高温热泉中稀土元素的地球化学行为及其指示意义:以西藏搭格架水热区为例

西藏搭格架水热区位于拉萨-冈底斯地块南缘,毗邻印度河-雅鲁藏布江缝合带中段,区内出露酸性泉、中性泉和弱碱性泉,为不同类型地热水中REE分布特征及其地球化学成因研究提供了理想场所。通过在搭格架采集不同类型热泉样品,开展了样品REE浓度测试、配分模式分析和赋存形态计算,旨在揭示高温地热环境中REE地球化学行为的指示意义。研究结果表明,搭格架热泉中REE的地球化学行为呈非保守性,其ΣREE浓度受热泉环境中富Fe,Al矿物(或无定形态固体)而非硫酸盐矿物的吸附过程的影响;热泉REE配分模式和形态分布则主要受热储内氧化-还原条件及流体-岩石相互作用的控制,是其地质成因和总体水化学特征的反映。虽然搭格架热泉中宏量组分水化学特征指示热储围岩应主要为长英质岩石,但中、碱性热泉呈现的Ce负异常意味着热储中也可能存在碳酸盐岩。本研究为高温热泉稀土元素地球化学研究提供了典型范例。

西藏搭格架高温热泉中砷的地球化学异常及其存在形态

西藏搭格架高温热泉是我国大陆少有的大型间歇性喷泉,砷元素作为对人类威胁极大的环境问题普遍存在于热泉之中,搭格架高温热泉中砷元素质量浓度最高已达到了9.75mg/L,其对地表水和浅层地下水的污染不容忽视。硫代砷是富含硫化物热泉中砷的存在形态之一,鉴于国内相关研究较少,本文对西藏搭格架地热区的热泉样品进行了水化学分析,并利用水文地球化学模拟软件PHREEQC开展了对热泉中砷元素存在形态的地球化学模拟。结果表明:西藏搭格架热泉中砷元素的存在形态有亚砷酸盐、砷酸盐和硫代砷,其中亚砷酸盐与砷酸盐是砷的主要存在形态,且在pH影响下两者之间存在相互转化关系;各种硫代砷按质量浓度由高至低依次为一硫代砷酸盐、三硫代砷酸盐、二硫代砷酸盐、一硫代亚砷酸盐、四硫代砷酸盐;硫代砷形态占总砷浓度比例主要受热泉中硫化物质量浓度、Eh(氧化还原电位)和pH等因素的控制,在硫化物质量浓度总体偏低的情况下,硫化物质量浓度的上升可促进其他形态的砷向硫代砷形态转化,强还原性环境有利于硫代砷形态的存在;此外,在中性环境下,硫代砷占总砷浓度比例随pH上升亦有上升趋势。

西藏搭格架高温热泉中钨的水文地球化学异常

西藏搭格架水热区的热泉含异常高浓度的钨,其钨/钼比也远高于常见天然水.开展了搭格架典型热泉的地球化学研究,发现中性热泉的钨浓度显著高于偏酸性热泉:前者是深部母地热流体经绝热冷却、传导冷却等过程后排出地表而形成,其中的钨主要来自岩浆水的贡献;而后者为中性地热水和蒸汽加热型强酸性水的混合产物,贫钨蒸汽加热型水的稀释使其钨浓度不同程度降低.在地热水中,钨与典型保守组分氯相似,不易自液相沉淀或被热储介质吸附;但地热水含硫化物时,钼则极易以辉钼矿的形式沉淀,导致搭格架热泉的钨/钼比偏高.虽然搭格架地热水中存在硫化物,但钨在水中主要以钨酸盐的形式存在,少量硫代钨酸盐的形成对钨的水文地球化学过程影响不大.