西藏續邁地熱田“熱水河”深部熱源通道及其成因

李冬懷，程紀星，萬漢平，謝迎春，郝偉林

1.中核(西藏)實業發展有限公司，拉薩 850012；2.核工業北京地質研究院，北京 100029；3.中核坤華能源發展有限公司，杭州 311113

0 引言

西藏是中國高溫地熱資源最豐富的地區之一，共發育600多處溫泉[1]。西藏的地熱田常呈帶狀展布，那曲-尼木地熱帶就是其中規模最大的一條地熱帶。前人對該地熱帶的成因、構造演化、巖漿活動、深部地質結構和地下水運移等進行了大量研究，取得豐碩的成果[2-7]。續邁地熱田位于那曲-尼木地熱帶的南端，地表熱異常強烈，尤其是熱田南部，形成了一條規模較大的 “熱水河”(圖1)。20世紀80年代中后期，西藏自治區地質礦產勘查開發局地熱地質大隊在續邁地熱田開展了地熱地質調查工作，認為尼木斷裂是續邁地熱田水熱活動的主要控制構造，現代溫泉出露點是地熱活動后期地熱流體沿著尼木斷裂的次級構造運移上升至地表而形成。由于當時未開展深部探測工作，所以對“熱水河”的成因并未深入分析，只是當作地表溫泉出露點[8-9]。近幾年來，中核坤華能源發展有限公司投資在續邁地熱田開展了大量勘查工作，如1∶10 000比例尺的填圖、1∶25 000比例尺的重力、磁法、音頻大地電磁測深(AMT)、地面伽馬能譜、米溫測量以及重點地段的大地電磁剖面測量(MT)等工作，獲取了豐富的淺部和深部信息(1)程紀星, 萬漢平, 張松, 等. 西藏自治區尼木縣續邁地區地熱資源勘查評價報告 [R]. 北京: 核工業北京地質研究院, 2018.。為揭示“熱水河”的成因，筆者以續邁地熱礦權勘查項目為依托，研究分析了“熱水河”的深部熱源通道，并以AMT和MT成果為依據解釋了“熱水河”的成因。

圖1 續邁地熱田“熱水河”地貌特征Fig.1 Geomorphic characteristics of “hot river” in Xumai geothermal field

1 地質概況

1.1 地層

續邁地熱田出露的地層較為簡單，只有中生界和新生界，包括中三疊統旦巴日孜組(T2d)、上侏羅統桑日群(J3sr)和第四系。

中生界三疊系中統旦巴日孜組(T2d)主要由長英質角巖、石榴石紅柱石二云母石英片巖、紅柱石石榴石白云母石英片巖、綠簾石二云母長英質角巖、紅柱石二云母角巖、紅柱石炭質角巖及碎屑石灰巖組成。

侏羅系上統桑日群(J3sr)呈灰色、灰黑色板巖夾灰巖，少量石英，具板狀結構,層狀構造、塊狀構造；巖石性脆，硬度中等；巖石中可見水平層理及交錯層理，局部發生重結晶而形成大理巖化等蝕變。

新生界第四系由上更新統和全新統組成，厚度100～400 m。其中，上更新統(Q3)下部為一套冰磧泥礫層，厚度100 m±，由礫石、漂礫、砂礫和黏土等組成；上部為冰水沉積砂礫石層，覆蓋在冰礫層之上，厚度約25 m。自上而下由亞砂土、亞黏土、砂礫和礫石等組成，具韻律層結構和水平層理。全新統(Q4)主要為一套泥石流、沖洪積、沖積和沼澤沉積。

1.2 構造

續邁地熱田由多組斷裂控制著盆地內的地貌形態及水熱活動，其中近南北向斷裂最為發育，尤其以尼木斷裂規模最大，不但控制著斷陷盆地西部邊界，也是深部熱流體向上運移的主要通道。除南北向斷裂外，區內還發育有少量近東西向斷裂、北東向斷裂和北西向斷裂。

近南北向斷裂主要指尼木斷裂以及該斷裂派生的前緣次級斷裂?？傮w上呈近南北走向，屬張性斷裂，野外測量斷層面產狀為105°∠65°、90°∠71°。在斷裂附近，巖石破碎、裂隙發育、蝕變強烈。并且，沿斷裂有斷層三角面和斷層崖連續分布，在局部斷層面上和斷層破碎帶中，可見到擦痕、階步、斷層角礫以及少量石英和方解石脈充填。斷裂帶上發育有較大規模的蝕變帶，而且水熱形跡明顯，表明可能為地下熱水的運移通道。

近東西向斷裂主要出露在斷陷盆地的東西兩側，屬壓扭性次級斷裂。斷裂帶內巖石破碎、節理裂隙發育，揉皺現象明顯。相比較而言，盆地西側巖石蝕變強烈，東側相對較弱。

1.3 巖漿巖

主要分布在盆地東西兩側的高山地帶，為燕山晚期—喜馬拉雅早期的中酸性花崗巖、閃長巖及脈體。其中，早白堊世細?；◢忛W長巖(K1δ)出露在盆地的南部，呈灰白色，細粒結構，塊狀構造，主要由長石、石英、黑云母及角閃石等礦物組成。晚白堊世粗粒斑狀黑云母二長花崗巖(K2πγβ)主要分布在盆地的北部，呈灰白色、淺肉紅色，似斑狀結構，塊狀構造。斑晶主要為肉紅色的鉀長石，結晶程度好，呈自形晶；斑晶大小不等，一般為3～5 cm，含量在30%±?；|為顯晶質，成份為石英、長石、黑云母和角閃石，含量占70%±。在粗粒斑狀黑云母二長花崗巖(K2πγβ)中常含有析離體，其大小不等，一般為5～10 cm，呈灰黑色，有長柱狀、橢圓狀等。另外，粗粒斑狀黑云母二長花崗巖(K2πγβ)中節理裂隙發育，在裂隙中常充填有石英脈，蝕變強烈，表面具有球狀風化。

2 續邁地熱田地表熱異常特征

根據地熱資源地質勘查規范[10]，續邁地熱田屬于中低溫地熱田。續邁地熱田出露的溫泉主要有兩處，一處位于續邁鄉下轄的安崗村西側，另外一處則位于續邁鄉下轄的續邁村西南，二者南北相距約4 km。

安崗地熱異常特征以地表出露溫泉為熱異常特征，泉水溫度約40℃，故而得名四十度泉(圖2)。泉水出露在第四系全新統洪積的山前地段，山前沼澤面積約300～400 m2，是地下熱流體上升至近地表，受到山前溢出帶冷水的混合所致。泉口處無任何泉華，泉水流量0.15 L/s，礦化度0.45 g/L，水化學類型為Cl·HCO3·SO4-Na，反映了深層水和淺層水的混合特征。

圖2 續邁地熱田四十度泉及其周圍地熱蝕變地貌特征Fig.2 Geomorphic and geothermal alteration characteristics of 40 degree hot spring in Xumai geothermal field and its adjacent areas

續邁地熱異常特征主要由4個熱泉和一條“熱水河”構成，熱異常區面積約0.25 km2。其中，熱泉位于“熱水河”的東岸，靠近S202省道。泉口附近大都為沼澤，水溫53～82℃，流量0.3～1.5 L/s，最后均匯入“熱水河”?！盁崴印蔽挥诶m曲的東岸，由沼澤冷水與地下熱水混合而成，自北向南徑流，大約400 m后轉向西南，全長650 m，寬2～4 m，最終匯入續曲。米溫測量結果顯示，以熱水河為中心，形成了沿熱水河分布的條帶狀溫度異常帶(圖3)?！盁崴印敝械臒崴珊哟仓械纳持幸绯?，溢出水溫20～82℃，通常在45～72℃之間。據“熱水河”的水化學分析和監測數據顯示，“熱水河”的礦化度為0.43～0.45 g/L，水化學類型為SO4·Cl-Na，枯水季節熱水河流域熱泉和地下水總流量為18.1～27.9 L/s，平均為23.4 L/s。

圖3 續邁地熱田熱水河周邊溫度異常圖Fig.3 Temperature anomaly map around hot river in Xumai geothermal field

除上述熱異常外，在“熱水河”匯入續曲的下游河灘中，也存在多處明顯熱異常，主要表現為局部地區河灘底部砂礫石溫度較高和熱水外溢。另外，2016年尼木縣旅游局在“熱水河”東側施工了一口地熱井，井深35.4 m，其中第四系厚度約16 m，在30 m處揭露到淺部基巖裂隙型熱儲，其放噴高度約16～18 m，井口測溫80℃±。

3 “熱水河”深部熱源通道及成因研究

長期以來，續邁地熱田的成因一直被認為與尼木斷裂有關，但是尼木斷裂的具體位置及其產狀特征卻不是非常清晰，而續邁地熱田的很多認識更是以推測為主，缺少必要的依據。地球物理探測是地熱資源勘查的一種必要手段，常被用于揭示控熱斷裂與熱儲埋藏位置[11-14]。筆者結合續邁地熱田開展AMT與MT測量工作，測量剖面位置如圖4所示，并對續邁地熱田“熱水河”深部熱源通道的認識及其形成原因進行分析。

藍色：AMT測量剖面；紅色：MT測量剖面；黃色：“熱水河”。圖4 續邁地熱田深部地球物理探測剖面位置示意圖Fig.4 Location of deep geophysical exploration section in Xumai geothermal field

3.1 續邁地熱田深部熱源通道研究

圖5為穿過續邁地熱田南端并過“熱水河”的MT測量剖面反演電阻率斷面圖，剖面長8 600 m，方向SE110°，點距100 m。由圖可見，海拔2 000 m以淺存在多處低阻異常， 其中除剖面2 800～4 000 m范圍淺部的低阻異常為盆地第四系外，其他低阻異常均為巖體破碎或含水構造所致。根據電阻率變化特征，在剖面1 600 m、2 400 m、2 800 m、3 400 m及6 400 m處推斷發育斷裂構造，其中最為重要的構造是2 400 m處的F1、2 800 m處的F3和3 400 m處的F7，推斷上述三條斷裂均為尼木斷裂及其次級斷裂。其中，F1為尼木斷裂的主斷裂，在表形成明顯的斷裂面、斷層三角面和斷層破碎帶等；在深度表現為高角度東傾的正斷層。F3、F7斷裂為F1斷裂的次級斷裂，同樣為東傾，在一定深度上與F1斷裂聯通，為深部熱流體運移至淺部，熱流體在淺部(大致為地表以下1 000 m范圍內)運移的有利路徑。在此特別指出的是，在剖面3 400 m處的深部推斷有1條隱伏的深大構造，該構造是導通深部熱源的通道，推斷其可能是F1的一部分，使得F1斷裂表現出階梯狀特征。除淺部低阻異常外，在海拔-2 000 m以深存在大范圍低阻異常，推斷可能為未完全冷卻的巖體或部分熔融體，這些溫度較高的巖體或部分熔融體是續邁地熱田的深部熱源。

前人資料認為續邁地熱田的控熱構造主要為尼木斷裂，其典型特征為盆地西側山前發育的黏土化蝕變，而續邁地區地表出露的熱異常均與其相關。為此，不論是地熱田北部安崗村的四十度泉，還是南端續邁村的“熱水河”，其熱異常均為次級構造導通了盆地西側山前尼木斷裂深部熱源通道所致。然而，本次MT測量剖面結果顯示，“熱水河”的深部熱源通道并不是直接來自西側山前的F1斷裂，而更可能來自盆地東側深部隱伏的深大斷裂，雖然其可能與盆地西側的F1構造為同一構造，但意義卻截然不同，因為導通深部熱源通道的位置相距甚遠。也就是說，尼木斷裂是續邁盆地的主要控熱構造，但是實際導通深部熱源通道的位置有兩處，一處位于盆地西側山前，即傳統認識上的尼木斷裂，其地表熱異常特征為地熱田北部的四十度泉；另一處位于盆地東側隱伏的深大斷裂，其地表熱異常特征為地熱田南端的“熱水河”。

3.2 熱水河成因淺析

前面分析了“熱水河”的深部熱源通道，下面結合穿過“熱水河”并與MT測量剖面斜交的AMT測量剖面結果，對“熱水河”成因加以分析。AMT剖面長2 025 m，方向EW，點距25 m，兩條測量剖面交點分別位于AMT剖面1 850 m和MT剖面3 800 m處(圖5)。

圖5 續邁地熱田MT測量剖面反演電阻率斷面圖Fig.5 Inversion resistivity section of MT survey profile in Xumai geothermal field

由AMT測量剖面反演電阻率斷面圖(圖6)可見，剖面上存在多處低阻異常，其中推斷剖面80～760 m范圍低阻異常為第四系，平均厚度約80 m，而其他低阻異常均為斷裂構造或者巖體破碎的反映。這些構造中最為重要的有剖面80 m處的F3斷裂，650～760 m處的F5斷裂、840～880 m處的F7斷裂以及1 800 m處的F13斷裂。其中F3為控盆構造，F5為重要導水構造，F7為導通深部熱流體運移至淺部構造，F13為導水構造。

圖6 續邁地熱田AMT測量剖面反演電阻率斷面圖Fig.6 Inversion resistivity section of AMT survey profile in Xumai geothermal field

對于“熱水河”的成因，通常認為是淺部斷裂或者裂隙構造導通了第四系熱儲，從而使得貯存在第四系地層內的熱水沿斷裂或者裂隙構造向上運移，并在地表薄弱處溢出，形成熱泉，多個熱泉匯集就形成了“熱水河”。而第四系熱儲的深部熱源通道則是盆地西側的F1構造，再經淺部構造作用(如近東西向構造)，最后將深部的地熱流體導通至第四系地層內。然而，本次由MT和AMT測量結果綜合分析認為“熱水河”的形成過程是：首先，深部的地熱流體經由盆地東側隱伏深大構造運移至淺部；而后，F7斷裂將地熱流體運移至淺表；接著，地熱流體在重力作用下沿淺表基巖風化殼從東流向西，并貯存于F5斷裂的淺部破碎帶和第四系地層內；最后，熱水沿F5斷裂及淺表裂隙構造上升，并在地表薄弱處溢出，形成熱泉出露點。受F5斷裂和近東西向斷裂控制，出露的熱泉點主要沿近南北向的F5斷裂和近東西向斷裂分布，所以，由熱泉點溢出的熱水匯聚后受地形高差影響，先是由北向南徑流，而后又轉向西南，并最終匯入續曲。需要說明的是，僅僅依靠熱泉出露匯聚而成的熱水流量非常小，“熱水河”的水量實際上大部分是地表沼澤冷水混合所致。

4 結論

(1)續邁地熱田的深部熱源通道為尼木斷裂，但是導通深部熱源的通道不僅僅是盆地西側山前構造，還有一個是盆地東側隱伏的深大構造，而其正是“熱水河”的深部熱源通道。

(2)“熱水河”的形成是因為F7構造導通了續邁盆地東側深部隱伏構造，從而將深部地熱流體運移至淺部，并貯存于F5構造的淺部破碎帶和第四系地層內；熱水沿近南北向F5斷裂和東西向構造溢出地表，形成熱泉出露點；與地表沼澤冷水混合后，熱泉水量得以補充，進而形成“熱水河”；熱水河“在地形高差作用下，先是由北向南徑流，而后又轉向西南，最后匯入續曲。