地热水中竞争巯基化影响下的砷、锑形态分布：以西藏阿里典型水热区为例

砷、锑是地热水中的典型有害组分,受地热水独特水化学条件影响,常呈现与其他类型天然水体相异的形态分布特征。本文以西藏阿里的朗久、曲色涌巴、门士、莫落江等地热区为研究区,分析了含硫化物地热水中砷、锑在竞争巯基化过程影响下的形态分布特征。受富砷、锑岩浆流体输入或高温条件下热储围岩加强淋滤的影响,上述地热区排泄的地热水中砷、锑浓度范围分别可达5 833～20 750μg/L和579～2 129μg/L。地热水中砷以亚砷酸盐和砷酸盐为主要存在形态,但同时存在占总砷百分比在0.1%～55.1%之间的硫代砷酸盐;与砷的情况不同,地热水中锑检测出的形态均为亚锑酸盐和/或锑酸盐,所有样品中均未检出硫代锑酸盐。考虑到相当一部分地热水样品的S/Sb摩尔比在理论上满足硫代锑酸盐的形成条件,且所有样品中砷的富集程度均不同程度高于锑,我们认为地热水中锑的含氧络阴离子的巯基化过程受到了共存砷的强烈抑制。在硫化物相对于砷、锑总量并不充分盈余的情况下,砷的竞争巯基化是控制地热水中硫代锑酸盐形成的最重要因素。本工作及其研究结果有助于深入理解西藏地热水环境中砷、锑的环境地球化学行为。     

腾冲热海地热田高温热泉中的硫代砷化物及其地球化学成因

以我国大陆范围内典型的岩浆热源型水热系统——云南腾冲热海为研究区,在国内首次对热泉中硫代砷化物含量及其地球化学成因进行了分析.研究采用的在野外对富硫化物水样进行快速冷冻处理、而后在实验室进行砷的形态分离和测试的方法明显优于当前通用的水样砷含量及其形态分析的预处理和测试方法.主要原因为后者在采样现场对水样的酸化处理可使样品中三硫代砷酸盐以非定形态硫砷化合物的形式沉淀,且用常规阴离子交换柱在野外无法实现硫代砷酸盐的完全回收及其与砷酸盐的分离.受岩浆流体输入和热储内高温条件下强烈流体-岩石相互作用的控制,热海水热系统排泄的中性-偏碱性热泉中富集硫化物和砷,为热泉中硫代砷化物的形成提供了必要条件.热海热泉中检出的硫代砷化物包括一硫代砷酸盐、二硫代砷酸盐和三硫代砷酸盐,在总砷中所占比例最高分别可达26.7%、43.3%和33.7%.热海地热田的2个子区(硫磺塘和澡塘河) 的热泉沿不同断裂带出露,地热水升流过程中经历的冷却方式也不同,使硫磺塘热泉具有相对较高的总硫化物含量和总砷含量,并导致其中各类硫代砷酸盐具有更高的含量范围.      

西藏玛旁雍错地热水地球化学特征及其成因机制分析

西藏地区位于欧亚板块与印度板块碰撞造山带,构造活动强烈,具有丰富的地热资源。本次研究在西藏阿里地区水热活动强烈的玛旁雍错地热田实地采集地表热泉样品进行水化学分析,依据地热水水化学特征,评估研究区热储平衡状态与热储温度,分析地热水在深部的水文地球化学过程,识别地热系统深部热源类型并阐明地热系统成因机制。通过此次研究表明：区内地热水主要为碱性Cl-Na型或HCO₃-Cl-Na型水和酸性SO₄-Na型水,地热水在深部已经与热储围岩达到完全平衡状态,通过地热温标计算热储温度在200℃左右;地热地表显示、热水水化学组分特征、热储温度类型等分析揭示玛旁雍错为岩浆热源型地热系统,地表不同类型地热水是深部母地热流体沿断裂向上运移过程中经不同水文地球化学过程形成。     

西藏搭格架高温热泉中钨的水文地球化学异常

西藏搭格架水热区的热泉含异常高浓度的钨,其钨/钼比也远高于常见天然水.开展了搭格架典型热泉的地球化学研究,发现中性热泉的钨浓度显著高于偏酸性热泉:前者是深部母地热流体经绝热冷却、传导冷却等过程后排出地表而形成,其中的钨主要来自岩浆水的贡献;而后者为中性地热水和蒸汽加热型强酸性水的混合产物,贫钨蒸汽加热型水的稀释使其钨浓度不同程度降低.在地热水中,钨与典型保守组分氯相似,不易自液相沉淀或被热储介质吸附;但地热水含硫化物时,钼则极易以辉钼矿的形式沉淀,导致搭格架热泉的钨/钼比偏高.虽然搭格架地热水中存在硫化物,但钨在水中主要以钨酸盐的形式存在,少量硫代钨酸盐的形成对钨的水文地球化学过程影响不大.      

高温富硫化物热泉中硫代砷化物存在形态的地球化学模拟:以云南腾冲热海水热区为例

天然水环境中地质成因砷的存在是世界范围内对人类威胁极大的环境问题之一.在高温富硫化物地热水中,硫代砷化物是砷的主要存在形态之一.在国内尚无硫代砷化物定量检测方法的背景下,以云南腾冲地热带的热海水热区为典型研究区,基于不同类型硫代砷化物的最新化学热力学数据wateq4f.dat,利用水文地球化学模拟软件PHREEQC开展了不同类型热泉中砷的存在形态的地球化学模拟.结果表明,热海热泉中砷的主要形态是硫代砷酸盐,砷酸盐和亚砷酸盐次之,硫代亚砷酸盐则含量极低;在各类硫代砷酸盐中,按平均百分含量降序依次为:一硫代砷酸盐→三硫代砷酸盐→四硫代砷酸盐→二硫代砷酸盐.pH、Eh和总硫化物含量是热泉中砷的形态分布的控制性因素.在酸性条件下,砷以硫代砷酸盐和亚砷酸盐为主要存在形式;而在中性/偏碱性条件下,砷的形态则以硫代砷酸盐为主,砷酸盐次之.偏还原环境和高硫化物含量是硫代砷化物、特别是三硫代砷酸盐和四硫代砷酸盐稳定存在的有利条件.      

云南腾冲热海高温地热水中汞的地球化学异常及其指示意义

汞是环境中典型有害组分,深部地热系统可能是环境中汞的重要来源之一,但当前地热成因汞的研究程度很低。本文以腾冲火山带热海水热区为研究区,开展了热泉中汞的水文地球化学研究。热海水热区内排泄的中性热泉含有异常高浓度的汞,但酸性热泉则绝大多数未检出汞。热海热泉中的汞与典型的岩浆来源组分氯相同,均主要来源于岩浆流体的混合。在中性热泉中,Hg(II)是汞的占优势地位的价态,Hg²⁺与不同形态硫化物的配合则是决定Hg(II)的形态分布的直接因素,但pH可通过控制水中硫化物的形态分布来影响Hg(II)的形态分布。Hg(II)不易挥发,故中性热泉中汞含量普遍较高;但酸性热泉中的汞受泉口氧化还原电位较高的影响,以Hg(0)为主要价态,且因Hg(0)易挥发而导致总汞含量极低。就中性热泉而言,其汞含量对水热区断裂分布有重要指示作用,原因为沿不同断裂上升的中性地热水经历的冷却方式不同,最终导致热泉汞含量也表现出显著差异。热泉汞含量对水热系统结构研究有借鉴意义。     

岩浆热源型地热系统及其水文地球化学判据

在各类地热系统中，岩浆热源型地热系统具有突出的科学研究意义和开发利用价值。自岩浆热源释出的岩浆流体富含多种强酸性气体，有极强的岩石溶蚀能力，是发生于岩浆热源型地热系统内的水文地球化学过程大异于非岩浆热源型地热系统的根本原因。浅埋或深埋岩浆热源型地热区内均普遍发育三种不同类型的地热水：酸性SO 4型、SO 4- Cl型或Cl- SO 4型水，中性Cl- Na型或Cl- HCO 3- Na型水，弱碱性HCO 3- Cl- Na型或HCO 3- Na型水；是否同时出现以上类型地热水也成为以非碳酸盐岩为热储围岩的水热型地热系统是否具有岩浆热源的水文地球化学判据。在中国，藏南- 滇西地热带和台湾地热带是岩浆热源型地热系统集中分布的区域；藏南高原的高温水热型地热系统下的岩浆囊可能是地壳增厚过程中发生局部熔融的结果，也可能与印度大陆岩石圈向北消减后在拉萨地体下形成的近东西向地幔楔的上涌有关。     

岩浆热源型地热系统释义

以壳内岩浆囊(熔融体)为主要热源的地热系统是国内外地热界的热点研究对象.然而,当前尚无"岩浆热源型"地热系统的确切定义,对此类地热系统的认识也存在诸多争议.本文讨论了岩浆热源型地热系统的形成与其下熔融体的关系,阐释了"岩浆热源"的形成机制及其对上覆地热系统影响的本质,综述了利用岩浆流体地球化学组成识别其对地热水定量贡献...     

西藏搭格架高温热泉中砷的地球化学异常及其存在形态

西藏搭格架高温热泉是我国大陆少有的大型间歇性喷泉,砷元素作为对人类威胁极大的环境问题普遍存在于热泉之中,搭格架高温热泉中砷元素质量浓度最高已达到了9.75 mg/L,其对地表水和浅层地下水的污染不容忽视。硫代砷是富含硫化物热泉中砷的存在形态之一,鉴于国内相关研究较少,本文对西藏搭格架地热区的热泉样品进行了水化学分析,并利用水文地球化学模拟软件PHREEQC开展了对热泉中砷元素存在形态的地球化学模拟。结果表明：西藏搭格架热泉中砷元素的存在形态有亚砷酸盐、砷酸盐和硫代砷,其中亚砷酸盐与砷酸盐是砷的主要存在形态,且在pH影响下两者之间存在相互转化关系;各种硫代砷按质量浓度由高至低依次为一硫代砷酸盐、三硫代砷酸盐、二硫代砷酸盐、一硫代亚砷酸盐、四硫代砷酸盐;硫代砷形态占总砷浓度比例主要受热泉中硫化物质量浓度、Eh（氧化还原电位）和pH等因素的控制,在硫化物质量浓度总体偏低的情况下,硫化物质量浓度的上升可促进其他形态的砷向硫代砷形态转化,强还原性环境有利于硫代砷形态的存在;此外,在中性环境下,硫代砷占总砷浓度比例随pH上升亦有上升趋势。     

陇川县勐约乡地热资源特征及成因模式分析

云南西部陇川县勐约乡研究区小范围内出露地热泉,该区地热成因及地热田范围并不明确,地热成因争议较大。本文以勐约地热田为研究对象,结合前人研究成果和区内地热钻井资料并在此基础上开展了对地热成因分析,在盖层、热源、热储和热通道等要素方面对该区地热条件、地温场特征、地热形成机理进行研究,构建地热地质成因模型。综合分析认为:(1)水化学类型为HCO_3~-～Na~+型水;(2)该区地热田热源主要来源于上地幔的岩浆,高热岩浆囊构成本区主要热源。     

藏南拆离系锑金成矿特征与成因模式

藏南拆离系是一条重要的锑、金成矿带,呈东西向平行于变质核杂岩带展布。通过对典型矿床成矿特征的研究,识别出3种主要矿床类型:1沙拉岗式锑矿床:受南北向正断层和东西向层间断层控制,矿体为石英-辉锑矿脉,围岩蚀变较弱;2马扎拉式锑-金矿床:主要受间断层控制,局部与南北向断层相关,矿体主要由含金石英-辉锑矿脉体群组成,硅化、绢云母化、绿泥石化和碳酸盐化等围岩蚀变发育;3浪卡子式金矿床:位于变质核杂岩周缘,受剥离断层和正断层控制,矿体呈石英细脉和蚀变岩构成的透镜体,硅化、绿泥石化和绢云母化蚀变强烈。石英流体包裹体测温表明,流体主要为低温和低盐度流体。氢、氧、硫同位素研究显示,沙拉岗式锑矿床具有西藏地热水的特征(δD值为-140‰~-166‰),而马扎拉式锑-金矿床为岩浆水与大气降水的混合,两者的硫同位素大多具有岩浆硫的特征。矿床的形成与变质核杂岩驱动的地热系统密切相关,在变质核杂岩附近形成浪卡子式金矿床,向外形成马扎拉式锑-金矿床,远离核杂岩形成沙拉岗式锑矿床。     

赣州会昌县坝背地区地热水成因及其水化学特征研究

在分析会昌坝背地区地热地质条件的基础上,研究了地温场和热源层特征,从热源、导热通道、补给、径流、排泄三方面系统的分析地热水成因,并利用水化学资料对该地区地下热水的水化学组分特征进行了分析。结果表明:该地区地热水的来源为构造裂隙水,属于中低温型热水,其水地球化学特征为氯—钠及重碳酸盐类型水。研究成果为会昌地区地热流体的合理开发利用提供依据。     

赣南断褶山地对流型地热系统特征及成因——以石城县楂山里地热系统为例

摘要: 赣南地区构造运动强烈,形成较多的地热水,是我国地热资源开发利用的重点地区之一。文章以赣南石城县楂山里地热系统为例,探讨了赣南断褶山地对流型地热系统的特征及成因,对寻找地热资源及开发利用清洁能源具有实际意义。石城县楂山里地热系统为典型的赣南断褶山地对流型地热系统,以NNE向断裂提供的大地热流为热源,以受迫对流为机制,大气降雨通过断裂带裂隙入渗并深循环,汲取围岩热量和深部岩浆岩放射性热量后形成地热水,在地形高差和水压力差作用下形成环流,沿导水裂隙在地势低洼地带出露后形成温泉。     

腾冲热泉中砷的甲基化和巯基化过程

为了研究热泉中砷的形态及其分布、转化规律,针对云南腾冲热泉各种砷形态进行了IC-ICP-MS测试和水文地球化学分析.在91处热泉中检出了11种砷形态,包括(亚)砷酸盐、无机硫代砷和甲基(硫代)砷.其中(亚)砷酸盐含量>无机硫代砷含量>甲基砷含量.热泉中无机硫代砷含量及其巯基化程度与硫/砷比正相关.甲基砷含量低是富硫化物...     

西藏地热气体的地球化学特征及其地质意义

西藏水热活动是青苦恼高原碰撞造山过程的产物，其成因类型、物质来源和时空分布与青藏高原的隆升过程密切相关，地热流体（气、液相）中携带有中上地壳乃至地幔物质的深部信息。西藏地热流体可以区分出CO2型和N2型两类气体，其中绝大多数的地热气体样品属于CO2型气体，而典型的N2型气体则较少。前者具有岩浆热源和深循环两种成因类型，后者都是深循环成因。西藏气体样品中的He含量变化范围非常宽，最高的可达到1．5％。在门士热泉，首次检测到地幔He组分，这说明西藏地壳深处有地幔物质侵位。根据He同位素组成推断，羊八井、谷露等处的地壳熔融体中约有3％的地幔组分。西藏地热气体中的N2和Ar组分主要是大气成因，CO2组分大多以海相碳酸盐岩成因为主，混有少量有机沉积物成因CO2。当Log(H2/Ar)处于－0．8－0．3的区间时，H2／Ar地热温度计可以良好地指示热储层的温度范围。实际调查表明：西藏水热活动区大多分布在斑公错－怒江链合带以南地区，高温水热活动区主要出现在雅鲁藏布缝合带和那曲－羊八井－亚东活动构造带沿线。     

东安牛头寨地区锑矿床控制因素及成因探讨

锑矿床严格受构造控制，表现出逐级控矿特征：区域性F1断裂、牛头寨复式背斜及北北东、北北西、北西向次级断裂，分别控制着锑矿带、锑矿床的空间展布及锑矿脉的形态、产状与规模。地层岩石建造对成矿的控制，主要表现在赋矿地层中的白云岩、硅质岩等易碎裂，为矿液的运移提供了有利的通道。部分含矿地层的Sb高丰度，还可能成为矿提供了矿源。已有的研究表明，锑矿床的硫同位素组成具有岩浆硫特征，并混入了部分围岩沉积硫。石英的氢氧同位素组成反映出岩浆流体与变质水混入溶液特征。矿物包裹体的爆裂温度平均为157℃。石英的包裹体成分测试结果，揭示了矿液为K－Na-Ca-Cl型富硅的弱碱性溶液。矿床成因厘定为岩浆期后中低温热液脉状充填矿床。     

西藏地热系统B、Li、Rb和Cs元素空间分布规律与超常富集机制

西藏地热资源异常丰富,属于地中海—喜马拉雅地热带的重要组成部分。地热系统最为典型的地球化学特征是大部分地热泉或与之相应的泉华沉积物超常富集B、Li、Rb、Cs等元素,具有重要的矿产资源意义。有关这些特征元素来源与水化学演化成因机制,长期存在争议,在理论上缺乏系统论述。本文基于多年野外考察与数据积累,以及对前人研究成果的系统总结,提出了西藏地热系统特征元素组合与富集成因模式,宏观板块构造与微观地球化学分布规律结合,揭示了其成因机制。数据综合分析表明,B、Li、Rb、Cs元素在空间上的分布富集规律总体具有同步性,主要集中分布于雅鲁藏布江缝合带与南北向断裂带交汇区的高温地热系统。B同位素、元素组合、水循环特征及大量地球物理证据表明物源受控于岩浆残余流体,水-岩作用难以作为唯一物源支撑地热系统如此大规模的特征元素超常富集。结论提出西藏地热系统超常富集的元素受控于板块俯冲碰撞、地壳局部重熔、重熔型岩浆流体分异演化、地下水深循环等一系列内外生地质耦合作用过程。本文对西藏地热系统元素超常富集成因机制的解释,有利于增强人们对高温地热系统除水资源与热能意义之外,也同时关注矿产资源价值,实现“水-热-矿”于一体的系统理解,也对未来正确评价地热水体或沉积物矿产资源价值有理论指导意义。     

铁基阴离子黏土改性材料在地热水处理中的应用

地热水常富集多种有害组分,以热泉形式非集中排泄时将威胁周边居民饮用水安全.本文制备了5种铁基阴离子黏土（Fe-LDH）改性材料,用于云南典型地热区热泉的处理中.结果显示Fe-LDH对砷的去除最佳,氟、钨次之,对锑、硼的去除受共存离子影响较大;而改性材料可有效缩小不同有害组分间的竞争吸附差距,表现为乳酸根插层的Fe-LDH能显著提高离子交换能力,对氟、硼的去除提升较大,而分层的Fe-LDH因暴露更多活性位点、增加层间接触面积,对与铁络合为主的砷、钨去除和离子交换为主的氟、硼去除均有明显提升;最后静态吸附表现最佳的吸附剂——L-天冬酰胺分层的Fe-LDH,作为小型水处理装置填充材料能动态、有效地去除热泉中多种有害组分.为地热水污染修复提供了切实可行的方法 .     

西藏南部古堆高温地热田水化学特征及其成因研究

作为我国近些年地热勘探取得重要突破的地热田,西藏南部古堆地热田以其浅埋、高温、富锂、活动剧烈为典型特征而为人们广泛关注。然而关于其水化学特征和成因人们还知之甚少。古堆高温富锂地热田由五个地热显示区组成,分别是布雄朗古、杀噶朗噶、巴布的密、茶卡和日若地热显示区,其中布雄朗古、杀噶朗噶地热显示区地热活动最为强烈。古堆地热田沸泉和热泉的水化学类型主要为Na- Cl型,温泉和冷泉的水化学类型主要为Na- Cl- HCO3、Na- HCO3- Cl和Na- HCO3型,地表水化学类型主要为Ca- Mg- SO4- HCO3和Na- Ca- Mg- SO4- Cl- HCO3型,这些不同的水化学类型可能反映其不同的成因和物质来源;K- Na地温计显示布雄朗古、杀噶朗噶、巴布的密、茶卡有相似的热储温度（最高可达240. 56℃）,且明显高于石英和K- Mg地温计计算结果;除了部分沸泉,多数地热水在Na- K- Mg三角图中的投点都远离完全平衡线,表明地热水在从热储上升至地表的过程中没有达到完全的化学再平衡,可能与冷水发生了混合;通过对地热流体特征元素的分析发现Cl、Na、K、SiO2、B、As、Li、Rb、Cs和F是古堆地热流体的特征化学组分,Cl和其他特征化学组分之间良好的线性关系,表明了深部母地热流体的存在;通过对古堆地热流体焓- 氯图解的分析表明古堆地热田深部可能存在两类不同的母地热流体,其Cl含量、焓值和对应的温度分别为567 mg/L、1562. 5 J/g、335. 5℃和697 mg/L、1250 J/g、282. 5℃,并且古堆地热田的母地热流体可能是通过与围岩的热传导、沸腾或者与浅部地表冷水混合的冷却方式上升至地表形成不同温度、水化学类型和活动强度的热泉,本研究对深入认识我国西藏南部高温富锂地热系统的水化学特征和形成过程具有重要理论意义,同时对将来合理利用我国西藏南部清洁地热能和地热型锂资源具有重要的现实意义。     

西藏申扎县地热活动带水文地球化学特征

论文探讨了西藏申扎县南部地堑系内温泉的水文地球化学特征及热源问题。研究发现地下水受到下部岩浆活动的影响增温,其温度和二氧化碳分压值在区内分布有差异,对岩层的溶滤强度有影响。热泉、温泉水的化学类型与其所处的的地质背景和物质来源有密切关系。通过对比地热水中的Br/I、Cl/Br、γNa/γCl比值系数与正常海水Br/I(1300)、Cl/Br(300)、γNa/γCl(0.85)比值系数,得出申扎县微温泉、地那热泉为深层残余海水。地热水中富含HBO2反映地下水受岩浆活动影响,同时也导致区域地下水中富含F、Cl、Li、Rb、Cs等元素。通过对Si O2溶解曲线的研讨,确定其热储性质为中温地热系统,热储埋深约为17km。