川西鲜水河断裂带典型地热异常区热流体硼同位素及其指示意义的研究

The geothermal zone of western Sichuan, as one of three high-temperature zones in the Chinese inland, is abundant in geothermal resource and the occurrence of various types of hot springs. In general, the fluid of high-temperature geothermal systems contains high-concentration of Boron. Boron has been found to be soluble and conservative and to have isotopic characteristic that exhibit large natural variation, which are used to determine the water and rock interaction processes. In this study, we perform measurements of hydrogeochemistry and isotopes in geothermal fluids collected from hot springs and production wells in the geothermal system of Kangding yulin palace and Yalla River. Furthermore, boron isotopic compositions and its indicative significance for geothermal field and/or systems will be conducted in the study area for the first time. Based on these data above, an endmember model is established for isotopic signature of boron sources and contributions. In addition, the relationship between boron and its isotopic composition of thermal waters and seismological activity is also discussed in our study. The results are instructive for improving the methods and theory of geothermal research, and are also useful for the management and utilization of geothermal water resource for local government.

川西高温地热带属于我国内陆三大高温地热带之一，其出露各种类型的热泉，孕育着丰富的地热资源。而热水系统，尤其是高温地热系统中通常含有较高浓度的硼。硼元素因具有易溶、保守性，且其同位素分馏较显著而被用于示踪地热系统水岩相互作用。本研究拟对川西鲜水河断裂带上发育的雅拉河地热系统、康定城区地热系统和榆林宫地热系统开展热水水化学和同位素特征的研究，并首次尝试在上述区域开展地热水中硼同位素组成及其指示意义的研究。通过本研究获取区内地热水中硼同位素的组成特征，识别高浓度硼的补给端元，建立热流体中硼同位素特征值的端元模型，估算各补给端元的贡献比例，并进一步探讨热水硼含量及其同位素组成对区域地震活动的响应特点。相应的研究成果能够丰富川西高温地热系统的研究方法和理论，并对地方地热资源开发利用和管理提供科学依据。

鲜水河断裂带是世界最著名的活动带之一，该断裂带出露各种类型的热泉，属于川西高原典型的中-高温地热系统。高温地热系统通常含有高浓度的硼（B），其物源信息和同位素组成对研究地热系统溶质演化、热源信息和热储结构具有重要的指示意义。本研究以鲜水河断裂带典型地热系统为研究对象，开展热泉（孔）地热水化学组分和同位素组成特征的研究，以识别地热水溶质组分的演化过程，判定热水B物质来源及端元信息，估算补给端元的贡献比值。研究结果显示：（1）鲜水河断裂带地热水化学类型以HCO3-Na型热水为主，部分高温热储水化学类型为HCO3•Cl-Na型。地热水含有较高浓度的B、F、Li和Sr微量组分。（2）区内热泉（孔）热储温度估算值为78℃～282℃，以康定榆林村地热系统热储温度最高（浅层120℃～150℃，深层160℃～182℃），推算热水循环深度为1260m～5788m。（3）研究区地热水为大气成因类型，大气降水和冰雪融水为主要补给来源，其补给高程为1869m～4455m。（4）区内地热水溶质组分演化受硅酸盐岩、碳酸盐岩和蒸发岩矿物溶解、沉淀，阳离子交换过程及冷热水混合过程影响，且绝大多数热泉（孔）冷水混合比例高达90%。（5）研究区地热水中B来源具有多元性，其浓度组分和同位素组成受热储温度、pH值及围岩矿物溶解、沉淀过程影响，且对地震构造活动具有一定的响应。（6）基于三元混合模型初步估算了研究区地热水B贡献端元比值，其大气来源、幔源、围岩B贡献百分比分别为5.0%～74.3%、8.7%～91.7%和0.3～69.9%。研究成果能够丰富区域地热系统的研究方法和理论，对并后期研究提供科学依据。