柴達木盆地斷裂帶溫泉的地球化學特征與成因分析

更新時間：2025-05-19 點擊次數：519

引言

溫泉作為地殼深部活動的窗口，其分布與斷裂帶密切相關。斷裂帶的高滲透性和深切割特性為地下水循環提供了理想通道，破碎的巖石形成的裂隙網絡成為地熱流體儲存和運移的空間。這些流體的化學和同位素特征蘊含著豐富的地質信息，能夠反映區域構造背景、巖性特征和水巖相互作用過程。研究表明，溫泉流體通常以水頭為驅動力，在斷裂帶中循環至數千米深度后上涌至地表。通過對He、Ne、Ar、N?和CO?等氣體成分的分析，可以揭示深部物質運移、殼幔熱流分布等重要地質過程。特別是氦和碳同位素研究顯示，活動斷裂帶往往是深部物質上涌的主要通道，其溫泉氣體中較高的同位素比值通常對應著深部的高電導率和低速區。

圖1. 溫泉水概念模型

柴達木盆地西南緣的阿爾金斷裂帶與東昆侖斷裂帶交匯區發育多個溫泉，其中艾肯泉的活動尤為顯著。與以往側重涌水量的研究不同，本研究通過系統分析四個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制、補給來源及其與區域構造的關系。這些研究成果不僅有助于理解溫泉的形成過程，也為該地區地熱資源開發提供了重要依據。

研究區域地質構造背景

柴達木盆地是青藏高原最大的活動山間盆地，東西長850千米，南北寬150-300千米，總面積約12萬平方千米，平均海拔3000米。該盆地形成于印度-歐亞板塊碰撞的強烈擠壓環境，是一個典型的中新生代撓曲盆地。盆地的形成演化受祁連山構造帶、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，新生代以來平均滑動速率達10-15毫米/年，總位移約350-400千米，對盆地構造格局具有決定性影響。盆地內發育厚達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沉積單元。

研究區位于阿爾金斷裂與東昆侖斷裂交匯處。東昆侖造山帶經歷多期構造演化，可劃分為北、中、南三個構造帶。斷裂交匯區構造活動強烈，形成了獨特的盆嶺相間構造格局，為深部流體活動和溫泉形成提供了有利條件。該區域不僅是研究青藏高原構造演化的關鍵區域，也具有重要的能源勘探價值。

樣品采集與分析方法

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

圖2. 溫泉采樣點現場照片

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

相關結論

氫氧同位素組成：

研究區熱泉的氫同位素（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給水源主要是通過滲透的降水，補給高程范圍為3390~3676米。

補給來源：

結合研究區的地形和地質背景，熱泉的補給主要來自南部阿爾卑斯山的冰川融水以及構造斷裂的滲透。這種補給方式使得熱泉在深循環過程中與斷裂系統中的熱源接觸并被加熱。

同位素分餾與水巖反應：

熱泉在上升過程中與周圍巖石發生水巖反應，導致同位素組成發生一定程度的分餾。AK泉在δ¹⁸O軸上表現出正向偏移，表明其水巖反應程度相對較高，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，該區域的斷裂活動較強，水巖反應更為顯著。

圖3. 水樣中氧和氫同位素及其與GMWL和LMWL的相關性。

通過對研究區熱泉的氫氧同位素分析，作者揭示了熱泉的補給來源和循環路徑。這些同位素數據為理解熱泉的形成機制以及其與區域地質構造的關系提供了重要依據。同時，同位素特征也反映了熱泉在深部循環過程中與周圍巖石的相互作用程度，為研究熱泉的水文地質特征和熱儲條件提供了科學依據。