柴達木盆地斷裂帶溫泉的地球化學(xué)特征與成因分析

引言

柴達木盆地西南緣的阿爾金斷裂帶與東昆侖斷裂帶交匯區(qū)發(fā)育多個溫泉，其中艾肯泉的活動尤為顯著。與以往側(cè)重涌水量的研究不同，本研究通過系統(tǒng)分析四個典型溫泉的離子組成、同位素特征和氣體成分，深入探討了溫泉的成因機制、補給來源及其與區(qū)域構(gòu)造的關(guān)系。這些研究成果不僅有助于理解溫泉的形成過程，也為該地區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)提供了重要依據(jù)。

柴達木盆地是青藏高原最大的活動山間盆地，東西長850千米，南北寬150-300千米，總面積約12萬平方千米，平均海拔3000米。該盆地形成于印度-歐亞板塊碰撞的強烈擠壓環(huán)境，是一個典型的中新生代撓曲盆地。盆地的形成演化受祁連山構(gòu)造帶、阿爾金斷裂帶和東昆侖斷裂帶共同控制。其中，阿爾金斷裂作為亞洲大陸重要的左旋走滑斷裂，新生代以來平均滑動速率達10-15毫米/年，總位移約350-400千米，對盆地構(gòu)造格局具有決定性影響。盆地內(nèi)發(fā)育厚達5271米的新生代陸相沉積地層，包括路樂河組、上下干柴溝組等六個沉積單元。

研究區(qū)位于阿爾金斷裂與東昆侖斷裂交匯處。東昆侖造山帶經(jīng)歷多期構(gòu)造演化，可劃分為北、中、南三個構(gòu)造帶。斷裂交匯區(qū)構(gòu)造活動強烈，形成了獨特的盆嶺相間構(gòu)造格局，為深部流體活動和溫泉形成提供了有利條件。該區(qū)域不僅是研究青藏高原構(gòu)造演化的關(guān)鍵區(qū)域，也具有重要的能源勘探價值。

2020年10月，研究團隊在阿爾金斷裂與東昆侖斷裂交匯處采集了四個溫泉（YTBLK、AK、LMY、GS）的水樣和兩個溫泉（YTBLK、AK）的氣樣。水樣采集使用0.45μm濾膜過濾后分裝，分別用于主微量元素和同位素分析。現(xiàn)場采用WTW Multi 3400i便攜設(shè)備精確測量水溫（±0.1℃）、pH（±0.01）和電導(dǎo)率（±1μS/cm）。

實驗室分析采用多種先進儀器：離子色譜（Dionex ICS-900）測定陰陽離子；ICP-MS（X SERTES II）分析微量元素；激光同位素分析儀（Picarro L2130-i）測定δD和δ¹?O；TIMS（Finnigan MAT-261）測定??Sr/??Sr比值。氣體樣品通過氣相色譜（Agilent Macro 3000）分析主要成分，惰性氣體質(zhì)譜儀（Noblesse）測定He同位素，GC-IRMS系統(tǒng)分析δ¹³CO?。所有分析均在采樣后30天內(nèi)完成，水樣在中國地震局實驗室測試，氣樣在中科院西北研究院完成。

研究區(qū)熱泉的氫同位素（δD）值范圍為−50.00‰至−68.60‰，氧同位素（δ¹⁸O）值范圍為−6.90‰至−8.60‰。這些同位素值表明熱泉的補給水源主要是通過滲透的降水，補給高程范圍為3390~3676米。

結(jié)合研究區(qū)的地形和地質(zhì)背景，熱泉的補給主要來自南部阿爾卑斯山的冰川融水以及構(gòu)造斷裂的滲透。這種補給方式使得熱泉在深循環(huán)過程中與斷裂系統(tǒng)中的熱源接觸并被加熱。

熱泉在上升過程中與周圍巖石發(fā)生水巖反應(yīng)，導(dǎo)致同位素組成發(fā)生一定程度的分餾。AK泉在δ¹⁸O軸上表現(xiàn)出正向偏移，表明其水巖反應(yīng)程度相對較高，這可能與該泉靠近阿爾金斷裂和東昆侖斷裂帶的交匯處有關(guān)，該區(qū)域的斷裂活動較強，水巖反應(yīng)更為顯著。

通過對研究區(qū)熱泉的氫氧同位素分析，作者揭示了熱泉的補給來源和循環(huán)路徑。這些同位素數(shù)據(jù)為理解熱泉的形成機制以及其與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系提供了重要依據(jù)。同時，同位素特征也反映了熱泉在深部循環(huán)過程中與周圍巖石的相互作用程度，為研究熱泉的水文地質(zhì)特征和熱儲條件提供了科學(xué)依據(jù)。