劉 昭, 藺文靜, 謝鄂軍, 何雨江, 張 萌, 王貴玲

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，石家莊 050061; 2.西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 地?zé)岬刭|(zhì)大隊(duì)，拉薩 850032; 3.中國地質(zhì)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，武漢 430074)

有關(guān)水中穩(wěn)定同位素的研究始于20世紀(jì)50年代[1-3]；Craig(1961)給出的全球“雨水線”為δD=8δ18O+10，并提出地?zé)崴饕獮榇髿饨邓a(bǔ)給，首次發(fā)現(xiàn)Salton海地?zé)崽餆崴嬖诘摹把跗啤爆F(xiàn)象[4,5]；Dansgaard(1953)首先定義降水線中的參數(shù)d，稱之為氘過量參數(shù)(d=δD-8δ18O)[6]。氘過量參數(shù)反映了水汽源地、空氣濕度、海洋水蒸發(fā)分餾條件、水汽路徑等。氘過量參數(shù)也被用于地表水體、地?zé)崴暗叵滤难芯縖7-17]，即研究這些天然水中d值的變化、與地下水年齡的關(guān)系、地下水徑流、與地下水埋深的關(guān)系及d值的誤差等。

本文以西藏尼木-那曲熱泉區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)，從熱水的氘過量參數(shù)中提取信息，研究區(qū)內(nèi)氘過量參數(shù)的特征，通過與已開發(fā)利用地?zé)崽镞M(jìn)行對比，來揭示其對地?zé)崽镩_發(fā)研究的指示作用。

1 研究區(qū)概況

西藏尼木-那曲地?zé)釒?以下稱研究區(qū))位于西藏自治區(qū)中部，包括拉薩市、尼木縣、當(dāng)雄縣、那曲縣、聶榮縣、安多縣。研究區(qū)位于當(dāng)雄-羊八井-多慶錯(cuò)活動斷裂帶上，全長約300 km，交通條件較為便利。區(qū)內(nèi)地勢北高南低，地形起伏較大，切割強(qiáng)烈。由于構(gòu)造作用，發(fā)育著一系列串珠狀斷陷盆地。從前寒武紀(jì)至新生代地層均有出露。其中第四系松散堆積物遍布于各盆地之中，低洼地段均有沼澤相堆積。水系較發(fā)育，以桑雄為界，北部為怒江水系，南部為雅魯藏布江水系。

研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，規(guī)模較大的有近南北向桑雄-九子拉斷裂、吉達(dá)果-尼木斷裂，近東西向的雅魯藏布江斷裂、班公錯(cuò)-怒江斷裂及北東向念青唐古拉山南緣斷裂構(gòu)造帶。次級構(gòu)造亦較發(fā)育。受區(qū)域構(gòu)造及次級構(gòu)造的影響，區(qū)內(nèi)水熱活動強(qiáng)烈，顯示類型齊全。從北至南大致有那曲、羅瑪、谷露、董翁、拉多崗、羊八井、羊易、續(xù)邁等20多個(gè)顯示區(qū)[18]。區(qū)內(nèi)僅在羊八井、羊易地?zé)崽镞M(jìn)行過系統(tǒng)的調(diào)查研究，在拉多崗、那曲地?zé)崽镞M(jìn)行過勘探及試驗(yàn)等工作。本次選取該帶未開發(fā)利用的11個(gè)地?zé)崽?續(xù)邁、嘎日橋、吉達(dá)果、寧中、月臘、董翁、谷露、脫瑪、羅瑪、玉寨和果組)開展工作(圖1)。

圖1 研究區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)及樣點(diǎn)分布Fig.1 Schematic diagram of geothermal geology and samples distribution(修改自呂文明，1993)

2 數(shù)據(jù)采集及測試

研究區(qū)內(nèi)有關(guān)熱水氫氧同位素的研究較早[19-21]；近幾年，Guoetal.(2010) 在羊八井、羊易地?zé)崽镞M(jìn)行了較多的工作，研究了深部、淺部熱儲的特征，指出二者主要為融雪水補(bǔ)給，深部熱儲有巖漿水的混入，淺部熱儲為深部熱儲升流過程中與淺部冷水混合的結(jié)果[22]。區(qū)內(nèi)熱水氫氧同位素?cái)?shù)據(jù)較充足，筆者收集到了2011年沿線未開發(fā)的11個(gè)地?zé)崽锏臍溲跬凰?氘、氚、氧)數(shù)據(jù)，并于2012年對區(qū)內(nèi)4個(gè)重點(diǎn)地?zé)崽?吉達(dá)果、寧中、谷露和玉寨)的天然水氫氧穩(wěn)定同位素樣品進(jìn)行了采集，并對部分熱田的氫氧穩(wěn)定同位素樣品進(jìn)行了復(fù)采工作，羊八井?dāng)?shù)據(jù)引自Guoetal.(2010)。

樣品測試是在國土資源部地下水科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，使用的儀器是MAT-253同位素質(zhì)譜計(jì)，氫同位素測定采用鋅反應(yīng)法，氧同位素測定采用CO2-H2O平衡法，測定精度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別為±2.0‰和±0.2‰，測定結(jié)果以相對于VSMOW標(biāo)準(zhǔn)的千分差表示；氚在1220 Quantulus型超低本底液體閃爍譜儀進(jìn)行測試，測試精度：σ≤0.6 TU (1 TU=0.119 19 Bq/L)。

表1 研究區(qū)天然水的氫氧同位素組成Table 1 Hydrogen and oxygen isotopes composition of the natural water in study area

3 氘過量參數(shù)及指示意義

從δD和δ18O關(guān)系圖中(圖2)，區(qū)內(nèi)天然水(地表水、熱水)d值分布范圍較大，為-20‰～30‰，集中分布在0‰～10‰，主要以大氣降水補(bǔ)給為主，多數(shù)熱水的循環(huán)途徑較短，未發(fā)生明顯的水巖作用，部分熱水(嘎日橋、寧中)表現(xiàn)出輕微的氧漂移。據(jù)2011年收集數(shù)據(jù)分析，董翁熱水落在大氣降水線上，谷露熱水表現(xiàn)為蒸發(fā)的特征。在2012年對董翁地?zé)崽锏臒崴M(jìn)行了重新采樣，同時(shí)選取谷露地?zé)崽锏湫腿c(diǎn)進(jìn)行采樣，發(fā)現(xiàn)兩處熱水表現(xiàn)同羊八井熱田深、淺熱儲類似的特征，發(fā)生明顯的氧漂移。分析2011年數(shù)據(jù)呈現(xiàn)該現(xiàn)象的原因，可能是受到地表冷水的混入影響，使兩處熱水氧漂移現(xiàn)象被掩蓋。在玉寨熱田則存在氫同位素交換，d值出現(xiàn)明顯的富集。區(qū)內(nèi)海拔高度很高，雪水同位素組成很低，在雪降落、融溶過程中發(fā)生同位素分餾，導(dǎo)致雪水中明顯富集輕同位素。

圖2 研究區(qū)氫氧同位素組成及氘過量參數(shù)特征Fig.2 Relationship between δD and δ18O and the characteristic of deuterium excess parameter in study area

圖3中可以看出，研究區(qū)內(nèi)不同類型天然水的氘過量參數(shù)箱式圖的中位數(shù)差異較明顯，地表水和雪水比地?zé)峋蜔崛猟值中位數(shù)大，其中雪水d值中位數(shù)較地表水大，地表水d值中位數(shù)接近于10‰；地?zé)峋甦值中位數(shù)較熱泉小，但熱泉在箱式圖的上限和下限出現(xiàn)異常值，上限異常值在玉寨熱田，下限異常值出現(xiàn)在谷露熱田。結(jié)合同位素交換作用，分別對熱泉箱式圖中出現(xiàn)的異常值進(jìn)行分析與研究。

圖3 研究區(qū)天然水氘過量參數(shù)箱式圖Fig.3 The box-plot of deuterium excess parameter of the natural water in study area

圖4～圖7中，分別探討了d值與區(qū)域分布、海拔高度、取樣溫度、氚含量的關(guān)系。其中不難識別寧中-谷露區(qū)域d值同羊八井熱田特征相似，d值均較低。區(qū)內(nèi)d值不受海拔高度變化影響，這反映了它與全球大氣降水同位素分餾的差異程度，但在相同海拔高度上顯現(xiàn)出不同的同位素交換作用，寧中-谷露區(qū)域表現(xiàn)為氧漂移，玉寨區(qū)域出現(xiàn)明顯的d值的富集，對上述d值箱圖出現(xiàn)的異常點(diǎn)可做出合理的解釋。d值隨取樣溫度的升高有降低的趨勢，隨氚含量增大出現(xiàn)增加而后未出現(xiàn)明顯變化的趨勢。

對研究區(qū)內(nèi)天然水氫氧穩(wěn)定同位素和氘過量參數(shù)(d)進(jìn)行Q型聚類分析，從圖8中看出明顯的3個(gè)分區(qū)，即d值較小區(qū)(Ⅰ區(qū))，d值較大區(qū)(Ⅱ區(qū))，d值極大區(qū)(Ⅲ區(qū))。結(jié)合研究區(qū)熱水的補(bǔ)給來源與深、淺部熱儲的特征，可初步得出Ⅰ區(qū)具有典型的中高溫?zé)醿μ卣鳎夜嚷侗憩F(xiàn)出深部高溫?zé)醿μ卣?Ⅰ2區(qū))；Ⅱ區(qū)由于受到地表水混入的比例較大，表現(xiàn)為淺部熱儲的特征，而在玉寨由于受到氣體同位素交換作用，d值表現(xiàn)出異常值(Ⅱ2區(qū))；Ⅲ區(qū)主要為融雪水補(bǔ)給，由于受到融溶過程中同位素分餾的影響，d值較大。

圖4 研究區(qū)氘過量參數(shù)隨區(qū)域變化圖Fig.4 Diagram of the change of deuterium excess with regions in study area

圖5 研究區(qū)氘過量參數(shù)與高程關(guān)系圖Fig.5 Relationship between deuterium excess and elevation in study area

圖6 研究區(qū)氘過量參數(shù)與溫度關(guān)系圖Fig.6 Relationship between deuterium excess and temperature in study area

圖7 研究區(qū)氘過量參數(shù)與氚含量關(guān)系圖Fig.7 Relationship between deuterium excess and tritium contents in study area

圖8 研究區(qū)天然水氫氧穩(wěn)定同位素及氘過量參數(shù)Q型聚類圖Fig.8 Q-cluster of hydrogen and oxygen stable isotopes and deuterium excess

綜合分析表明，寧中-谷露區(qū)域與羊八井熱水具有類似的特征：d值較小、滯留時(shí)間較長(氚值低)、熱水溫度高、呈現(xiàn)明顯的氧漂移等?？赏茰y研究區(qū)內(nèi)寧中-谷露區(qū)域具有高溫?zé)醿Φ奶卣鳎裾療崽镉捎跉怏w交換作用，氫同位素相對富集。上述熱田具有深入研究的價(jià)值，結(jié)合當(dāng)?shù)亟煌l件和實(shí)際情況，谷露熱田進(jìn)行高溫地?zé)衢_發(fā)利用的潛力較大。

4 結(jié) 論

a.研究區(qū)內(nèi)熱水d值變化范圍較大，分布在-20‰～30‰。從d值箱式圖可以看出，熱水d值中位數(shù)相對地表水體較小，谷露熱水d值最小，表現(xiàn)為下限的異常，氧漂移現(xiàn)象明顯；玉寨熱水受到氣體同位素交換作用，氫同位素富集，表現(xiàn)為上限異常。區(qū)內(nèi)雪水同位素值最低，受到融溶過程中同位素交換影響明顯。

b.區(qū)內(nèi)d值區(qū)域變化不明顯，不受海拔高度變化影響，在寧中-谷露區(qū)域出現(xiàn)異常，其隨取樣溫度增加有降低的趨勢，隨氚含量增大出現(xiàn)增加而后未出現(xiàn)明顯變化的趨勢。通過對天然水氫氧穩(wěn)定同位素和氘過量參數(shù)進(jìn)行Q型聚類分析，谷露熱水表現(xiàn)出深部熱儲的特征，綜合分析寧中-谷露區(qū)域表現(xiàn)出同羊八井熱水類似的特征：d值較小、滯留時(shí)間較長(氚值低)、熱水溫度高、出現(xiàn)明顯的氧漂移等。

c.通過對區(qū)內(nèi)d值的分析及研究，確定寧中-谷露區(qū)熱田、玉寨熱田為進(jìn)一步研究的重點(diǎn)區(qū)域，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況及地?zé)衢_發(fā)利用條件及潛力分析，谷露地?zé)崽飬^(qū)進(jìn)行高溫地?zé)岚l(fā)電的前景較好。

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