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京西北盆岭构造区温泉流体地球化学

作　者: 张炜斌
导　师: 杜建国
学　校: 中国地震局地震预测研究所
专　业: 构造地质学
关键词: 温泉 水化学 稳定同位素 流体来源 幔源氦 盆岭构造区
分类号: P314.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


京西北盆岭构造区地震活动强烈，是首都圈地震监测的重点区域。该区内不仅断裂发育，而且有深部流体的露头（天然温泉和人工地热深井）分布。因此选择该地区进行流体地球化学研究，利用温泉水气的化学组分，包括泉水常规离子和氢氧同位素、泉气化学组分和氦氖碳同位素数据，判断流体的来源，并探讨流体反映出的活动断裂和岩石圈结构的特点。温泉流体采集于2011年10月，共有水样25件、氢氧同位素样品24件、泉气样品18件。泉水的离子组分浓度由Dionex IC-900离子色谱仪和化学滴定法测定；氢氧同位素组成由Picarro L1102液态水同位素分析仪测定。泉气化学组分含量由MAT271测定，He、Ne同位素由VG5400测定，C同位素由HP6890-Delta Plus XL气质联用仪测定。分析结果表明流体化学组分变化范围较大。水样的TDS范围为2251449mg/L；δ18O和δD值分别在-12.42-9.54‰，-90.8-71.88‰（以V-SMOW为标准）范围内。泉气样品N2含量为77.4097.73%，说明皆为N2型泉气，He和CO2含量明显高于空气值；R值（3He/4He）变化范围在0.332.08RA(RA=1.4×10-6，大气中的3He/4He值)；20Ne/22Ne和21Ne/22Ne的变化范围较大，分别为0.0215.07和0.01691.0691；CO2的δ13C值在-20.3-10.2‰范围内变化。由于汇水域面积小，泉水化学与当地含水层岩性关系密切，水岩反应使岩石释放出其中的组分为泉水离子组分的主要来源。Na-SO4型水主要出现在片麻岩和花岗岩裂隙中，由深循环过程中长石类矿物水解和硫化物的氧化作用形成。Na·Ca-HCO3型水主要分布在含泥质条带互层的碳酸盐岩储层中，受方解石和白云石溶解、泥质条带中的易溶盐淋滤作用和与粘土矿物的Na-Ca离子交换的控制。第四系砂砾石含水层热水水化学类型较复杂，有Ca·Mg-HCO3，Na·Ca-HCO3，Na-HCO3，Na-HCO3·SO4·Cl，Na-HCO3·Cl，Na-SO4·Cl等，这可归因于含水层深度、断裂性质、沉积物粒度和岩性等因素。氢氧同位素显示泉水源于大气降水，阳高、天镇地区的样品因同位素交换反应发生了微弱氧漂移。δD和温度的负相关暗示泉水发生了不同程度的深浅层水混合。依据Na-K-Mg三角图判别出部分平衡水，应用离子交换温标计算出热储温度为93.9163.9°C，并依此计算出泉水循环深度在3.75.3km，说明此深度以浅导水断裂破碎强度高。泉气中氖、碳和氦同位素均具有壳幔混合源的特点。氖同位素排除误差较大数据后指示研究区存在地幔不均一性。CO2表现出地幔、有机沉积物和碳酸盐岩三端元混合的特点，其δ13C值和CO2/3He值受到CO2逸出和碳酸盐沉淀的共同影响。由3He/4He值计算出的大地热流值范围为6477mW/m2，形成热异常，断裂活动提供了深部热流上升的通道。幔源氦贡献率为426%，最高值出现在圣世苑宾馆和蔚县暖泉，最低值出现在赤城汤泉和三马坊地区。幔源氦高值与70km处P波低速体有对应关系，指示观测到的幔源流体的源区可能为上涌的软流圈地幔。P波低速异常差别不大的地区，幔源氦贡献率与断裂滑动速率存在一定程度的正相关。地幔部分熔融程度和断裂渗透性共同控制了幔源氦的贡献率。

全文目录


硕士学位论文摘要  3-7
摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章 前言  11-20
  1.1 论文选题及意义  11
  1.2 温泉流体地球化学研究现状  11-19
    1.2.1 温泉热水地球化学  11-14
    1.2.2 温泉气体地球化学  14-19
  1.3 研究内容和完成的工作量  19-20
    1.3.1 研究内容  19
    1.3.3 完成的工作量  19-20
第二章 区域地质概况  20-24
  2.1 自然地理条件  20
  2.2 区域构造特点  20-22
  2.3 岩浆岩特征  22
  2.4 地层特征  22-23
  2.5 热储层特征  23-24
第三章 样品和分析方法  24-26
第四章 温泉热水地球化学  26-42
  4.1 泉水离子组分特征和相关性分析  26-31
    4.1.1 钠离子和氯离子  28-29
    4.1.2 钙离子和镁离子  29
    4.1.3 钾离子、铵根离子和硝酸根离子  29
    4.1.4 硫酸根离子  29-30
    4.1.5 碳酸氢根离子  30
    4.1.6 锂离子、溴离子  30
    4.1.7 氟离子  30-31
  4.2 水化学类型及其控制因素  31-35
    4.2.1 Na-SO_4型水  32
    4.2.2 Na·Mg-HCO_3·SO_4型水  32-33
    4.2.3 Na·Ca-HCO_3型水  33
    4.2.4 Na-HCO_3、Na-HCO_3·SO_4·Cl、Na-HCO_3 Cl 型水  33-34
    4.2.5 Ca·Mg-HCO_3型水  34-35
    4.2.6 Na-SO_4·Cl 型水  35
  4.3 氢氧同位素示踪泉水来源  35-37
  4.4 热储温度和循环深度  37-42
    4.4.1 热储温度  37-41
    4.4.2 循环深度  41-42
第五章 温泉气体地球化学  42-54
  5.1 温泉气体组分特征  42-45
  5.2 气体来源  45-51
    5.2.1 幔源氦的同位素证据和大地热流值  45-47
    5.2.2 Ne 同位素反映的地幔特点  47-49
    5.2.3 泉气中 CO_2的来源  49-51
  5.3 幔源气体与软流圈地幔上涌  51-54
第六章 结论  54-56
参考文献  56-63
致谢  63-64
个人研究简历  64

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 地球物理学 > 大地（岩石界）物理学（固体地球物理学） > 地热学 > 温泉学
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