根据地震纵波速度分析青藏高原地壳放射性生热率和地幔热状态

从1974年至今,人们对青藏高原的研究积累了大量的地球物理资料。笔者搜集了23条地震剖面纵波数据,利用地震纵波速度和生热率的关系,绘制了各条剖面的地壳岩石生热率随深度变化的等值线,并结合已有的大地热流数据,得到了地幔热流密度分布情况。从地幔热流密度分布可以看出:在班公—怒江缝合带、印度—雅鲁藏布江缝合带、拉萨地体上存在地幔热流较高区域;该区域位于地块碰撞挤压带上,地层构造复杂,地热资源丰富,以著名的羊八井地热田为代表。初步推断该区域地幔岩浆较活跃。

岩石古放射性生热率的校正及其地球化学意义

岩石放射性生热率是研究油气沉积盆地地热及花岗岩体热演化史的一个重要参数,但由现今采样分析所测得的放射性元素含量计算得出的是当今的放射性生热率。因此,本文根据辐射衰变定律及U、Th和K的放射性生热参数,导出三种不同计量单位(μWm-3,μJg-1a-1,HGU)校正岩石古放射性生热率的公式。它们可应用于沉积盆地中古地层放射性生热率的计算和校正,也适用于铀矿床成矿古水热系统热源及花岗岩体热演化史的研究。

对中国大陆壳体的放射性生热元素丰度的大地热流检验

本文作者据《中国大陆壳体的区域元素丰度》一文给出的壳体放射性生热元素铀、钍、钾的丰度，计算出中国大陆三个主要壳体的平均热流值，将其与实测大地热流平均值进行对比。结果表明计算值不满足实测大地热流值的约束，这意味着该文给出的铀、钍、钾的丰度值偏高。我们认为，根据区域地震剖面地震波速推断岩性，再利用出露地表的相应岩石的成分估计地壳或地幔放射性生热元素丰度的方法，缺乏十分可靠的理论或实验基础。同时该文给出的中国大陆壳体的其他强不相容元素的丰度值是否可靠也值得商榷。

塔里木盆地沉积层放射性生热的热效应及其意义

通过塔里木盆地不同层系沉积岩石中放射性元素铀、钍、钾的含量实测数据，计算了不同岩石的生热率。结果表明，泥岩的生热率最高，平均１ ．９８μＷ／ｍ３ ，砂岩和灰岩的生热率不大，平均０．８μＷ／ｍ３ 和０．６μＷ／ｍ３ 。探讨了放射性元素生热对大地热流的贡献及对地层中有机质成熟度的影响与作用。因巨厚的沉积而导致的放射性元素生热效应，使塔里木盆地现今地热梯度中约有３．３℃／ｋｍ 的放射性衰变热的贡献，相对于忽略岩石放射性生热而言，由此而引起的增温效应不仅增加了地表热流，而且增加了地层中有机质的成熟度，加速了烃源岩的成熟生烃过程。图２ 表２ 参６（王社教摘）

漳州岩体放射性生热率特征及干热岩资源潜力

分析了漳州岩体地表钻孔岩石样品的密度以及铀、钍、钾含量,并进行了放射性生热率计算及生热率特征分析。在此基础上,对漳州岩体放射性生热率进行比较、干热岩地热地质特征分析和干热岩资源量估算,结果表明:漳州岩体具有较高的放射性生热率、良好的干热岩地热地质背景、较大的干热岩资源储量,总热能为3.244×1021J,折合标准煤约110.71亿t,提取2%折合2.21亿t标准煤,提取20%折合22.14亿t标准煤,提取40%折合44.28亿t标准煤,且主要以高温形式存在,占总资源量的91.37%,干热岩资源潜力较大。上述研究成果可为福建地区干热岩资源勘查评价及开发利用提供依据。

阳江新洲地热田花岗岩基底放射性生热率特征

通过对阳江新洲地热钻孔系统取样,经分析测试和放射性生热率计算,得到了新洲岩体岩石密度、U、Th、K2O含量和放射性生热率值。并结合前人相关研究成果,计算出了新洲岩体的放射性热流值和放射性热流贡献率。结果表明:新洲岩体放射性生热率平均值为4.0μW/m3,放射性热流为26.8 m W/m2,占大地热流的33.5%,且生热率随深度的增加呈下降趋势。分析结果可为新洲地热田深部地热资源调查评价提供岩石放射性生热依据。

西藏岩浆岩放射性生热率的实验研究

测定了采自喜马拉雅和冈底斯地块露头和钻孔的97块岩石标本的放射性生热率(A),结果表明:藏南花岗岩(n=12)和藏北花岗岩(n=24)的平均生热率A值分别为3.2±1.5μW/m^3和2.6±1.6μW/m^3,与全球17个热流省的统计数据相比,两者均具有中等的放射性生热元素丰度;两者的平均钍铀比十分接近,分别为4.4±2.7和4.5±1.4,岩浆分异程度属中等。这些说明了:(1)本文作者在前期研究中选用的A值量级是适宜的;(2)花岗岩类作为壳内主要的放射性生热岩层,其生热率A值并未呈现异常量级。换言之,应着重从构造演化过程及其诱发的深部热作用机制,探讨藏南藏北高热流异常的成因。

共和盆地干热岩地热资源的成因机制:来自岩石放射性生热率的约束

共和盆地位于青藏高原东北缘,是我国重要的干热岩地热资源赋存区之一.成因机制研究是干热岩地热资源研究中最为基础与核心的工作之一,也是干热岩地热资源潜力精细评价和合理开发利用的重要依据.本文基于98块采自共和-贵德盆地岩石样品的放射性生热率数据,分析了盆地主要岩性岩石的放射性生热率分布特征,讨论了共和盆地干热岩地热资源的成因机制,并初步建立了干热岩地热资源的成因模式.研究表明,共和盆地恰卜恰地热区沉积岩(以泥岩和粉砂质泥岩为主)放射性生热率为1.21~2.02μW·m^-3,平均值为1.67±0.29μW·m^-3;以花岗岩和花岗岩闪长岩等为主的基底岩石的放射性生热率介于1.17~5.81μW·m^-3之间,平均值为3.20±1.07μW·m^-3.贵德盆地扎仓寺地热区沉积岩(以砂岩和泥质砂岩为主)放射性生热率为1.83~2.40μW·m^-3,平均值为2.13±0.23μW·m^-3;基底花岗质岩石的放射性生热率介于0.92~6.49μW·m^-3之间,平均值为2.81±1.40μW·m^-3.测试数据显示共和-贵德盆地基底花岗岩不存在高放射性生热率异常.但是,新生代以来印度-欧亚板块持续性陆-陆碰撞作用造成的壳内放射性生热元素富集层增厚,导致了花岗岩放射性生热率的热贡献量同步增大(30.3~40.5mW·m^-2),因此,花岗岩放射性生热可为共和盆地干热岩地热资源提供稳定的壳内热源基础.基于放射性生热率数据和热流配分研究,结合研究区已有地质-地球物理研究资料,本文认为壳内部分熔融层作为附加热源为共和盆地干热岩地热资源提供了重要的附加热流贡献.在此基础上,本文初步构建了共和盆地干热岩地热资源成因模式:加厚地壳花岗岩放射性生热与壳内部分熔融层供热.

广东惠州石坝-黄沙洞地区岩石放射性生热率特征研究

岩石的放射性生热是地热资源的重要热源之一,为研究广东惠州石坝—黄沙洞地区岩石放射性生热率特征,本文系统采集了石坝—黄沙洞地区不同岩性的样品,测定其密度及产热元素含量,对花岗岩样品进行锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年。结果表明:研究区内不同岩性中花岗岩的放射性生热率最高(均值5.81µW/m^3),但是变化范围较大(2.83µW/m^3~9.07µW/m^3);U、Th对生热率的贡献基本相等,K的贡献一般低于10%,部分沉积地层样品可达20%;花岗岩的生热率与时间关系密切,在~150 Ma具有明显峰值。初步结论认为:研究区内岩性对岩石生热率具有显著影响,花岗岩的生热率最高;花岗岩的生热率受岩体形成时的区域岩浆事件影响,在~150 Ma形成的花岗岩具有最高的生热率,有利于干热岩的勘查开发。

地壳放射性生热效应对大陆俯冲过程影响的数值模拟研究

岩体中的放射性生热是地幔对流和地壳变质作用的关键热源之一,但地壳放射性生热率是如何影响大陆俯冲-碰撞的动力学过程,尤其是大陆碰撞区域的热结构演化,尚未获得共识。本文使用热-力学数值模拟方法对上、下地壳放射性生热率进行系统的模拟实验,以研究其对大陆俯冲动力学演化过程的影响。模型实验表明,由于大陆上地壳富集U、Th和K等主要放射性生热元素,且放射性生热率的变化区间较大(1.0~3.0μW/m^3),导致其对大陆俯冲碰撞动力学演化过程的影响较为显著,主要包括进入俯冲通道内的上地壳体积大小、碰撞区域内地壳熔融范围、俯冲下地壳物质折返的规模和两大陆的耦合程度等四个方面。而大陆下地壳则以中-基性岩为主,相对亏损U、Th、K等主要放射性生热元素,且放射性生热率的变化区域较小(0.2~0.8μW/m^3),致使其对大陆俯冲演化过程的影响相对有限,主要通过控制俯冲下地壳以及大陆板片的粘滞度和流变强度的大小,进而制约大陆俯冲过程下地壳物质折返的规模以及板片倾角的大小。

福建大地热流高值区岩体岩石放射性生热率特征及与干热岩有关的指标评价

从高放射性产热型干热岩角度,根据福建省大地热流高值分布情况,结合各时期侵入岩规模、完整性、热储岩性和岩石生热率等特征,选择了9个燕山期岩体(胡坊复式岩体、大坪岩体、长坑岩体、古田—小陶复式岩体、漳浦复式岩体、丹阳岩体、金山复式岩体、长泰岩体和魁歧岩体)为研究对象。通过系统采样,测试岩石放射性生热元素含量,计算岩石放射性生热率,并对9个岩体进行了与干热岩有关的指标评价,认为胡坊复式岩体、长坑岩体和大坪岩体的综合分值较高,可为我省今后干热岩资源勘查靶区选择提供参考。

安徽省岩浆岩放射性生热率特征研究

安徽省位于中国东南部,岩浆活动频繁,燕山期岩浆活动最为发育,岩浆岩出露面积超过13000 km^(2),不同类型、不同成因的岩石均有发育,并以大别山、长江中下游和皖南地区较为集中。本研究在安徽省不同岩浆岩带共采集159块样品开展岩石密度和放射性生热元素含量测试,结合前人对安徽省岩浆岩放射性生热元素的测试结果,首次对安徽省岩浆岩开展了系统的放射性生热元素统计研究。结果表明:安徽省岩浆岩总体上U、Th、K平均含量相差较大,花岗质岩石及中酸性火山岩的U、Th、K含量较高,基性岩浆岩的U、Th、K含量较低;不同类型的岩浆岩放射性生热率相差较大,花岗质岩石和中酸性火山岩生热率相对较高且变化范围较宽,基性岩浆岩生热率较低且变化范围较窄;金寨和长江中下游地区部分花岗岩生热率超过5μW/m^(3),为高产热花岗岩;岩浆岩的热贡献主要来自于U和Th的放射性衰变热,K的衰变热贡献相对较低,一般不超过10%。通过本文研究,结合前人对安徽省地质地热等方面的研究成果,发现岩浆岩放射性生热对安徽省温泉分布、干热岩勘探和U矿床勘探等具有重要的意义,可为安徽省后续地热资源勘查开发研究提供支撑。

江西主要产热岩体岩石放射性生热率特征初探

岩石放射性生热率评价是地热资源形成的重要指标。为了解地壳物质对大地热流的热贡献、解释地温场分布特征,文章对采集的地热钻孔岩心样品的U、Th、K含量进行了分析测试,计算得到了岩石放射性生热率。计算结果表明:不同岩性之间放射性生热率相差较大,花岗岩、变质岩、沉积岩与凝灰岩平均值分别为3.24μW/m^(3),0.75μW/m^(3),1.49μW/m^(3)和3.06μW/m^(3),且放射性生热率值从赣南至赣北呈减小趋势,赣南地区平均值为3.08μW/m^(3),赣北南部地区为2.32μW/m^(3),赣北北部地区为1.86μW/m^(3)。这些数据可为今后江西干热岩资源开发靶区选择提供参考。

加拿大西部盆地前寒武纪基底的放射性生热率的区域分布趋势

来自加拿大西部盆地的229个点的381个基底样品的放射性生热率值显示出对数频率分布。平均值（A）＝2．06（S、D．＝1．22）μWm^-3，高于苏必利尔（Superior)(Ca.1.2μWm^-3,Jossop,Lewis,1978)和丘吉尔（Churchill)(Ca.0.7μWm^-3,Drury,1985)省地盾的生热率。如果画出LogA的等值线来显示基底的生热率分布，将见到3个大的生热率相对高值带。一个与皮斯（Peace)河弯的基底构造一致，一个与阿萨巴斯（Athabasca)轴线一致（Darnley,1981)。通过这两个带的古生代构造层的热流没有明显增加的显示。第三个带在萨斯卡彻温（Saskatchwan)西北部，与斯威夫特卡伦特（Swift Current)地区的高热流带一致。艾伯塔（Alberta)地区热注和生热率没有线性关系，可能是由于古生代地层中地下水运动对热流产生了影响，也许也表明了生热的铀、钍、钾同位素仅富集在基底面附近，而并不是富集于整个上地壳。

华北克拉通中生代幔源岩浆岩放射性元素生热率的时空差异与主控因素

华北克拉通地热资源与中生代岩浆活动关系密切。然而,地热资源的成因、分布与岩浆作用之间的内在联系尚不明确。为研究华北克拉通中生代岩浆活动对地热资源的影响,在厘清中生代幔源岩浆岩期次、岩性、成因和分布的基础上,利用632组幔源岩浆岩的U、Th、K生热元素数据,计算不同时期岩石放射性生热率,探究华北克拉通中生代幔源岩浆岩放射性生热率时空差异及其主控因素。结果表明:幔源岩浆岩岩石类型是影响生热率的直接因素,霞石正长岩、辉石岩、正长岩和煌斑岩的生热率高于辉长岩、辉绿岩和玄武岩;幔源岩石成因是放射性生热率高低的基础,与伸展构造背景相比,碰撞环境下岩石生热率较高;不同破坏机制下岩石生热率差异较大,热-化学侵蚀岩石圈破坏地区的岩石生热率普遍高于拆沉作用地区。

南岭地区与东南沿海地区中生代花岗岩放射性地球化学特征及岩石圈热结构对比研究

华南地区广泛发育中生代花岗岩,主要出露于南岭地区和东南沿海地区。受大地构造作用影响,自西向东,莫霍面深度逐渐变薄,深部温度逐渐升高,软流圈顶部上升,花岗岩形成时代也随之逐渐年轻化。南岭和东南沿海地区的地表和钻孔花岗岩放射性生热元素含量测试结果表明,南岭地区放射性生热率平均值为5.18μW/m^3,东南沿海地区为3.01μW/m^3,最高生热率为南岭佛冈岩体7.56μW/m^3;热贡献率主要来自Th和U的放射性衰变热,K的热贡献率一般不超过10%。通过本文研究结果,结合前人地质学、地球物理学和地热学研究成果,发现南岭地区和东南沿海地区地壳热流对地表热流值的贡献率分别为60%~65%和40%~45%,指示两者分别为"热壳冷幔"和"冷壳热幔"型岩石圈热结构。

湘东南地区中生代花岗岩放射性地球化学特征及岩石圈热结构研究

湘东南地区位于南岭地区中段北部,区内广泛发育中生代花岗岩。通过在收集整理前人研究资料的基础上,对湘东南地区花岗岩进行了放射性生热率和元素热贡献率计算,结果表明;区内中生代花岗岩放射性生热率平均值为7.03μW/m3,属于高产热花岗岩,U热贡献率明显高于Th热贡献率。结合该区开展的地球物理、地球化学、地热学等研究成果,得出区内地壳热流值地壳热流平均值为56.24mW/m2,在地表热流贡献中占有较大比重,指示了湘东南地区为"热壳冷幔"型岩石圈热结构。

广东佛冈岩体放射性地球化学特征及其干热岩资源潜力研究

干热岩资源不同于传统的化石能源,具有可再生、储量大、高度清洁等优势。粤北佛冈地区地热活动明显,岩体时代较新,出露面积巨大,有利于形成干热岩系统。佛冈岩体主体岩性为燕山期黑云母花岗岩,37个花岗岩样品U,Th,K含量的平均值分别为11×10-6,51×10-6,5.12%,Th/U比为4.96,密度为2.56 g/cm3,单位体积生热率平均值为6.77μW/m3。区内发育的NE向、EW向深大断裂和次一级断裂,共同控制着地温场的分布。此外,研究区相对薄的岩石圈厚度表明地幔热也是佛冈岩体的重要热源之一。初步结论认为,佛冈岩体生热率远高于世界范围内花岗岩的平均值,放射性生热元素含量高,且区内导热、控热构造明显,地壳厚度低于周边地区,可做进一步详查评估工作。

华夏地块花岗岩生热率特征及其对地温场的影响

中国华南地区的华夏地块位于欧亚大陆东南缘,是我国重要的矿产、地热资源区。经历了多期次的构造事件,使得区内广泛分布着不同构造期花岗岩。花岗岩类在地球及其热状态的动力学和演化中发挥着特殊的作用,其放射性衰变产生的热量是地球上的主要热源之一。我国高放射性产热型干热岩资源主要分布于华南地区,以放射性元素的衰变热为主要热源,岩性主要为花岗岩。本文通过对华南地区花岗岩数据统计,分析了华南不同地区、不同花岗岩类型的生热率情况,总结了研究区花岗岩放射性生热特征及其与大地热流之间的关系,对认识研究区地温场主控因素及地热资源分布的宏观背景具有参考价值。本文基于华南地区1933个花岗岩样品的地球化学分析得到如下认识:(1)花岗岩生热率范围0.40~17.45μW/m^(3),平均生热率为4.46±2.66μW/m^(3),同时根据大地热流与生热率分布情况,两者有着较好的对应关系;(2)放射性生热元素U、Th、K的生热贡献率分别为49.45%、40.16%和10.39%,同时,U、Th浓度和Th/U比值变化较大,与年龄无明显相关性;(3)三种类型花岗岩生热率存在差异,I型花岗岩平均生热率明显低于A型和S型花岗岩平均生热率,值为3.86±2.43μW/m^(3),A型和S型花岗岩平均生热率分别为5.55±2.91μW/m^(3)和5.00±2.58μW/m^(3);(4)利用蒙特卡罗方法计算得到华南燕山期花岗岩平均产热量为99.01×10^(5)GJ/a,折合成标准煤为3.38×10^(5)t/a,印支期花岗岩平均产热量为63.13×10^(5)GJ/a,折合成标准煤为2.15×10^(5)t/a;(5)两种地壳模型的计算表明,花岗岩在华南大地热流贡献中有着重要作用,沉积地层覆盖区域,地壳放射性生热对地表热流贡献为29.13 mW/m^(2),占总热流值的41.61%;侵入岩出露区域,地壳放射性生热对地表热流贡献为43.85 mW/m^(2),占总热流值的51.76%。

桂北豆乍山岩体放射性地球化学特征及其干热岩资源潜力研究

对桂北豆乍山岩体钻孔样品进行了放射性生热元素含量、岩石密度和岩石热导率测试。结果显示该岩体花岗岩U平均含量为17.49×10^(-6),Th平均含量为27.54×10^(-6),K_(2)O平均含量为4.64%,放射性生热率平均值6.46μW/m^(3),高于地壳平均值及大部分华南其他岩体的放射性生热率值;岩石密度平均在2.57 g/cm^(3)左右,与世界范围内花岗岩密度的平均值大致相同;岩石热贡献率主要来自Th和U的放射性衰变热,而U的贡献率相对更高。研究区岩石热导率平均为3.389 W/mK,与目前已知的花岗岩热导率平均值相近。通过本文及周边其他岩体的研究结果,结合前人资料,推断豆乍山岩体所在的苗儿山地区,乃至桂北地区的地幔热流值低于地壳热流值贡献,属于"热壳冷幔"型岩石圈热结构。根据豆乍山岩体放射性生热元素和生热率的优势,认为其干热岩开发潜力较大,可对其进行进一步干热岩评价工作。