中國(guó)熱地化學(xué)研究新進(jìn)展

中國(guó)熱地化學(xué)研究新進(jìn)展

地殼中的液體含量和作用機(jī)制在地質(zhì)過(guò)程中起著重要作用。通過(guò)對(duì)火山和地?zé)釁^(qū)的大量研究,流體在火山作用和地?zé)峄顒?dòng)中所起的重要作用已被廣泛認(rèn)同。大量的研究表明,板塊俯沖在垂直方向上可深達(dá)地幔過(guò)渡帶,在水平方向上可遠(yuǎn)達(dá)大陸內(nèi)部縱深數(shù)千公里,水被俯沖板片運(yùn)輸?shù)降蒯＿^(guò)渡帶,地幔過(guò)渡帶是富含水的。大陸下地幔過(guò)渡帶滯留板片的脫水和揮發(fā)分釋放對(duì)大陸內(nèi)部的大地構(gòu)造具有重要影響,大陸內(nèi)部的裂谷系、火山活動(dòng)和地震的發(fā)生與來(lái)自地幔過(guò)渡帶的深源揮發(fā)分釋放有密切的關(guān)系。而氦同位素[15,16,17,18,19,20,21]和水的氫同位素組成在地球內(nèi)部各圈層中結(jié)構(gòu)性差異為人們提供了進(jìn)行深源流體識(shí)別的主要示蹤手段。對(duì)日本東北地區(qū)溫泉和礦泉逸出氣體和水中溶解氣的氦同位素組成測(cè)量表明,3He/4He比值在弧前和弧后有顯著的差別,同時(shí)地表觀測(cè)到的氦同位素比值分布與最上部地幔的低速帶和高Q值帶分布是對(duì)應(yīng)的,說(shuō)明氦同位素比值能反映最上部地幔中熔體的存在,是研究深部流體和熔融體起源、行為和分布的有力工具。最近,Zhao等綜合研究了1995～2008年間發(fā)生在日本島的殼內(nèi)大地震震源區(qū)的高分辨率層析成像,發(fā)現(xiàn)這些地震的主震震源區(qū)下方的地殼和最上部地幔存在顯著的低速和高泊松比異常,這反映了由俯沖板片脫水和地幔楔角流共同產(chǎn)生的島弧巖漿和流體的存在。1885～2008年間發(fā)生在日本的164次殼內(nèi)地震(M5.7～8.0)的分布與地殼和最上部地幔低速體分布關(guān)系密切。一個(gè)定性模型被提出來(lái)以解釋迄今在日本記錄到的地球物理觀測(cè)。他們認(rèn)為一個(gè)大地震的發(fā)生不全是一個(gè)力學(xué)過(guò)程,而是和俯沖動(dòng)力學(xué)、地殼和上地幔物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì),特別是島弧巖漿和流體有關(guān)。Zhao等的研究結(jié)果說(shuō)明流體在構(gòu)造演化和地震孕育中發(fā)揮著極其重要的作用。此外,全球變暖和溫室氣體排放已成為人類(lèi)所面臨重要的問(wèn)題,除海洋、植被、土壤、大氣外,地球內(nèi)部本身是一個(gè)重要的碳儲(chǔ)庫(kù),人們?cè)絹?lái)越重視來(lái)自地球內(nèi)部的CO2排放。來(lái)自地?zé)崃黧w的有毒元素對(duì)環(huán)境的影響也引起了人們的重視。在國(guó)際上關(guān)于地球內(nèi)部流體及其作用研究的上述重要進(jìn)展的大背景下,我國(guó)學(xué)者在地?zé)崃黧w地球化學(xué)研究上也取得了一些重要成果,本文回顧最近幾年來(lái)我國(guó)研究者在地?zé)崃黧w地球化學(xué)研究領(lǐng)域的主要進(jìn)展,旨在向國(guó)內(nèi)外同行展示中國(guó)學(xué)者在這一領(lǐng)域的主要成就。1本文主要發(fā)表了火山帶地殼活動(dòng)和單光束材料的組成1.1沖突物對(duì)區(qū)域相對(duì)地?zé)崽荻鹊挠绊懤们叭说臏厝瘜W(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù),選取統(tǒng)一的地球化學(xué)地?zé)釡貥?biāo),計(jì)算了中國(guó)云南騰沖火山區(qū)下地?zé)醿?chǔ)的溫度,假設(shè)這些地?zé)醿?chǔ)的埋深是相同的,那么這些地?zé)醿?chǔ)和其上部溫泉的溫度差被定義為相對(duì)地?zé)崽荻?。根?jù)這一定義,計(jì)算了整個(gè)騰沖火山區(qū)的相對(duì)地?zé)崽荻戎怠＠眠@些相對(duì)地?zé)崽荻葦?shù)據(jù),通過(guò)克里金差值法,獲得了整個(gè)騰沖火山區(qū)及其外圍地區(qū)相對(duì)地?zé)崽荻确植紙D。根據(jù)這一分布圖和這些數(shù)據(jù),趙慈平等研究了騰沖火山區(qū)最上部地殼的溫度場(chǎng)特征,討論了溫度場(chǎng)空間特征與巖漿囊的存在性和活動(dòng)性的相關(guān)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)騰沖火山區(qū)最上部地殼存在3個(gè)相對(duì)地?zé)崽荻雀哂?00℃的異常區(qū)域。這3個(gè)顯著的相對(duì)地?zé)崽荻犬惓^(qū)是由其下方的巖漿囊的熱擴(kuò)散造成的,可以被看成巖漿囊的熱暈或熱帽,間接反映了3個(gè)巖漿囊的存在。1.2熱泉中的as、b、kZhang等和劉虹等研究了中國(guó)云南騰沖火山區(qū)熱海和瑞滇熱田熱泉水的地球化學(xué)特征,討論和評(píng)估了熱泉水中某些元素對(duì)環(huán)境的可能影響,結(jié)果顯示,堿性熱泉中K、Na、F、Cl、SiO2的含量高,而只存在于熱海地區(qū)的酸性熱泉中SO2?442-、Mn、Fe的含量高。熱泉中As、Sb的含量范圍分別在43.6～687μg/L和0.38～23.8μg/L之間。熱泉中的As以As3+為主,占了總砷的91%。地?zé)崃黧w中的As、Sb少部分被固定在泉華中,而大部分則釋放到了環(huán)境中,從而進(jìn)入地下水和下游的田地中,對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦慕】翟斐赏{。1.3熱海熱田熱儲(chǔ)的概念模型中國(guó)云南騰沖火山區(qū)熱海地?zé)崽镏两襁€有豐富的地表活動(dòng)顯示,如沸泉、噴氣孔和水熱爆炸,這些現(xiàn)象是研究地?zé)醿?chǔ)和巖漿活動(dòng)的重要線索。通過(guò)對(duì)泉水中Cl、B、Na及其他元素等化學(xué)成分和18O、D及3H等同位素組成的分析和研究,發(fā)現(xiàn)熱海地?zé)崽餃厝蚕硗簧畈繜醿?chǔ),熱泉水是深部熱儲(chǔ)流體和不同深度地下水的混合物,深部熱儲(chǔ)有統(tǒng)一的水源供給,熱儲(chǔ)流體由深層富Cl水、富CO2蒸氣和大氣降水等3個(gè)端員混合而成。通過(guò)熱泉水的18O、D同位素組成分析,熱海地?zé)崽餆醿?chǔ)從海拔1600～2300m的北部和東部山區(qū)接受地下水補(bǔ)給,地?zé)醿?chǔ)流體和溫泉水有明顯的地幔水貢獻(xiàn)。利用3H同位素組成的分析數(shù)據(jù),鄧紫娟認(rèn)為組成地?zé)崃黧w主要組成部分的大氣降水的年齡范圍在10～36a。通過(guò)分析熱泉水中總?cè)芙馓?TDC)和從熱泉及噴氣孔逸出的CO2的δ13C值,這些值變化范圍在-5‰～1.99‰間,碳同位素在TDC和CO2間的分餾是可以忽略不計(jì)的,深部熱儲(chǔ)中CO2的δ13C值為-2‰～0‰,說(shuō)明這些CO2是幔源的貢獻(xiàn)。綜合運(yùn)用Naue001￣K,SiO2,CO2ue001￣CH4等地?zé)釡貥?biāo),提出熱海地?zé)崽锏責(zé)醿?chǔ)的概念模型。將熱儲(chǔ)分為不同深度的兩層:淺層熱儲(chǔ)位于地下250～320m處,熱儲(chǔ)溫度220～230℃,熱儲(chǔ)水循環(huán)很快;深層熱儲(chǔ)深度超過(guò)660～785m,熱儲(chǔ)溫度270～280℃,更深部熱儲(chǔ)流體的溫度高達(dá)400～450℃。以碳同位素組成為基礎(chǔ),結(jié)合氦同位素比值和從1973～2000年的地?zé)豳Y料,Du等也討論了熱海地?zé)崽锏牡責(zé)嶙兓?、含碳組分來(lái)源和熱儲(chǔ)溫度。他們的資料表明熱泉CO2、CH4、HCO-3、CO2?332-和鈣華的δ13C值變化范圍分別為-7.6‰～-1.18‰,-56.9‰～-19.48‰,-6.7‰～-4.2‰,-6.4‰～-4.2‰和-27.1‰～0.6‰。他們認(rèn)為CO2可能是地幔/巖漿來(lái)源的,但CH4和He是多來(lái)源的,HCO-3和CO2?332-主要源自無(wú)機(jī)CO2,而其他離子主要起源于流體循環(huán)其中的巖石。他們認(rèn)為在CO2和HCO-3(液)以及CO2?332-(液)間、溶解離子碳(DIC)和鈣華間的碳同位素分餾沒(méi)有達(dá)到平衡,熱泉水中的HCO-3(液)和CO2?332-(液)間不存在碳同位素分餾。運(yùn)用各種地?zé)釡貥?biāo),他們估計(jì)的地?zé)醿?chǔ)溫度為69～450℃,并隨時(shí)間有起伏變化,他們認(rèn)為地下熱儲(chǔ)的溫度的最佳估計(jì)是250～300℃,由于地幔流體和淺源地殼流體是隨時(shí)間變化的,因此導(dǎo)致了熱海熱田的熱儲(chǔ)溫度和地?zé)崃黧w化學(xué)和同位素組成的不斷變化。Shangguan等研究了1993～2003年間發(fā)生在熱海地?zé)崽锏?0次水熱爆炸活動(dòng)后發(fā)現(xiàn):最初水熱爆炸主要發(fā)生在澡堂河河床,后來(lái)沿切穿澡堂河的北西-南東向斷裂活動(dòng),爆炸活動(dòng)隨時(shí)間逐漸增強(qiáng)。由爆炸能級(jí)逐漸顯著升高的3個(gè)階段水熱爆炸產(chǎn)生的溫泉自由氣體的3He/4He比值分別為1.17、2.22和4.05Ra(Ra=1.4×10-6)。氦同位素和氣體化學(xué)組成資料說(shuō)明,產(chǎn)生爆炸的氣體補(bǔ)給源區(qū)是逐漸從淺向深變化的。根據(jù)這一趨勢(shì),將來(lái)有可能發(fā)生較大的水熱爆炸活動(dòng),應(yīng)當(dāng)認(rèn)真考慮這種災(zāi)害對(duì)游客安全的影響。熱海熱田內(nèi)重要的旅游景點(diǎn)澡堂河河谷及兩側(cè)約1000m2范圍內(nèi)(長(zhǎng)130m,寬70m)頻繁發(fā)生的水熱爆炸引起了人們對(duì)旅游安全關(guān)注。Zhao等提出了熱海熱田水熱爆炸的概念模型。他們將水熱爆炸分為4類(lèi):1)人工鉆孔活動(dòng)觸發(fā)的井噴,2)高溫水熱爆炸噴發(fā),3)高溫蒸汽爆炸噴發(fā),4)持續(xù)或間歇性噴泉,這是水熱爆炸和正常溫泉的過(guò)度類(lèi)型。水文地質(zhì)背景及氫氧同位素組成說(shuō)明儲(chǔ)存于多孔熔巖介質(zhì)中的地下水是載熱流體的主要來(lái)源,這些水需要花費(fèi)15年的時(shí)間完成從上覆巖層穿透到熱源區(qū),最后通過(guò)加熱對(duì)流返回地表排放的一個(gè)完整循環(huán)。南北向、東西向走滑斷層和先存熔巖噴發(fā)通道是冷水補(bǔ)給和地?zé)崃黧w向上滲流的管道,高嶺土化花崗質(zhì)礫巖是熱儲(chǔ)的封蓋層,前寒武紀(jì)高黎貢山群片巖是熱儲(chǔ)體巖石,熱田下的巖漿囊是熱儲(chǔ)和水熱爆炸的能量來(lái)源,在不同深度存在3層熱儲(chǔ)層。他們認(rèn)為這些水熱爆炸與地震活動(dòng)無(wú)關(guān),水熱爆炸是正常的地?zé)崮軐?duì)流釋放通道遇堵產(chǎn)生的現(xiàn)象,不是熱海熱田下巖漿囊活動(dòng)增強(qiáng)的前兆。1.4地禾巖漿中ch4、he組分CO2是中國(guó)休眠火山區(qū)源自巖漿的主要?dú)怏w組分,其體積百分含量在80%～99%間變化,微量氣體主要是CH4,He、H2、N2、Ar、O2、H2S、SO2、CO等,其中CH4和He是源自地幔巖漿的最重要組分。上官志冠等認(rèn)為3He/4He比值是最可靠的地幔物質(zhì)指示劑,源自巖漿的CO2和CH4的碳同位素組成δ13C也與淺源氣體的有顯著差異。通過(guò)監(jiān)測(cè)CO2和CH4間的碳同位素分餾,他們認(rèn)為雖然2002年6月29日吉林汪清7.2級(jí)深地震擾動(dòng)了區(qū)部巖漿囊,但并沒(méi)有發(fā)生地幔物質(zhì)的大規(guī)模上涌,意味著長(zhǎng)白山天池火山并沒(méi)有馬上噴發(fā)的危險(xiǎn)。1.5沖火山區(qū)低能耗地震資料的整理特征趙慈平用自制的防大氣污染和微量組分富集取樣器系統(tǒng)采集了騰沖火山區(qū)熱泉逸出氣體樣品,用于氦同位素分析的樣品用不銹鋼瓶或鈉質(zhì)玻璃瓶盛裝。用氣相色譜分析了氣體的常規(guī)化學(xué)組成,用稀有氣體靜態(tài)質(zhì)譜計(jì)(VG5400)分析了這些樣品的3He/4He和4He/20Ne比值(外送測(cè)試)。通過(guò)4He/20Ne比值對(duì)3He/4He比值進(jìn)行了空氣污染校正,并計(jì)算了氦的地幔、地殼和大氣3端員組成百分比,最后還校正了不同源區(qū)(地幔源和地殼源)氦的百分比。用克里金差值法獲得了騰沖火山及其鄰區(qū)原始3He/4He(Ra)、校正3He/4He(Ra)值、幔源氦百分比M和校正的幔源氦百分比Mc的空間分布圖。這些分布圖反映了整個(gè)騰沖火山及鄰區(qū)的幔源揮發(fā)分釋放空間強(qiáng)度水平,而相同樣點(diǎn)的氦同位素組成時(shí)間變化序列則反映了幔源揮發(fā)分釋放的時(shí)間變化特征。綜合了這些圖像和數(shù)據(jù)分析了整個(gè)騰沖火山及鄰區(qū)幔源揮發(fā)分釋放的時(shí)空分布特征,討論了幔源揮發(fā)分釋放與巖漿囊存在性和活動(dòng)性的關(guān)系。趙的資料表明目前騰沖火山區(qū)存在幔源揮發(fā)分釋放強(qiáng)度異常高的3個(gè)不同區(qū)域,它們的3He/4He(Ra)比值分別高于5.5、4.5和2Ra;其對(duì)應(yīng)的幔源氦含量分別為70%、60%和30%。這3個(gè)幔源揮發(fā)分強(qiáng)釋放區(qū)和上述3個(gè)顯著的相對(duì)地?zé)崽荻雀咧诞惓^(qū)(見(jiàn)1.1)基本重合,進(jìn)一步說(shuō)明了騰沖火山區(qū)目前存在3個(gè)巖漿囊?，F(xiàn)今幔源揮發(fā)分釋放強(qiáng)度的空間分布圖像就是騰沖火山區(qū)軟流圈上涌區(qū)空間范圍和上涌強(qiáng)度的直接反映,這一上涌區(qū)長(zhǎng)100km,寬50km。這一局部上涌的軟流圈既為騰沖火山的噴發(fā)提供了巖漿物質(zhì)來(lái)源,同時(shí)也導(dǎo)致了該地區(qū)地殼被動(dòng)伸展,為巖漿的向上遷移產(chǎn)生了通道。這一模型預(yù)測(cè)的騰沖火山區(qū)地殼伸展也得到現(xiàn)今地質(zhì)地貌調(diào)查和地殼形變觀測(cè)的支持。1.6火炬山區(qū)相對(duì)地?zé)崽荻?、巖石學(xué)和碳同位素組成分析上官志冠等研究了中國(guó)火山區(qū)溫泉逸出含碳?xì)怏w的同位素組成及其動(dòng)力學(xué)分餾。他們發(fā)現(xiàn)騰沖火山區(qū)22個(gè)溫泉和長(zhǎng)白山天池火山區(qū)11個(gè)溫泉(湖濱溫泉除外)逸出CH4的平均δ13C(PDB)值分別為-19.0‰和-32.6‰,與世界上其他地?zé)釁^(qū)相近,但五大連池火山區(qū)和天池破火山口內(nèi)湖濱強(qiáng)氣體釋放區(qū)逸出CH4的平均δ13C(PDB)值分別為-45.8‰和-47.9‰,遠(yuǎn)低于中國(guó)其他火山區(qū),與東非基伍湖的類(lèi)似。他們認(rèn)為這些甲烷可能直接來(lái)自上地幔,低的δ13C值主要是由于這些來(lái)自深部巖漿囊的甲烷在向上遷移過(guò)程中的同位素動(dòng)力學(xué)分餾引起的,巖漿囊越深,甲烷的δ13C值越低。他們提出了巖漿囊深度和甲烷δ13C值之間的關(guān)系式,d=0.0107(δ13C)2+1.14(d為巖漿囊深度,km,δ13C為甲烷的碳同位素組成)。他們認(rèn)為CO2和CH4間的碳同位素分餾溫度是這些氣體的最后儲(chǔ)庫(kù)的溫度,而不是最初深部巖漿囊的溫度。運(yùn)用自制的防大氣污染和甲烷富集功能氣體取樣器,趙慈平采集了騰沖火山區(qū)相對(duì)地?zé)崽荻犬惓８邊^(qū)(見(jiàn)1.1)和幔源揮發(fā)份異常強(qiáng)區(qū)(見(jiàn)1.5)的疊加異常區(qū)(即巖漿囊區(qū))溫泉逸出氣體樣品。分析常規(guī)化學(xué)和碳同位素組成的氣體樣品用鋁箔塑料膜氣體樣品袋盛裝,在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了甲烷碳同位素樣品的富集,CO2和CH4樣品的碳同位素組成用MAT251質(zhì)譜計(jì)測(cè)試(外送測(cè)試)。選擇最合理的理論計(jì)算并經(jīng)實(shí)驗(yàn)校正的CO2與CH4間碳同位素平衡分餾系數(shù)回歸或擬合得到的碳同位素平衡分餾方程或公式計(jì)算了騰沖火山區(qū)現(xiàn)今巖漿囊(氣體源區(qū))溫度,結(jié)果顯示騰沖火山區(qū)現(xiàn)今巖漿囊的中心溫度可能在700～1200℃間,達(dá)到了流紋巖巖漿(600～900℃)、安山巖巖漿(800～1100℃)和玄武巖巖漿(1000～1250℃)的形成溫度,這進(jìn)一步說(shuō)明騰沖火山區(qū)現(xiàn)今3個(gè)巖漿囊的客觀存在。1.7沖積分質(zhì)巖巖漿囊由上述可知,通過(guò)對(duì)上地殼溫度場(chǎng)、幔源揮發(fā)分釋放場(chǎng)及巖漿囊現(xiàn)今溫度等3個(gè)問(wèn)題的研究,結(jié)合深部探測(cè)(DSS和MT)、活動(dòng)性監(jiān)測(cè)和前人的成因研究結(jié)果的綜合分析,趙慈平對(duì)騰沖火山有如下5點(diǎn)認(rèn)識(shí):第一個(gè)巖漿囊位于騰沖縣城和清水一帶,第二個(gè)位于馬站和曲石一帶,第三個(gè)位于五合、龍江、團(tuán)田和浦川一帶。3個(gè)巖漿囊上方的上地殼相對(duì)地?zé)崽荻确謩e為140、120、130℃;所釋放的揮發(fā)物質(zhì)的幔源比例依次為70%、60%和30%。3個(gè)巖漿囊的幾何尺度(水平方向的直徑)可能依次約是20、19和23km(長(zhǎng)45km)。3個(gè)巖漿囊的埋藏深度不同:第一個(gè)為地下5～25km,第二個(gè)為地下10～25km,第三個(gè)為地下7～14km。第一個(gè)為324～789℃,平均555℃;第二個(gè)為402～663℃,平均532℃;第三個(gè)為320～1194℃,平均679℃?？梢哉J(rèn)為,騰沖火山區(qū)地下巖漿囊頂部氣體富集區(qū)目前的溫度變化范圍為320～1200℃,而實(shí)際溫度應(yīng)高于平均值600℃。三大巖漿囊的邊緣溫度可能在300～600℃間,中心溫度可能在700～1200℃間,這一溫度達(dá)到了流紋巖巖漿(600～900℃)、安山巖巖漿(800～1100℃)和玄武巖巖漿(1000～1250℃)的形成溫度,這進(jìn)一步說(shuō)明騰沖火山區(qū)現(xiàn)今3個(gè)巖漿囊的客觀存在。第一個(gè)集相對(duì)地?zé)崽荻取⑨Ｔ磽]發(fā)分釋放、形變和地震活動(dòng)等異常于一身,巖漿囊正在接受幔源巖漿的補(bǔ)充,活動(dòng)性最強(qiáng),且直接位于騰沖縣城之下,噴發(fā)將造成最為嚴(yán)重的損失,需重點(diǎn)監(jiān)視;第二個(gè)的幔源物質(zhì)釋放強(qiáng)度也引人注目,巖漿囊可能也正在接受幔源巖漿的補(bǔ)充,需加強(qiáng)監(jiān)測(cè);第3個(gè)規(guī)模大,埋深較淺,幔源物質(zhì)釋放較弱(30%),目前幔源巖漿的補(bǔ)充可能比較微弱,但巖漿囊溫度依然較高,需引起注意。局部軟流圈上涌可能是印度板塊的向東俯沖造成弧(緬甸中央火山弧)后拉張而形成的。騰沖火山區(qū)現(xiàn)今幔源揮發(fā)分釋放強(qiáng)度的空間分布圖像就是這一軟流圈上涌區(qū)空間尺度和隆升強(qiáng)度的最直接反映,上涌區(qū)的大小大致為南北長(zhǎng)100km,東西寬50km。局部上涌的軟流圈既為騰沖火山的孕育提供了巖漿物質(zhì)來(lái)源,其產(chǎn)生的地殼拉張也為巖漿的上侵提供了構(gòu)造通道,這種拉張得到現(xiàn)今本地區(qū)地貌研究和形變觀測(cè)的支持。2非火山區(qū)熱水和沉積物組成的主要開(kāi)發(fā)2.1民宿co排放強(qiáng)度預(yù)測(cè)云南省有約700多個(gè)溫泉,是我國(guó)溫泉和強(qiáng)震最多的省份之一。趙珂等在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了溫泉水溫度、pH值、HCO-3含量和溫泉周?chē)諝庵械腃O2含量,采集了自由氣體、總?cè)芙馓?TDC,用NaOH和BaCl在現(xiàn)場(chǎng)沉淀)、鈣華和溫泉水樣品,在專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試了這些樣品的化學(xué)和碳氦同位素組成,用軟件計(jì)算了溫泉水的CO2分壓(pCO2)和方解石的飽和指數(shù)(SIC)。通過(guò)分析地質(zhì)背景、環(huán)境條件、水化學(xué)、碳氦同位素組成資料,他們討論了云南地區(qū)CO2的來(lái)源,估計(jì)了云南地區(qū)CO2的排放量。他們認(rèn)為在滇東,CO2主要來(lái)自地殼,第三紀(jì)煤碳(褐煤)對(duì)CO2的排放量有重要貢獻(xiàn);在滇西北,CO2主要來(lái)自地幔,部分來(lái)自地殼碳酸鹽巖變質(zhì)作用;在滇西南,幾乎所有的CO2來(lái)自地幔。據(jù)溫泉的深源CO2釋放模型,計(jì)算了38個(gè)溫泉的CO2排放量,最小0.0017t/a,最大1034t/a,平均103.57t/a。運(yùn)用這38個(gè)溫泉的資料,他們構(gòu)建了云南地區(qū)溫泉CO2排放強(qiáng)度的評(píng)估指標(biāo)體系,并估計(jì)了這38個(gè)溫泉的CO2排放強(qiáng)度。最后,根據(jù)新生代構(gòu)造單元?jiǎng)澐趾椭饕顢嗔逊植?他們將云南地區(qū)700個(gè)溫泉?jiǎng)澐殖扇舾膳欧艔?qiáng)度類(lèi)型,并根據(jù)這些排放強(qiáng)度類(lèi)型,估計(jì)這700個(gè)溫泉的總CO2排放量高達(dá)6×104t/a。2.2潭源地下海表土物理特征沈立成等系統(tǒng)采集了西藏、云南和川西地區(qū)的典型富氣熱泉水樣,分析了這些水樣中溶解氣的化學(xué)和同位素組成。根據(jù)斷裂帶這些氣體的地球化學(xué)特征,特別是氦同位素組成,他們研究了這些CO2排氣點(diǎn)的氣體釋放強(qiáng)度,尤其是深源(幔源)氣體的釋放強(qiáng)度。展示了中國(guó)西南氦同位素組成的空間變化圖像并討論了其大地構(gòu)造意義。他們認(rèn)為,西藏的中部和北部只有1.4%～1.7%的幔源氦逸出,其斷層在深部是緊緊鎖閉的,屬?gòu)?qiáng)擠壓的地殼增生構(gòu)造背景;而滇西南(尤其是騰沖地區(qū)),平均有26.2%,最高有48.8%的幔源氦釋放,幔源巖漿侵入到淺部地殼,屬于伸展構(gòu)造背景,是最強(qiáng)的地幔排氣區(qū)和最劇烈的印歐板塊碰撞區(qū);滇中地區(qū)(小江斷裂帶),平均有2.27%,最高也只有8.9%的幔源氦釋放,是印歐板塊碰撞帶的最東緣;川西地區(qū)(鮮水河斷裂帶),平均有8.1%的幔源氦釋放,高于西藏和云南剩余地區(qū),但遠(yuǎn)低于滇西南地區(qū),說(shuō)明鮮水河斷裂帶部分切穿整個(gè)巖石圈并深達(dá)上地幔。為了獲得西藏碰撞造山帶的深部信息并制約大陸碰撞期間的造山過(guò)程,侯增謙和李振清研究了藏南溫泉氦釋放的同位素地球化學(xué)特征,定義了兩類(lèi)氦同位素變化域,即幔源氦釋放域(R/Ra=0.11～5.38)和殼源氦釋放域(R/Ra=0.017～0.072)。前者主要分布與接近喜馬拉雅東構(gòu)造節(jié)的騰沖熱海熱區(qū)(R/Ra=0.40～5.38)、靠近喜馬拉雅西構(gòu)造節(jié)的獅泉河地?zé)釁^(qū)(R/Ra=0.27～0.30)和位于東經(jīng)89°以東的拉薩地?zé)峄顒?dòng)區(qū)(R/Ra=0.11～0.98)。后者主要在東經(jīng)89°以西的昂仁熱水活動(dòng)區(qū)(R/Ra=0.017～0.072)。東西構(gòu)造結(jié)附近的水熱活動(dòng)受走滑斷裂控制,有不超過(guò)50%的幔源氣貢獻(xiàn)。而高原腹地內(nèi)的熱水活動(dòng)則受SN向裂谷控制。幔源He域與殼源He域以89°E為界,在南北方向上分別橫跨雅江縫合帶。熱泉氦同位素與深部地球物理探測(cè)資料綜合分析表明,高原腹地的現(xiàn)代熱水活動(dòng)主要受上地殼內(nèi)部成片出現(xiàn)的巖漿房或部分熔融層驅(qū)動(dòng),但89°E以東地區(qū)有來(lái)自幔源熔漿的熱和物質(zhì)(He氣)貢獻(xiàn)。他們提出,印度大陸板塊總體呈斜向向北俯沖,但東西兩側(cè)板片的俯沖角度和俯沖距離不同。在89°E以西,向北北東方向緩角度俯沖的板片可能已越過(guò)雅江縫合帶到達(dá)班公ue001￣怒江縫合帶,而在89°E以東,可能由于俯沖板片沿亞?wèn)|ue001￣谷露裂谷發(fā)生撕裂,板片俯沖角度變陡,整體上未跨過(guò)雅江縫合帶。在研究藏南強(qiáng)烈的水熱流體活動(dòng)的基礎(chǔ)上,李振清等從另一角度探討了地球物理探測(cè)發(fā)現(xiàn)的地震亮點(diǎn)和低速高導(dǎo)層的性質(zhì)。通過(guò)對(duì)熱泉?dú)怏w的氦同位素組成和熱水的地球化學(xué)特征研究以及前人對(duì)溫度場(chǎng)的模擬,他們認(rèn)為該低速高導(dǎo)層為硅酸鹽巖漿熔體,而不是以水為主的流體,這為部分熔融層的存在提供了佐證。他們進(jìn)一步討論了這些部分熔融層對(duì)熱泉流體系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)熱機(jī)作用,并根據(jù)熱泉分布和熱泉流體的溫度場(chǎng)限定了這些部分熔融層的空間分布范圍。2.3地震帶和斷裂帶Du等采集了川西地區(qū)斷裂帶泉水和逸出氣體樣品并分析了這些樣品的氦碳同位素組成,討論了該地區(qū)的溫泉?dú)怏w的來(lái)源和地震活動(dòng)之間的關(guān)系。研究表明,川西鮮水河、安寧河和龍門(mén)山3個(gè)地震區(qū)熱泉?dú)怏w的CO2的δ13C(PDB)值為-3.34‰～-17.09‰,3He/4He值為1.5×10-8～3.63×10-6。他們發(fā)現(xiàn)不同的地震帶或斷裂帶有不同的氦、碳同位素特征,同一地震帶或斷裂帶的不同區(qū)段其同位素組成特征不同;他們認(rèn)為,鮮水河斷裂帶(XFZ)和龍門(mén)山斷裂帶(LFZ)的溫泉氦氣部分來(lái)自地幔,并有地殼氦和大氣氦的混合,而安寧河斷裂帶(AFZ)溫泉氦氣主要來(lái)自地殼氦并有大氣氦的混合。除汶川(No.18)外,溫泉逸出氣中的CO2絕大部分來(lái)自上地幔。汶川于2008年5月12日發(fā)生了8.0級(jí)大地震。杜建國(guó)等認(rèn)為位于斷裂帶較活動(dòng)區(qū)段的溫泉有更高的溫度,構(gòu)造活動(dòng)越活躍的地區(qū),其溫泉逸出氣的δ13C和3He/4He比值越高,地震發(fā)生的頻率越大。隨著深部流體的向上運(yùn)移,像康定這樣的構(gòu)造活動(dòng)區(qū)有更多的熱能來(lái)自地球深部,這將更有利于通過(guò)地震釋放地球內(nèi)部能量。他們的研究成果說(shuō)明,He和CO2這樣的溫泉?dú)怏w是地震和構(gòu)造活動(dòng)重要的地球化學(xué)指標(biāo)。3深部巖漿囊及熱儲(chǔ)系統(tǒng)近年,我國(guó)學(xué)者在地?zé)崃黧w地球化學(xué)研究方面取得了顯著的進(jìn)展,概括起來(lái),主要體現(xiàn)在如下5個(gè)學(xué)科方面:在火山學(xué)方面,趙慈平等系統(tǒng)測(cè)量了騰沖火山區(qū)溫泉逸出氣的化學(xué)和氦碳同位素組成,提出了相對(duì)地?zé)崽荻鹊男赂拍?揭示了最上部地殼的溫度場(chǎng)特征,發(fā)現(xiàn)了3個(gè)高相對(duì)地?zé)崽荻犬惓^(qū)。趙慈平在騰沖火山區(qū)進(jìn)行了氦同位素填圖,揭示了幔源揮發(fā)分釋放的時(shí)空分布特征,發(fā)現(xiàn)了3個(gè)幔源揮發(fā)份釋放異常高的區(qū)域。根據(jù)這3個(gè)幔源揮發(fā)份強(qiáng)釋放區(qū)和3個(gè)高相對(duì)地?zé)崽荻犬惓^(qū)的重合,趙慈平認(rèn)為騰沖火山區(qū)存在3個(gè)殼內(nèi)巖漿囊。通過(guò)分析測(cè)試這3個(gè)巖漿囊上方溫泉逸出氣體中CO2和CH4間碳同位素分餾系數(shù),趙慈平估計(jì)這3個(gè)殼內(nèi)巖漿囊的現(xiàn)今溫度高達(dá)700～1200℃。另外,結(jié)合他本人和其他人的研究成果,估計(jì)了這3個(gè)殼內(nèi)巖漿囊的大小、埋深等重要參數(shù)以及活動(dòng)性。上官志冠等研究了我國(guó)休眠火山區(qū)巖漿氣體的地球化學(xué)特征,認(rèn)為CO2是中國(guó)休眠火山區(qū)源自巖漿的主要?dú)怏w組分,其體積百分含量在80%～99%間變化,微量氣體中CH4和He是源自地幔巖漿的最重要組分,長(zhǎng)白山天池火山并沒(méi)有馬上噴發(fā)的危險(xiǎn),并研究了中國(guó)火山區(qū)溫泉逸出含碳?xì)怏w的同位素組成及其動(dòng)力學(xué)分餾。認(rèn)為甲烷的低δ13C值主要是由于這些來(lái)自深部巖漿囊的甲烷在向上遷移過(guò)程中的同位素動(dòng)力學(xué)分餾引起的,巖漿囊越深,甲烷的δ13C值越低。提出巖漿囊深度和甲烷δ13C值之間的關(guān)系式:d=0.0107(δ13C)2+1.14(其中,d為巖漿囊深度,km,δ13C為甲烷的碳同位素組成)。他們認(rèn)為CO2和CH4之間的碳同位素分餾溫度是這些氣體的最后儲(chǔ)庫(kù)溫度,而不是最初深部巖漿囊的溫度。在地?zé)釋W(xué)方面,鄧紫娟研究了熱海地?zé)崽餃厝妥杂蓺怏w的化學(xué)和同位素組成,她認(rèn)為熱儲(chǔ)流體由深層富Cl水、富CO2蒸氣和大氣降水等3個(gè)端員混合而成,地?zé)醿?chǔ)流體和溫泉水有明顯的地幔水貢獻(xiàn),組成地?zé)崃黧w主要組成部分的大氣降水年齡在10～36a,碳同位素在TDC和CO2間的分餾可以忽略不計(jì),深部熱儲(chǔ)中CO2的δ13C值為-2‰～0‰(PDB),CO2是幔源的。綜合運(yùn)用Naue001￣K,SiO2,CO2ue001￣CH4等地?zé)釡貥?biāo),鄧紫娟提出了熱海地?zé)崽锏責(zé)醿?chǔ)的概念模型。將熱儲(chǔ)分為不同深度的兩層:淺層熱儲(chǔ)位于地下250～320m處,熱儲(chǔ)溫度220～230℃,熱儲(chǔ)水循環(huán)很快;深層熱儲(chǔ)深度超過(guò)660～785m,熱儲(chǔ)溫度270～280℃,更深部熱儲(chǔ)流體的溫度高達(dá)400～450℃。Du等也討論了熱海地?zé)崽锏牡責(zé)嶙兓⒑冀M分來(lái)源和熱儲(chǔ)溫度。認(rèn)為CO2可能來(lái)源于地幔/巖漿,但CH4和He是多來(lái)源的,HCO-3和CO2?332-主要源自無(wú)機(jī)CO2,而其他離子主要源于流體循環(huán)其中的巖石,在CO2和HCO-3(液)以及CO2?332-(液)間、溶解離子碳(DIC)和鈣華間的碳同位素分餾沒(méi)有達(dá)到平衡,熱泉水中的HCO-3(液)和CO2?332-(液)間不存在碳同位素分餾,地?zé)醿?chǔ)溫度為69～450℃,并隨時(shí)間有起伏變化,其最佳估計(jì)是250～300℃。Shangguan等研究了1993～2003年間發(fā)生在熱海地?zé)崽锏?0次水熱爆炸活動(dòng)后發(fā)現(xiàn):水熱爆炸發(fā)展呈爆炸能級(jí)逐漸顯著升高的3個(gè)階段,爆炸活動(dòng)隨時(shí)間逐漸增強(qiáng),產(chǎn)生爆炸的氣體補(bǔ)給源區(qū)是逐漸從淺向深變化的,將來(lái)有可能發(fā)生較大的水熱爆炸活動(dòng),建議認(rèn)真考慮這種災(zāi)害對(duì)游客安全的影響。Zhao等提出了熱海熱田水熱爆炸的概念模型。他們將水熱爆炸分為4類(lèi):1)人工鉆孔活動(dòng)觸發(fā)的井噴,2)高溫水熱爆炸噴發(fā),3)高溫蒸汽爆炸噴發(fā),4)持續(xù)或間歇性噴泉,這是水熱爆炸和正常溫泉的過(guò)度類(lèi)型,在不同深度存在3層熱儲(chǔ)層,熱田下的巖漿囊是熱儲(chǔ)和水熱爆炸的能量來(lái)源,這些水熱爆炸與地震活動(dòng)無(wú)關(guān),是正常的地?zé)崮軐?duì)流釋放通道遇堵產(chǎn)生的現(xiàn)象,不是熱海熱田下巖漿囊活動(dòng)增強(qiáng)的前兆。在環(huán)境學(xué)方面,Zhang等評(píng)估了熱海和瑞滇熱田熱泉水中As和Sb對(duì)環(huán)境的可能影響。他們的結(jié)果顯示,熱泉水中As和Sb的含量范圍分別在43.6～687μg/L和0.38～23.8μg/L之間,熱泉水中的As以As3+為主,占了總砷的91%,地?zé)崃黧w中的As和Sb少部分被固定在泉華中,而大部分則釋放到了環(huán)境中,從而進(jìn)入地下水和下游的田地中,對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦慕】翟斐赏{。趙珂等調(diào)查了我國(guó)云南主要斷裂帶38個(gè)溫泉的CO2排氣情況。通過(guò)分析地質(zhì)背景、環(huán)境條件、水化學(xué)、碳氦同位素組成資料,討論了云南地區(qū)CO2的來(lái)源,估計(jì)了云南地區(qū)CO2的排放量,提出溫泉的深源CO2釋放模型,計(jì)算38個(gè)溫泉的CO2排放量,最小0.0017t/a,最大1034t/a,平均103.57t/a。運(yùn)用這38個(gè)溫泉的資料,構(gòu)建了云南地區(qū)溫泉CO2排放強(qiáng)度的評(píng)估指標(biāo)體系,并估計(jì)這38個(gè)溫泉的CO2排放強(qiáng)度。最后,根據(jù)新生代構(gòu)造單元?jiǎng)澐趾椭饕顢嗔逊植?他們將云南地區(qū)700個(gè)溫泉?jiǎng)澐殖扇舾膳欧艔?qiáng)度類(lèi)型,并根據(jù)這些排放強(qiáng)度類(lèi)型,估計(jì)這700個(gè)溫泉的總CO2排放量高達(dá)6×104t/a。在大