馬藝媛

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610051)

一、引言

地?zé)豳Y源儲量巨大，環(huán)保無污染可再生，是我國最近幾十年的新型資源。根據(jù)地下熱能的賦存狀態(tài)，將地?zé)嵯到y(tǒng)分為水熱型、蒸汽型、地壓型、干熱巖型、巖漿型。我國主要絕大多數(shù)地?zé)崽飳儆跓崴偷責(zé)崽?。目前許多文獻(xiàn)都已分別單獨(dú)討論了地?zé)崃黧w中的各種元素或同位素的特征，尚英男討論了環(huán)境同位素示蹤在地?zé)岬厍蚧瘜W(xué)研究中的應(yīng)用(尚英男，2006)。本次論文主旨為綜合性的討論氫氧同位素地球化學(xué)在地?zé)崃黧w研究中的應(yīng)用，可以為地?zé)崽接懱峁┯杏脦椭?/p>

二、氫氧同位素示蹤地下熱水來源及其成因

在地?zé)嵯到y(tǒng)中，氫氧同位素是地?zé)崴睦硐氲氖聚檮?，是判別地?zé)崴难a(bǔ)給來源和成因、估算補(bǔ)給高程等方面的有效手段。

(一)全球大氣降水H、O同位素規(guī)律。Craig(1961)最早研究全球范圍內(nèi)400多個河水、湖水和大氣降水樣品組成，發(fā)現(xiàn)大氣降水的氫、氧同位素之間存在線性關(guān)系并由此提出了全球大氣降水方程：δD=8δ18O+10，又稱之為Craig方程。全球降水的平均δD值為-22‰，δ18O值為-4‰，大多數(shù)地區(qū)大氣降水的δD和δ18O為負(fù)值。1981年國際原子能委員會對其進(jìn)行了修正，得到全球降水線公式為：δD=(8.17±0.08)×δ18O+(10.55±0.64(張云輝，2012)；鄭淑慧在1983年提出了我國大陸地降水線公式，δD=7.9δ18O+8.2(鄭淑慧等，1983)。

圖1 (張云輝)δDvsδ18O二元散點圖GMWL-全球大氣降水線，CMWL-中國大陸降水線

大氣降水的δD和δ18O的影響因素有很多，不同的環(huán)境δD和δ18O值也就不同。一般在溫度低、寒冷季節(jié)及遠(yuǎn)離蒸汽源的內(nèi)陸、海拔高、緯度高的地區(qū)，大氣降水的δD和δ18O數(shù)據(jù)點落在大氣降水線的左下方，也就是大氣降水說富輕同位素；反之，數(shù)據(jù)點落在大氣降水線的右上方，大氣降水富重同位素。

“氧漂移”的大小取決于地?zé)崴臏囟?、?巖作用程度、圍巖的δ18O值和地?zé)崴臏魰r間(朱炳球,等.1992.)

(二)H、O同位素在地?zé)崴械膽?yīng)用。根據(jù)地?zé)崴笑腄和δ18O值，可以判斷地下熱水的補(bǔ)給源、補(bǔ)給高程、水-巖作用程度、熱儲大概溫度、蒸發(fā)效應(yīng)、水源的混合比例等。1.地下熱水的補(bǔ)給源。若數(shù)據(jù)點全部落在全球大氣降水線附近，則說明地下熱水的補(bǔ)給來源于大氣降水。王兆榮對中國東部29個溫泉水和地?zé)峋腍、O同位素研究，楊彪等對瑞麗地?zé)崽锏难芯?，尚英男指出，在不同區(qū)域不同地質(zhì)背景條件下，地?zé)崴摩腄和δ18O沿大氣降水線分布，并未發(fā)生明顯的氧漂移，說明地?zé)崴难a(bǔ)給來源主要為大氣降水(尚英男，2006)。地下熱水中排泄的熱水95%以上都來源于大氣降水，可能會因補(bǔ)給高程、徑流途徑及河水、海水的混入而有差異。2.補(bǔ)給高程。通過大氣降水補(bǔ)給的地下水的氫氧同位素特征表現(xiàn)出明顯的高程效應(yīng)，在高程較高的地區(qū)，氣候相對寒冷，平均氣溫更低，地下水中重同位素較為貧乏，而高程較低的地區(qū)則相反，地下水中的重同位素較為富集，所以氫氧同位素的高程效應(yīng)常用來區(qū)分具有不同高程補(bǔ)給源區(qū)的地下水(Siegenthaler and Oeschger，1980；Gonfiantini et al.，2001；Blasch and Bryson，2007)。前人研究表明，當(dāng)高程每升高100m時，δ18O同位素值相應(yīng)的降低0.15‰～0.5‰，δD同位素則降低1‰～4‰(Chamberlain and Poage，2000)。全球和中國大陸的δ18O同位素的平均高程梯度為-0.28‰/100m(Poage and Chamberlain，2001)和-0.31‰/100m(周訓(xùn)等，2010)。據(jù)此，可以進(jìn)一步計算地下水的補(bǔ)給高程和補(bǔ)給區(qū)域。下為補(bǔ)給高程計算公式：

H=(δG-δP)/k+h

H為補(bǔ)給高程，h為取樣點高程，δG為取樣點水樣的δD和δ18O值，δP為取樣點附近的大氣降水的δD和δ18O值，k為大氣降水的δD和δ18O的高程梯度。

三、結(jié)論

環(huán)境同位素用于地?zé)嵫芯康念I(lǐng)域還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些,在判斷熱源的性質(zhì)以及評價深部熱除的溫度等反面，同位素示蹤有其他方法無法比擬的優(yōu)越性,比如,運(yùn)用S同位素判斷水熱系統(tǒng)是否來源于深部(一般指上地幔或下地殼)的物質(zhì)成分,有哪些組分可能來源于巖漿;以及利用H、O、S、C等同位素地質(zhì)溫度計評價深部熱儲溫度等等。囿于篇幅的限制,在此就不一一贅述。

然而一種方法不能解決所有的問題,環(huán)境同位素示蹤的方法同樣也不能解決在地?zé)嵫芯恐兴龅降乃袉栴},必須與其他物探、構(gòu)造特征、水文地質(zhì)情況,以及地?zé)岱植家?guī)律,才能對地?zé)豳Y源的潛力作出正確的評價,從而充分合理地開發(fā)利用地?zé)豳Y源。化探方法結(jié)合起來,分析不同研究區(qū)的地質(zhì)。