摘要
滇东南地区受多期岩浆活动和深大断裂的影响,地热活动强烈,温泉数量多,是观测深部流体活动的最佳“窗口”。地表观测的流体同位素地球化学特征可以揭示地壳深部岩浆流体活动,对了解岩石圈物质演化和开展地震观测有着十分重要的意义。本文根据滇东南温泉地热流体(水和逸出气)地球化学特征,分析了地热流体中离子来源及成因、深部热储温度、气体成因、幔源流体释放强度及稳定碳同位素平衡分馏温度等,探讨地热异常与地震活动关系、屏边火山活动性、深源流体和地幔热流在地震孕育过程中的作用机制等,其结果对遴选一批具有深部动力学意义的观测对象和特征观测量具有重要的科学及实践意义。滇东南地热水化学特征显示,温泉水主要来自于大气降水的补给,水化学主、微量离子主要来自地表水循环过程对地层岩石的溶滤。地层岩性和断层构造特征对水化学特征有明显的控制作用,红河断裂带温泉中的SO_4~(2-)、F~-、Cl~-等离子有深部来源特征。微量元素含量及分布特征与地层性质和沉积矿物有关。以地热储温度表示的浅层地热场分布特征显示,滇东南地热异常区地震活动强度弱、发震频度低,且地震往往发生在地热梯度带上。造成这现象的主要原因是地热来源主要为壳内生热元素(~(238)U、~(232)Th和~(40)K)衰变产生的热量,热源较为稳定,产生的热应变或热应力与区域应力场趋于均衡状态。而滇东南楔形构造区内地震活动强烈,推测是红河断裂带与小江断裂带交汇区深部有刚性岩体阻挡了川滇块体继续向南或南西向运动而造成。气体地球化学特征研究表明,滇东南温泉逸出气体主要为地壳和大气来源,来自于红河断裂带南段上的幔源氦释放强度最高仅为5%左右,表明该断裂是连通壳幔的深大断裂。稳定碳同位素显示CO_2和CH_4也主要来自于地壳灰岩和热成因,幔源特征不明显。结合区域深部结构及构造活动背景,认为断裂活动性较弱和放射性成因He的稀释是导致幔源流体释放强度低的主要因素。CO_2和CH_4气体间同位素分馏温度(表观同位素温度)显示,屏边火山区的这些含碳气体源区温度低于壳内物质的最低熔融温度,表明现今壳内不存在玄武质岩浆活动。结合幔源流体的释放强度及含碳气体源区温度可推断屏边火山活动性较弱,但来自深部的流体仍值得长期关注。对比青藏高原东南缘主要构造边界及新生代火山区幔源流体释放,屏边火山区处于较低水平,大地热流结构主要以地壳热流为主。通过对青藏高原东南缘地震活动(M≥6.0)分布特征研究,发现地震活动频繁的地区往往伴随着较强地幔热流,表明地幔流体及其热对流活动在地震的孕育及发生中起着非常重要的作用。根据在滇东南地区四期的地热流体观测,发现位于红河断裂带上的泉点中具有幔源特征的物质及含碳气体源区温度对区内的地震活动(M≥4.0)有前兆响应。因此,具有幔源特征的泉点可作为地震监测预报的观测对象,而具有幔源特征的离子、气体和反映深部热状态的温度可作为特征观测组分或观测量。