柴達(dá)木盆地?cái)嗔褞厝牡厍蚧瘜W(xué)特征與成因分析

更新時(shí)間：2025-05-19 點(diǎn)擊次數(shù)：303

引言

溫泉作為地殼深部活動(dòng)的窗口，其分布與斷裂帶密切相關(guān)。斷裂帶的高滲透性和深切割特性為地下水循環(huán)提供了理想通道，破碎的巖石形成的裂隙網(wǎng)絡(luò)成為地?zé)崃黧w儲(chǔ)存和運(yùn)移的空間。這些流體的化學(xué)和同位素特征蘊(yùn)含著豐富的地質(zhì)信息，能夠反映區(qū)域構(gòu)造背景、巖性特征和水巖相互作用過(guò)程。研究表明，溫泉流體通常以水頭為驅(qū)動(dòng)力，在斷裂帶中循環(huán)至數(shù)千米深度后上涌至地表。通過(guò)對(duì)He、Ne、Ar、N?和CO?等氣體成分的分析，可以揭示深部物質(zhì)運(yùn)移、殼幔熱流分布等重要地質(zhì)過(guò)程。特別是氦和碳同位素研究顯示，活動(dòng)斷裂帶往往是深部物質(zhì)上涌的主要通道，其溫泉?dú)怏w中較高的同位素比值通常對(duì)應(yīng)著深部的高電導(dǎo)率和低速區(qū)。

圖1. 溫泉水概念模型

柴達(dá)木盆地西南緣的阿爾金斷裂帶與東昆侖斷裂帶交匯區(qū)發(fā)育多個(gè)溫泉，其中艾肯泉的活動(dòng)尤為顯著。與以往側(cè)重涌水量的研究不同，本研究通過(guò)系統(tǒng)分析四個(gè)典型溫泉的離子組成、同位素特征和氣體成分，深入探討了溫泉的成因機(jī)制、補(bǔ)給來(lái)源及其與區(qū)域構(gòu)造的關(guān)系。這些研究成果不僅有助于理解溫泉的形成過(guò)程，也為該地區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)提供了重要依據(jù)。

研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

柴達(dá)木盆地是青藏高原最大的活動(dòng)山間盆地，東西長(zhǎng)850千米，南北寬150-300千米，總面積約12萬(wàn)平方千米，平均海拔3000米。該盆地形成于印度-歐亞板塊碰撞的強(qiáng)烈擠壓環(huán)境，是一個(gè)典型的中新生代撓曲盆地。盆地的形成演化受祁連山構(gòu)造帶、阿爾金斷裂帶和東昆侖斷裂帶共同控制。其中，阿爾金斷裂作為亞洲大陸重要的左旋走滑斷裂，新生代以來(lái)平均滑動(dòng)速率達(dá)10-15毫米/年，總位移約350-400千米，對(duì)盆地構(gòu)造格局具有決定性影響。盆地內(nèi)發(fā)育厚達(dá)5271米的新生代陸相沉積地層，包括路樂河組、上下干柴溝組等六個(gè)沉積單元。

研究區(qū)位于阿爾金斷裂與東昆侖斷裂交匯處。東昆侖造山帶經(jīng)歷多期構(gòu)造演化，可劃分為北、中、南三個(gè)構(gòu)造帶。斷裂交匯區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，形成了獨(dú)特的盆嶺相間構(gòu)造格局，為深部流體活動(dòng)和溫泉形成提供了有利條件。該區(qū)域不僅是研究青藏高原構(gòu)造演化的關(guān)鍵區(qū)域，也具有重要的能源勘探價(jià)值。

樣品采集與分析方法

2020年10月，研究團(tuán)隊(duì)在阿爾金斷裂與東昆侖斷裂交匯處采集了四個(gè)溫泉（YTBLK、AK、LMY、GS）的水樣和兩個(gè)溫泉（YTBLK、AK）的氣樣。水樣采集使用0.45μm濾膜過(guò)濾后分裝，分別用于主微量元素和同位素分析。現(xiàn)場(chǎng)采用WTW Multi 3400i便攜設(shè)備精確測(cè)量水溫（±0.1℃）、pH（±0.01）和電導(dǎo)率（±1μS/cm）。

圖2. 溫泉采樣點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)照片

實(shí)驗(yàn)室分析采用多種先進(jìn)儀器：離子色譜（Dionex ICS-900）測(cè)定陰陽(yáng)離子；ICP-MS（X SERTES II）分析微量元素；激光同位素分析儀（Picarro L2130-i）測(cè)定δD和δ¹?O；TIMS（Finnigan MAT-261）測(cè)定??Sr/??Sr比值。氣體樣品通過(guò)氣相色譜（Agilent Macro 3000）分析主要成分，惰性氣體質(zhì)譜儀（Noblesse）測(cè)定He同位素，GC-IRMS系統(tǒng)分析δ¹³CO?。所有分析均在采樣后30天內(nèi)完成，水樣在中國(guó)地震局實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，氣樣在中科院西北研究院完成。

相關(guān)結(jié)論

氫氧同位素組成：

研究區(qū)熱泉的氫同位素（δD）值范圍為−50.00‰至−68.60‰，氧同位素（δ¹⁸O）值范圍為−6.90‰至−8.60‰。這些同位素值表明熱泉的補(bǔ)給水源主要是通過(guò)滲透的降水，補(bǔ)給高程范圍為3390~3676米。

補(bǔ)給來(lái)源：

結(jié)合研究區(qū)的地形和地質(zhì)背景，熱泉的補(bǔ)給主要來(lái)自南部阿爾卑斯山的冰川融水以及構(gòu)造斷裂的滲透。這種補(bǔ)給方式使得熱泉在深循環(huán)過(guò)程中與斷裂系統(tǒng)中的熱源接觸并被加熱。

同位素分餾與水巖反應(yīng)：

熱泉在上升過(guò)程中與周圍巖石發(fā)生水巖反應(yīng)，導(dǎo)致同位素組成發(fā)生一定程度的分餾。AK泉在δ¹⁸O軸上表現(xiàn)出正向偏移，表明其水巖反應(yīng)程度相對(duì)較高，這可能與該泉靠近阿爾金斷裂和東昆侖斷裂帶的交匯處有關(guān)，該區(qū)域的斷裂活動(dòng)較強(qiáng)，水巖反應(yīng)更為顯著。

圖3. 水樣中氧和氫同位素及其與GMWL和LMWL的相關(guān)性。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)熱泉的氫氧同位素分析，作者揭示了熱泉的補(bǔ)給來(lái)源和循環(huán)路徑。這些同位素?cái)?shù)據(jù)為理解熱泉的形成機(jī)制以及其與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系提供了重要依據(jù)。同時(shí)，同位素特征也反映了熱泉在深部循環(huán)過(guò)程中與周圍巖石的相互作用程度，為研究熱泉的水文地質(zhì)特征和熱儲(chǔ)條件提供了科學(xué)依據(jù)。