内蒙古锡盟火山区地热资源及其新生代岩浆活动成因研究

The Xilingol Volcanic Area in the Inner Mongolia in northern China experienced multiple phases of volcanism over the Miocene to Holocene epochs. The Cenozoic volcanism resulted in the formation of the Abaga, Beilike, and Dalinuoer three major basalt fields and about 300 volcanic cones. Intensive intrusion of vast amount of mantle originated magma from the asthenosphere into the crust and out to the ground surface must have been accompanied by the transportation of earth's internal energy from the mantle to the shallower depths. This geothermal-geophysics and volcano-petrology interdisciplinary project is intended to evaluate the geothermal resource potential and its causal relationship with the Cenozoic volcanism in this region. At the geothermal-geophysics front, we plan to systematically measure borehole temperatures, geothermal gradient, thermal physical properties of the rocks, and terrestrial heat flow, as well as to characterize the pattern of the crustal thermal structure with respect to the characteristics of the variations of other related geophysical properties. Whereas at the volcano-petrology front, reports on whole rock and xenolith petrological measurement will be analyzed for insights into the composition and the generation of the basalts, the possible existence of crustal magma chambers, and the temporal and spatial evolution of the volcanism which is related to the transportation and storage of thermal energy. A thermo-tectonic model of the lithosphere will be developed and the geothermal energy prospect will be evaluated based on the geothermal measurements and petrologic analyses. This project bears importance to fostering geothermal research and energy development in volcanic areas in China.

内蒙古锡林郭勒盟地区中新世到全新世经历了多期强烈的火山活动，形成了包括阿巴嘎、贝力克和达里诺尔等三大火山群约300座火山和大片熔岩台地在内的新生代玄武岩。强烈的幔源岩浆侵入和喷发必然伴随着地球内部热能从深部向地壳浅部的转移和富集。本项研究拟采用地热地球物理与火山岩石学结合的方法，研究这一地区的地热资源分布及其与新生代岩浆活动的关系。在地热地球物理方面，我们将开展钻孔地温测量、岩石热物性测试和相关地球物理探测，分析这一地区的大地热流和地温场分布特征及其与其它地球物理和区域构造特征的关系；在火山岩石学方面，我们将根据火山岩及其壳、幔岩石捕虏体的岩石学和年代学测试分析结果，研究这一地区岩浆生成深度、活动旋回、壳内岩浆囊等与能量运移和富集相关的过程。在上述工作基础上建立新生代岩石圈构造热演化模型，进而评估锡盟火山构造区的地热资源潜力。本项研究的成功实施对推动地热能源开发和火山地热研究都将具有重要意义。

内蒙古锡林郭勒盟地区中新世到全新世经历了多期强烈的火山活动，形成了约300座火山和大片新生代玄武岩台地。强烈的幔源岩浆侵入和喷发必然伴随着地球内部热能从深部向地壳浅部的转移和富集，但此前这一地区地热研究程度很低。本项目执行期间，研究团队在内蒙东部地区开展了野外钻孔温度测量、岩石热物性测量、大地热流和岩石圈热结构分析、大地电磁测深、火山区岩浆活动热扩散过程模拟和火山区高光谱遥感影像玄武岩信息提取等工作，组织了三次野外作业，分别对二连盆地乌里雅斯太凹陷和白音查干凹陷7口超千米深钻井、银根-额济纳旗盆地4口超千米深钻井和盆地以外火山区25口浅井进行了系统温度测量，累计测温深度超过25,000m，并采集了26口钻孔共计225个岩石样品进行岩石热导率和放射性生热率测量。阶段性研究结果表明，研究区大地热流变化范围为61-90 mW/m2，平均值77.8+/-3.2 mW/m2，明显高于中国大陆地区平均热流61.5mW/m2。综合利用地表测量数据推算的热岩石圈厚度为68-98km。大地电磁测深结果进一步揭示，研究区中下地壳存在电阻率<10Ωm的低阻体，可能是由局部熔融体或者含水硅酸盐熔体高导异常引起。根据火山岩矿物包裹体和捕虏体的温压计分析，锡盟火山区及周边地区在石炭纪-二叠纪和三叠纪的古热流为90~120 mW/m2，新生代中新世的古热流为60~80 mW/m2。研究区岩石圈热演化与太平洋板块俯冲作用、古亚洲洋闭合作用以及华北克拉通破坏有关。由于具有高热流背景，研究区内地热资源储量巨大，二连盆地水热型地热资源总量折合标准煤4,501亿吨。项目团队成员迄今已经发表SCI论文3篇，核心期刊论文2篇，召集国际学术研讨会2次，主办国内学术研讨会1次，国际会议论文（或摘要）11篇，国内会议14篇，更多成果还将继续提炼和发表。本项目还培养了硕士生4名，另有2名博士生和1名硕士生在读。