刘 昭, 蔺文静, 谢鄂军, 何雨江, 张 萌, 王贵玲

(1.中国地质科学院 水文地质环境地质研究所，石家庄 050061; 2.西藏自治区地质矿产勘查开发局 地热地质大队，拉萨 850032; 3.中国地质大学 环境学院，武汉 430074)

有关水中稳定同位素的研究始于20世纪50年代[1-3]；Craig(1961)给出的全球“雨水线”为δD=8δ18O+10，并提出地热水主要为大气降水补给，首次发现Salton海地热田热水存在的“氧漂移”现象[4,5]；Dansgaard(1953)首先定义降水线中的参数d，称之为氘过量参数(d=δD-8δ18O)[6]。氘过量参数反映了水汽源地、空气湿度、海洋水蒸发分馏条件、水汽路径等。氘过量参数也被用于地表水体、地热水及地下水的研究[7-17]，即研究这些天然水中d值的变化、与地下水年龄的关系、地下水径流、与地下水埋深的关系及d值的误差等。

本文以西藏尼木-那曲热泉区域为研究区，从热水的氘过量参数中提取信息，研究区内氘过量参数的特征，通过与已开发利用地热田进行对比，来揭示其对地热田开发研究的指示作用。

1 研究区概况

西藏尼木-那曲地热带(以下称研究区)位于西藏自治区中部，包括拉萨市、尼木县、当雄县、那曲县、聂荣县、安多县。研究区位于当雄-羊八井-多庆错活动断裂带上，全长约300 km，交通条件较为便利。区内地势北高南低，地形起伏较大，切割强烈。由于构造作用，发育着一系列串珠状断陷盆地。从前寒武纪至新生代地层均有出露。其中第四系松散堆积物遍布于各盆地之中，低洼地段均有沼泽相堆积。水系较发育，以桑雄为界，北部为怒江水系，南部为雅鲁藏布江水系。

研究区内构造发育，规模较大的有近南北向桑雄-九子拉断裂、吉达果-尼木断裂，近东西向的雅鲁藏布江断裂、班公错-怒江断裂及北东向念青唐古拉山南缘断裂构造带。次级构造亦较发育。受区域构造及次级构造的影响，区内水热活动强烈，显示类型齐全。从北至南大致有那曲、罗玛、谷露、董翁、拉多岗、羊八井、羊易、续迈等20多个显示区[18]。区内仅在羊八井、羊易地热田进行过系统的调查研究，在拉多岗、那曲地热田进行过勘探及试验等工作。本次选取该带未开发利用的11个地热田(续迈、嘎日桥、吉达果、宁中、月腊、董翁、谷露、脱玛、罗玛、玉寨和果组)开展工作(图1)。

图1 研究区地热地质及样点分布Fig.1 Schematic diagram of geothermal geology and samples distribution(修改自吕文明，1993)

2 数据采集及测试

研究区内有关热水氢氧同位素的研究较早[19-21]；近几年，Guoetal.(2010) 在羊八井、羊易地热田进行了较多的工作，研究了深部、浅部热储的特征，指出二者主要为融雪水补给，深部热储有岩浆水的混入，浅部热储为深部热储升流过程中与浅部冷水混合的结果[22]。区内热水氢氧同位素数据较充足，笔者收集到了2011年沿线未开发的11个地热田的氢氧同位素(氘、氚、氧)数据，并于2012年对区内4个重点地热田(吉达果、宁中、谷露和玉寨)的天然水氢氧稳定同位素样品进行了采集，并对部分热田的氢氧稳定同位素样品进行了复采工作，羊八井数据引自Guoetal.(2010)。

样品测试是在国土资源部地下水科学与工程重点实验室进行，使用的仪器是MAT-253同位素质谱计，氢同位素测定采用锌反应法，氧同位素测定采用CO2-H2O平衡法，测定精度(质量分数)分别为±2.0‰和±0.2‰，测定结果以相对于VSMOW标准的千分差表示；氚在1220 Quantulus型超低本底液体闪烁谱仪进行测试，测试精度：σ≤0.6 TU (1 TU=0.119 19 Bq/L)。

表1 研究区天然水的氢氧同位素组成Table 1 Hydrogen and oxygen isotopes composition of the natural water in study area

3 氘过量参数及指示意义

从δD和δ18O关系图中(图2)，区内天然水(地表水、热水)d值分布范围较大，为-20‰～30‰，集中分布在0‰～10‰，主要以大气降水补给为主，多数热水的循环途径较短，未发生明显的水岩作用，部分热水(嘎日桥、宁中)表现出轻微的氧漂移。据2011年收集数据分析，董翁热水落在大气降水线上，谷露热水表现为蒸发的特征。在2012年对董翁地热田的热水进行了重新采样，同时选取谷露地热田典型泉点进行采样，发现两处热水表现同羊八井热田深、浅热储类似的特征，发生明显的氧漂移。分析2011年数据呈现该现象的原因，可能是受到地表冷水的混入影响，使两处热水氧漂移现象被掩盖。在玉寨热田则存在氢同位素交换，d值出现明显的富集。区内海拔高度很高，雪水同位素组成很低，在雪降落、融溶过程中发生同位素分馏，导致雪水中明显富集轻同位素。

图2 研究区氢氧同位素组成及氘过量参数特征Fig.2 Relationship between δD and δ18O and the characteristic of deuterium excess parameter in study area

图3中可以看出，研究区内不同类型天然水的氘过量参数箱式图的中位数差异较明显，地表水和雪水比地热井和热泉d值中位数大，其中雪水d值中位数较地表水大，地表水d值中位数接近于10‰；地热井d值中位数较热泉小，但热泉在箱式图的上限和下限出现异常值，上限异常值在玉寨热田，下限异常值出现在谷露热田。结合同位素交换作用，分别对热泉箱式图中出现的异常值进行分析与研究。

图3 研究区天然水氘过量参数箱式图Fig.3 The box-plot of deuterium excess parameter of the natural water in study area

图4～图7中，分别探讨了d值与区域分布、海拔高度、取样温度、氚含量的关系。其中不难识别宁中-谷露区域d值同羊八井热田特征相似，d值均较低。区内d值不受海拔高度变化影响，这反映了它与全球大气降水同位素分馏的差异程度，但在相同海拔高度上显现出不同的同位素交换作用，宁中-谷露区域表现为氧漂移，玉寨区域出现明显的d值的富集，对上述d值箱图出现的异常点可做出合理的解释。d值随取样温度的升高有降低的趋势，随氚含量增大出现增加而后未出现明显变化的趋势。

对研究区内天然水氢氧稳定同位素和氘过量参数(d)进行Q型聚类分析，从图8中看出明显的3个分区，即d值较小区(Ⅰ区)，d值较大区(Ⅱ区)，d值极大区(Ⅲ区)。结合研究区热水的补给来源与深、浅部热储的特征，可初步得出Ⅰ区具有典型的中高温热储特征，且谷露表现出深部高温热储特征(Ⅰ2区)；Ⅱ区由于受到地表水混入的比例较大，表现为浅部热储的特征，而在玉寨由于受到气体同位素交换作用，d值表现出异常值(Ⅱ2区)；Ⅲ区主要为融雪水补给，由于受到融溶过程中同位素分馏的影响，d值较大。

图4 研究区氘过量参数随区域变化图Fig.4 Diagram of the change of deuterium excess with regions in study area

图5 研究区氘过量参数与高程关系图Fig.5 Relationship between deuterium excess and elevation in study area

图6 研究区氘过量参数与温度关系图Fig.6 Relationship between deuterium excess and temperature in study area

图7 研究区氘过量参数与氚含量关系图Fig.7 Relationship between deuterium excess and tritium contents in study area

图8 研究区天然水氢氧稳定同位素及氘过量参数Q型聚类图Fig.8 Q-cluster of hydrogen and oxygen stable isotopes and deuterium excess

综合分析表明，宁中-谷露区域与羊八井热水具有类似的特征：d值较小、滞留时间较长(氚值低)、热水温度高、呈现明显的氧漂移等。可推测研究区内宁中-谷露区域具有高温热储的特征，而玉寨热田由于气体交换作用，氢同位素相对富集。上述热田具有深入研究的价值，结合当地交通条件和实际情况，谷露热田进行高温地热开发利用的潜力较大。

4 结 论

a.研究区内热水d值变化范围较大，分布在-20‰～30‰。从d值箱式图可以看出，热水d值中位数相对地表水体较小，谷露热水d值最小，表现为下限的异常，氧漂移现象明显；玉寨热水受到气体同位素交换作用，氢同位素富集，表现为上限异常。区内雪水同位素值最低，受到融溶过程中同位素交换影响明显。

b.区内d值区域变化不明显，不受海拔高度变化影响，在宁中-谷露区域出现异常，其随取样温度增加有降低的趋势，随氚含量增大出现增加而后未出现明显变化的趋势。通过对天然水氢氧稳定同位素和氘过量参数进行Q型聚类分析，谷露热水表现出深部热储的特征，综合分析宁中-谷露区域表现出同羊八井热水类似的特征：d值较小、滞留时间较长(氚值低)、热水温度高、出现明显的氧漂移等。

c.通过对区内d值的分析及研究，确定宁中-谷露区热田、玉寨热田为进一步研究的重点区域，结合当地实际情况及地热开发利用条件及潜力分析，谷露地热田区进行高温地热发电的前景较好。

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