1、地球科学 Earth Sciencehttp:/第 48 卷 第 3期2 0 2 3 年 3 月Vol.48 No.3Mar.2 0 2 3https:/doi.org/10.3799/dqkx.2022.222广东神灶海上温泉的流体地球化学特征及循环模式天娇1，2，李义曼2*，范翼帆3，周晓成11.中国地震局地震预测研究所，北京 1000362.中国科学院地质与地球物理研究所，页岩气与地质工程院重点实验室，北京 1000293.中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院，北京 100038摘要：广东神灶温泉出露于海水之中，揭示其流体循环机制对地热资源的可持续开发利用具有重要意义.通过采集神灶温泉
2、区地热水、地热气体和海水样品，测试其流体地球化学组成及主要同位素组成，得到以下认识：神灶温泉水化学类型为 Cl-NaCa型，主要由大气降水补给；水中盐分主要来自硅酸盐矿物溶解和现代海水混入，海水混入比例为 29%32%.利用化学温度计估算热储温度为 130 C，地热水循环深度约 4 km.地热气体以大气起源 N2为主要组分，CO2、CH4为壳内有机沉积物的热变质产物.此外，He同位素指示幔源组分占比不足 5%，研究区大地热流值为 6769 mW/m2.综上，神灶温泉区是以壳内放射性生热为主要热源的中温对流型地热系统.关键词：海上温泉；温泉水化学；地热气体化学；地热流体循环模型；热储温度；地球化
3、学.中图分类号：P66 文章编号：1000-2383(2023)03-894-14 收稿日期：2022-04-29Geochemical Characteristics and Circulation Conceptual Model of Geothermal Fluid in the Shenzao Coastal Hot Springs in Guangdong ProvinceTian Jiao1，2，Li Yiman2*，Fan Yifan3，Zhou Xiaocheng11.Institute of Earthquake Forecasting，China Earthquake A
4、dministration，Beijing 100036，China2.Key Laboratory of Shale Gas and Geoengineering，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China3.Institute of Science and Technology，China Three Gorges Corporation，Beijing 100038，ChinaAbstract:Shenzao hot springs are exposed in
5、seawater and it is significant to reveal the circulation mechanism of geothermal fluids for the sustainable development and utilization of geothermal resources.By collecting samples of geothermal water,geothermal gas and the seawater,and testing the chemical and isotopic compositions of the samples,
6、this study draws the following conclusions:the hot spring water is of Cl-NaCa type,recharged by the precipitation;the dissolved constituents are mainly derived from the dissolution of silicates and mixture with the seawater,with a mixing ratio of 29%32%.According to the hydrochemical geothermometers
7、,the reservoir temperature is 130 C,implying a circulation depth of 4 km.The atmospheric-derived N2 is the dominant component in geothermal gas and the CO2,CH4 are thermogenic products of the crustal organic sediments.In addition,the helium isotopic compositions suggest that the mantle contribution
8、is less than 5%and the local heat flow value is about 6769 基金项目：国家重点研发计划项目课题（No.2019YFC0604901）；国家自然科学基金项目（No.41902252）.作者简介：天娇（1990），女，副研究员，博士，主要从事地热地质及流体地球化学方向的研究.ORCID：000000032443827X.Email：*通讯作者：李义曼，Email:引用格式：天娇，李义曼，范翼帆，周晓成，2023.广东神灶海上温泉的流体地球化学特征及循环模式.地球科学，48（3）：894-907.Citation：Tian Jiao，Li Y
9、iman，Fan Yifan，Zhou Xiaocheng，2023.Geochemical Characteristics and Circulation Conceptual Model of Geothermal Fluid in the Shenzao Coastal Hot Springs in Guangdong Province.Earth Science，48（3）：894-907.第 3 期天娇等：广东神灶海上温泉的流体地球化学特征及循环模式mW/m2.Therefore,the Shenzao geothermal system is a medium-temperatur
10、e convective system mainly heated by the crustal radiogenic heat source.Key words:hot springs in the sea;hydrochemistry of hot spring;chemistry of geothermal gas;circulation model of geothermal fluid;reservoir temperature;geochemistry.全球共有 4 大地热带，包括：大西洋中脊地热带、东非裂谷地热带、环太平洋地热带以及地中海-喜马拉雅地热带.受印度板块和太平洋板块俯
11、冲的影响，中国处于两个全球地热带上，其西南地区的喜马拉雅地热带是地中海-喜马拉雅地热带的一部分，东部的台湾地区地热带则属于环太平洋地热带（图 1a）.同样受太平洋俯冲带的影响，中国大陆的东南沿海地区 25 C 以上的温泉 超 过 461 个（图 1b），占 全 国 温 泉 数 量 的 21%（陈墨香，1992），是我国重要的中低温地热带.温泉疗养是最为传统的中低温地热资源直接利用形式之一，温泉旅游也成为温泉出露区所在地的支柱经济产业之一.在海岸带附近，海水温泉是独具特色的地热资源.基于水文地质和水文地球化学视角，海水温泉地热流体的循环机制和地热系统成因模式一直是重要的科学问题和研究焦点，原因是
12、：一方面，这类温泉常以高矿化度为主要 特 征，例 如 山 东 即 墨 温 泉 水 矿 化 度 达 11 g/L（Hao et al.，2020），福建漳州地热水达 12 g/L（庞忠和，1987），粤西沿海地热水达 13 g/L（袁建飞，2013），且高矿化度地热水会诱发地热开发利用过程中的设备腐蚀问题；另一方面，高浓度微量组分（如 S、Sr、Rn 等）的水化学特征和临近海域的自然风光地理优势，常被用作海水温泉的营销卖点，而识别其化学组分的来源与流体循环模式是科学可持续开发利用海水温泉的重要依据.广东省江门市台山市的神灶温泉，因其地处海滩而得以成为著名的“海上温泉”（图 1c，1d）.7080
13、C 的 温 泉 水 自 滩 涂 涌 出，且 伴 有 气 泡 冒出，水温及流量受潮汐影响微弱.因此，结合区域地热地质和水文地质条件，分析包括地热水和地热 气 体 在 内 的 流 体 地 球 化 学 演 化 机 制，将 为 揭示这一海上温泉的成因机制提供关键信息.1 研究区地理条件及地质背景 广 东 省 江 门 市 台 山 市 位 于 珠 江 三 角 洲 西 南部，属 于 亚 热 带 海 洋 性 季 风 气 候，全 年 阳 光 充足，气 候 温 和，年 平 均 气 温 21.8 C.境 内 雨 量 充沛，具 有 明 显 的 季 节 性，年 均 降 雨 量 1 936 mm，降 雨 年 内 分 配
14、主 要 集 中 于 49 月.全 市 境 内 有盆地、平原、丘陵、高山、滩涂等地貌.台山市区内出露中-晚元古代、震旦纪、白垩纪和第四纪地层.其中，神灶温泉出露的汶村镇地处滨海平原，南面南海，西邻镇海湾，北倚笠帽山、歪头山、马头山等，最高海拔 624 m（图 1c）.研究区内地层沉积类型以海陆交互沉积为主.岩性主要为砂砾层、砂层、粉砂及黏土，下伏白垩世侵入岩和中侏罗世侵入岩，岩石类型主要为花岗岩类和闪长岩类，具体包括早白垩世二长花岗岩，晚侏罗世二长花岗岩和中侏罗世花岗闪长岩.从区域构造背景看，神灶温泉区位于新华夏构造带第二隆起带南部.受西太平洋板块俯冲的影响，广东省新生代构造活动强烈，整体受北东
15、向主断裂和北西向次级断裂的影响.研究区位于恩平-新丰深大断裂带的南段.该断裂带陆区出露长约 450 km，总体走向 40，宽度约 520 km.燕山期岩浆沿断裂发生多次侵入事件.地 球 物 理 探 测 结 果 表 明，东 南 沿 海 地 区 地壳 厚 度 在 3032 km 左 右（Zhang and Wang，2007）.自 晚 中 生 代 以 来 处 于 滨 太 平 洋 构 造 域，地 壳 发 生 强 烈 活 化.据 测 定，台 山 地 区 地 温 梯度 为 27.5 C/km，大 地 热 流 值 为 82.52 mW/m2（汪 啸，2018）；研 究 区 附 近 平 均 花 岗 岩 放
16、射 性生热率为 2.84.9 W/m3（赵平等，1995）.2 样品采集与分析测试 2.1样品采集方法本文研究的地热水、地热气体和海水样品采集于 2020 年 11 月，采样地点位于神灶温泉区，包括 4组地热井水样品，2 组地热气体样品和 1 组海水样品，采样点位置分布如图 1d所示.其中，地热井深度均在 100 m 左右.此外，收集文献中记录的神灶温泉区水化学数据 4 组（Wang et al.，2018），以对比并综合分析研究区内地热流体地球化学特征.地热气体采用排水集气法收集于冒泡温泉.将耐高温、耐酸碱的聚四氟乙烯漏斗连接硅胶管，硅胶管末端连接尖口玻璃管，确保各连接处不漏气.895第 48 卷地球科学 http:/收 集 温 泉 气 泡 时，将 上 述 连 接 装 置 的 玻 璃 管 端浸 于 装 有 地 热 水 的 盆 中，用 地 热 水 从 漏 斗 一 侧匀速灌入，排出其中气泡.待漏斗中地热水处于满溢状态时，用塑料膜迅速蒙住整个液面，同时注意避免液面与塑料膜之间存留气泡.随后，迅速 倒 转 漏 斗 并 直 接 覆 盖 温 泉 出 气 孔，继 而 缓 慢撤出塑料膜.待温泉中冒出
