冈底斯—喜马拉雅造山系中部热泉地球化学特征及典型地热区CO2脱气通量研究

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估算来自地球本身脱气所释放的CO2量,无论对于长时间尺度上的碳循环,还是对现今全球的碳收支研究都是一项十分重要的工作。在碰撞造山带,伴随板块碰撞作用会有大规模的岩浆活动,岩浆挥发份中所含的CO2会逸散到大气中;同时富含有机质的沉积物和碳酸盐(包括碳酸盐岩和碳酸岩)有可能被埋藏到可以发生变质反应的深度,形成CO2脱气,并以地热气体或流体的形式释放出来。印度板块与欧亚板块自中生代末期以来的碰撞作用,使得整个藏南、藏中地区发生了强烈的造山运动,形成了冈底斯——喜马拉雅大型褶皱造山系。研究区处在造山系中部,大地构造部位特殊,强烈挤压作用使得地壳异常增厚,区内褶皱和断裂构造发育,强烈的挤压还会在局部地区派生出走滑作用,使区域内多地区具有张性动力学特征。这些断裂系统和局部的张性构造为地壳和上地幔物质向地表迁移提供了良好的通道,整个区域内广范的岩浆活动为区内大量的地热田出露创造了热源条件。冈底斯——喜马拉雅系中部研究区热泉温度在15.5-86.5℃之间,pH在7.00-8.70之间,电导率变化范围主要为1000-4500μS/cm;热泉水阳离子组成以K+、Na+为主,阴离子主要以HC03-和C1-为主,均为弱矿化度水,水中总溶解固体物(TDS)多为800~1900mg/L。研究区热水大多为末梢水,水化学类型主要为Na—HCO3型水,少数水样为Ca—HCO3或Na—Cl型。Si02地质温度计计算结果显示,各地热系统浅部热水的温度主要介于70~150℃之间。K—Mg地质温度计计算结果显示各地热系统温度主要分布区间为110-210℃之间,平均值为148℃。应用log(K2/Mg)vs log(K2/Ca)图解估算地热系统的二氧化碳的分压(pCO2)在0.01-5.05x105Pa之间。采用PHREEQC软件计算研究区热泉水中22种热液矿物的饱和度指数(SI),SI中值>0的有:钠长石、文石、钙蒙脱石、方解石、玉髓、羟基磷灰石、伊利石、钾长石、钾云母、高岭石、石英、滑石;明矾、硬石膏、钙长石、绿泥石、石棉、白云石、萤石、水铝矿、海泡石和无定形态Si02的SI中值均小于0。采用活度图解探讨研究区热泉水样中矿物之间的相平衡,样品在Na2O—Al2O3—SiO2—H2O系统中投点于钠云母和钠长石两相的区域;在K2O—Al2O3—SiO2—H2O系统中投点于白云母和钾长石区域;在CaO—K2O—Al2O3—SiO2—H2O系统中投点于钾长石相区域;在MgO—K2O—Al2O3—SiO2—H2O系统中投点于白云母和钾长石区域。研究区热泉水的总溶解无机碳(TDIC)浓度分布区间为0.0003-0.0255mol/L,热泉碳同位素比值(δ13CTDIC,vs.PDB)从-9.51‰-+6.59‰,地表水的δ13CTDIC从-14.34‰~-+1.54‰;将样品投点于δ13CTDIC vs.TDIC图解主要落在了土壤CO2和深源CO2的理论分布区域。以热水沉积物的种类将研究区的地热田分为了“钙华型”和“硅华型”,并选取了朗久和搭格架两个地热区作为这两种类型地热系统的代表对其CO2脱气通量进行了估算。计算结果显示:朗久地热区的CO2脱气通量为2.57kg/m2.a-1,约为区内岩石化学风化所消耗CO2通量的32倍;搭格架地热区CO2脱气通量为2.79kg/m2·a-1,约为区内岩石化学风化所消耗CO2通量的279倍。
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