王國(guó)建, 寧麗榮,李廣之, 吳傳芝, 朱懷平,胡斌, 肖鵬飛,唐俊紅

1)中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所,江蘇無錫,214126;

2)中國(guó)石化石油物探技術(shù)研究院,南京,211100;

3)杭州電子科技大學(xué)材料科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,杭州,310018

內(nèi)容提要:地球化學(xué)勘探技術(shù)作為地?zé)豳Y源綜合勘查技術(shù)之一,在地?zé)峥碧介_發(fā)中發(fā)揮了重要作用。 沉積盆地型與隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)由于自身地質(zhì)特征的不同,必然造成它們的地球化學(xué)判識(shí)指標(biāo)和異常模式存在差異。 目前國(guó)內(nèi)外尚缺乏對(duì)這兩種類型地?zé)嵯到y(tǒng)判識(shí)指標(biāo)和地球化學(xué)異常模式差異性進(jìn)行地質(zhì)地球化學(xué)分析,導(dǎo)致針對(duì)不同的勘探對(duì)象在方法選擇和異常解釋上依據(jù)不足。 以典型沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)——河北雄縣地?zé)嵯到y(tǒng),隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)——安徽巢湖半湯地?zé)嵯到y(tǒng)為例,開展地球化學(xué)方法試驗(yàn),建立了兩種類型地?zé)嵯到y(tǒng)的地表地球化學(xué)異常模式,并從地?zé)嵯到y(tǒng)的地質(zhì)因素(熱源、熱水、熱儲(chǔ)、通道、蓋層)出發(fā),對(duì)其地表地球化學(xué)異常模式差異性進(jìn)行分析,表明隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)地表地球化學(xué)異常模式為受導(dǎo)水?dāng)鄬?、破碎帶控制的正異?沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)氣體地球化學(xué)異常模式為受熱儲(chǔ)構(gòu)造控制的正異常,微量元素地球化學(xué)異常為受氧化還原環(huán)境控制的負(fù)異常;二者在有效地球化學(xué)指標(biāo)組合和異常形態(tài)上均存在差異。 研究結(jié)果為不同類型地?zé)嵯到y(tǒng)勘探提供方法和理論依據(jù)。

從構(gòu)造成因角度看,地?zé)嵯到y(tǒng)可分為沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)與隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)(朱炳球等,1992;陳墨香等,1996;王鈞等,1990;張英等,2017)。沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)一般發(fā)育于比較穩(wěn)定的盆地中,構(gòu)造活動(dòng)一般較弱,熱能傳遞以熱傳導(dǎo)方式為主,一般不具有向上運(yùn)移的流體循環(huán),熱背景值較低(閻敦實(shí)等,2000;王琦,2010;張英等,2017;張薇等,2019;羅璐等,2019;李泓泉等,2020);隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)的發(fā)育與構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān),通常分布于構(gòu)造活動(dòng)異?；钴S的地區(qū),如板塊邊緣區(qū)以及板內(nèi)斷裂活動(dòng)異常強(qiáng)烈的地區(qū),往往在地質(zhì)歷史上伴有火山或巖漿活動(dòng)。 異常強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)與深大斷裂為深部巖漿上涌提供了通道條件,成為深部熱源傳遞并形成地?zé)豳Y源的重要因素(Reed,1983;汪集旸,1996;周立岱,2005;張英等,2017;史猛等,2019;袁利娟等,2020)。 地球化學(xué)勘探技術(shù)作為地?zé)豳Y源綜合勘查技術(shù)之一,在圈定地?zé)岙惓^(qū)、控?zé)?、?dǎo)熱構(gòu)造,尋找控?zé)釘嗔?推斷地?zé)崴某梢蚝湍挲g,推斷深部熱儲(chǔ)溫度等方面發(fā)揮了重要作用,配合地質(zhì)、地球物理技術(shù),可以提高地?zé)峥碧介_發(fā)的成功率。長(zhǎng)期以來,盡管眾多研究者進(jìn)行了不同類型地?zé)嵯到y(tǒng)的地球化學(xué)勘探(史長(zhǎng)義等,1992;吳述來等,2007;謝學(xué)錦等,2009;張?jiān)嗟?2010;Fourré et al.,2011;Nguyen Kim Phuong et al.,2012;Samuel et al.,2013;吳繼新,2013;趙蘇民等,2013;韓冀春等,2018),但是都限于勘探找熱個(gè)例,尚沒有對(duì)沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)和隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)富熱區(qū)的地球化學(xué)判識(shí)指標(biāo)和地球化學(xué)異常模式進(jìn)行對(duì)比,也沒有對(duì)兩種類型地?zé)嵯到y(tǒng)判識(shí)指標(biāo)和地球化學(xué)異常模式的差異性原因進(jìn)行地質(zhì)地球化學(xué)分析,導(dǎo)致針對(duì)不同的勘探對(duì)象在方法選擇和異常解釋上尚缺乏依據(jù)。 因此,開展兩種不同類型地?zé)嵯到y(tǒng)地球化學(xué)判識(shí)指標(biāo)和異常模式差異性研究具有重要意義。 本文以典型沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)——河北雄縣地?zé)嵯到y(tǒng),隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)——安徽巢湖半湯地?zé)嵯到y(tǒng)為例,開展地球化學(xué)方法試驗(yàn),主要包括土壤游離氣(CH4、H2、He、CO2)、頂空氣(CH4、He、CO2)、熱釋汞、酸解烴、碳酸鹽(盧麗等,2013),壤氣汞、壤氣氡、土壤元素(Hg、S、As、Ti、Bi、V、Ni、Sr)(賓德智等,2010)。 各方法的地?zé)嶂笜?biāo)意義分別簡(jiǎn)述如下:CH4、H2、He、CO2都是地?zé)嵯到y(tǒng)伴生的重要?dú)怏w,在地下各種驅(qū)動(dòng)力作用上容易微滲漏擴(kuò)散到地表形成氣體及其衍生物濃度異常(朱炳球等,1992;湯玉平等,2017),如酸解烴為微滲漏擴(kuò)散甲烷進(jìn)入礦物晶格形成化學(xué)吸附的烴類(楊俊等,2015),碳酸鹽為微滲漏擴(kuò)散的CO2以及CH4被微生物氧化形成的CO2與地表堿土金屬陽離子以及非堿金屬陽離子反應(yīng)形成;地?zé)嵯到y(tǒng)中硫化物的存在為親銅元素提供了來源。 Hg 為親銅元素,它的電離勢(shì)很高,居親銅元素的第一位,因而汞易從各種化合物中還原成汞蒸氣而進(jìn)入大氣,或以游離的形式賦存于巖石裂隙和土壤顆粒間隙(壤氣汞)或被這些介質(zhì)吸附和吸留(熱釋汞)(朱炳球等,1992)。 氡是放射性元素鈾、鐳衰變鏈中的產(chǎn)物,在溫差及壓驅(qū)動(dòng)下,隨地下水沿孔隙或破碎帶運(yùn)移至地表。 一些易揮發(fā)元素(如親銅元素)在地?zé)崴蜆?gòu)造的作用下,造成元素在空間分布上的變化,通常在地?zé)嵯到y(tǒng)的上方及周圍形成分散暈或異常(童運(yùn)福等,1992;湯玉平等,2017)。 通過實(shí)測(cè)獲得的大量地球化學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)兩種類型地?zé)嵯到y(tǒng)的地表地球化學(xué)異常模式差異性進(jìn)行分析。

1 沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)——雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)地球化學(xué)異常模式

1.1 地質(zhì)概況及化探剖面

選擇中國(guó)石化集團(tuán)新星公司地?zé)崾痉痘?沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)——冀中坳陷河北雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)作為本次研究的試驗(yàn)區(qū),化探剖面如圖1 所示。 雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)被認(rèn)為是一個(gè)有共同熱源的地質(zhì)綜合體,關(guān)于其熱源、熱儲(chǔ)、導(dǎo)水通道、蓋層信息等如下(韓征,2009):① 熱源:結(jié)合區(qū)域性氦數(shù)據(jù),冀中凹陷地幔熱流約占61%,地殼熱流約占到39%,證明該地區(qū)(含雄縣地?zé)嵯到y(tǒng))熱源以幔源為主。 ② 熱儲(chǔ):雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)中包括新近—古近系砂巖孔隙熱儲(chǔ)和基巖巖溶裂隙熱儲(chǔ),特別是薊縣系霧迷山組熱儲(chǔ)分布范圍廣、厚度大、巖溶裂隙發(fā)育、滲透性良好,是整個(gè)地?zé)嵯到y(tǒng)中最重要的熱儲(chǔ)。 在牛駝鎮(zhèn)凸起部分僅存在薊縣系熱儲(chǔ),其埋藏深度在950 ～1050 m之間,是雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)開發(fā)利用的主要熱儲(chǔ)層。 ③ 導(dǎo)水通道:雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)基巖中的斷裂和次生斷裂構(gòu)成了地?zé)崴闹饕獙?dǎo)水通道。 ④ 熱儲(chǔ)蓋層:雄縣范圍內(nèi)第四系地層構(gòu)成了地?zé)嵯到y(tǒng)的良好蓋層。 ⑤ 熱儲(chǔ)溫度:在雄縣的牛駝鎮(zhèn)凸起范圍,新近—古近系的底板(大部分范圍也是薊縣系的頂板)深度一般在1000 m 左右。 因此,1000 m 深度地溫等值線相當(dāng)于新近—古近系熱儲(chǔ)底板溫度和薊縣系熱儲(chǔ)頂板溫度等值線,其最高值為92 ℃(韓征,2009)。 在牛駝鎮(zhèn)凸起,薊縣系霧迷山組的底板深度在2000 m 左右,其溫度在凸起的軸部為90～118 ℃,兩側(cè)溫度逐漸變低,最低約為60 ℃。

圖1 雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)基巖地質(zhì)圖及化探剖面位置(據(jù)韓征,2009 修改)Fig. 1 The location of bedrock geology and geochemical profile of Xiongxian geothermal system (modified after Han Zheng, 2009＆)

1.2 雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)地球化學(xué)異常模式

通過對(duì)雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)地表地球化學(xué)特征分析表明,能反映地?zé)嵯到y(tǒng)富熱區(qū)的主要有效地球化學(xué)勘探指標(biāo)有:游離氣甲烷(Y-CH4)、氫氣(Y-H2),微量元素Sr,氧化還原電位Eh,其中Eh 為環(huán)境指標(biāo)。 為了消除單點(diǎn)異常的隨機(jī)性,對(duì)剖面上的地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了滑動(dòng)平均處理,初步建立雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)地質(zhì)—地球化學(xué)異常模式(圖2、圖3):游離還原性氣體指標(biāo)(CH4、H2)在雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)最有利地?zé)岣患瘏^(qū)(牛駝鎮(zhèn)凸起頂部)為正異常(或頂端塊狀異常)模式;元素Sr、環(huán)境指標(biāo)Eh 在雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)最有利地?zé)岣患瘏^(qū)(牛駝鎮(zhèn)凸起頂部)為負(fù)異常(或環(huán)狀異常)模式。

雄縣地?zé)崴腿罋庵械母邼舛燃淄橹饕怯袡C(jī)來源(湯玉平等,2017),牛駝鎮(zhèn)凸起緊鄰霸縣凹陷、廊坊固安凹陷,凹陷中的烴源巖生成的氣體可能沿牛東斷裂、角度不整合面等側(cè)向微運(yùn)移,以游離態(tài)和溶解態(tài)聚集在凸起頂部,形成具有指示地?zé)岣患课坏募淄闈舛犬惓！?因此從地表探測(cè)游離氣(CH4、H2)的異常峰值主要分布在牛駝鎮(zhèn)凸起頂部及其附近區(qū)域,較好地響應(yīng)了凸起上部薊縣系儲(chǔ)層與新近—古近系不整合接觸的范圍,這是基巖巖溶裂隙熱儲(chǔ)的地表地球化學(xué)效應(yīng)反映。 由于游離氣CH4、H2屬于還原性氣體,在地表的高豐度存在將導(dǎo)致土壤環(huán)境相對(duì)還原,因而Eh 相對(duì)于背景區(qū)明顯降低,出現(xiàn)負(fù)異常。 氧化還原電位變化,從而引起富熱區(qū)地表Sr、Ni 等元素活化遷移,在最有利富熱部位出現(xiàn)虧損或負(fù)異常。 牛駝鎮(zhèn)凸起頂部的地溫梯度最高可達(dá)12 ℃/100 m(韓征,2009),在這樣高的地溫梯度以及高濃度還原性氣體下,使地表產(chǎn)生了響應(yīng)最有利地?zé)岣患课坏牡厍蚧瘜W(xué)異常模式和環(huán)境。

從圖2、圖3 還可以看到,牛駝鎮(zhèn)凸起北西翼(即鄰近凸起頂部的北西方向)也有較強(qiáng)的還原性氣體濃度異常,可能與地?zé)嵯到y(tǒng)的最有利熱儲(chǔ)——薊縣系霧迷山組(Jxw)巖溶熱儲(chǔ)主要沿北西翼展布有關(guān);另外在剖面Ⅱ—Ⅱ’上,牛駝鎮(zhèn)凸起北西翼還存在一個(gè)較大的次級(jí)斷裂,該斷裂斷至中上元古界熱儲(chǔ)和古近系地層,熱儲(chǔ)中的氣體可能沿此通道微滲漏擴(kuò)散到地表,形成高豐度異常。

2 隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)——半湯地?zé)嵯到y(tǒng)地球化學(xué)異常模式

2.1 地質(zhì)概況及化探剖面

巢湖半湯地?zé)嵯到y(tǒng)位于安徽省巢湖市湯山背斜南西傾伏端,背斜核部由震旦系、寒武系、奧陶系碳酸鹽巖類地層組成,南、東、西(背斜兩翼)三面則分布著志留系砂質(zhì)頁巖、泥巖等極弱含水層,自然形成一個(gè)封閉式儲(chǔ)水構(gòu)造。 半湯地?zé)嵯到y(tǒng)的熱源是滁河深斷裂溝通深部熱流,滁河斷裂帶內(nèi)次級(jí)斷層構(gòu)造、裂隙和巖溶發(fā)育,大氣降水沿溶孔、溶洞、裂隙向地下深部滲透徑流,由于裂隙、巖溶在地下不同標(biāo)高段發(fā)育,具不均勻性。 地下水在不同標(biāo)高深度段的巖溶、裂隙通道內(nèi)徑流、循環(huán)、在徑流過程中受地?zé)嵩鰷芈视绊?獲取熱能,溫度升高的地下熱水,溶解度增大,溶解了大量的稀有元素、微量元素和金屬元素。 深部熱流體沿F2、F3 斷層由北東向南西徑流、運(yùn)移。 當(dāng)受到深部F1 斷層和志留系地層阻隔后,在補(bǔ)給、排泄區(qū)水頭差和熱對(duì)流作用影響下,沿F5 斷層裂隙、巖溶通道迅速向上運(yùn)移,在受到第四系松散蓋層影響后,呈帶狀分散涌出地表(圖4)。 由于地下熱流體在不同深度的巖溶、裂隙發(fā)育帶徑流、循環(huán),因而,各溫泉涌出地表的水溫也各不相同(劉飛等,2008)。 本次化探剖面如圖4 所示。

圖4 安徽巢湖半湯地?zé)嵯到y(tǒng)地質(zhì)圖(據(jù)劉飛,2008 修改)及化探剖面示意圖Fig. 4 Geological map ( modified from Liu Fei, 2008＆) and geochemical profile of Bantang geothermal system, Chaohu

2.2 半湯地?zé)嵯到y(tǒng)地球化學(xué)異常模式

通過對(duì)半湯地?zé)嵯到y(tǒng)地表地球化學(xué)特征分析表明,隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)地表地球化學(xué)指標(biāo)主要受導(dǎo)水?dāng)鄬涌刂?以破碎帶處地球化學(xué)異常顯著。 主要有效地球化學(xué)指標(biāo)是:酸解烴甲烷,碳酸鹽含量,頂空氣甲烷,熱釋汞,壤氣汞,壤氣氡,元素Hg、S。因此,隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)地表地球化學(xué)異常模式為:以斷層、破碎帶控制的多種地球化學(xué)指標(biāo)濃度顯著正異常,在剖面上的形態(tài)表現(xiàn)為尖峰狀(圖5)。

圖5 巢湖半湯地?zé)嵯到y(tǒng)地質(zhì)—地球化學(xué)異常模式Fig. 5 Geological—geochemical anomaly pattern of Bantang geothermal system,Chaohu

半湯地?zé)嵯到y(tǒng)的地球化學(xué)異常模式與局部斷裂有關(guān)。 半湯溫泉F3 斷層分布在地?zé)崽镂鞑? 走向北北東20°～40°,傾向南東,傾角較陡,性質(zhì)為壓扭性逆斷層,斷層南東盤為震旦系燈影組和寒武系中上統(tǒng)山凹丁群,北西盤零星出露,為奧陶系下統(tǒng)。 該斷層在地?zé)崽锉辈靠哲姱燄B(yǎng)院山坡,見寬約15.0 m 的角礫巖帶,角礫呈棱角狀,礫徑小者3.0 ～5.0 mm,大者2.0 cm 以上,膠結(jié)物為細(xì)屑白云巖、方解石和鐵質(zhì)氧化物組成。 該斷層為富水?dāng)鄬?冷泉王泉分布在斷層帶上。 在半湯地表可以見到F3 斷層受到在擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中扭性作用力下地層破碎較為嚴(yán)重,破碎帶角礫巖膠結(jié)物證明了這一點(diǎn),同時(shí)也證明了F3 斷層是地下與地上的溝通通道。 本次半湯地區(qū)化探測(cè)量的酸解烴甲烷,碳酸鹽含量,頂空氣甲烷,熱釋汞,微量元素Hg、S 等指標(biāo)在F3 斷層上顯示了明顯的地球化學(xué)異常,化探指標(biāo)的共同分布特征,反映F3 斷層是地下物質(zhì)垂向運(yùn)移至地表的有效通道;而F3 斷層破碎帶膠結(jié)物為方解石和鐵質(zhì)氧化物的組成,證明了早期高礦化水溶液存在通過斷裂系統(tǒng)持續(xù)的上滲運(yùn)移。 F3 斷層起到了對(duì)半湯溫泉地表化探異常輸送物質(zhì)和控制化探異?？臻g分布的決定作用。

3 兩種類型地?zé)嵯到y(tǒng)地球化學(xué)異常模式差異性分析

上述兩種類型地?zé)嵯到y(tǒng)的地球化學(xué)勘探試驗(yàn)結(jié)果表明,沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)——雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)與隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)——半湯地?zé)嵯到y(tǒng)的最有利富熱部位無論是在有效地球化學(xué)判識(shí)指標(biāo)上,還是在地球化學(xué)異常模式上均存在很大差異。 表1 將二者的地質(zhì)特征、地球化學(xué)判識(shí)指標(biāo)、地球化學(xué)異常模式做了對(duì)比。 從地?zé)嵯到y(tǒng)的地質(zhì)因素(熱源、熱水、熱儲(chǔ)、通道、蓋層)出發(fā),對(duì)兩類地?zé)嵯到y(tǒng)地球化學(xué)異常模式差異性的原因進(jìn)行探討。

表1 不同類型地?zé)嵯到y(tǒng)地質(zhì)特征與地球化學(xué)有效指標(biāo)、異常模式對(duì)比表Table 1 Comparison of geological characteristics, effective geochemical indicators and anomaly patterns of different types of geothermal systems

熱源及導(dǎo)熱方式差異:隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)與沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)地質(zhì)構(gòu)造背景存在差異,在熱成因上有著明顯的不同。 隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)受板內(nèi)活動(dòng)深大斷裂控制,地下水深循環(huán)對(duì)流傳熱,以深部熱流為主,存在上地幔、地殼深部物質(zhì)加入(如CO2、CH4、H2S、Hg、Rn 等);沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)受盆地沉降活動(dòng)控制,為地溫梯度增溫模式,以地幔上隆烘烤巖石層向上部地層傳熱,缺乏地殼及以下深部物質(zhì)的加入。

熱水伴生物差異:隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)以深大斷裂發(fā)育為特征,斷裂溝通地殼帶來深部物質(zhì),如甲烷、二氧化碳、氡、汞氣,元素Hg、S 等地殼深部物質(zhì)進(jìn)入熱儲(chǔ),這一特征是隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)地球化學(xué)特征;沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng),因?yàn)闊醿?chǔ)層附近沉積有一定的生烴潛力有機(jī)質(zhì),成熟烴類可以游離態(tài)、溶解態(tài)進(jìn)入地?zé)崴?因此地?zé)崴坞x氣甲烷、氫氣豐富。 沉積盆地地?zé)嵯到y(tǒng)是深部幔源熱流對(duì)上覆地層傳導(dǎo)增熱,受地層封蓋性阻隔,因而熱水缺少地殼及以下深部物質(zhì)指標(biāo),此為沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)地球化學(xué)特征與隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)地球化學(xué)指標(biāo)組合上的差異。

熱儲(chǔ)差異:隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)一般為帶狀熱儲(chǔ),是以對(duì)流傳熱為主、平面上呈條帶狀延伸、具有有效空隙和滲透性的斷裂帶構(gòu)成的熱儲(chǔ)。 盡管斷裂帶深部也可能存在沉積層狀熱儲(chǔ),但由于斷裂帶熱儲(chǔ)溝通地下層狀熱儲(chǔ),就地?zé)衢_發(fā)而言,深層層狀熱儲(chǔ)不是最有利的富熱部位,也不是被考慮的鉆探對(duì)象。 從地?zé)嵯到y(tǒng)熱儲(chǔ)中的氣體、元素微滲漏擴(kuò)散來說,因?yàn)橛袛嗔褞醿?chǔ)的這種優(yōu)勢(shì)通道的存在,主要體現(xiàn)的是斷裂帶熱儲(chǔ)形成的地球化學(xué)異常,深部層狀熱儲(chǔ)的地表地球化學(xué)效應(yīng)相對(duì)很微弱。 沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)為層狀熱儲(chǔ),以傳導(dǎo)熱為主、分布面積大并具有有效空隙和滲透性的地層構(gòu)成的熱儲(chǔ)。 因此二者的地表化探異常模式明顯不同,隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)的異常模式為斷裂或破碎帶處正異常,在剖面上呈現(xiàn)為峰狀異常,在平面上呈現(xiàn)條帶狀異常;沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)的地球化學(xué)指標(biāo)異常模式為層狀熱儲(chǔ)高部位的正異常(或頂端塊狀異常)或圍繞熱儲(chǔ)構(gòu)造高部位的環(huán)狀異常。

通道差異:隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)一般是深斷裂切割所有地層,地表地球化學(xué)異常通常沿導(dǎo)水?dāng)嗔逊植?沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)斷裂一般切割部分地層,保存條件好,熱水伴生氣體或元素主要沿地層中的微裂隙網(wǎng)絡(luò)近垂向微滲漏擴(kuò)散到地表。

熱儲(chǔ)體系封閉性差異:隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)為半封閉體系:地?zé)嵯到y(tǒng)因多與深大斷裂有關(guān),并且斷裂基本延至地表,因此,地?zé)崴懈缓?、二氧化碳、以及元素Hg、S 等。 由于斷裂溝通地殼與地表,熱儲(chǔ)中所有化學(xué)物質(zhì)均可釋放至地表并發(fā)生物理化學(xué)沉積和產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。 地?zé)崴樯鶦O2在地表易形成碳酸,碳酸根離子與地表堿土金屬陽離子以及非堿金屬陽離子結(jié)合生成碳酸鹽,導(dǎo)致溫泉附近土壤碳酸鹽含量升高。 碳酸鹽含量的升高增加了土壤對(duì)地?zé)崴樯淄榈幕瘜W(xué)吸附量,因此,溫泉附近土壤酸解烴含量升高。 同時(shí),潮濕的土壤密封性較好,容易使烴類以物理吸附態(tài)、溶解態(tài)賦存,因此溫泉附近的土壤頂空氣甲烷也為高值異常。 沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)為封閉體系,大多數(shù)熱儲(chǔ)中元素、化合物等難以直接遷移到地表,熱儲(chǔ)中僅氣體類游離氣甲烷、氫氣、二氧化碳,可通過微裂隙系統(tǒng)近垂向遷移到地表,由于游離氣甲烷、氫氣遷移至地表,在地表產(chǎn)生次生地球化學(xué)效應(yīng),如氧化還原電位變化,從而引起富熱區(qū)地表Sr、Ni 等元素活化遷移,在最有利富熱部位出現(xiàn)虧損或負(fù)異常;氡氣和汞氣在沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)上方只反映深大斷裂,并不反映最有利的熱儲(chǔ)部位。 熱儲(chǔ)體系封閉性差異導(dǎo)致地?zé)嵯到y(tǒng)地球化學(xué)指標(biāo)在空間分布上的差異。

4 結(jié)論

(1)無論是沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)和還是隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng),從根本上來說,它們的熱源基本上一致,均來自巖漿熔融和放射性物質(zhì)的衰變。 隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)通過深大斷裂溝通地殼帶來深部物質(zhì)進(jìn)入熱儲(chǔ),而沉積盆地地?zé)嵯到y(tǒng)是深部幔源熱流對(duì)上覆地層傳導(dǎo)增熱,受地層封蓋性阻隔,因而熱水缺少深部物質(zhì)指標(biāo),其地球化學(xué)指標(biāo)主要與熱儲(chǔ)、圍巖的水巖相互作用或鄰近沉積有機(jī)質(zhì)生烴有關(guān),由于兩種類型的地?zé)嵯到y(tǒng)的熱儲(chǔ)中存在的地球化學(xué)物質(zhì)(如元素、氣體等)不同,近垂向微滲漏擴(kuò)散到地表后形成的地球化學(xué)效應(yīng)和有效地球化學(xué)指標(biāo)組合上存在差異。

(2)隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)一般為帶狀熱儲(chǔ),以對(duì)流傳熱為主、平面上呈條帶狀延伸、具有有效空隙和滲透性的斷裂帶構(gòu)成的熱儲(chǔ)。 沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)為層狀熱儲(chǔ),以傳導(dǎo)熱為主、分布面積大并具有有效空隙和滲透性的地層構(gòu)成的熱儲(chǔ)。 由于兩種類型地?zé)嵯到y(tǒng)的熱儲(chǔ)空間形態(tài)不同,因而熱儲(chǔ)中的地球化學(xué)物質(zhì)近垂向微滲漏擴(kuò)散到地表形成的異常形態(tài)不同。 隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)的地球化學(xué)異常形態(tài)在剖面上呈現(xiàn)為峰狀異常,在平面上呈現(xiàn)條帶狀異常;沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)的地球化學(xué)異常形態(tài)為層狀熱儲(chǔ)高部位的頂端塊狀異?；驀@熱儲(chǔ)構(gòu)造高部位的環(huán)狀異常。

(3)沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)與隆起山地型地?zé)嵯到y(tǒng)的最有利富熱部位有效地球化學(xué)判識(shí)指標(biāo),以及地球化學(xué)異常模式上均存在很大差異,與地?zé)嵯到y(tǒng)的源、儲(chǔ)、通、蓋等地質(zhì)因素息息相關(guān)。 本研究提出的兩種類型地?zé)嵯到y(tǒng)的地球?qū)W判識(shí)指標(biāo)和地球化學(xué)異常模式,對(duì)于相應(yīng)的地?zé)嵯到y(tǒng)勘探具有指導(dǎo)意義。

致謝:感謝中國(guó)石化新星公司河北綠源地?zé)崮荛_發(fā)有限公司李小軍經(jīng)理和安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327 地質(zhì)隊(duì)劉飛高級(jí)工程師對(duì)本項(xiàng)工作的支持。 作者同時(shí)也感謝章雨旭教授和匿名審稿人對(duì)文章所提出的修改建議。