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青藏高原东缘典型活动断裂带流体地球化学研究

青藏高原东缘典型活动断裂带流体地球化学研究

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作者：管芦峰天津大学

学位级别：硕士

青藏高原东缘位于欧亚板块和印度板块相互作用地区的重要边缘地带。由于印度-欧亚板块之间的碰撞和会聚,该区域构造运动强烈,发育大量活动断裂,并且沿断裂带密集分布温泉等水热活动,目前在向大气圈释放大量深源气体。通过对青藏高原东... 详细信息

青藏高原东缘位于欧亚板块和印度板块相互作用地区的重要边缘地带。由于印度-欧亚板块之间的碰撞和会聚,该区域构造运动强烈,发育大量活动断裂,并且沿断裂带密集分布温泉等水热活动,目前在向大气圈释放大量深源气体。通过对青藏高原东缘活动断裂带的温泉流体地球化学特征进行研究,可了解活动断裂带释放的地热流体来源与相关物理化学过程,进而揭示青藏高原东缘深部结构特征和断裂带活动状态,对开展地震预测工作具有重大意义。本文对青藏高原东缘龙门山断裂、鲜水河断裂、安宁河断裂、则木河断裂以及小江断裂的温泉水和逸出气体开展了化学组成和同位素组成综合分析,探讨了地热流体中的水和主要离子来源、深部热储温度、深部碳释放通量、气体来源以及流体地球化学时空分布规律及其地质构造和地震预测意义。本论文的研究结果表明:(1)温泉水主要来源于不同补给高程的大气降水,而离子组分主要来源于水热循环过程中与围岩发生的水岩相互作用以及深部来源流体的贡献。利用温泉流量、离子浓度以及δC建立了研究区温泉溶解无机碳(DIC)中的深源碳来源定量解析模型。计算结果显示,青藏高原东缘不同类型的活动断裂带都表现出不同程度的深源碳释放;其中,岩石圈尺度的鲜水河走滑断裂带高达201.51 t/a,反映了以青藏高原活动断裂带为代表的非火山区构造带深部CO具有巨大的释放潜力。(2)气体地球化学特征表明,青藏高原东缘活动断裂带中He主要源自地壳放射性核素衰变和岩石圈地幔部分熔融,其中,鲜水河断裂带富集幔源He,地幔He贡献率高达33%,而龙门山、安宁河-小江断裂带则反映壳源性质。N同位素显示,鲜水河-小江断裂带中N来源于空气、地幔的部分熔融以及有机质,其中,小江断裂带中的N显示较高比例富氮有机质加入的特征;稳定碳同位素组成显示,研究区活动断裂带CO主要来源于深部变质脱碳、地幔部分熔融、浅部碳酸盐岩溶解以及有机碳的分解,幔源CO释放集中分布于鲜水河断裂带;碳同位素(CH)显示,鲜水河断裂带富集幔源CH;而龙门山断裂和安宁河断裂则表现为地壳和微生物来源。(3)幔源He和深源碳含量的空间分布显示,高幔源He与高深源碳释放通量主要出现在地震波低速体附近以及低速体与高速体之间的过渡带,表明其来源可能为地幔部分熔融。值得注意的是,高幔源He和深源碳含量集中分布于鲜水河断裂带、龙门山断裂带和玉农希断裂带三条深大断裂带的交汇区域,表明较高的断裂带破碎化程度和渗透率有利于深源流体的释放。此外,幔源He和深源碳含量与对应断裂的走滑速率呈现的一定的相关关系,表明较强的断裂活动能够增强断裂渗透率进而导致更多的深源流体释放,也印证了上述观点。因此,地幔源区(地幔部分熔融)和上升通道(断层裂隙)是深部流体释放的主要影响因素。(4)综合历史强震与区域热储温度分布进行分析发现,历史强震集中分布在松潘-甘孜地块高热异常与川滇地块高热异常边缘,表明深部热结构空间分布不均匀与地震具有一定的联系。深部热结构的空间差异产生的热应力与区域应力场的叠加以及深部流体对中上地壳脆性层岩石强度和断裂之间的弱化作用可能是孕育地震的主要原因。

关键词：青藏高原东缘活动断裂流体地球化学深源碳

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