李其林 王云 趙慈平 周藝穎 冉華

摘要：為探討云南省香格里拉市下給和天生橋溫泉水化學(xué)和逸出氣CO2的變化特征與其周邊斷裂及2013年香格里拉MS59地震之間的關(guān)系，對(duì)比研究了1981，2004，2013，2016和2017年這2處溫泉水化學(xué)分析測(cè)試數(shù)據(jù)，利用2004和2017年2處溫泉的逸出氣體組成和He，C同位素?cái)?shù)據(jù)分析逸出氣CO2釋放情況和來源。結(jié)果表明：下給和天生橋溫泉在香格里拉MS59地震前后Ca2+，Mg2+和游離態(tài)CO2含量有由低變高、再變低的變化。2處溫泉逸出氣體皆顯示高含量的CO2釋放，但2017年釋放含量有所減少，且He，C同位素皆存在幔源入侵的特征。

關(guān)鍵詞：溫泉;水化學(xué)特征;逸出氣CO2釋放;He，C同位素;香格里拉MS59地震

中圖分類號(hào)：P31412?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1000-0666（2019）03-0320-10

0 引言

流體是可以將地下深部信號(hào)帶到地表的媒介，地下流體組分受地下應(yīng)力和構(gòu)造活動(dòng)等控制，能夠客觀、靈敏地反映地殼的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)及地震活動(dòng)（杜建國，康春麗，2000;張煒斌等，2013;胡小靜等，2018）。溫泉主要是斷裂及地?zé)峄顒?dòng)的產(chǎn)物，溫泉流體攜帶了地球內(nèi)部物理化學(xué)場(chǎng)的大量信息（周曉成，2011）。在大陸非火山活動(dòng)區(qū)，現(xiàn)今仍在強(qiáng)烈活動(dòng)的斷裂帶為地球深部物質(zhì)向地表遷移提供了主要通道，因此活動(dòng)斷裂帶附近的地?zé)崃黧w通常存在著不同程度的某些揮發(fā)性氣體組分，如CO2或離子的地球化學(xué)異常。趙珂（2005）對(duì)云南深大斷裂出露溫泉CO2釋放變化規(guī)律的研究，揭示了云南活動(dòng)斷裂帶的活動(dòng)強(qiáng)度呈北西強(qiáng)、南東弱的衰減趨勢(shì);周曉成（2011）發(fā)現(xiàn)在汶川MS80地震發(fā)生時(shí)，鮮水河斷裂帶、岷江斷裂帶和龍門山斷裂帶有大量富含He和CO2的上地幔流體加入斷裂帶地?zé)崃黧w中。汶川MS80地震前后，重慶北溫泉水化學(xué)特征發(fā)生一系列變化，K+，Na+，Ca2+濃度減少，Mg2+濃度增大;Fe2+，Mn2+濃度在地震發(fā)生當(dāng)日成倍增長(zhǎng)，隨后逐漸減小至背景值;SO2-4濃度增大后逐漸減少，F(xiàn)-濃度減?。ㄐき偟?，2009）;在地震發(fā)生前30天，鮮水河斷裂帶的康定二道橋、龍頭溝溫泉逸出氣CO2出現(xiàn)短臨突跳異常（劉仕錦等，2006）。從以上研究可見，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)深大斷裂周邊溫泉流體的水化學(xué)和溫泉逸出氣 CO2不僅可以指示斷裂活動(dòng)情況，與地震也有較好的響應(yīng)關(guān)系。

滇西北地區(qū)香格里拉市的下給和天生橋溫泉位于2013年香格里拉MS59 地震發(fā)震斷層德欽—中甸斷裂附近。滇西北三江斷褶區(qū)溫泉存在大量CO2釋放（沈立成，2007），下給和天生橋溫泉是大型熱水鈣華碳酸巖沉積物發(fā)育區(qū)，鈣華沉積過程實(shí)際是CO2脫氣的過程。目前在國內(nèi)已有不少研究火山區(qū)溫泉CO2氣體釋放及成因的成果（郭正府等，2014;張茂亮等，2011;成智慧等，2012），本文著重研究下給和天生橋溫泉（非火山成因熱泉）水化學(xué)和逸出氣CO2隨時(shí)間的變化規(guī)律及其來源，了解這2處溫泉CO2釋放的變化特征，并探討其同周邊斷裂及2013年香格里拉MS59地震之間的關(guān)系。

1 地質(zhì)背景

本文研究區(qū)云南省香格里拉市（原中甸縣）（圖1虛線框內(nèi)）地處滇藏地?zé)釒?，在歐亞板塊與印度洋板塊交接處及其影響區(qū)內(nèi)，是我國構(gòu)造活動(dòng)最強(qiáng)烈、最活躍的地帶之一，且地?zé)峄顒?dòng)強(qiáng)烈。香格里拉地區(qū)溫（熱）泉分布廣泛，且有大量的CO2泉出露。從區(qū)域上看，地?zé)峄顒?dòng)受區(qū)內(nèi)較為發(fā)育的NW向構(gòu)造（斷裂）所控制（王宇，楊世瑜，2003），區(qū)內(nèi)主要斷裂有怒江斷裂帶（F1）、瀾滄江斷裂（F2）、金沙江斷裂（F3）、德欽—中甸斷裂（F4）、維西—喬后斷裂（F5）和中甸—龍?bào)础獑毯髷嗔眩‵6）等。溫（熱）泉大都集中出露于主要活動(dòng)斷裂或分布于不同方向的活動(dòng)斷裂交匯處， 下給和天生橋溫泉主要沿德欽—中甸斷裂出露（圖1）。德欽—中甸斷裂是川滇菱形塊體西北邊緣的一條重要的NW向走滑斷裂，自NW向ES分為德欽—奔子欄段、奔子欄—中甸段和中甸—大具段。以奔子欄為界，德欽—奔子欄段為晚更新世活動(dòng)斷裂，奔子欄—中甸段為全新世活動(dòng)斷裂。該斷裂水平滑動(dòng)速率為17～20 mm/a，垂直滑動(dòng)速率為06～07 mm/a（常祖峰等，2014）。歷史上該斷裂帶中強(qiáng)震頻發(fā)，曾發(fā)生過1933年小中甸63級(jí)地震、1961年中甸60級(jí)地震、1966年告灣64級(jí)地震、1966年中甸52級(jí)地震和2013年奔子欄59級(jí)地震（常祖峰，2015）。德欽—中甸斷裂是2013年香格里拉MS59 地震的發(fā)震斷裂帶，主要是由于德欽—中甸斷裂中段在近SN—NNE向拉張作用下正斷層作用的結(jié)果（吳微微等，2015），這說明德欽—中甸斷裂有可能是深部流體的上升通道。天生橋和下給溫泉是典型的非火山成因的CO2溫泉，溫泉出露地層以灰?guī)r為主，鈣華十分發(fā)育，主要有鈣華脊、鈣華錐和鈣華墻等多種形態(tài)。下給和天生橋溫泉的性質(zhì)及其所在區(qū)域特征為研究其CO2釋放的變化特征與其周邊斷裂和地震的關(guān)系提供了有利的場(chǎng)所。

2 樣品采集與分析測(cè)試

21 樣品采集和數(shù)據(jù)收集

筆者于2017年對(duì)云南省香格里拉市下給和天生橋溫泉進(jìn)行了野外考察、水化學(xué)樣品和溫泉逸出氣體樣品采集工作（圖1）。野外水體的電導(dǎo)率（Ec）、水溫、pH值均使用WTW便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，測(cè)量精度分別為1 μs/cm，01℃和001。采集水樣時(shí)均采用045 μm微孔濾膜先進(jìn)行過濾，后置于經(jīng)去離子水清洗3次、用溫泉水潤(rùn)洗2次的500 mL的聚乙烯塑料瓶中，裝滿、密封并冷卻，待陰離子及SiO2的分析測(cè)試。另取過濾后水樣裝于事先清洗、潤(rùn)洗過的250 mL聚乙烯取樣瓶中，并加入優(yōu)級(jí)純硝酸溶液調(diào)節(jié)pH值小于1，待陽離子分析測(cè)試。氣體樣品是用自制的一套集排氣、儲(chǔ)氣、水氣分離和樣品輸出接口于一體的氣體樣品采集器進(jìn)行采樣，采樣步驟詳見冉華等（2006，2008）及趙慈平等（2017）研究。氣體化學(xué)組分分析測(cè)試樣品用500 mL鋁塑氣體樣品袋進(jìn)行裝樣，氦碳同位素組成分析氣體樣品用125 mL醫(yī)用玻璃瓶進(jìn)行裝樣。采集到的氣體樣品在完成采集后2～3周內(nèi)送樣進(jìn)行測(cè)試。除自采集樣品外，在經(jīng)確認(rèn)過采樣泉點(diǎn)位置一致的前提下，另收集了前人有關(guān)下給和天生橋溫泉研究的水化學(xué)和氣體同位素測(cè)試數(shù)據(jù)（佟偉等，1981;沈立成，2007;鄭玉慧，2015;王蒙蒙，2017）。

22 分析測(cè)試

常規(guī)陰陽離子水化學(xué)成分用瑞士Metrohm公司的883 Basic IC plus離子色譜儀測(cè)定，儀器動(dòng)態(tài)范圍：5個(gè)數(shù)量級(jí)，檢出限：0001 mg / L。HCO-3和 CO2-3含量采用鹽酸滴定法測(cè)定，SiO2含量由硅鉬黃分光光度法測(cè)得，樣品氣體化學(xué)組分濃度分析儀器為Agilent 7890A氣相色譜儀，分析精度（V/V）為He，Ne，H2：5×10-6;CH4：10×10-6;Ar，O2：005%;N2，CO2：05%。以上所有實(shí)驗(yàn)均在昆明防震減災(zāi)技術(shù)試驗(yàn)基地流體實(shí)驗(yàn)室完成，氦同位素和CO2碳同位素分析測(cè)試于中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心分析測(cè)試部完成。氦同位素分析儀器為靜態(tài)真空稀有氣體質(zhì)譜儀VG5400（英國VG公司出品），氦同位素值數(shù)據(jù)測(cè)試精度為2%。CO2碳同位素分析測(cè)試儀器為單分子化合物碳同位素在線分析系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為“GC-IRMS”分析系統(tǒng)，碳同位素值數(shù)據(jù)測(cè)試精度為±05‰（V-PDB）。

3 結(jié)果與討論

下給和天生橋溫泉在1981，2004，2013，2016和2017年水化學(xué)分析測(cè)試結(jié)果及利用4種傳統(tǒng)地?zé)釡貥?biāo)估算的熱儲(chǔ)溫度見表1。2處溫泉在2004和2017年的主要?dú)怏w化學(xué)組成及氦、碳同位素特征見表2。

31 水化學(xué)特征

下給和天生橋溫泉的水溫近20年來趨于平穩(wěn)，平均為63 ℃和56 ℃，屬于中性偏弱酸性水，下給溫泉平均pH值為67，天生橋溫泉平均pH值為64，但在2013年8月突現(xiàn)低值，變?yōu)?3。天生橋和下給溫泉溶解性固體總量（TDS）分別平均為1 475 mg/L和1 386 mg/L。利用Piper三線圖（圖2）和主要離子Schoeller圖（圖3）分析2處溫泉的水化學(xué)特征，其主要陰、陽離子組成十分相似，主要離子均為HCO-3，其次是Na+和 Ca2+;2處溫泉常量元素的變化趨勢(shì)整體基本一致。水化學(xué)類型可以在一定程度上反映地下水的成因，根據(jù)舒卡夫分類法得出下給和天生橋溫泉的水化類型基本呈現(xiàn)為Na-HCO3型。下給和天生橋溫泉的 HCO-3含量分別為 640～1 011 mg/L和 662～1 324 mg/L，HCO-3含量約占陰離子總數(shù)的914%～971%，Cl-和SO2-4含量遠(yuǎn)小于 HCO-3含量。通常高HCO-3含量反映了水-CO2-巖石之間在深部有著強(qiáng)烈作用。推測(cè)下給和天生橋溫泉高含量HCO-3主要來源于地下熱水在運(yùn)移過程中對(duì)其圍巖碳酸鹽巖（泥灰?guī)r）的溶解作用，在深循環(huán)過程中攜帶深部大量的CO2氣體以及淺部冷水中混入的CO2氣體。Na+是2處泉水中主要的陽離子，約占陽離子總數(shù)的416%～871%。下給和天生橋溫泉的 Na+含量較高，且隨著時(shí)間的推移，含量變化很小，其原因可能是圍巖或第四系巖石土壤中含有的硅酸鹽巖或芒硝等鈉鹽溶于地下熱水中。

對(duì)比1981，2004，2013，2016和2017年下給和天生橋溫泉水化學(xué)主要離子Schoeller圖（圖3）可以看出，2處溫泉Ca2+離子濃度隨時(shí)間的變化最明顯，天生橋溫泉在2004和2013年的Ca2+離子相比1981，2016和2017年有所突增，其它離子表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定。Ca2+含量上升到陽離子的355%～459%，水化類型變?yōu)镹a-Ca-HCO3型。下給溫泉Ca2+含量在2004和2013年也有所上升，與天生橋溫泉顯示相似的變化規(guī)律，另外下給溫泉Mg2+含量在2013年有增加。下給和天生橋溫泉是大型的熱水鈣化發(fā)育區(qū)，Ca2+含量是控制沉積鈣華的主要性因素之一。Ca2+變化的原因與鈣化沉積有一定關(guān)系，20世紀(jì)80 年代下給和天生橋溫泉中的Ca2+更容易沉淀下去沉積鈣華，使得地下水中 Ca2+含量變少。從下給和天生橋溫泉研究區(qū)的地形地貌上看，過去均沉積有大量的鈣華，而現(xiàn)在沉積鈣華量有所減少，Ca2+含量變多（鄭玉慧，2015）。然而2016和2017年下給和天生橋溫泉Ca2+含量又呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，似乎有悖于以上說法。推測(cè)Ca2+含量的變化可能還與2013年8月31日香格里拉MS59 地震作用下來自碳酸鹽巖含水層的地下水補(bǔ)給和水巖作用有關(guān)。Chen等（2015）發(fā)現(xiàn)2013年蘆山MS70 地震后四川康定二道橋溫泉的Ca2+和HCO-3離子含量發(fā)生變化，2014年魯?shù)镸S65 地震前后麗江溫泉的Ca2+和Mg2+離子含量也發(fā)生了變化，與本文有一定相似性。

結(jié)合水化學(xué)資料，通過PHREEQC計(jì)算出水中游離的CO2含量（表1）。下給和天生橋溫泉游離態(tài)CO2含量較20世紀(jì)80 年代都呈現(xiàn)較大幅度的增加，說明21世紀(jì)初以來2處溫泉CO2釋放作用有所加強(qiáng)。氦同位素特征顯示兩處溫泉為研究區(qū)幔源物質(zhì)釋放量較高的泉點(diǎn)（李其林等，2018），這意味著高含量CO2的釋放可能來源于地幔的脫氣作用。特別值得注意的是，2013年8月天生橋溫泉游離態(tài)CO2含量突增至6 600 mg/L，約是2004年的近20倍，2016年時(shí)降低至180 mg/L，該突增有可能是2013年香格里拉地震的臨震異常，因?yàn)榈卣鹎暗牡貧?yīng)力場(chǎng)變化可能會(huì)引起深部酸性物質(zhì)上涌，造成pH值下降，碳酸鹽釋放CO2混合深部CO2的釋放，使得大量的游離CO2逸出。

32 熱儲(chǔ)溫度

利用地?zé)崃黧w水化學(xué)數(shù)據(jù)估算熱儲(chǔ)溫度-淺層地?zé)釄?chǎng)對(duì)了解深部地?zé)峄顒?dòng)及進(jìn)一步認(rèn)識(shí)巖石圈的物理性質(zhì)有著重要的科學(xué)指示意義。張旗等（2014）研究發(fā)現(xiàn)地殼中巖漿囊的存在，會(huì)導(dǎo)致巖漿囊周圍較高的地?zé)岙惓５漠a(chǎn)生;趙慈平等（2006，2014）利用溫泉熱儲(chǔ)溫度場(chǎng)的空間分布，確定了騰沖火山區(qū)、寧洱—通關(guān)火山區(qū)殼內(nèi)巖漿囊的現(xiàn)今分布范圍。監(jiān)測(cè)淺層流體的地?zé)釤醿?chǔ)溫度及其異常，可作為揭示中強(qiáng)地震活動(dòng)的一種手段。王鵬等（2016）在西藏地?zé)岙惓^(qū)研究中表明溫泉密度和高溫?zé)醿?chǔ)區(qū)與SN向的斷裂帶及地震活動(dòng)性在空間上有較好的匹配關(guān)系;王云等（2018）研究青藏高原東南緣地?zé)崤c地震活動(dòng)發(fā)現(xiàn)騰沖火山區(qū)、通關(guān)—寧洱火山區(qū)、松潘—甘孜地塊的香格里拉和康定地區(qū)，以及汶川地區(qū)淺層地?zé)岙惓Ｅc地幔軟流圈上涌有關(guān);近年來的強(qiáng)震（MS≥60）震中絕大部分位于地?zé)岙惓^(qū)之間的過渡區(qū)域或地?zé)崽荻葞?。估算熱?chǔ)溫度常用的傳統(tǒng)地?zé)釡貥?biāo)有Na-K（Fournier，1979a;Giggenbach，1988）、K-Mg（Fournier，1979b;Giggenbach，1988）、Na-K-Ca（Fournier，Truesdell，1973）溫標(biāo)和硅溫標(biāo)（Fournier，Potter，1982）等。本文利用這4種傳統(tǒng)地?zé)釡貥?biāo)計(jì)算了下給和天生橋溫泉?dú)v年的熱儲(chǔ)溫度（表1）。

根據(jù)水樣的陽離子含量數(shù)據(jù)可得到Na-K-Mg的平衡圖解，以檢驗(yàn)研究熱水和礦物的平衡狀態(tài)和陽離子地?zé)釡貥?biāo)方法的可靠性。通過圖4的Na+和K+以及Mg2+含量的分析數(shù)據(jù)可以看出，下給和天生橋溫泉水樣點(diǎn)均落在未成熟水的范圍內(nèi)，且非常靠近Mg端元，熱水中的鈉、鉀礦物均未達(dá)到飽和狀態(tài)，反映了水樣不能達(dá)到平衡。水-巖反應(yīng)的平衡溫度偏低的狀況，同時(shí)說明了原本達(dá)???到溶解平衡的熱水在由熱水向地表上升的過程中受到淺層冷水的強(qiáng)烈稀釋作用，從而使熱水中元素的含量變低（Giggenbach，1988）?？梢婈栯x子型地溫計(jì)不適用于計(jì)算下給和天生橋溫泉的熱儲(chǔ)溫度。利用硅-焓模型可以確定熱水中混入的冷水份額，求算方法主要根據(jù)地下熱水SiO2的初始含量和初焓與泉水SiO2含量和終焓存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系，詳見佟偉等（1981）和Liu等（2012）研究。表1顯示2處溫泉在不同年份受到混合的冷水份額均變化不大，下給和天生橋溫泉水樣冷水混入比平均在75%～81%和59%～65%，說明水樣由熱水向地表上升的過程中的確受到淺層冷水的稀釋作用，與Na-K-Mg三角圖反映一致。

筆者曾用多種地?zé)釡貥?biāo)對(duì)滇西北地區(qū)溫泉的熱儲(chǔ)溫度進(jìn)行估算，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用石英溫標(biāo)在估算時(shí)具有一定的可靠性（李其林等，2019）。因此我們利用石英溫標(biāo)估算了2處溫泉在不同年份的熱儲(chǔ)溫度。石英溫標(biāo)是利用SiO2的溶解度是溫度的函數(shù)這一原理來估算熱儲(chǔ)溫度的，計(jì)算結(jié)果詳見表1，計(jì)算公式如下：

通常石英溫標(biāo)計(jì)算的溫度僅能反映最上層地殼不超過5 km的熱儲(chǔ)溫度，對(duì)比下給和天生橋溫泉1981，2004，2013，2016和2017年的熱儲(chǔ)溫度變化情況，發(fā)現(xiàn)2處溫泉的熱儲(chǔ)溫度在2004和2013年略微下降，總體上無太大波動(dòng)。下給和天生橋溫泉的平均熱儲(chǔ)溫度為132 ℃和89℃，下給溫泉的熱儲(chǔ)溫度高于天生橋溫泉。下給溫泉屬于中溫地?zé)嵯到y(tǒng)，天生橋溫泉屬于低溫地?zé)嵯到y(tǒng)。通過地下熱水循環(huán)公式計(jì)算2處溫泉的循環(huán)深度（汪萬紅等，2008）為：

式中：D為循環(huán)深度（m）;T熱儲(chǔ)為熱儲(chǔ)溫度（℃），本文取下給和天生橋溫泉的平均熱儲(chǔ)溫度為132 ℃和89 ℃;T冷水為地表冷水溫度，本文取香格里拉地區(qū)冷水溫度（11 ℃）（李其林等，2019）;h為常溫層厚度，平均為20 m;Δt 為地溫梯度（℃/100 m），根據(jù)云南巖石圈的地溫研究（周真恒，向才英，1997），取平均值23 ℃/100 m。

計(jì)算得出下給和天生橋溫泉的循環(huán)深度分別為5 280 m和3 411 m，與鄭玉慧（2015）計(jì)算得到的2處溫泉的循環(huán)深度為5 132 m和3 085 m相似。根據(jù)深部地球物理資料，四川黑水—金川—道孚—雅江—稻城一帶深部70 km處存在一個(gè)明顯低速體，可能是深部地幔軟流圈上涌區(qū)，這為形成上層地殼水熱活動(dòng)或地?zé)崽峁┝擞辛Φ纳畈繜釀?dòng)力背景。川西康定地區(qū)溫泉?dú)怏w的3He/4He最高達(dá)335～533 RA（RA為大氣3He/4He，即14×10-6）（Zhou et al，2017）。下給和天生橋溫泉恰位于該低速體的南端即其邊緣地帶，推測(cè)研究區(qū)淺層地?zé)釄?chǎng)的主要能量源可能有地幔熱源的貢獻(xiàn)。2處溫泉存在幔源氦的侵入特征，幔源氦釋放百分比分別為76%和50%（李其林等，2018）。下給溫泉的幔源釋放量略大于天生橋溫泉，這可能是2處溫泉熱儲(chǔ)溫度和循環(huán)深度差異的內(nèi)在原因。

33 溫泉逸出CO2釋放特征及其來源

溫泉逸出氣CO2濃度測(cè)試結(jié)果顯示（表2），2處溫泉?dú)怏w成分均以CO2 為主，釋放百分含量均大于80%。2017年本研究組通過積氣計(jì)時(shí)法（張茂亮等，2011）獲得了下給和天生橋溫泉逸出氣體通量，將逸出氣體通量乘以CO2 百分含量可計(jì)算出2處溫泉的逸出CO2流量分別為423，1 323 mL/min，溫泉CO2釋放都較為突出，其中天生橋溫泉的CO2釋放量比下給溫泉高出許多。研究CO2的釋放百分含量變化趨勢(shì)可知，下給溫泉2017年CO2的釋放百分含量由2004年的949%下降為845%。天生橋溫泉與之情況類似，2017年CO2的釋放百分含量為882%，低于2004年的987%。在火山區(qū)、活動(dòng)斷裂帶的溫泉逸出氣體往往表現(xiàn)出較高的CO2含量（Alessandro et al，1997;Du et al，2005）。斷層CO2氣體的釋放強(qiáng)度一定程度反映了斷裂帶深部應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱，并可間接反映該地區(qū)斷裂帶的活動(dòng)強(qiáng)度（國家地震局地殼研究所，云南省地震局，1990）。下給和天生橋溫泉CO2釋放量較高，但2017年釋放量有所減少，可能與德欽—中甸斷裂現(xiàn)今的活動(dòng)性有關(guān)，需加強(qiáng)后續(xù)CO2釋放強(qiáng)度的跟蹤監(jiān)測(cè)。

為進(jìn)一步了解下給和天生橋溫泉逸出氣CO2的釋放特征需追溯其來源。來源不同的CO2有著不同的同位素特征，例如地幔成因的CO2∶ δ13C=-4‰～-8‰，石灰?guī)r熱變質(zhì)成因的CO2∶ δ13C=±2‰（Marty，2001）。天生橋和下給溫泉樣品的δ13CCO2在2004年分別為-321‰，-424‰，在2017年變?yōu)?258‰，-194‰。由于不同來源的δ13CCO2存在交叉關(guān)系，單獨(dú)利用δ13CCO2值判斷2處溫泉逸出氣CO2的來源是不全面的，我們利用3He/4He與δ13CCO2的關(guān)系圖（圖5）（Mao et al，2013）進(jìn)行分析。從圖5可以發(fā)現(xiàn)，下給和天生橋溫泉CO2氣體都并非是單一來源，均落在殼?；旌螩O2的區(qū)域，2處溫泉的CO2氣體主要來源于無機(jī)碳酸鹽巖的變質(zhì)作用和地幔碳釋放的混合。相比之下2017年的CO2氣體似乎更偏向于石灰?guī)r變質(zhì)成因的方向。

3He/4He是判識(shí)幔源氣體最佳的地球化學(xué)示蹤劑（Hilton et al，1993）。氦同位素特征通常用R（樣品的3He/4He）與RA（大氣3He/4He，即14×10-6）之比R/RA表示 。下給氣體樣品2004，2017年的R/RA分別為112和074;天生橋氣體樣品2004，2017年的R/RA分別為099和056。

大量研究表明，震前由于深源流體的大量上侵，表征深源成分的參量3He/4He會(huì)大幅度上升，而地震發(fā)生后，隨著時(shí)間的推移，幔源流體釋放強(qiáng)度逐漸減弱，3He/4He會(huì)顯示下降趨勢(shì)并逐漸恢復(fù)到背景值。但由于2004年3He/4He（沈立成，2007）缺少4He/20Ne的數(shù)據(jù)，無法排除大氣氦的干擾，將其和2017年3He/4He數(shù)據(jù)直接比較不夠準(zhǔn)確。2013年香格里拉59級(jí)地震發(fā)生后是否也使得3He/4He下降，目前下給和天生橋溫泉3He/4He和幔源物質(zhì)上侵作用（幔源氦釋放量）是否已回到正常背景值需要進(jìn)一步的跟蹤監(jiān)測(cè)。利用4He/20Ne的數(shù)據(jù)可對(duì)2017年下給和天生橋溫泉的3He/4He 數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣污染校正后計(jì)算得到幔源氦釋放百分比分別為76%和50%（Duchkov et al，2010），這說明了2處溫泉現(xiàn)今存在幔源氦的侵入作用。

常祖峰（2015）認(rèn)為香格里拉59級(jí)地震后，在金沙江斷裂和德欽—中甸—大具斷裂的交匯區(qū)仍有發(fā)生更大地震的可能性。德欽—中甸斷裂是川滇菱形塊體西北邊緣的一條重要的活動(dòng)斷裂，可以作為深源流體天然的上升通道。深源流體活動(dòng)對(duì)地震發(fā)生有著重要影響（Zhao et al，2002;Lei，Zhao，2009）。以水和氣體為代表的深源流體活動(dòng)與地殼內(nèi)的大地震有著非常密切的關(guān)系，深源流體活動(dòng)的地表觀測(cè)可能是尋找流體源兆的重要突破口。下給和天生橋溫泉是研究區(qū)典型CO2釋放強(qiáng)度較強(qiáng)且存在幔源物質(zhì)入侵特征的泉點(diǎn)，因此密切關(guān)注下給和天生橋溫泉的逸出氣體氦碳同位素特征有利于進(jìn)一步判斷德欽—中甸一帶未來地震活動(dòng)性。

4 結(jié)論

下給和天生橋溫泉位于2013年香格里拉MS59 地震發(fā)震斷裂帶德欽—中甸斷裂附近，是研究區(qū)CO2釋放強(qiáng)度較強(qiáng)且存在幔源物質(zhì)入侵特征的泉點(diǎn)。2處溫泉流體水化學(xué)和逸出氣CO2的來源和變化特征顯示：2013年8月香格里拉MS59地震前后Ca2+，Mg2+和游離態(tài)CO2含量有由低變高、再變低的變化特征。該水化學(xué)特征變化對(duì)分析此次地震臨震水化學(xué)異常具有一定的參考價(jià)值。下給和天生橋溫泉的熱儲(chǔ)溫度平均為132 ℃和89 ℃，循環(huán)深度分別為5 132和3 085 m，均具有高低差異，與其幔源物質(zhì)釋放強(qiáng)度大小有關(guān)。2017年2處溫泉CO2釋放含量比2004年有所減少，He，C同位素顯示下給和天生橋溫泉存在幔源入侵的特征?，F(xiàn)有的He，C同位素觀測(cè)數(shù)據(jù)不足以判斷2013年香格里拉MS59地震后深源流體上侵作用是否已減弱。為進(jìn)一步了解德欽—中甸斷裂活動(dòng)性及德欽—中甸一帶未來的強(qiáng)震危險(xiǎn)性，今后需加強(qiáng)該區(qū)深源流體的跟蹤監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

常祖峰，張艷鳳，李鑒林，等2014德欽—中甸—大具斷裂晚第四紀(jì)活動(dòng)的地質(zhì)與地貌表現(xiàn)[J].地震研究，37（1）：46-52

常祖峰20152013年云南奔子欄M59地震發(fā)生的地震地質(zhì)背景[J].地震地質(zhì)，37（1）：192-207

成智慧，郭正府，張茂亮，等2012騰沖新生代火山區(qū)溫泉CO2氣體排放通量研究[J].巖石學(xué)報(bào)，28（4）：1217-1224

杜建國，康春麗2000強(qiáng)地震前兆異常特征與深部流體作用探討[J].地震，20（3）：95-101

郭正府，張茂亮，成智慧，等2014中國大陸新生代典型火山區(qū)溫室氣體釋放的規(guī)模及其成因[J].巖石學(xué)報(bào)，30（11）：3467-3480

國家地震局地殼研究所，云南省地震局1990滇西北地區(qū)活動(dòng)斷裂[M].北京：地震出版社

胡小靜，付虹，李利波，等2018云南江川漁村井地下水補(bǔ)給來源分析[J]地震研究，41（4）：544-550

李其林，王云，周藝穎，等2018滇西北德欽一中甸一帶溫泉逸出氣體地球化學(xué)特征研究[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，37（4）：645-651

李其林，王云，周藝穎，等2019劍川—德欽一帶的地?zé)岙惓＃簩?duì)川滇菱塊西北邊界和地震活動(dòng)性的意義[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，38（1）：90-102

劉仕錦，李學(xué)川，李志鵬，等2006康定溫泉逸出氣短期預(yù)測(cè)研究[J].四川地震，（2）：43-47

冉華，趙慈平，陳坤華2006巖石圈排氣氣體富集取樣裝置的研制和取樣方法的研究[J].地震研究，29（增刊1）：509-512

冉華，趙慈平，陳坤華2008騰沖火山區(qū)溫泉甲烷氣體現(xiàn)場(chǎng)富集取樣效果研究[J].地震研究，31（增刊1）：486-493

沈立成2007中國西南地區(qū)深部脫氣（地質(zhì)）作用與碳循環(huán)研究[D].重慶：西南大學(xué)

佟偉，章銘陶，張知非，等1981西藏地?zé)醄M].北京：科學(xué)出版社，1-170

汪萬紅，張慧，蘇鶴軍2008秦嶺北緣斷裂帶溫泉水循環(huán)深度與地震活動(dòng)性的關(guān)系研究[J].西北地震學(xué)報(bào)，30（1）：36-41

王蒙蒙2017云南西北地區(qū)部分溫泉和鹽泉特征及鈣華成因[D]北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京）

王鵬，陳曉宏，沈立成，等2016西藏地?zé)岙惓^(qū)熱儲(chǔ)溫度及其地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)[J].中國地質(zhì)，75（4）：1429-1438

王宇，楊世瑜2003香格里拉盆地地?zé)岬刭|(zhì)特征及勘探前景[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)22（3）：265-272

王云，李其林，冉華，等2018青藏高原東南緣地?zé)崤c地震活動(dòng)：來自氦同位素的約束[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，37（4）：652-662

吳微微，龍鋒，楊建思，等20152013年川滇交界香格里拉—得榮震群序列的重新定位、震源機(jī)制及發(fā)震構(gòu)造[J].地球物理學(xué)報(bào)，58（5）：1584-1596

肖瓊，沈立成，袁道先，等2009重慶北溫泉水化學(xué)特征對(duì)汶川80級(jí)地震的響應(yīng)[J].中國巖溶，28（4）：385-390

徐錫偉，程佳，許沖，等2014青藏高原塊體運(yùn)動(dòng)模型與地震活動(dòng)主體地區(qū)討論：魯?shù)楹途肮鹊卣鸬膯⑹綶J].地震地質(zhì)，36（4）：1116-1134

徐錫偉，吳熙彥，于貴華，等2017中國大陸高震級(jí)地震危險(xiǎn)區(qū)判定的地震地質(zhì)學(xué)標(biāo)志及其應(yīng)用[J].地震地質(zhì)，39（2）：219-275

張茂亮，郭正府，成智慧，等2011長(zhǎng)白山火山區(qū)溫泉溫室氣體排放通量研究[J].巖石學(xué)報(bào)，27（10）：2898-2904

張旗，金惟俊，李承東，等2014巖漿熱場(chǎng)：它的基本特征及其與地?zé)釄?chǎng)的區(qū)別[J].巖石學(xué)報(bào)，30（2）：342-349

張煒斌，杜建國，周曉成，等2013首都圈西部盆嶺構(gòu)造區(qū)地?zé)崴牡厍蚧瘜W(xué)研究[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，32（4）：489-496

趙慈平，陳有麗，王云，等2014云南寧洱—通關(guān)火山區(qū)最上地殼地?zé)釄?chǎng)：構(gòu)造和巖漿活動(dòng)意義[J].巖石學(xué)報(bào)，30（12）：3645-3656

趙慈平，冉華，陳坤華2006由相對(duì)地?zé)崽荻韧茢嗟尿v沖火山區(qū)現(xiàn)存巖漿囊[J].巖石學(xué)報(bào)，22（6）：1517-1528

趙慈平，王云，周摯，等2017寧洱火山區(qū)殼內(nèi)巖漿囊現(xiàn)今溫度：來自CO2-CH4碳同位素地質(zhì)溫度計(jì)的估計(jì)[J].巖石學(xué)報(bào)，33（1）：232-249

趙珂2005云南深大斷裂溫泉CO2釋放規(guī)律研究[D].重慶：西南師范大學(xué)

鄭玉慧2015云南省香格里拉縣天生橋溫泉和下給溫泉特征及鈣化形成分析[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京）

周曉成2011汶川MS80地震后川西地區(qū)的氣體地球化學(xué)[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

周真恒，向才英1997云南巖石圈地溫分布[J].地震地質(zhì)，19（3）：227-234