摘要
西藏藏南地热区和云南腾冲地热区是中国典型的两个高温地热研究区,发育有丰富的地热资源和热泉型稀有金属矿产资源。然而,对于这类矿床流体的演化过程及演化过程中伴随的元素迁移行为等问题研究较薄弱,值得进一步探究。此外,地热系统中Si O_2不断地从地热流体中沉淀,并伴随着成岩过程,在这个过程中影响硅同位素分馏的因素及其机制仍知之甚少。基于以上问题,本文选取西藏藏南地区的搭格架,卡乌和色米地热区和云南腾冲热海地热区作为研究对象,系统研究了这些热泉的流体地球化学特征和热泉系统的演化过程,试图查明成矿流体的物理化学条件和稀有金属元素在热泉系统中迁移行为,以及热泉演化过程中伴生的硅同位素分馏机制。西藏藏南地区围岩中稀有金属元素背景值较高,Cs的含量可以达到原始地幔的数千倍,为稀有元素的富集提供了前提条件。地热流体中稀有金属元素的富集与流体的演化程度具有密切关系,结果表明色米地热区强烈的水岩相互作用有利于稀有金属在地热流体中的聚集,并且在蚀变早期元素就从围岩进入到地热流体中。色米地区围岩中富集稀有金属,以及地表中泉华的种类多样,说明色米地区在寻找稀有金属矿产方面仍具有巨大潜力。在硅华沉淀过程中,稀有金属元素Cs主要存在于新形成的硅华中(可达9000 ppm),并且随着硅华老化和相变等过程逐渐排出晶格体外。藏南地热系统中的硅循环是一个动态过程,与硅从硅酸盐矿物中浸出及地热系统硅华沉淀相关。藏南地热系统中水-岩作用速率和硅华沉淀速率依次为:色米>卡乌>搭格架,和搭格架>卡乌>色米。水-岩作用速率和沉淀速率的不同解释了地热水中硅含量和硅同位素组成差异的不同。其中,硅华沉淀过程中硅同位素分馏(Δ~(30)Si_(沉淀相-溶液)<-0.1‰)小于水-岩相互作用(Δ~(30)Si_(溶液-岩石)=-0.47‰),使地热水的δ~(30)Si特征可以用来评估流体温度对地热储集层水岩相互作用强度的影响和示踪地热流体的演化。在主喷泉口层状硅华的形成过程中(蛋白石到玉髓)Δ~(30)Si_(玉髓-溶液)为-0.19~-0.33‰,蛋白石-A和蛋白石-CT之间同位素分馏Δ~(30)Si_(蛋白石-A-CT)为+0.7‰,而新老蛋白石之间同位素分馏Δ~(30)Si_(蛋白石-新-老)约为-1.0‰。以上结果说明在硅华在相变和老化过程中可以产生显著的Si同位素分馏。腾冲热海地热系统中存在三种地热流体,A型地热流体(p H=1.5~2.5),B型地热流体(p H=6.4)和C型地热流体(p H=8~10)。这三种地热流体的元素含量和硅同位素组成具有明显区别。三种地热流体的演化程度为C型>B型>A型,导致三种地热流体及流体沉淀物硅华中稀有金属的富集特征也具有相似的规律,稀有金属在C型流体及流体沉淀物中最富集,这与其起源深度较深,水岩作用较强烈具有密切关系。C型地热流体在向上迁移的过程中,发生强烈的水岩相互作用可以从围岩中将稀有金属淋滤出来,然后和地热流体中的硫和氯离子形成络合物迁移稀有金属元素到达地表,因此在研究区的深部具有稀有金属的成矿潜力。三种流体中控制固液之间硅同位素的分馏机制明显不同。在50?75oC和p H?2的条件下,固液之间的硅的平衡同位素分馏系数?~(30)Si_(solid-fluid,eq)=+1.09±0.04‰~+2.78±0.04‰。随着温度从55oC升高到70oC,同位素的分馏系数从+2.23±0.07‰降至+1.13±0.09‰,这说明平衡分馏控制着固体和液体的同位素分馏。在B型和C型流体中,?~(30)Si_(solid-fluid)=-1.88±0.08‰~+0.55±0.16‰。我们将同位素分馏系数与沉淀速率和温度相比较,结果说明热泉喷口的同位素分馏并不单单只是温度和沉淀速率的函数关系,而受到了其它因素的影响,如沉积后硅华和溶液继续反应,发生同位素的交换,改变了硅华的初始同位素信息。