统中赋存着大量的地热能资源.为了进一步了解高温地热系统, 以腾冲热海热田为典型研究区, 利用热泉地球化学组成, 基于多种地球化学模型确定了热田深部母地热流体的温度, 并分析了其升流后经历的不同冷却过程.热海热田的硫磺塘水热区和热水塘水热区所排泄的热泉源自共同的深部热储, 该热储中母地热流体的Cl-质量浓度为265 mg/L, 温度为336 ℃.在热海热田, 母地热流体在经历绝热冷却过程后直接形成了泉口温度最高的大滚锅泉, 而其他中性泉均由母地热流体先与浅部地下冷水混合再经历绝热冷却形成.母地热流体的深部热储之上存在多个温度在200 ℃以上的热储, 这些热储的形成受控于热海地区发育的多组方向不同的断裂.      

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.      

一种新型的铯矿石

1982年和1984年,作者等相继在西藏自治区昂仁县搭格架等地热田发现大面积含铯硅华,现作一简要报道。搭格架地热田是已知国内最大的间歇泉,其地质概况及其硅华沉积前人已有所报道。其有用组分包括固、液相两类。据该区多年地热水样分析结果比较,其水型按库尔洛夫式属重碳酸氯钠水,水中富含硼、锂、铯、硅等元素。尤其是热水中铯含量高于铷,其铯、铷值约等于8。     

天然水中硫代钨酸盐的分析方法

天然水中硫代钨酸盐的分析对钨的环境地球化学研究具有重要意义.建立了利用反相离子对色谱-电感耦合等离子质谱同时测定天然水中钨酸盐(WO₄^2-)和4种硫代钨酸盐(WO₃S^2-、WO₂S₂^2-、WOS₃^2-、WS₄^2-)的方法,并采用电喷雾-高分辨质谱对这5种钨化合物进行鉴定.采集富硫化物地热水样品经干冰速冻并在-20℃冷冻保存运输至实验室后,在厌氧环境下解冻后,利用优化的色谱及质谱条件在30 min内完成5种钨化合物的分离和测定.以钨酸盐作为其他钨化合物的标准建立工作曲线,在0.001～20 mg/L浓度范围内具有良好线性关系(相关系数R²>0.999),WO₄^2-、WO₃S^2-、WO₂S₂     

岩浆热源型地热系统及其水文地球化学判据

在各类地热系统中,岩浆热源型地热系统具有突出的科学研究意义和开发利用价值。自岩浆热源释出的岩浆流体富含多种强酸性气体,有极强的岩石溶蚀能力,是发生于岩浆热源型地热系统内的水文地球化学过程大异于非岩浆热源型地热系统的根本原因。浅埋或深埋岩浆热源型地热区内均普遍发育三种不同类型的地热水：酸性SO 4型、SO 4- Cl型或Cl- SO 4型水,中性Cl- Na型或Cl- HCO 3- Na型水,弱碱性HCO 3- Cl- Na型或HCO 3- Na型水;是否同时出现以上类型地热水也成为以非碳酸盐岩为热储围岩的水热型地热系统是否具有岩浆热源的水文地球化学判据。在中国,藏南- 滇西地热带和台湾地热带是岩浆热源型地热系统集中分布的区域;藏南高原的高温水热型地热系统下的岩浆囊可能是地壳增厚过程中发生局部熔融的结果,也可能与印度大陆岩石圈向北消减后在拉萨地体下形成的近东西向地幔楔的上涌有关。     

Characteristics of the geothermal water in Changbai Mountain volcanic region,northeast of China

Geothermal water is plentiful in Changbai Mountain region, northeastern China, due to the volcanic activities and widespread faults. For the exploration of geothermal resources, this study uses quartz and cation geothermometer to estimate the temperatures of the geothermal reservoir and uses the tubular models to evaluate the thermal gradient. The hydrogeochemical characteristics of the geothermal resources were also evaluated by hydrogeochemical analysis. The results showed that the geothermal reservoir temperatures of the four major thermal springs in Changbai Mountain region range from 72 to 169 °C. The average geothermal reservoir temperatures of Jinjiang hot springs, Changbai hot springs I, Xianrenqiao hot springs, and Changbai hot springs II are 129.25, 169, 89, and 73.67 °C, respectively. The geothermal gradient values of the four major thermal springs have different characteristics. The geothermal gradient values of Jinjiang hot springs and Changbai hot springs I are 4.6 and 3.1 °C/100 m, respectively. The geothermal gradient values of Xianrenqiao thermal springs and Changbai thermal springs II are both lower than 1.5 °C/100 m, with the values of 1.1 and 1.4 °C/100 m. And the geothermal gradients are influenced by Changbai Mountain Tianchi volcano. In addition, the water chemical analyses showed that the geothermal water types are HCO₃-Na with higher concentrations of Na⁺, Cl^?, SO₄ ^2?, TDS, and HCO₃ ^? than the non-thermal waters, which suggested a deep and long water cycle of the thermal water, and therefore a sufficient water-rock interaction.     

高温富硫化物热泉中硫代砷化物存在形态的地球化学模拟:以云南腾冲热海水热区为例

天然水环境中地质成因砷的存在是世界范围内对人类威胁极大的环境问题之一.在高温富硫化物地热水中,硫代砷化物是砷的主要存在形态之一.在国内尚无硫代砷化物定量检测方法的背景下,以云南腾冲地热带的热海水热区为典型研究区,基于不同类型硫代砷化物的最新化学热力学数据wateq4f.dat,利用水文地球化学模拟软件PHREEQC开展了不同类型热泉中砷的存在形态的地球化学模拟.结果表明,热海热泉中砷的主要形态是硫代砷酸盐,砷酸盐和亚砷酸盐次之,硫代亚砷酸盐则含量极低;在各类硫代砷酸盐中,按平均百分含量降序依次为:一硫代砷酸盐→三硫代砷酸盐→四硫代砷酸盐→二硫代砷酸盐.pH、Eh和总硫化物含量是热泉中砷的形态分布的控制性因素.在酸性条件下,砷以硫代砷酸盐和亚砷酸盐为主要存在形式;而在中性/偏碱性条件下,砷的形态则以硫代砷酸盐为主,砷酸盐次之.偏还原环境和高硫化物含量是硫代砷化物、特别是三硫代砷酸盐和四硫代砷酸盐稳定存在的有利条件.      

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。     

腾冲地热区高温热泉水中稀土元素特征

腾冲地热区位于印度-欧亚板块碰撞带东北缘,构造和岩浆活动频繁,地热作用明显,热泉广泛分布,是现代热泉研究的天然实验室。热泉水中的稀土元素特征是指示浅层水岩反应的重要指标。由于热泉水中稀土元素含量较低且变化范围大,腾冲地区热泉水稀土元素组成的报道比较罕见。本文尝试研究了腾冲高温热泉水中稀土元素组成特征,并与美国内华达州贝奥沃韦地热田和加利福尼亚希伯地热田热泉水的稀土元素特征进行了对比。本文选取腾冲地区的高温热泉,应用ICP-MS,测试了热泉水中稀土元素。分析结果表明热泉水中稀土元素含量相对较低且变化范围较大,其变化范围为球粒陨石的10-5～10-2倍。稀土元素球粒陨石标准化配分模式整体为轻微右倾型或平坦型,显示轻重稀土分异不明显;δEu既有正异常也有负异常;各热泉点热泉水稀土配分模式之间存在差异。虽然腾冲地热区热泉水的REE含量比美国贝奥沃韦地热田和希伯地热田热泉水的高10倍,两者之间的稀土元素分布特征具有一致性。热泉水中的δEu负异常为深循环的大气降水与具有负铕异常火山岩水岩反应的结果,正铕异常可能是由快速上返的大气降水与蒸发岩中的石膏反应导致。     

Influence of the Chuxiong Yao’an Earthquake on the Mineralization of Hot Springs in the Tengchong Geothermal Area, Southwestern China

<正>The Tengchong geothermal area,an active tectonic region with frequent earthquakes,is located in Yunnan Province of southwestern China.This area contains abundant active hot springs, which often display high metal concentrations and obvious mineralization phenomena.At 19:19 on 9 July 2009,an earthquake occurred in Yao'an,Chuxiong,Yunnan Province,which is 300 km to the northeast of the Tengchong geothermal area.We sampled water in the hot springs in the Tengchong area from 4 July to 9 July 2009 and from 10 July to 15 July 2009 to study the changes of elemental concentrations before and after the earthquake and discuss the influence of the earthquake on the mineralization of the hot springs.The concentrations of most trace elements increased slightly,but the concentration of REE(rare earth elements) decreased by 50%after the earthquake in the hot springs around a NS-trending fault.The elemental concentrations remained unchanged in Longtan and Suanshuigou,which are related to an inactive crater.The elemental concentrations in other springs controlled by superficial and small-scale faults decreased after the earthquake.The earthquake can stimulate the activity of deep faults and magma chambers,as is responsible for the increase of metal concentrations in the hot springs along the NS-trending deep fault;whereas it can decrease the porosity of permeable rocks,resulting in the decline of the flux of ore-bearing fluids and the corresponding mineralization in the hot springs related to superficial faults.     

Molybdenum in icelandic geothermal waters

Molybdenum concentrations in Icelandic geothermal waters lie in the range 1–70 ppb. Warm waters and dilute high-temperature waters which contain high concentrations of sulphide are lowest in molybdenum. No correlation is otherwise observed between molybdenum concentrations and temperature. Surface waters and cold ground waters do not contain detectable molybdenum (<1 ppb). It seems likely that leaching rate is the prime factor in limiting molybdenum levels in these waters. Within individual geothermal fields molybdenum concentrations are either approximately constant or they vary regularly across the field. This regular variation may often be correlated with variations in other solute concentrations and subsurface temperatures and is taken to indicate a control of molybdenum mobility by a temperature dependent equilibrium. The evidence suggests that the solubility of molybdenite is responsible. Molybdenite has not been found in active geothermal systems in Iceland but is known to occur in some New Zealand geothermal systems and it has been identified in hydrothermally altered Tertiary basalt formations at Reydarártindur in southeast Iceland. Boiling and mixing with cold water leads to molybdenite undersaturation and thus these processes favour leaching of molybdenum from the rock. On the other hand, conductive cooling leads to supersaturation which favours removal of molybdenum from solution.