喜马拉雅山南地区地热水和钙华地球化学特征与成因机制_黄豪擎.pdf

黄豪擎，袁兴成，彭清华，等，2023.喜马拉雅山南地区地热水和钙华地球化学特征与成因机制J.沉积与特提斯地质，43(2)：340356.doi:10.19826/ki.1009-3850.2023.05004HUANG H Q，YUAN X C，PENG Q H，et al.，2023.Geochemical characteristics and genetic mechanism ofgeothermal water and travertine in the southern HimalayasJ.Sedimentary Geology and Tethyan Geology，43(2)：340356.doi:10.19826/ki.1009-3850.2023.05004喜马拉雅山南地区地热水和钙华地球化学特征与成因机制黄豪擎1,2，袁兴成3，彭清华1,4*，郭游1，薛仲凯5，旦增1，李健1，刘振峰1，巴桑次仁1，孙飞1，袁胜1（1.中国地质调查局军民融合地质调查中心，四川成都610036；2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都610059；3.西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川成都611756；4.成都理工大学能源学院，四川成都610059；5.中国地质调查局西安矿产资源调查中心，陕西西安710100）摘要：喜马拉雅山南地区拥有丰富的地热资源。开展地热水和钙华成因机制的研究，有助于了解地热资源特征和古气候变迁信息，对丰富山南地热资源的系统性研究和青藏高原气候环境变化研究均具有重要理论意义。本文以喜马拉雅东段山南地区的邛多江、古堆和曲卓木的三个温泉为研究对象，通过采集温泉地热水和钙华数据，综合分析了地热水水-岩作用特征、热储温度估算、补给来源追溯和温泉钙华的成因类型、形成年代、古气候意义等。结果表明：邛多江温泉的水化学类型为HCO3Cl-NaCa 型；古堆日若沸泉的水化学类型为 HCO3SO4-CaNa 型；古堆茶卡沸泉的水化学类型为 Cl-Na 型；曲卓木热泉的水化学类型为 ClSO4-NaCa 型。温泉地热水中的阴阳离子来源主要是硅酸盐岩的溶解以及部分碳酸盐岩和盐岩的溶解。由于温泉地热水均未达到水-岩平衡状态，利用石英地热温标得出浅部热储温度为 129148，利用硅-焓图解得出深部热储温度和冷水混合比例为 181221 和 58%65%；氢氧同位素显示地热水补给高程为 4 4675 303 m。在山南地区，地热水受到高海拔大气降水和冰雪融水的补给，通过主要断裂构造运移到深部加热并在高温高压下沿着裂隙、节理上升，然后与浅层冷水混合，最后沿浅部地表松散破碎带出露形成温泉。温泉钙华 CaO 占比 43.43%56.66%，且显示出轻稀土元素富集的特点；13C 指示温泉钙华为热成因，钙华中的碳主要来自于深部碳酸盐岩的变质成因，仅古堆日若沸泉有部分地幔碳；14C 测年显示钙华的年龄为 21 2807043 500 年，Mg/Ca、Mg/Sr 比值指示降雨量在 43.50 ka 年由峰值迅速减弱，并在 42 ka21.28 ka 年期间降雨量又逐渐增强。关键词：水文地球化学；温泉钙华；热储温度；氢氧同位素；碳同位素中图分类号：P314 文献标识码：AGeochemical characteristics and genetic mechanism of geothermal water andtravertine in the southern HimalayasHUANG Haoqing1,2，YUAN Xingcheng3，PENG Qinghua1,4*，GUO You1，XUE Zhongkai5，DAN Zeng1，LI Jian1，LIU Zhenfeng1，BASANG Ciren1，SUN Fei1，YUAN Sheng1 收稿日期：2023-01-18；改回日期：2023-05-03；责任编辑：黄春梅；科学编辑：崔晓庄作者简介：黄豪擎（1993），男，工程师，主要从事环境地质、能源地质和岩石地球化学研究工作。E-mail：通讯作者：彭清华（1984），男，在职博士，高级工程师，主要从事油气地质、地热地质综合地质研究工作。E-mail：资助项目：西藏错那-察隅地区地热资源调查评价（DD20211548）、国家自然科学基金（42072313）、四川省重点研发项目（23ZDYF2589）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.2023（1.Civil-Military Integration Center of China Geological Survey,Chengdu 610036,China；2.State Key Laboratory ofGeohazard Prevention and Geoenvironment Protection,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China；3.Faculty ofGeosciences and Environmental Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 611756,China；4.College of Energy,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China；5.Xian Mineral Resources Survey Center of China GeologicalSurvey,Xian 710100,China）Abstract：The southern Himalayas is rich in geothermal resources.The study of the formation mechanism of geothermal water andtravertine is helpful to understand the characteristics of geothermal resources and the information of paleoclimate change.It is ofgreat theoretical significance to enrich the systematic study of geothermal resources in Shannan and the study of climatic andenvironmental changes in Qinghai-Tibet Plateau.In this study,three hot springs in Qiongduojiang,Gudui and Quzhuomu in Shannanarea of eastern Himalayas are taken as the research objects.By collecting the data of hot spring geothermal water and travertine,thecharacteristics of geothermal water-rock interaction,the estimation of geothermal reservoir temperature of geothermal water,thetraceability of geothermal water supply source,the genetic type and formation age of hot spring travertine and the climaticsignificance of travertine are comprehensively analyzed.The results show that the hydrochemical type of Qiongduojiang hot spring isHCO3Cl-NaCa type;The hydrochemical type of Guduiriruo boiling spring is HCO3SO4-CaNa type.The hydrochemical type ofGuduichaka boiling spring is Cl-Na type;The hydrochemical type of Quzhuomu hot spring is ClSO4-NaCa.The source of anionsand cations in hot spring geothermal water is mainly the dissolution of silicate rocks and the dissolution of some carbonate rocks andsalt rocks.Since the hot spring geothermal water has not reached the water-rock equilibrium state,the shallow thermal reservoirtemperature is 129148C by using the quartz geothermal temperature scale,and the deep thermal reservoir temperature and coldwater mixing ratio are 181221C and 58%65%by using the silicon-enthalpy diagram.Hydrogen and oxygen isotopes show thatthe geothermal water supply elevation is 4 467 5 303 m.In Shannan area,geothermal water is recharged by high-altitudeatmospheric precipitation and ice and snow melt water.It migrates to the deep through the main fault structure to heat and rises alongthe fissures and joints under high temperature and high pressure.Then it is mixed with shallow cold water,and finally exposed alongthe shallow surface loose fracture zone to form a hot spring.Hot spring travertine CaO accounts for 43.43%56.66%,and shows thecharacteristics of light rare earth element enrichment;the 13C indicates that the hot spring travertine is thermogenic,and the carbonin travertine is mainly derived from the metamorphic origin of deep carbonate rocks,and only part of mantle carbon is found inGuduiriruo boiling spring;14C dating shows that the age of travertine is 21 2807043 500 years,the ratios of Mg/Ca and Mg/Srindicate that the rainfall decreased rapidly from the peak in 43.50 ka,and gradually increased from 42 ka to 21.28 ka.Key words：hydrogeochemistry；hot spring travertine；reservoir temperature；hydrogen and oxygen isotope；carbon isotope 0引言近年来地热资源愈发受到世界各地的关注和开发利用（Guo et al.,2017；Karimi et al.,2017），我国高温地热系统主要分布在西藏、云南和四川西部等地区（廖志杰，1999），西藏作为地中海-喜马拉雅地热带的重要组成部分，拥有丰富的地热资源（Wang et al.,2018）。研究区位处西藏南部山南地区，显示出较高的地温场，发育温泉水温达 83，可见钙华出露（蒙晖仁等，2023）。前人研究主要集中在研究区的地热水水化学、形成机理等（Guo et al.,2019；Liu et al.,2019；Wangand Zheng,2019；王思琪，2017；章旭等，2020），以及区域上温泉钙华形成的影响因素、C-O 同位素指示来源、年代学、古气候信息等（牛新生等，2017；章旭，2019；刘海生等，2020；杜磊，2021）。但在研究区温泉水化学与钙华相结合的成因机制、古气候信息的研究较为薄弱，亟需开展系统性研究，为喜马拉雅山南地区地热资源的开发利用和生态环境保护提供科学指导。地热资源的开发利用需要分析地热水的地球化学特征，以便了解地热资源特征（Li et al.,2020）。运用 Schller 图、Piper 三线图展示地热水中常量元素的物理参数变化和识别水化学类型（Piper,1944；Zhang et al.,2018）。利用吉布斯图描述影响地下水水化学成分的主导因素，并结合离子组合摩尔比值图、锶同位素和矿物饱和指数的分析，综合分析地热水水-岩作用特征和影响因素（Pu et al.,2023 年（2）喜马拉雅山南地区地热水和钙华地球化学特征与成因机制341 2012；Singh et al.,2017；Marandi and Shand,2018；孙岐发等，2020；张云辉等，2021；Yu et al.,2022）。通过判断地热水平衡状态并结合 SiO2温度计和硅-焓图解法估算地热水热储温度，开展 D 和 18O 同位素研究追溯地热水补给来源和补给高程（Fournier,1977；Truesdell and Fournier,1977；Giggenbach,1988；Xu et al.,2022；袁兴成等，2023）。温泉排出地表过程形成的钙华，可用于解释局部水文循环中的物质迁移规律，亦可分析常量、微量元素，利用碳同位素（13C 和14C）确定钙华类型、形成年代和古气候信息 解 读（Pentecost,1995；Ford and Pedley,1996；Andreo et al.,1999；刘再华等，2000；汪智军等，2018）。本文以喜马拉雅山南地区邛多江温泉、古堆日若沸泉、古堆茶卡沸泉和曲卓木热泉为研究对象，利用温泉地热水的水化学物理参数、锶同位素和氢氧同位素以及温泉钙华的成分特征和碳氧同位素特征，分析探讨地热水水-岩作用特征、热储温度估算、补给来源追溯；温泉钙华的常量和微量元素特征、类型和形成年代以及指示的气候意义，对喜马拉雅山南地区地热水和钙华的形成和演化进行较为系统的研究。以期为该区地热资源可持续开发和保护提供参考依据，对丰富藏南地热资源的系统性研究和青藏高原气候环境变化研究具有重要理论意义。1研究区概况自新生代以来，印度板块和欧亚板块的碰撞引发了青藏高原的隆起。同时，印度陆壳向青藏高原俯冲，导致深部地壳发生部分熔融，并为青藏高原地热资源的形成提供了构造背景和热条件（Tan etal.,2014）。青藏高原构造单元由一系列东西走向的大陆块组成：松潘-甘孜、羌塘、拉萨、特提斯喜马拉雅、高喜马拉雅和小喜马拉雅（Wang et al.,2020）。青藏高原历经强烈热液活动，一般被认为是大陆增生的后生产物（Zhang et al.,2015）。研究区（图 1a）温泉大地构造位置属拉轨岗日被动陆缘盆地（曹华文等，2022），位处西藏南部南北向裂谷带最东侧的错那-沃卡裂谷中部。该裂谷南起西藏错那县南，向北经拿日雍错、扎西康矿区、古堆地热田、雅拉香波穹隆等，包含三个地堑，由北向南依次为：沃卡地堑、邛多江地堑、错那-拿日雍错地堑，它们横切第三纪和 EW 向构造带或逆冲断裂，堆积了厚度不等的沉积物（王思琪，2017）。青藏高原几乎所有的地热泉中都广泛沉积了大规模的硅石烧结体或钙华，尽管现今的地热活动规模较小，但仍分布着厚而古老的地热沉积阶地（Zheng,1989；Tan et al.,2018）。研究区现代气候为典型的大陆高原温带半干旱季风气候，年均气温 8.2；年均降水量 408 mm，主要集中在 6 月至 9 月；地势北高南低，平均海拔4 500 m，热水的沸点为 83（王思琪，2017）。研究区域的地表水相对发育，出露的温泉均在河流附近（图 1b）。青藏高原南部的基底岩石主要是前寒武纪变质岩（Guynn et al.,2006）。覆盖层序包括古生代至中生代沉积岩，如页岩、石灰岩和砂岩；此外，还出露了中新生代岩浆岩（Zhu et al.,2013）。在曲卓木地区，主要地层单元有：全新统冲积层、早白垩系砂岩和英安岩、晚侏罗纪石英砂岩和粉砂岩、中侏罗系岩屑砂岩和杏仁玄武岩、早侏罗纪厚层灰岩（董随亮等，2018）。在古堆地区随着深度的增加，主要层序单元：第四系洪水冲积层和第四系硅华、侏罗系日当群、三叠系涅如组和白垩系闪长岩或辉绿岩（廖志杰和赵平，1999）。在邛多江地区主要出露第四系更新统地层。2样品采集与测试方法于 2022 年 8 月 1012 日，在西藏南部的邛多江、古堆和曲卓木地区采样了 5 个温泉地热水和5 个温泉钙华样品（9146N9206N、2812E2855E）。对于地热水样品，现场测定使用德国Multi3630IDS 便携式多参数水质分析仪，测量了地热水的温度、pH 值和溶解性总固体（TDS）。在采样现场，HCO3采用格兰氏滴定法测量。水样使用0.45 m 过滤膜过滤，550 mm 高密度聚乙烯瓶收集水样。取样前，这些瓶子至少清洗和漂洗三次。在现场工作结束后，采集的样品送至科荟测试（天津）科技有限公司进行水质全分析和同位素分析。使用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）分析样品中的主要阳离子（K+、Na+、Ca2+和 Mg2+）,而阴离子（Cl和 SO42）通过离子色谱法（Diona ICS-1100）进行分析。对于所有样品，主要阳离子和阴离子之间的电荷平衡误差低于10%。氢、氧、锶同位素使用电感耦合等离子体质谱分析仪（ICP-MS）在温度 25，湿度 50%条件下进行检测。结果以维也纳标准平均海洋水（V-SMOW）作为标准,采用传 342沉积与特提斯地质（2）统的（）表示法,D 和 18O 的分析精度分别为0.6%和0.2%。对于温泉钙华样品，于现场采集后送至实验室检测，常量元素分析采用 AxiosmaxX 射 线 荧 光 光 谱 仪 完 成，微 量 元 素 分 析 采 用NexION300D 等 离 子 体 质 谱 仪 完 成。利 用FinniganMAT-253 稳定同位素质谱仪测定 C-O 同位素，采用常规的 以千分数（）表示。3实验结果 3.1地热水水化学特征表 1 所示邛多江温泉、古堆日若沸泉、古堆茶卡沸泉和曲卓木热泉（1 和 2）地热水的主要物理性质和化学成分，Schller 图（图 2）指示藏南地热水的物理化学参数变化（Zhang et al.,2018）。研究区地热水的出露温度变化范围为 3683（均值74），其中邛多江温泉的温度最低（36），其它均较高；地热水 pH 值变化范围为 6.598.42（均值7.33）；地热水 TDS 变化范围 3962 910 mg/L（均值1 717 mg/L），其中 TDS 最大、最小的温泉分别为邛多江温泉、古堆日若沸泉。研究区地热水主要阳离子为 Na+和 Ca2+，含量范围分别为 38.79596.00mg/L（均值 320.76 mg/L）、3.60218.00 mg/L（均值106.84 mg/L）；其次为 K+，含量范围为 5.2771.60mg/L（均值 44.57 mg/L）；最低的为 Mg2+，含量范围 古堆日若沸泉曲卓木热泉邛多江温泉日当镇曲卓木古堆第四系全新统Qh第四系更新统Qp白垩系下统甲不拉组Kj1-2侏罗系上统桑秀组三叠系涅如组J k w-s31Jz2-3侏罗系中统遮拉组J lr2侏罗系中下统陆热组Jr1-2侏罗系下统日当组细粒闪长岩早白垩系基性岩脉断层河流T n3温泉点图例热荣古堆茶卡沸泉9136东290北286北290北2830北286北920东9224东9136东920东9224东印度河-雅鲁藏布江缝合带班公湖-怒江缝合带金沙江缝合带研究区2830北(a)(b)古生界曲德贡岩组Pzq前寒武系亚堆扎拉岩群Ano始新世-中新世白云母花岗岩始新世-中新世二云二长花岗岩体隆子河图 1 研究区区域位置图（a）(根据文献王鹏等，2016 修改)和 地质简图和采样点分布图(b)Fig.1(a)Study area location map(a)(modified from Wang et al.,2016)and geological map and sampling point distributionmap(b)2023 年（2）喜马拉雅山南地区地热水和钙华地球化学特征与成因机制343 为 0.1332.60 mg/L（均值 14.43 mg/L）。不同温泉中地热水的阴离子含量差异较大，其中 Cl、SO42和 HCO3的含量变化范围分别为 32.44710.08mg/L（均值 397.22 mg/L）、73.14453.04 mg/L（均值 247.52 mg/L）和 174.70 1 144.96 mg/L（均 值467.77 mg/L）。由各离子的平均值我们可以初步看出，研究区主要阴阳离子的大小关系分别为：Na+Ca2+K+Mg2+，HCO3ClSO42。此外，Sr2+、F和 SiO2的含量范围分别为 0.5518.50mg/L（均 值 4.79 mg/L）、0.10 13.68 mg/L（均 值4.24 mg/L）和 87.12 121.60 mg/L（均 值 103.28mg/L）。图 3Piper 三线图（Piper,1944）所示，不同位置温泉地热水的水化学类型明显不同。邛多江温泉的水化学类型为 HCO3Cl-NaCa 型，古堆日若沸泉的水化学类型为 HCO3SO4-CaNa 型，古堆茶卡沸泉的水化学类型为 Cl-Na 型，曲卓木热泉（1 和 2）的水化学类型为 ClSO4-NaCa 型。3.2温泉钙华地球化学特征在 5 个温泉钙华（表 2、表 3 和图 4a）的常量元素中，CaO 的含量最高，为 43.43%56.66%（均值52.55%），CaO 和烧失量之和的平均值为 93.47%，主要代表了方解石的含量（余石勇，2022）。SiO2含 表 1研究区地热水水文地球化学特征Table 1Hydrogeochemical results of geothermal waters in the study area样品名称高程(m)温度()pHTDSNa+K+Mg2+Ca2+ClSO42-mg/L邛多江温泉4 380366.592 910456.0071.6032.60218.00627.96150.51古堆日若沸泉4 526837.0639638.795.2710.7449.4632.4473.14古堆茶卡沸泉4 533838.422 080596.0069.200.133.60710.08203.15曲卓木热泉14 313827.281 640293.0045.9013.90107.18379.19357.76曲卓木热泉24 306827.281 560220.0030.9014.80155.98236.44453.04样品名称HCO3SrSiO2离子平衡(%)18OD87Sr/86Sr钙华13C钙华18Omg/L邛多江温泉1 144.9618.50112.845.818.47148.60.715 580+1.518.2古堆日若沸泉174.700.58106.611.416.91146.20.709 0681.526.5古堆茶卡沸泉351.400.55121.604.815.48139.30.709 701+2.115.7曲卓木热泉1322.872.2687.127.216.13130.90.715 168+2.421.6曲卓木热泉2344.922.0888.216.216.72130.20.713 193+0.526.3 TpHTDSNa+K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-102101100101102103104(mg/L)邛多江温泉古堆日若沸泉曲卓木热泉1曲卓木热泉2古堆茶卡沸泉图 2研究区地热水主要水化学参数 Schller 图Fig.2Schller diagram of main hydrochemicalparameters of geothermal waters in the study area 344沉积与特提斯地质（2）量次之 0.02%18.91%（均值 5.09%），其中古堆茶卡沸泉 SiO2含量最高，可能是该泉储层温度较高导致硅酸盐矿物析出的速率较快。TFe2O3、MgO 和 Al2O3的含量较低，分别为 0.14%1.70%、0.25%0.66%和0.05%1.23%（均值0.84%、0.66%、0.29%），含 Fe、Al 钙华多呈黄色。MgO 平均值0.66%，表明钙华中含有少量白云石。其它常量元素的含量非常低，大部分小于 0.1%。微量元素中Sr 含量最高，为 340.563 336.04 g/g（均值 1 436.74 g/g），其次为 Ba 和 Ti，分别为 37.65300.77 g/g（均值 130.43 g/g）和 1.54285.61 g/g（均值 61.13g/g）。由于稀土元素具有相似的地球化学性质，且在流体溶滤、运移、沉积过程中不易迁移，在地质过程中是以整体形式出现，因此可作为重要的物源示踪剂（杜磊，2021）。研究区温泉钙华稀土元素 表 2研究区温泉钙华常量元素含量（%）Table 2Major element content of hot spring travertine in the study area(%)样品名称SiO2Al2O3MgONa2OK2OP2O5TiO2CaOTFe2O3MnOLOI邛多江温泉1.180.060.560.020.020.040.0153.631.160.1042.25古堆日若沸泉0.051.490.020.010.020.0154.820.0643.16古堆茶卡沸泉18.911.230.580.130.190.040.0543.430.370.1934.07曲卓木热泉10.250.050.410.000.020.010.0155.201.700.4641.35曲卓木热泉20.020.070.250.010.060.0155.660.140.0443.76 100806040200Ca2+020406080100Na+K+020406080100Mg2+020406080100Cl-100806040200SO42-100806040200HCO3-100806040200Ca2+Mg2+020406080100SO42-+Cl-邛多江温泉古堆日若沸泉曲卓木热泉1曲卓木热泉2古堆茶卡沸泉图 3研究区地热水的 Piper 三线图Fig.3Piper triangle diagram of geothermal waters in the study area 2023 年（2）喜马拉雅山南地区地热水和钙华地球化学特征与成因机制345（REE）总含量为 0.3715.11 g/g（均值 3.64 g/g），明显低于西藏麻米错（20.82 g/g）和云南腾冲（8.51g/g）（杜磊，2021；余石勇，2022），表明不同地区的钙华形成过程不尽相同。轻稀土元素（LREE）和重稀土元素（HREE）的含量变化范围分别为 0.3413.56 g/g（均值 3.16 g/g）和 0.031.55 g/g（均值 0.48 g/g），轻稀土元素含量相对重稀土元素较高。轻重稀土元素标准化后比值可以反映轻重稀土的分异程度（付雷等，2019），球粒陨石标准化稀土分布模式图（图 4b）显示古堆日若沸泉、曲卓木热泉（1 和 2）和古堆茶卡沸泉温泉钙华均为右倾斜型，显示出轻稀土元素富集的特点，而邛多江温泉的倾斜现象不明显。稀土元素中 Ce 和 Eu 化学性质活泼，在地质作用过程中容易出现分馏现象，一般在酸性条件下显示出 Eu 贫集和 Ce 富集的特点，碱性条件下则相反（亨德森，1989）。研究区钙华的 Eu 和 Ce 均小于 1，表现为亏损状态。Eu 亏损是由于深部地壳在偏酸性的状态下补给 CO2给地热水，热水上升过程中脱气形成温泉钙华。Ce 亏损可能是 Ce4+的溶解度较 Ce3+的溶解度小，更难从沉积流体中沉淀析出，从而造成沉积物 Ce 的负异常（赵元艺等，2010）。邛多江和古堆茶卡沸泉的稀土元素分配系数更高，表明在形成过程中有更多外源物质加入钙华沉积（杜磊，2021）。古堆日若沸泉、曲卓木热泉（1 和 2）的钙华变化趋势相似，表明稀土含量变化趋势差异小，形成钙华的原岩成分相似。表 3研究区温泉钙华微量元素含量（g/g）Table 3The content of travertine rare earth and trace elements in hot springs in the study area(g/g)样品名称LaCePrNdSmEuGdTbDyHoEr邛多江温泉0.340.310.060.200.070.050.0780.0210.1420.0460.157古堆日若沸泉0.220.060.030.070.040.040.0040.0050.0070.0060.008古堆茶卡沸泉3.285.980.762.840.570.130.4810.0800.4080.0840.223曲卓木热泉10.200.030.020.030.030.020.0010.0040.0050.0050.006曲卓木热泉20.220.070.030.050.030.030.0070.0050.0100.0060.010样品名称TmYbLuTiRbSrPbZrBaThTa邛多江温泉0.0310.2140.0409.331.52850.820.360.4474.050.130.01古堆日若沸泉0.0050.0020.0032.950.731 717.230.330.1474.850.110.09古堆茶卡沸泉0.0370.2050.030285.6125.50939.021.828.64300.771.200.09曲卓木热泉10.0040.0010.0031.541.60340.560.250.15164.840.100.01曲卓木热泉20.0050.0050.0046.200.933 336.041.232.0037.650.100.01(%)SiO2Al O23MgO Na O2K O2P O25TiO2CaO TFe O23MnOLOI104103102101100101102(a)La Ce Pr NdSm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 103102101100101102样品/球粒陨石(b)邛多江温泉古堆日若沸泉曲卓木热泉1曲卓木热泉2古堆茶卡沸泉图 4研究区温泉钙华的常量元素变化趋势图(a)和球粒陨石标准化稀土分布模式图(b)(球粒陨石数据引自 Sun andMcDonough,1989)Fig.4(a)Change trend of major elements of hot spring travertine in the study area（a）and Chondrite-normalized REEspider diagrams(b)(chondritenormalized data after Sun and McDonough,1989)346沉积与特提斯地质（2）4讨论 4.1地热水水-岩作用特征 4.1.1控制因素分析通过分析地热水水化学特征可知，藏南地热水中的 TDS、Na+和 Cl含量均较高，说明地热水的径流路径较长，水岩作用强烈（章旭等，2019）。可以通过吉布斯图来描述影响水化学成分的主导因素。通过吉布斯图，将控制地下水化学组分的机理划分为:降水、水岩和蒸发作用 3 种（Marandi and Shand,2018）。图 5 绘制了藏南 5 个温泉中地热水的吉布斯图。从图中可以看出，古堆日若沸泉位于水岩作用区，邛多江温泉、曲卓木热泉（1 和 2）和古堆茶卡沸泉则位于水岩作用区和蒸发作用区的过渡带，均远离大气降水区，说明研究区地热水水化学成分的控制因素主要是由水岩作用控和蒸发作用共同控制。4.1.2离子组合比分析岩盐溶解产生的（Na+K+）和 Cl之间的摩尔比关系通常用于揭示地下水中 Na+和 K+的来源（孙岐发等，2020）。图 6a 可以看出，研究区地热水样点均略微偏离 y=x 线，趋向于 Na+K+轴，说明地热水中存在岩盐的溶解，但 Na+和 K+并不是完全来自于岩盐，还可能由其它矿物溶解提供，如硅酸盐矿物（钠、钾长石等）的溶解；地下水中的 Ca2+和 Mg2+主要来自碳酸盐或硅酸盐及蒸发岩的溶解，因此可以用（Ca2+Mg2+）/（HCO3+SO42-）之间的摩尔比来判断 Ca2+和 Mg2+的主要来源（Yu et al.,2022）。如图 6b所示，研究区地热水样点偏向于 y=x 线上方，说明地热水中 Ca2+和 Mg2+主要是来自硅酸盐溶解以及部分岩盐和碳酸盐的溶解；Ca2+与 HCO3和（Ca2+Mg2+）与 HCO3之间的摩尔比值可判断碳酸盐岩溶解对水中主要离子成分的影响（严宇鹏等，2022）。如图 6c 和 6d，古堆茶卡沸泉的 HCO3偏高，多余的 HCO3可能来自深部 CO2溶解。邛多江温泉样点位于方解石溶解线附近，说明该温泉的 Ca2+与HCO3受到方解石的影响较大。古堆日若沸泉和曲卓木热泉（1 和 2）的 Ca2+和 Mg2+含量偏多，可以利用 Ca2+和 Mg2+的摩尔比来进一步阐明碳酸盐的溶解（Hamzah et al.,2017；Zhang et al.,2021b）。可以看出地热水中的 Ca2+也受到硅酸盐溶解的影响（图 6f），多余的 Ca2+可能是来自钙硅酸盐矿物的溶解（张云辉等，2021）；Ca2+与 SO42之间的摩尔比值呈 y=x 的线性关系，则表明水中的 Ca2+和 SO42来源于石膏的溶解反映（Zhang et al.,2021c；章旭等，2023）。研究区地热水样点均偏离石膏溶解线，说 水岩作用00.20.40.60.81.0(b)00.20.40.60.81.01110210310410510)L/gm(SDT(a)+2+Na/(Na+Ca)1110210310410510)L/gm(SDT-Cl/(Cl+HCO)3邛多江温泉古堆日若沸泉曲卓木热泉1曲卓木热泉2古堆茶卡沸泉蒸发作用大气降水水岩作用蒸发作用大气降水图 5研