西藏续迈地热田“热水河”深部热源通道及其成因

李冬怀，程纪星，万汉平，谢迎春，郝伟林

1.中核(西藏)实业发展有限公司，拉萨 850012；
2.核工业北京地质研究院，北京 100029；
3.中核坤华能源发展有限公司，杭州 311113

西藏是中国高温地热资源最丰富的地区之一，共发育600多处温泉[1]。西藏的地热田常呈带状展布，那曲-尼木地热带就是其中规模最大的一条地热带。前人对该地热带的成因、构造演化、岩浆活动、深部地质结构和地下水运移等进行了大量研究，取得丰硕的成果[2-7]。续迈地热田位于那曲-尼木地热带的南端，地表热异常强烈，尤其是热田南部，形成了一条规模较大的 “热水河”(图1)。20世纪80年代中后期，西藏自治区地质矿产勘查开发局地热地质大队在续迈地热田开展了地热地质调查工作，认为尼木断裂是续迈地热田水热活动的主要控制构造，现代温泉出露点是地热活动后期地热流体沿着尼木断裂的次级构造运移上升至地表而形成。由于当时未开展深部探测工作，所以对“热水河”的成因并未深入分析，只是当作地表温泉出露点[8-9]。近几年来，中核坤华能源发展有限公司投资在续迈地热田开展了大量勘查工作，如1∶10 000比例尺的填图、1∶25 000比例尺的重力、磁法、音频大地电磁测深(AMT)、地面伽马能谱、米温测量以及重点地段的大地电磁剖面测量(MT)等工作，获取了丰富的浅部和深部信息(1)程纪星, 万汉平, 张松, 等. 西藏自治区尼木县续迈地区地热资源勘查评价报告 [R]. 北京: 核工业北京地质研究院, 2018.。为揭示“热水河”的成因，笔者以续迈地热矿权勘查项目为依托，研究分析了“热水河”的深部热源通道，并以AMT和MT成果为依据解释了“热水河”的成因。

图1 续迈地热田“热水河”地貌特征Fig.1 Geomorphic characteristics of “hot river” in Xumai geothermal field

1.1 地层

续迈地热田出露的地层较为简单，只有中生界和新生界，包括中三叠统旦巴日孜组(T2d)、上侏罗统桑日群(J3sr)和第四系。

中生界三叠系中统旦巴日孜组(T2d)主要由长英质角岩、石榴石红柱石二云母石英片岩、红柱石石榴石白云母石英片岩、绿帘石二云母长英质角岩、红柱石二云母角岩、红柱石炭质角岩及碎屑石灰岩组成。

侏罗系上统桑日群(J3sr)呈灰色、灰黑色板岩夹灰岩，少量石英，具板状结构,层状构造、块状构造；
岩石性脆，硬度中等；
岩石中可见水平层理及交错层理，局部发生重结晶而形成大理岩化等蚀变。

新生界第四系由上更新统和全新统组成，厚度100～400 m。其中，上更新统(Q3)下部为一套冰碛泥砾层，厚度100 m±，由砾石、漂砾、砂砾和黏土等组成；
上部为冰水沉积砂砾石层，覆盖在冰砾层之上，厚度约25 m。自上而下由亚砂土、亚黏土、砂砾和砾石等组成，具韵律层结构和水平层理。全新统(Q4)主要为一套泥石流、冲洪积、冲积和沼泽沉积。

1.2 构造

续迈地热田由多组断裂控制着盆地内的地貌形态及水热活动，其中近南北向断裂最为发育，尤其以尼木断裂规模最大，不但控制着断陷盆地西部边界，也是深部热流体向上运移的主要通道。除南北向断裂外，区内还发育有少量近东西向断裂、北东向断裂和北西向断裂。

近南北向断裂主要指尼木断裂以及该断裂派生的前缘次级断裂。总体上呈近南北走向，属张性断裂，野外测量断层面产状为105°∠65°、90°∠71°。在断裂附近，岩石破碎、裂隙发育、蚀变强烈。并且，沿断裂有断层三角面和断层崖连续分布，在局部断层面上和断层破碎带中，可见到擦痕、阶步、断层角砾以及少量石英和方解石脉充填。断裂带上发育有较大规模的蚀变带，而且水热形迹明显，表明可能为地下热水的运移通道。

近东西向断裂主要出露在断陷盆地的东西两侧，属压扭性次级断裂。断裂带内岩石破碎、节理裂隙发育，揉皱现象明显。相比较而言，盆地西侧岩石蚀变强烈，东侧相对较弱。

1.3 岩浆岩

主要分布在盆地东西两侧的高山地带，为燕山晚期—喜马拉雅早期的中酸性花岗岩、闪长岩及脉体。其中，早白垩世细粒花岗闪长岩(K1δ)出露在盆地的南部，呈灰白色，细粒结构，块状构造，主要由长石、石英、黑云母及角闪石等矿物组成。晚白垩世粗粒斑状黑云母二长花岗岩(K2πγβ)主要分布在盆地的北部，呈灰白色、浅肉红色，似斑状结构，块状构造。斑晶主要为肉红色的钾长石，结晶程度好，呈自形晶；
斑晶大小不等，一般为3～5 cm，含量在30%±。基质为显晶质，成份为石英、长石、黑云母和角闪石，含量占70%±。在粗粒斑状黑云母二长花岗岩(K2πγβ)中常含有析离体，其大小不等，一般为5～10 cm，呈灰黑色，有长柱状、椭圆状等。另外，粗粒斑状黑云母二长花岗岩(K2πγβ)中节理裂隙发育，在裂隙中常充填有石英脉，蚀变强烈，表面具有球状风化。

根据地热资源地质勘查规范[10]，续迈地热田属于中低温地热田。续迈地热田出露的温泉主要有两处，一处位于续迈乡下辖的安岗村西侧，另外一处则位于续迈乡下辖的续迈村西南，二者南北相距约4 km。

安岗地热异常特征以地表出露温泉为热异常特征，泉水温度约40℃，故而得名四十度泉(图2)。泉水出露在第四系全新统洪积的山前地段，山前沼泽面积约300～400 m2，是地下热流体上升至近地表，受到山前溢出带冷水的混合所致。泉口处无任何泉华，泉水流量0.15 L/s，矿化度0.45 g/L，水化学类型为Cl·HCO3·SO4-Na，反映了深层水和浅层水的混合特征。

图2 续迈地热田四十度泉及其周围地热蚀变地貌特征Fig.2 Geomorphic and geothermal alteration characteristics of 40 degree hot spring in Xumai geothermal field and its adjacent areas

续迈地热异常特征主要由4个热泉和一条“热水河”构成，热异常区面积约0.25 km2。其中，热泉位于“热水河”的东岸，靠近S202省道。泉口附近大都为沼泽，水温53～82℃，流量0.3～1.5 L/s，最后均汇入“热水河”。“热水河”位于续曲的东岸，由沼泽冷水与地下热水混合而成，自北向南径流，大约400 m后转向西南，全长650 m，宽2～4 m，最终汇入续曲。米温测量结果显示，以热水河为中心，形成了沿热水河分布的条带状温度异常带(图3)。“热水河”中的热水由河床中的沙中溢出，溢出水温20～82℃，通常在45～72℃之间。据“热水河”的水化学分析和监测数据显示，“热水河”的矿化度为0.43～0.45 g/L，水化学类型为SO4·Cl-Na，枯水季节热水河流域热泉和地下水总流量为18.1～27.9 L/s，平均为23.4 L/s。

图3 续迈地热田热水河周边温度异常图Fig.3 Temperature anomaly map around hot river in Xumai geothermal field

除上述热异常外，在“热水河”汇入续曲的下游河滩中，也存在多处明显热异常，主要表现为局部地区河滩底部砂砾石温度较高和热水外溢。另外，2016年尼木县旅游局在“热水河”东侧施工了一口地热井，井深35.4 m，其中第四系厚度约16 m，在30 m处揭露到浅部基岩裂隙型热储，其放喷高度约16～18 m，井口测温80℃±。

长期以来，续迈地热田的成因一直被认为与尼木断裂有关，但是尼木断裂的具体位置及其产状特征却不是非常清晰，而续迈地热田的很多认识更是以推测为主，缺少必要的依据。地球物理探测是地热资源勘查的一种必要手段，常被用于揭示控热断裂与热储埋藏位置[11-14]。笔者结合续迈地热田开展AMT与MT测量工作，测量剖面位置如图4所示，并对续迈地热田“热水河”深部热源通道的认识及其形成原因进行分析。

蓝色：AMT测量剖面；
红色：MT测量剖面；
黄色：“热水河”。图4 续迈地热田深部地球物理探测剖面位置示意图Fig.4 Location of deep geophysical exploration section in Xumai geothermal field

3.1 续迈地热田深部热源通道研究

图5为穿过续迈地热田南端并过“热水河”的MT测量剖面反演电阻率断面图，剖面长8 600 m，方向SE110°，点距100 m。由图可见，海拔2 000 m以浅存在多处低阻异常， 其中除剖面2 800～4 000 m范围浅部的低阻异常为盆地第四系外，其他低阻异常均为岩体破碎或含水构造所致。根据电阻率变化特征，在剖面1 600 m、2 400 m、2 800 m、3 400 m及6 400 m处推断发育断裂构造，其中最为重要的构造是2 400 m处的F1、2 800 m处的F3和3 400 m处的F7，推断上述三条断裂均为尼木断裂及其次级断裂。其中，F1为尼木断裂的主断裂，在表形成明显的断裂面、断层三角面和断层破碎带等；
在深度表现为高角度东倾的正断层。F3、F7断裂为F1断裂的次级断裂，同样为东倾，在一定深度上与F1断裂联通，为深部热流体运移至浅部，热流体在浅部(大致为地表以下1 000 m范围内)运移的有利路径。在此特别指出的是，在剖面3 400 m处的深部推断有1条隐伏的深大构造，该构造是导通深部热源的通道，推断其可能是F1的一部分，使得F1断裂表现出阶梯状特征。除浅部低阻异常外，在海拔-2 000 m以深存在大范围低阻异常，推断可能为未完全冷却的岩体或部分熔融体，这些温度较高的岩体或部分熔融体是续迈地热田的深部热源。

前人资料认为续迈地热田的控热构造主要为尼木断裂，其典型特征为盆地西侧山前发育的黏土化蚀变，而续迈地区地表出露的热异常均与其相关。为此，不论是地热田北部安岗村的四十度泉，还是南端续迈村的“热水河”，其热异常均为次级构造导通了盆地西侧山前尼木断裂深部热源通道所致。然而，本次MT测量剖面结果显示，“热水河”的深部热源通道并不是直接来自西侧山前的F1断裂，而更可能来自盆地东侧深部隐伏的深大断裂，虽然其可能与盆地西侧的F1构造为同一构造，但意义却截然不同，因为导通深部热源通道的位置相距甚远。也就是说，尼木断裂是续迈盆地的主要控热构造，但是实际导通深部热源通道的位置有两处，一处位于盆地西侧山前，即传统认识上的尼木断裂，其地表热异常特征为地热田北部的四十度泉；
另一处位于盆地东侧隐伏的深大断裂，其地表热异常特征为地热田南端的“热水河”。

3.2 热水河成因浅析

前面分析了“热水河”的深部热源通道，下面结合穿过“热水河”并与MT测量剖面斜交的AMT测量剖面结果，对“热水河”成因加以分析。AMT剖面长2 025 m，方向EW，点距25 m，两条测量剖面交点分别位于AMT剖面1 850 m和MT剖面3 800 m处(图5)。

图5 续迈地热田MT测量剖面反演电阻率断面图Fig.5 Inversion resistivity section of MT survey profile in Xumai geothermal field

由AMT测量剖面反演电阻率断面图(图6)可见，剖面上存在多处低阻异常，其中推断剖面80～760 m范围低阻异常为第四系，平均厚度约80 m，而其他低阻异常均为断裂构造或者岩体破碎的反映。这些构造中最为重要的有剖面80 m处的F3断裂，650～760 m处的F5断裂、840～880 m处的F7断裂以及1 800 m处的F13断裂。其中F3为控盆构造，F5为重要导水构造，F7为导通深部热流体运移至浅部构造，F13为导水构造。

图6 续迈地热田AMT测量剖面反演电阻率断面图Fig.6 Inversion resistivity section of AMT survey profile in Xumai geothermal field

对于“热水河”的成因，通常认为是浅部断裂或者裂隙构造导通了第四系热储，从而使得贮存在第四系地层内的热水沿断裂或者裂隙构造向上运移，并在地表薄弱处溢出，形成热泉，多个热泉汇集就形成了“热水河”。而第四系热储的深部热源通道则是盆地西侧的F1构造，再经浅部构造作用(如近东西向构造)，最后将深部的地热流体导通至第四系地层内。然而，本次由MT和AMT测量结果综合分析认为“热水河”的形成过程是：首先，深部的地热流体经由盆地东侧隐伏深大构造运移至浅部；
而后，F7断裂将地热流体运移至浅表；
接着，地热流体在重力作用下沿浅表基岩风化壳从东流向西，并贮存于F5断裂的浅部破碎带和第四系地层内；
最后，热水沿F5断裂及浅表裂隙构造上升，并在地表薄弱处溢出，形成热泉出露点。受F5断裂和近东西向断裂控制，出露的热泉点主要沿近南北向的F5断裂和近东西向断裂分布，所以，由热泉点溢出的热水汇聚后受地形高差影响，先是由北向南径流，而后又转向西南，并最终汇入续曲。需要说明的是，仅仅依靠热泉出露汇聚而成的热水流量非常小，“热水河”的水量实际上大部分是地表沼泽冷水混合所致。

(1)续迈地热田的深部热源通道为尼木断裂，但是导通深部热源的通道不仅仅是盆地西侧山前构造，还有一个是盆地东侧隐伏的深大构造，而其正是“热水河”的深部热源通道。

(2)“热水河”的形成是因为F7构造导通了续迈盆地东侧深部隐伏构造，从而将深部地热流体运移至浅部，并贮存于F5构造的浅部破碎带和第四系地层内；
热水沿近南北向F5断裂和东西向构造溢出地表，形成热泉出露点；
与地表沼泽冷水混合后，热泉水量得以补充，进而形成“热水河”；
热水河“在地形高差作用下，先是由北向南径流，而后又转向西南，最后汇入续曲。

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