四川稻城地区温泉流体地球化学特征及地震活动性分析_王昱文.pdf

稻城地区位于青藏高原东南缘的川滇地块北部，为揭示该区域温泉流体地球化学特征以及其和地震活动性之间的关系，本次研究采集了稻城地区 6 个温泉的水样以及逸出气体样品。对温泉水中离子组分和浓度，温泉逸出气体组分及气体同位素进行了测试，得到以下认识。研究区温泉水化学类型主要为 HCO3-Na 和 HCO3-NaCa 型，通过阳离子温标估算热储温度在 74159 之间，循环深度在 2.2 km5.0 km 之间。温泉气体中 CO2主要是由储层中的碳酸盐岩受热分解或溶解产生的，氦来自幔源组分的比例较低，在 0.4%2.4%之间，研究区的温泉是由沿断裂带渗入的大气降水经地壳深部的热源加热形成的。在稻城地区，循环深度以及幔源气体贡献率等不同的温泉流体地球化学特征与地震活动性之间有很好的对应关系，并且研究区地震活动性要弱于周缘鲜水河断裂地区等深部流体上涌地区。同时在区域尺度上，未来位于断裂交汇部位的稻城仲堆温泉一带的地震活动性最值得关注。关键词：温泉；水文地球化学；同位素；地震活动性；稻城中图分类号：P315.5 文献标识码：AHydrogeochemical and seismic activity characteristics of hot springs inDaocheng area,Sichuan ProvinceWANG Yuwen1，ZHOU Xiaocheng1*，HE Miao1，TIAN Jiao1，LI Jingchao1，DONG Jinyuan1，YAN Yucong1，LIU Fengli1，YAO Bingyu1，ZENG Zhaojun1，CHEN Qufei2（1.United Laboratory of High-Pressure Physics and Earthquake Science,Institute of Earthquake Forecasting CEA,Beijing100036,China；2.Economic and Technological Development Zone Brigade,Fire and Rescue Detachment of Urumqi,Fire andRescue department of Xinjiang,Urumqi 830009,China）Abstract：Daocheng area is located in the northern part of Sichuan-Yunnan block on the southeastern margin of Qinghai-TibetPlateau.In order to reveal the geochemical characteristics of hot spring fluid and the relationship between the fluid and seismic 收稿日期：2022-12-23；改回日期：2023-04-16；责任编辑：曹华文；科学编辑：曹华文作者简介：王昱文（2001），男，硕士研究生，主要从事地震地球化学研究。E-mail：通讯作者：周晓成（1978），男，研究员，主要从事构造地球化学、流体地球化学研究。E-mail：资助项目：中国地震局地震预测研究所基本科研业务费（CEAIEF2022030205,CEAIEF20220507,CEAIEF20220213,CEAIEF2022030200,2021IEF0101,2021IEF1201），国家重点研发计划（2017YFC1500501-05,2019YFC1509203,2018YFE0109700），国家自然科学基金面上项目（41673106,42073063,4193000170,U2039207），IGCP项目 724 第 43 卷 第 2 期 Vol.43 No.22023 年 6 月沉 积 与 特 提 斯 地 质 Sedimentary Geology and Tethyan GeologyJun.2023activity in this area,hot spring water samples and gas samples from six hot springs in Daocheng area were collected,and the ioncomponents and concentrations in hot spring water,gas components and gas isotopes of hot spring were tested.The followingconclusions are obtained:the chemical types of hot spring water in the study area are mainly HCO3-Na and HCO3-NaCa types.TheReservoir temperature is estimated to be between 74 and 159 by cationic temperature scale,and the circulation depth is between2.2 km and 5.0 km.The CO2 in the hot spring gas is mainly generated by the decomposition or dissolution of the carbonate rocks inthe reservoir,and the proportion of helium from the mantle component is relatively low,ranging from 0.4%to 2.4%.The hot springin the study area is formed by the heating of the deep crustal heat source caused by the atmospheric precipitation penetrating alongthe fault zone.In Daocheng area,the geochemical characteristics of hot spring fluid such as circulation depth and contribution rate ofmantle-derived gas have a good correlation with seismic activity,and the seismic activity of the study area is weaker than that of deepfluid upwelling areas such as the surrounding Xianshuihe fault area.At the same time,in the regional scale,the future seismic activityin the Zhongdui hot spring area of Daocheng,located at the intersection of faults,is the most noteworthy.Key words：Hot spring；Hydrogeochemistry；Isotope；Seismicity；Daocheng 0引言利用地球化学方法对温泉流体进行研究可以有效反映多种地质意义，通过监测断裂带内温泉的水化学和气体成分的变化能够获得地球深部物质运动和地震活动的信息（Skelton et al.,2014；杜建国等,2018;Walraevens et al.,2018;Liu et al.,2022）。流体在地震孕育过程的参与有着重要的被动和主动作用（Smeraglia et al.,2016）。被动作用体现在地震活动孕育过程中对断裂带地区温泉流体地球化学特征造成的影响，已经有大量研究在地震活动前后发现了温泉流体地球化学特征出现的异常（Skelton,2014;Prez et al.,2008;Zhou et al.,2017）。流体的主动作用体现在地震活动孕育过程中其发挥的重要影响（Miller et al.,1999；段庆宝等,2015;Liu et al.,2022;Wang et al.,2023），活动断裂带内深循环的热液流体可以弱化地层，从而对地震活动产生促进作用（Diamond et al.,2018）。地热流体中的氦气和二氧化碳被认为是川西地震活动的可靠指标，地震活动性较强的区域往往有着更大3He/4He值（Du et al.,2006）。对云南澜沧江断裂带温泉气体中 HeCO2的观测也表明区域断裂系统中流体的化学过程和构造应力场可以控制断裂的渗透性，进而使局部产生流体超压区并导致区域上的高地震风险（Wang et al.,2023）。上述研究都表明了温泉在沿断裂的循环过程中，其流体地球化学特征一定程度上可以指示断裂带地区地震活动性的时空变化。因此，对断裂带附近的温泉流体开展地球化学观测为了解地下水热循环、断裂活动以及地震活动性提供了途径。近年来在研究区附近其他断裂带地区上的温泉水、温泉气体的地球化学含量和同位素组成的研究成果颇多，如金沙江-红河断裂带（李其林等,2019；Zhou et al.,2020）、鲜水河断裂带（Liu et al.,2022;Yan et al.,2022）和理塘断裂带（Zhou et al.,2017;Hou et al.,2018;Zhou et al.,2022）等。稻城地区位于川滇菱形地块的中部，在该地区断裂带附近有着许多的温泉出露，且其空间上多沿着断裂带分布（唐晗晗等,2020），该地区曾经在1974 年、1975 年和 2013 年，分别发生了 Ms5.6、Ms4.9、Ms4.2 地震。然而在稻城地区，现有的温泉流体地球化学研究主要聚焦于地热资源的开发利用（王茜,2002；高志友等,2004；曹文正和刘哲,2015）。并且在该地区还鲜有对温泉气体地球化学特征的报道，针对温泉流体地球化学特征以及区域地震活动性之间关系的研究还是空白。通过对该区域进行温泉流体地球化学研究，对探明区域温泉流体地球化学特征以及与地震活动性之间潜在的关系、丰富区域地球化学背景场数据具有重要的价值。因此，本文测定了稻城地区六个温泉水样品中溶解的主量元素与微量元素浓度、温泉逸出气组分以及温泉气体同位素等地球化学指标，计算了研究区温泉的热储温度与循环深度，并对温泉气体中不同来源的氦气和二氧化碳的比例进行了计算。本次研究建立了该地区简要的温泉流体循环模式，并系统分析了区域地震活动性与温泉水化特征、气体特征之间的关系，这项成果为理解该区域及川滇地块北部地震活动性的空间变化提供了帮助。374沉积与特提斯地质（2）1区域地质背景稻城地区位于川滇菱形地块的内部，受印度板块与欧亚板块的碰撞及印度板块运移的影响，青藏高原中部羌塘地块向东滑移，在受华南地块的阻挡后，造成了川滇菱形块体的 SE-SSE 向平移和顺时针转动及其东边界的高速左旋走滑运动（Xu et al.,2003）。由于板块间的相互挤压所形成的强大应力场，该区域的构造运动及岩浆活动较为强烈并产生了区域上的高热背景（高志友等,2004），稻城地区的地表热流背景值在 7488 mWm2之间（唐晗晗等,2020）。位于川滇地块北部的稻城地区属理塘次生扩张带，多期地质构造运动强烈，各种构造体系相互干扰相互穿插，断裂系统发育良好，强烈的构造活动伴随着频繁的地震。区内主要的断裂带均为现代活动断裂，并深入地壳，是地下热水运移的主要通道（傅广海,2009;Zhang et al.,2017）。研究区附近的德格乡城断裂带由几个向东突出的弧形反向断层组合而成，金沙江断裂是一条右旋、间歇性、分散性断裂带，滑移速率较低，约为0.41.6 mm a1（Wang et al.,2008），赤土断裂经稻城赤土乡呈波状延长 144 千米、尼隆断层南起各瓦乡尼隆村沿被动向延伸至蒙自东北、解放乡断层沿着巴隆曲西整体呈 N315延伸，本次研究的温泉均出露在上述断裂及其分支的断裂的交汇位置上。该区主要的褶皱和断裂构造均呈北北西、北西方向展布，且均体现出了压性特征。自晚三叠世以来，岩浆与地震活动开始变得频繁，与此同时，该区许多热水开始沿断裂带溢出，并形成了甘孜、理塘、稻城一带的南北向展布的热水束。该区出露的地层以中生界地层为主，广泛出露三叠系灰岩、砂岩、板岩和印支期、燕山期岩浆岩（王茜,2002）。区内地热水储层主要由震旦系、寒武系、奥陶系、泥盆系、二叠系中的碳酸盐岩组成，热储盖层则主要由三叠系的砂板岩等组成（高志友等,2004）。稻城地区的地震活动频繁，但震级普遍较小，震级最大的一次地震活动是在 1974 年 6 月 5 日发生在该区西北侧的 MS5.6 地震（见图 1）。该区水系广泛分布，该区主要河流均属金沙江水系，河流的最主要补给方式为大气降水，且河流落差较大，水资源丰富。该地区位于亚热带气候带，属大陆型季风高原型气候，年平均气温为 4.1，年平均降雨量约 636 毫米（王茜,2002）。2样品采集与测试方法2010 年 6 月，在稻城地区 6 处温泉采集温泉水样和气样，采样点位置与信息分别见图 1、附表1*。水样从温泉口采集，容器为 100 ml 的聚乙烯瓶，事先用超纯水清洗；气样是使用为 500 ml 的玻璃瓶 在 野 外 通 过 排 水 集 气 法 采 集 的（Du et al.,2006）。采样现场测定温泉水的温度、电导率和 pH 值。其中，温度通过日本 YF-160 数字温度计测定，电导率和 pH 值通过美国奥立龙 4-Star pH 计测定。本次研究的温泉水除稻城茹布温泉以及稻城杜鹃温泉中的 Mg2+以外，所有常量元素的测定在中国地震局地震预测重点实验室完成,使用的仪器为Dionex ICS-900 离子色谱仪和 AS40 自动进样器,检测限为 0.01 mg/L（Chen et al.,2015）。测试的离子组分中阳离子为 K+、Na+、Mg2+和 Ca2+；阴离子 F、Cl、Br、NO3和 SO42，通过标准滴定程序，对温泉水中的 HCO3和 CO32使用 ZDJ-3D 型电位滴定仪测量，根据下式计算离子平衡（ib），阴阳离子的测量误差均小于 5%（见附表 2*）。ib1%=阳离子阴离子(阳离子+阴离子)0.5100对稻城茹布温泉以及稻城杜鹃温泉中含量较低的 Mg2+以及全部微量元素的测定在核工业地质研究院测试中心分析完成，采用 Element 型电感耦合等离子体质谱仪 ICP-MS（张彦辉等,2018）。碳同位素分析使用 Delta Plus XL 质谱计分析完成，13C/12C 的精度为 0.2%（李中平等,2007），氦氖同位素分析使用 Noblesse 稀有气体同位素质谱仪（Caoet al.,2018）。气体样品在中国地震局地震预测研究所分析完成。温泉气体中的 N2、H2、CO2、O2、CH4和 Ar 使用 Agilent Macro3000 便携式气相色谱仪进行测量（Zhou et al.,2017），温泉气体数据见附表 3*。3分析结果分析结果见附表 2*，稻城地区六个温泉水的水温变化范围为 38.764.0；pH 值变化范围为*数据资料联系编辑部或者登录本刊网站获取。2023 年（2）四川稻城地区温泉流体地球化学特征及地震活动性分析375 8.539.77，平均值为 9.16，均为典型的碱性水；电导率变化范围为 1382 540 s/cm；TDS 变化范围为 49.241 685.09 mg/L。温泉水中主要的阴阳离子分别是 HCO3以及 Na+和 Ca2+，泉水中的 Li 和 B的含量较高，除此之外，其他大部分微量元素的浓度普遍小于 1 mg/L（附表 4*）。不同的温泉气体分别以 N2和 CO2为主要组成部分，所有的温泉气体中，3He/4He（R/Ra）值 的 分 布 范 围 是 0.09 0.56，13CCO2（PDB）值的分布范围为15.003.30，13CCH4（PDB）值的分布范围是50.8023.80 4讨论 4.1温泉水化学成分特征 4.1.1主量元素地球化学特征本文采用舒卡列夫分类法将六个温泉采样点水化学类型划分为 HCO3-Na、HCO3-NaCa 两种。为了更好的研究区域常量元素的分配规律，使用Origin 软件对 6 个采样点的水样绘制 Piper 三线图（图 2），已有研究结果表明稻城地区 Na+为主要阳离子，HCO3为主要阴离子（曹文正和刘哲,2015），本研究温泉水样中的主要离子与前人研究结果一致（附表 2*）。在六个温泉样品中，稻城茹布温泉与稻城杜鹃温泉的 TDS 较低（小于 100 mg/L），这很可能归因于较浅的循环深度，相比之下其余温泉的 TDS 较高，且都以高 HCO3含量为特征。研究区主要发育碳酸盐岩以及花岗岩，稻城地区的温泉水样品中的常量元素与微量元素的含量与围岩密切相关。Na+是一种具有很强迁移能力的阳离子，并且容易在地下水中积累。在川西非火山地热系统中的 Na+很有可能从热储层中钠长石、钾长石等硅酸盐矿物的溶解所致（Tian et al.,2018），硅酸盐矿物的溶解也反映在 HCO3+SO4与 Ca+Mg 的曲线上（图 3a），如果这些离子都来自方解石、白云石以及石膏的溶解，那么他们的比例应该接近 11，然而稻城地区所有温泉水都分布在 11 线的上方，过量的 HCO3+SO4需要硅酸盐矿物的溶解产生的 DCRBDCDJZDEZDCZDDCRDMS4MS6MS5MS3(a)XSHF(b)JSJFLTFLMSFANHFZDF111-129.3 N28.3 N28.8 N100.5 E100 E99.5 E32 N104 N101 N98 N26 N29 N图中地层与断裂资料来自庞健峰等（2017）。XSH鲜水河断裂，JSJF金沙江断裂，LMSF龙门山断裂，LTF-理塘断裂，ZDF中甸断裂，ANHF安宁河断裂。图 1稻城地区区域构造背景图（a）和采样点分布图（b）Fig.1Study area location map(a)and sampling point distribution map(b)376沉积与特提斯地质（2）Na+保持电荷平衡（Fisher and Mullican,1997）。所以该区稻城茹布温泉、稻城日东温泉、仲堆温泉与俄扎温泉的 HCO3-Na 型水的成因与区域上发育的花岗岩之间具有联系。而稻城杜鹃温泉与稻城仲堆温泉水的主要阳离子除了 Na+还有 Ca2+。在温泉水中 Ca2+浓度受控于碳酸盐、硅酸盐以及石膏等矿物的溶解（Liu et al.,2022），研究区广泛出露花岗岩与二长花岗岩等，这意味着如果是大量的钙长石的溶解时，应有相当数量钾长石也发生了溶解（迟恩先等,2014），然而杜鹃温泉与仲堆温泉中钙离子浓度（平均 5.46 meq/L）远大于钾离子浓度（平均 0.54meq/L），这表明钙长石溶解对 Ca2+浓度的贡献是有限的，同时稻城地区的 Ca2+与 SO42的比值也远大于 1（图 3b），引起这种现象的原因很可能是碳酸盐的溶解导致了 Ca2+相对于 SO42的过剩。因此判定这些温泉水中的 Ca2+则主要来源于碳酸盐岩的溶解，这些 HCO3-NaCa 型温泉水主要源于温泉水与硅酸盐矿物和灰岩的溶解反应。4.1.2微量元素地球化学特征温泉水中的微量元素来源于地下水在循环过程中的水岩反应，因此可以反映温泉水发生的水岩反应程度。本次各温泉水中微量元素具有含量较低的特点（见图 4、附表 4*）。根据微量元素富集因子（EF）的大小可以定性地判断温泉水中的微量元素来源（Soto-Jimenez and PezOsuna,2001），计算公式是：EFi=(Ci/CR)w/(Ci/CR)r式中：CR为选定的参比元素含量；Ci为样品中元素含量；w 为水样中元素浓度；r 为岩石中元素浓度。因此将川西地区上三叠统微量元素平均值组作为标准（刘金华等,2005），使用 Ti 浓度对微量元素数据进行归一化，计算研究区微量元素富集因子 EF（图 5）。从温泉中微量元素分布归一化为 Ti富集系数对比图中可以看出微量元素的富集状况，结合微量元素含量，对研究区微量元素特征做出以下分析：稻城地区东南侧的稻城仲堆及稻城日东温泉的微量元素相对富集，且富集因子较大。而研究区东北侧的稻城茹布温泉及稻城杜鹃温泉与研究区其他温泉相比，其微量元素富集因子明显偏低。从总体上来看，本次研究温泉水中的微量元素分布特征与地表水较为接近，但相较于地表水而言，所有温泉水中都含有更多的 B2+，有研究表明当深度和压力在增加时，B2+在地下水中的溶解度会增加（Zhang et al.,2003），且温泉水中的 B 大多受岩浆岩或者海相碳酸岩溶滤的控制（刘明亮,2018）。研究区出露于碳酸盐岩中的稻城仲堆、稻城日东、俄扎及仲堆温泉的 B 元素富集程度较高，因此这些温泉水中高浓度的 B2+可以反映研究区温泉水中的 B2+主要来自区域碳酸盐岩的储层中。上述四个温泉中的 Sr 与 Ba 元素的富集因子同样大于 1，较为富集，且由图 4 可知 Sr 与 Ba 元素含量较高，与直接出露在花岗岩的两个温泉相比，这四个温泉的 TDS 较高，常量元素中的 Ca 和 Mg 等碱土金属元素的富集程度也明显较高，可以判断这些元素主要来自于该区发育的碳酸盐岩中（Pili et al.,2002）。除此之外该区温泉水中的 Fe 元素含量同样较大且富集系数较高，这些 Fe 元素的高浓度可能归因于围岩中部分煤层中的黄铁矿溶解。同时区内大多温泉的微量元素含量整体较低，因此判定研究区的水岩反应程度较低，微量元素主要来自于温泉与碳酸盐岩储层间的水岩反应。4.1.3矿物饱和状态通过饱和指数（SI）参数估计温泉水中的矿物反应性，可以表示溶液是否与固相平衡并预测温泉流体循环过程中可能沉淀的矿物，一般来说，SI 在-0.2 到 0.2 之间，可认为相应的矿物处于平衡状态。正 SI 值对应于过饱和（沉淀），而负值对应于特定矿物的欠饱和（溶解）（Deutsch,1997）。在温泉泉口温度和 pH 值下，使用 PHREEQC 软件计算了地热系统储层中可能存在的热液矿物的饱和指数，结 100806040200100806040200Cl+SO4Ca+Mg020406080100020406080100020406080100MgNa+KCa020406080100020406080100020406080100SO4CO3+HCO3Cl图 2稻城地区温泉水样 piper 三线图Fig.2Piper diagram of water sample in Daocheng area 2023 年（2）四川稻城地区温泉流体地球化学特征及地震活动性分析377 果如图 6 所示。在采样温度下，稻城仲堆温泉以及稻城日东温泉的水样相对于方解石都过饱和（SI0），这种过饱和状态表明含水层系统中存在大量此类矿物和足够的停留时间（Rouabhia et al.,2012），稻城茹布温泉具有负值，但它也几乎与方解石平衡（图 6），稻城仲堆温泉和稻城日东温泉的温泉样品与文石和白云石同样（SI0）处于过饱和状态。除此之外，几乎所有地下水样本都处于石盐、石膏以及硬石膏的欠饱和状态（SI2）。4.2热储温度与循环深度 4.2.1水岩反应程度及平衡状况采用 Na-K-Mg 三角图解（Giggenbach,1988）可以对水岩反应的平衡状况进行判断，从而选用合适的地热温标对热储温度进行估算。该图解将不同 00.511.522.533.544.55SO4（meq/L）02468101214Ca（meq/L）-4048121620242832Ca+Mg(meq/L)-4048121620242832HCO3+SO4(meq/L)1：1 line1：1 line（a）（b）图 3稻城地区地热水的 HCO3+SO4/Ca+Mg 比值图（a）和 Ca/Mg 比值图（b）Fig.3HCO3+SO4/Ca+Mg ratio diagram(a)and Ca/Mg ratio diagram(b)of geothermal water in Daocheng area LiBeBaBSrTiVCrMnFeCoNiCuZnMoCdSbTlPbThUAgSnAl0.0010.010.1110100100010000稻城茹布温泉稻城杜鹃温泉稻城仲堆温泉稻城日东温泉仲堆温泉俄扎温泉地表水Log(g/L)图中地表水数据来自 Huang et al.（2008，2009）和 Gaillardet et al.（2014）图 4稻城地区温泉微量元素分布图Fig.4Distribution map of trace elements in hot spring in Daocheng area 378沉积与特提斯地质（2）地下流体分为平衡水、部分平衡水以及未成熟水三个区域。本次稻城地区温泉水样中，几乎所有样品均分布在未成熟水区域，且均位于图中 Mg1/2一侧（见图 7），这表明了温泉水在循环过程中与围岩之间发生的水岩反应程度较弱，还可能发生的情况是，这些温泉在上升过程中与较多来自浅部的冷水发生了混合，导致水样难以达到平衡。4.2.2断裂带不同温泉的循环深度特征在地球化学系统中，气体组分同位素的分布可以作为温度的函数，因此甲烷及二氧化碳气体同位素可以作为地质温度计对温泉的热储温度进行估算。对于温度范围在 150500 范围内的温泉，可以用该温标进行估算（Lyon and Hulston,1984）。阳离子温标可以通过水中溶解的阳离子含量与温度之间的关系对地热水的热储温度进行估算（庞忠和，2013），常用的有 Na-K 温标（Giggenbach,1988）、Na-K-Ca 温标（Fournier and Truesdell,1973）、K-Mg 温标（Giggenbach et al.,1988）、Li-Na 温标（Kharaka,1982）、Li-Mg 温标（Kharaka and Mariner,1989）等。本次研究所采水样大多属于未成熟水（图 7），这意味着这些阳离子温标的计算可能存在一定的误差（Giggenbach et al.,1988;王莹等,2007），在这种情况下利用 SiO2地热温标可能是更好的方法（王莹等,2007），但遗憾的是在本次研究中未采集相关样品，本文利用阳离子温标对稻城地区温泉的热储温度大致进行了估算，未来对该区温泉热储温度进行 SiO2地热温标计算可进一步提升热储温度的准确性。本次研究通过以上不同地热温标分别计算温泉水的热储温度，计算结果见附表 5*。对于 CO2-CH4温标而言，得到较高的温度很可能由于该方法确定的温度来源于比实际温泉水循环更深的位置。而 Na-K-Ca 温标较高的计算结果原因是在遇到富Mg2+的中低温热水时，容易产生较大的误差（庞忠和,2013）。在本文多数温泉的未成熟水条件下，利用不同离子温标进行计算的结果对热储温度仍然具有一定的意义。K-Mg 温标建立在较快的平衡反应上，因此代表着实际不太深处的热储温度（庞忠和等,2013），在面对部分非酸性的未成熟水时，该温标可 CoBVMnSrBaFeMgCa0.010.1110100100010000100000稻城茹布温泉稻城杜鹃温泉稻城仲堆温泉稻城日东温泉仲堆温泉俄扎温泉EF图 5稻城地区温泉中微量元素分布归一化为Ti富集系数对比图Fig.5Trace element distribution normalized to Tienrichment coefficient in the hot springs in Daocheng area SI稻城茹布温泉俄扎温泉仲堆温泉稻城日东温泉稻城仲堆温泉稻城杜鹃温泉硬石膏(CaSO)4萤石(CaF)石膏(CaSO42H O)2白云石(CaMg(CO)32方解石(CaCO)3文石(CaCO)3石盐(NaCl)过饱和欠饱和6-2024-4-6-8-10-12图 6稻城地区温泉流体矿物饱和指数图Fig.6Mineral saturation index diagram of hot springfluid in Daocheng area Na/1000K/100Mg1/2100140180200220240260300340100120140180200220260300平衡水部分平衡水稻城茹布温泉稻城杜鹃温泉稻城仲堆温泉稻城日东温泉仲堆温泉俄扎温泉未成熟水160160图 7稻城地区温泉水样的 Na-K-Mg 三角图（底图据Giggenbach（1988）Fig.7The triangle diagram of Na -K -Mg of the watersamples in Daocheng area(according to Giggenbach(1988)2023 年（2）四川稻城地区温泉流体地球化学特征及地震活动性分析379 能仍然有效（Giggenbach,1988），因此其可以用来估算低温地热系统的储层温度，此时流体中的 Mg未与围岩达到平衡（许鹏等,2018），研究区未成熟水产生的原因很可能是由于混入了较大比例的不平衡状态的冷水，此时该温标的计算结果会受浅部冷水影响，从而得到比实际温度更低的温度。对于 Na-K 温标而言，其建立在地热水与碱性长石之间的平衡上（Giggenbach,1988），其在未成熟水条件下，系统中离子反应尚未达到平衡，因此该温标计算结果可能偏高（孙红丽等,2015），本次研究及王茜（2002）通过 K-Mg 温标的计算结果与 Na-K 温标温度之间的差值在 2562 之间。因此本文中稻城茹布温泉仅使用 K-Mg 温标值，其求得温度可能略低于实际热储温度，但由于其温度较低对 K-Mg 温标适用性更好，所以误差应该是有限的，除此之外其余温泉均使用上述两种温标的平均值作为最终实际热储温度的值，并提供一些 Li-Na 以及Li-Mg 等其他阳离子温标的计算结果作为参考（附表 5*）。利用热储温度，通过以下公式可求得区域温泉流体的循环深度：H=(T T0)/g+h式中：H 为循环深度（km）；T 为地热水的热储温度（）；T0为研究区平均气温（），研究区平均气温取 4.1；地温梯度（g）取 32.15/km（姜光政等,2016）；h 为常温带深度，取 20 m。共求得上述五个温泉的循环深度（附表 5*）。经计算该研究区五个温泉的循环深度分布范围在 2.3 km5.0 km，距离稻城县城最近的稻城茹布温泉的循环深度最小，为 2.2 km，其余四个温泉的循环深度较为接近，其循环深度分布在 4.1km5.0 km 之间。值得注意的是虽然部分温标的计算结果之间存在较大的差异，但在几乎所有温标的计算结果中，稻城仲堆温泉以及稻城日东温泉都具有更高的热储温度，这两个温泉出露于同一山坡，且具有相同的补给源（高志友等,2004），处于断裂交汇位置并且有着更深的水热循环可能是产生这一现象的原因。4.3温泉气体特征 4.3.1温泉气体组分特征根据稻城地区温泉气体的主要组分可以将本次研究中采集了温泉气体的 5 个温泉划分为 2 种类型，第一类为稻城杜鹃温泉和稻城茹布温泉，是以 N2为主要组成部分的温泉，N2浓度均大于85.00%。第二类为稻城日东温泉、俄扎温泉与稻城仲堆温泉，这些温泉气体以 CO2或 CH4为主要组 成 部 分，CO2浓 度 分 别 为 86.95%、95.96%和38.30%，其中稻城仲堆温泉的温泉气体还含有大量的 CH4，浓度可达 36.08%。4.3.2氦来源氦共有 2 个稳定同位素分别是3He 和4He，这两种同位素在大气、地壳与地幔中的丰度具有明显的差异，在这三种不同圈层中可供参考的3He/4He分 别为 1.4106、2.0108、1.2105（ONions andOxburgh,1988;Ballentine et al.,2005），且大气中的这一比值常表示为 Ra。本次研究中除仲堆温泉以外共测得五个温泉气体样品的3He/4He，将测得的3He/4He 值直接除以 Ra 标准值后可以得出：这些温泉气体中3He/4He 的变化范围为 0.08 Ra0.56 Ra，平均值为 0.23 Ra。为了估算温泉气体中来自地幔的氦的比例，将这些样品投入3He/4He 与4He/20Ne 比值关系图（Ballentine et al.,2005）见图 8，其中温泉幔源氦比例均在 0.4%2.4%之间（见附表 6*）。因此，温泉气体中的氦主要是来自于地壳，只有在稻城仲堆的温泉气体中有明显的幔源氦（2%），岩石圈以及软流圈地幔岩石的部分熔融是地幔 He 脱气的主要来源（Ballentine and Burnard.,2002），断裂带的规模与性质对幔源流体的上涌起着决定性作用（Tamburello et al.,2018），在青藏高原东缘的张性断裂以及大型走滑断裂系统，可以为变质二氧化碳和地幔氦等深层地热挥发物提供通道，鲜水河断裂是川滇地块及周缘中典型的大型活动走滑断裂，因此其幔源挥发物上升较多（Tian et al.,2021）。稻城地区幔源流体上涌少于周边断裂地区可能归因于较浅的断裂深度，同时稻城地区主要的构造均呈现压性特征（王茜,2002），这可能也对该区域的深源流体上涌产生了影响。在研究区内稻城仲堆温泉具有最高的幔源氦比例，这与其出露于断裂交汇部位有关，这种趋势源于转换挤压导致断裂带破碎化程度和渗透性增加，从而对幔源流体上涌起到了促进作用（徐胜等,2022）。*数据资料联系编辑部或者登录本刊网站获取。380沉积与特提斯地质（2）4.3.3温泉气体组分特征在温泉气体中的含碳化合物中，不同的碳同位素组成中包含着关于温泉气体来源的信息（Hilton,1996；Zhou et al.,2020）。但是温泉气体中不同来源的同位素组成会相互重叠，难以直接通过其碳同位素组成来解析气体的来源，所以通常用 CO2/3He与 13Cco2的比值关系来解析 CO2的来源（Sano andMarty,1995；Hilton,1996）。在 CO2/3He-13Cco2图解中分别有三个端元，分别代表幔源（M）、灰岩来源（L）与有机质来源（S）。本次研究测得五个温泉采样点的气体同位素含量，这些气体的 CO2/3He 比率范围为 5.311072.851015，其中稻城日东温泉和俄扎温泉的温泉气体是以 CO2气体为主（85%），而其余温泉的温泉气体中 CO2含量较低