羅紹強(qiáng)，徐琳，唐華，肖進(jìn)，胡林

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局川西北地質(zhì)隊(duì)，綿陽(yáng) 621000)

0 引言

地?zé)豳Y源作為一種綠色清潔能源，其開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到人們的重視[1]。西藏自治區(qū)地?zé)豳Y源豐富，地?zé)醿?chǔ)量位居我國(guó)首位[1-3]。筆者及團(tuán)隊(duì)在西藏日喀則地區(qū)進(jìn)行野外地質(zhì)調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)地?zé)犸@示區(qū)106處[4]。查孜地?zé)崽镂挥谌湛t地區(qū)西北部，以溫泉為主，地表出露2處規(guī)模較大的溫泉點(diǎn)，最高水溫87 ℃，匯總流量達(dá)20 000 m3/d[4]，具有較大的開(kāi)發(fā)潛力和較好的利用價(jià)值。本文結(jié)合前人研究成果并利用現(xiàn)代分析測(cè)試手段，在總結(jié)溫泉形成條件的基礎(chǔ)上，研究西藏日喀則市查孜地?zé)崽锏叵聼崴乃瘜W(xué)及同位素地球化學(xué)特征，進(jìn)一步探討溫泉起源、年齡、熱儲(chǔ)溫度及天然放熱量等問(wèn)題，為該地區(qū)地?zé)豳Y源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)及利用提供基礎(chǔ)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于青藏高原西南部的阿爾卑斯—喜馬拉雅巨型構(gòu)造帶東段，大地構(gòu)造位置屬岡底斯—騰沖陸塊岡底斯巖漿弧帶(圖1)。區(qū)域上，該帶呈EW向展布，南側(cè)以雅魯藏布江縫合帶與弧前盆地接觸，主要由白堊紀(jì)、古近紀(jì)基性、中酸性侵入巖和古近紀(jì)中酸性火山巖以及大竹卡組磨拉石建造組成。侵入巖分布于岡底斯巖漿弧帶南部，中酸性火山巖呈面狀分布，以中心式噴發(fā)為主，發(fā)育環(huán)帶狀、放射狀火山機(jī)構(gòu)，構(gòu)成一個(gè)完整的巖漿巖序列[5-6]。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置(a)及地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)Fig.1 Geotectonic location map(a) and geological sketch (b) of the study area

根據(jù)西藏自治區(qū)新構(gòu)造分區(qū)[4]，研究區(qū)屬岡底斯—念青唐古拉斷塊隆起區(qū)當(dāng)惹雍措—許如措SN向地塹區(qū)，為新生代斷陷盆地。盆地以第四紀(jì)河-湖相堆積物為主，有少量新近紀(jì)中新世火山巖沿盆地兩側(cè)的活動(dòng)斷裂帶分布。該區(qū)主要地貌標(biāo)志是以現(xiàn)代湖泊為中心的向心水系格局。斷塊山地分布現(xiàn)代冰川和晚更新世冰川堆積物，表明自中更新世末以來(lái)，該區(qū)一直處于強(qiáng)烈的斷塊上升階段，形成多則布(6 436 m)等極高山，聳立于高原腹地。

在許如措東岸，中更新世湖積層存在大量火山灰沉積物，表明新近紀(jì)—中更新世，該區(qū)存在多次火山活動(dòng)。地?zé)豳Y源的存在進(jìn)一步反映該區(qū)自中更新世以來(lái)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不但未停止，且有加劇的趨勢(shì)[7]。

2 樣品采集及分析測(cè)試

共采集水化學(xué)樣品6件，其中地?zé)崴畼悠?件，河水樣品3件，井水樣品1件。具體采樣位置見(jiàn)圖1。采樣嚴(yán)格按照《GB/T 11615—2010地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》[8]執(zhí)行，樣品在西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局中心實(shí)驗(yàn)室完成測(cè)試。主要儀器為Optima 5300電感耦合等離子發(fā)射光譜儀、ELAN DRC-e電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、AFS-820原子熒光光譜儀、L2130i同位素分析儀等。分析結(jié)果經(jīng)陰、陽(yáng)離子平衡檢驗(yàn)，誤差符合規(guī)定，可以滿足研究要求。樣品主要離子及同位素測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 查孜地?zé)崽锼瘜W(xué)樣品主要離子及同位素含量Tab.1 Main ion and isotope contents of the hydrochemical samples from Chazi geothermal field

3 水化學(xué)特征

圖2 研究區(qū)地下熱水Piper圖Fig.2 Piper map of the underground hot water in the study area

該地?zé)崽锢渌蜔崴x子濃度存在明顯差異，但同時(shí)具有一定的水力聯(lián)系。地下熱水主要來(lái)源于大氣降水，降水入滲到地下，在深循環(huán)過(guò)程中，與沿?cái)嗔哑扑閹н\(yùn)移的地?zé)崃黧w混合，形成地下熱水，再沿?cái)嗔哑扑閹判怪恋乇硇纬蓽厝?。因此，斷裂破碎帶既是溫泉的主要通道，也是地?zé)崃黧w的升流儲(chǔ)集場(chǎng)所。

4 同位素特征

地下水在演化中，除了形成一般的物理、化學(xué)蹤跡外，還形成了微觀同位素蹤跡，記錄了地下水的起源及其演化過(guò)程[11]。因穩(wěn)定同位素和放射性同位素對(duì)水具有標(biāo)記和計(jì)時(shí)作用[12-13]，故利用同位素方法對(duì)研究區(qū)溫泉的起源及年齡進(jìn)行分析和計(jì)算。

4.1 溫泉起源

4.1.1 溫泉補(bǔ)給來(lái)源

1961年，Craig[14]提出了全球大氣降水線的概念，通過(guò)總結(jié)全球各地區(qū)大氣降水中的δD和δ18O變化范圍及二者之間的關(guān)系，得出了用于判斷地下水現(xiàn)代補(bǔ)給來(lái)源的Craig降水線。研究表明，絕大部分地?zé)嵯到y(tǒng)中的熱水來(lái)自大氣降水[13-15]。由表1可知，查孜地?zé)崽餆崴笑腄、δ18O及標(biāo)準(zhǔn)平均海水的偏差值分別為-163‰和-20.5‰～-20.6‰，均低于標(biāo)準(zhǔn)平均海水的δD及δ18O值，出現(xiàn)了負(fù)偏差，表明該地?zé)崴哂鞋F(xiàn)代大氣降水及地表水滲入起源的特征。通過(guò)與全球大氣降水線(Craig降水線)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)2個(gè)樣品數(shù)據(jù)投影點(diǎn)均位于當(dāng)?shù)丶癈raig降水線下方(圖3)，說(shuō)明查孜地?zé)崽锏叵滤闹饕a(bǔ)給來(lái)源是大氣降水和冰雪融水。

圖3 氘氧同位素分析值與克雷格雨水線關(guān)系[16]Fig.3 Relationship between D,O isotope analysis and Craig′s rain water line[16]

4.1.2 溫泉補(bǔ)給高度

根據(jù)氧同位素含量與海拔的關(guān)系可計(jì)算溫泉補(bǔ)給高度。其公式為

H=(δs-δp)/K+h，

(1)

式中：H為同位素入滲高度或補(bǔ)給區(qū)高度，m；h為取樣點(diǎn)(泉)標(biāo)高，m；δs為地下水的δ18OVSMOW值，‰；δp為取樣點(diǎn)附近大氣降水的δ18OVSMOW值，‰；K為同位素高度梯度，即海拔每變化100 m時(shí)，δ18OVSMOW值的變化量，取值0.3‰/100 m。

經(jīng)計(jì)算，查孜地?zé)崽餃厝a(bǔ)給高度為海拔5 652 m以上(表2)，屬于山地對(duì)流型。該區(qū)地下熱水是山地大氣降水和冰雪融水沿?cái)嗔褞B入地下后經(jīng)深循環(huán)，被深部巖漿熱源加熱對(duì)流的結(jié)果。

表2 溫泉補(bǔ)給高度計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation of the hot spring replenishment height

4.2 溫泉年齡

根據(jù)氚的放射性衰變?cè)韀13]可計(jì)算溫泉年齡。其公式為

N=N0×e-λt，

(2)

式中：λ為氚的衰變常數(shù)，由于氚的半衰期為12.43 a，故λ=0.056 a-1；N為氚的當(dāng)前值，TU；N0為氚的背景值，TU。

由于自然界中的氚含量一般>10 TU，故N0取值10 TU。研究區(qū)樣品中氚的當(dāng)前含量<1.0 TU(表1)，N取值1.0 TU，由此計(jì)算溫泉年齡約為41 a。通常氚的背景值均大于當(dāng)前背景值[17-18]，故推斷該地?zé)崽餆崴诘叵逻\(yùn)移滯留至少41 a。

5 熱儲(chǔ)溫度估算

地下熱儲(chǔ)溫度是評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源形成機(jī)制和開(kāi)發(fā)利用潛力的重要參數(shù)，通常選用地球化學(xué)溫標(biāo)技術(shù)估算熱儲(chǔ)溫度[19]。本次采樣為地表水，由于淺層冷水的混合作用，熱水體系中化學(xué)組分并未達(dá)到水-巖平衡狀態(tài)，因此，在估算地?zé)犸@示區(qū)熱儲(chǔ)溫度之前，通常利用Na-K-Mg三角圖解(圖4)判別地下水的水-巖平衡狀態(tài)。由圖4可知，研究區(qū)僅熱水為部分平衡水，河水及井水均為未成熟水。因此，該區(qū)不適宜利用陽(yáng)離子濃度估算熱儲(chǔ)溫度，而應(yīng)選擇SiO2溫標(biāo)進(jìn)行熱儲(chǔ)溫度計(jì)算。石英溫標(biāo)分為有最大蒸汽損失溫標(biāo)和無(wú)最大蒸汽損失溫標(biāo)，由于本次熱水采樣溫度均達(dá)到當(dāng)?shù)胤悬c(diǎn)溫度，因此，使用有最大蒸汽損失溫標(biāo)計(jì)算熱儲(chǔ)溫度較合理[20]。其計(jì)算溫度為148.18～153.49 ℃(表3)。

表3 熱儲(chǔ)溫度計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation results of the thermal storage temperature

圖4 Na-K-Mg三角圖解Fig.4 Na-K-Mg triangular diagram

6 天然放熱量估算

溫泉的天然放熱量可根據(jù)以下公式[21]估算。

Q=365×q×ρ×c×(t-t0)，

(3)

式中：Q為天然放熱量，J/a；q為溫泉流量，m3/d，該地?zé)崽飬R總流量為20 000 m3/d；ρ為熱水的密度，988 kg/m3；c為熱水的比熱容，4 186 J/(kg·℃)；t為熱水的溫度，取平均值80 ℃；t0為非熱異常區(qū)恒溫層溫度，根據(jù)該地?zé)崽餃\層測(cè)溫結(jié)果，取值5 ℃。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計(jì)算查孜地?zé)崽餃厝奶烊环艧崃繛? 264.33×1012J/a，折合標(biāo)準(zhǔn)煤約為77 360 t/a。

7 結(jié)論

(2)查孜地?zé)崽锏叵聼崴闹饕a(bǔ)給來(lái)源是大氣降水和冰雪融水。降水入滲到地下，在深循環(huán)過(guò)程中，地?zé)崃黧w沿?cái)嗔哑扑閹н\(yùn)移，升流過(guò)程中有冷水混入，斷裂破碎帶為溫泉的主要通道，是地?zé)崃黧w的升流儲(chǔ)集場(chǎng)所。地下熱水的補(bǔ)給高度為海拔5 652 m以上，屬于山地對(duì)流型。查孜地?zé)崽餆崴诘叵逻\(yùn)移滯留至少41 a。

(3)查孜地?zé)崽餆醿?chǔ)溫度為148.18～153.49 ℃，天然放熱量為2 264.33×1012J/a，具有較好的開(kāi)發(fā)利用潛力。