鲜水河断裂带沿线温泉成因机制讨论

鲜水河断裂带沿线温泉成因机制讨论

蔡永强

成都理工大学地球科学学院

前言

鲜水河断裂带沿线是四川西部地热活动最为强烈的地区之一，地热资源丰富，是我国大陆地区高温地热资源潜力最大的区域之一。但目前仅康定县城的高温地热资源开发刚开始。对鲜水河断裂带沿线开展动力学背景和形成机制等方面研究，不仅可以摸清该区高温地热资源潜力，也为此后的地热资源的开发利用提供科学依据和打下基础。

1鲜水河断裂带沿线温泉的热源

川西高原地壳在20±5Km深处普遍存在有高速低导层（Bai et al.,2010），高玲举等（2015）认为这部分高速低导层是位于地壳浅部的部分熔融层。由走滑断层活动过程中所产生的机械摩擦热可作为高温地热系统的重要热源之一（Sun et al,1989）。Ai et al(2021)通过数值模拟方法研究了鲜水河断裂带所产生的剪切摩擦热，并提出断裂的剪切摩擦热导致地壳在20-25Km深度发生部分熔融，为鲜水河断裂带附近的地热系统提供热源。早期研究认为，鲜水河断裂的产生伴随有大规模折多山花岗质岩浆的侵位，唐渊等（2022）总结鲜水河断裂带在渐新世以来存在3个阶段的构造岩浆作用。从地质学角度来看，鲜水河断裂带的高温地热系统很可能受到残留岩浆热液活动的影响（Li et al.,2018）。

另外，鲜水河沿线的温泉中明确检测出地幔来源的He和C，也是研究区受到岩浆热源影响的重要佐证（Du et al.,2006 郭琦.,2017）。鲜水河断裂带沿线地热水中Li和B浓度的最大值与典型岩浆热源的云南腾冲地热田中地热水接近（郭琦.,2017），这表明研究区内地热水具有岩浆热源的特征。热水的岩浆影响的水化学特征会因为浅层冷水的混合而被掩盖（Li et al., 2018），这是鲜水河断裂带沿线大部分地热水未显示岩浆热源特征的主要原因。

2构造对地热活动的影响

断裂作为流体运移的通道，控制了区域上水热活动（Curewitz and Karson .,1997）。鲜水河断裂带总体呈现为左旋走滑特征，同时兼具少量张性特征。全新世以来，鲜水河断裂由压扭性质转变为走滑兼具拉张性质的断裂，这有利于热水上升出露地表。鲜水河断裂带周围的温泉出露在断裂形成的走滑拉分盆地或者沟谷中，他们的补给来自两侧高山上冰雪融水以及大气降水，延伸到山腰处的东西向的次级断裂以及地表裂缝是他们下渗的主要通道。近南北向的断裂是鲜水河断裂带的主要构造，温泉沿着近南北向断裂分布，表明南北向断裂是控制温泉出露的主要构造。高的氦同位素表明，南北向断裂活跃并且深部构造发育（郭琦，2017）。在榆林宫地热田，延伸较深的榆林河断裂有利于沟通深部热源，使康定热水区内表现出更高的大地热流值以及更高的地幔热源构成。另外，结合鲜水河断裂带沿线的温泉分布情况，鲜水河北段出露温泉主要为中低温温泉，高温温泉主要分布与鲜水河南段，康定热水区内高温温泉分布最为密集。显然，断裂的延伸深度影响区域高温地热系统的形成。

由于鲜水河断裂左旋走滑以及东侧龙门山断裂的挤压，造成鲜水河断裂南东段应力积累（闻学泽 ，2000），巨大的压力差是深部流体运移的主要动力。另外，走滑断层的机械摩擦作用所产生的热能可以为高温地热系统提供热。计算显示，断裂产生的摩擦热是鲜水河断裂带高温地热系统的重要热源(Tang et al.,2017)。总的来说，鲜水河断裂带两侧山脉上的冰雪融水以及大气降水沿着东西向的裂缝汇聚到近南北向断裂形成的拉分盆地中，为鲜水河断裂带高温地热系统提供主要的补给来源；北西-南东向的断裂切割深部热源，并且作为深部流体迁移的主要通道。 

3地震活动的影响

鲜水河断裂是一条晚第四纪强烈活动的大型左旋走滑断裂，是我国地震活动最为强烈的地区之一，历史上曾多次发生强震。据地震台网以及文字记载的不完全统计，自1700年以来，鲜水河断裂带周围发生了5级以上的大地震47起，其中包括8起7级以上的超大地震（Wen Xueze.,1990., Wen et a l.,2008）。沿鲜水河断裂，在地震活动频次较高的地段具有较高的地热活动性（Martinelli,Dadomo,2017）。在地热活动较强的区域，出露温泉数量多，温泉出露温度高，并且热水循环深度深，相对应区域内地震活动强烈，表现为地震频发以及震源深度大。

地震可能使断裂封闭性减弱或者增强，同时造成含水层中岩石渗透率以及水头压力的变化，另外，地震也可能导致不同含水层中热水的混合（Claesson  et al.,2007；Hosono  et al.,2020）。玉树-甘孜-鲜水河断裂一带的温泉分布以及高的地震频次受到地壳热结构的非均质性以及深部流体的上升流的控制（周晓成，2011）。

在2008年汶川地震和2014年芦山地震前后，鲜水河断裂带附近温泉热水的温度、水化学组成等均发生了明显变化（宴锐等., 2015）。这些证据表明，温泉的出露和地震的产生存在相同的控制因素，地震的发生会对鲜水河断裂带高温地热系统的补径排体系产生一系列的影响。汶川地震前，温泉气体中3He/4He比值和幔源CO2含量大幅度增大（周晓成，2011），伴随温泉气体的变化，热水中温度、TDS以及Cl-含量升高，这表明热水受到深部高温凝结蒸汽的影响。其次，由于岩石的热传导系数较低，热传导机制并不能对温泉在地震前期水温的大幅度变化作出反应，推测震前热水温度的变化由于地下流体的热对流造成。因此，地震前期地幔热流的上涌，导致深部地下流体温度上升，最终造成地热水温度上升。一般认为，地震是区域应力集中释放的结果。对于鲜水河断裂而言， 在应力失稳的情况下，地壳快速变形导致岩层中微裂隙增加，并产生新的岩石破碎面，增加水岩反应面积。这一过程导致热水中离子含量增加以及热水中同位素值的变化。

总结

鲜水河断裂带沿线地热系统的热源主要为残留岩浆热以及地幔热。由冰雪溶水和大气降水以及部分岩浆气体混合形成的母地热流体在深部接受加热，在断裂的交汇处出露地表形成热泉。延伸较深的鲜水河断裂沟通深部热源，而延伸较浅的次级断裂是为冷水的下渗补给以及深部流体的升流提供通道。在鲜水河沿线，温泉会对地震活动产生响应，因此，对鲜水河沿线的温泉进行监测能够在一定程度上对区域地震活动提供预警信息。

参考文献

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