藏南碰撞造山带典型水热区现代地球化学过程与小流域CO2源、汇关系研究

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青藏高原南部,印度与欧亚板块沿雅鲁藏布江-印度河一线发生的碰撞作用是自中生代末期以来全球所发生的意义最为深远的构造事件之一。区域内岩浆和变质作用强烈,水热活动广泛,形成了著名的喜马拉雅大型地热带,区内水热活动带具有产生大规模CO2脱气的潜力。于此同时,Raymo和Ruddiman等认为喜马拉雅等地的快速隆起,会加速化学风化过程,消耗大量的CO2从而使全球气温降低,即著名的“雷莫”假说。快速隆升的青藏高原究竟是CO2“源”,还是“汇”成为学界备受争议的重要科学问题。对此,学者们运用水文地球化学的多种方法进行了一系列研究,新的成果不断涌现,是“源”或“汇”的依据不断积累,但这个问题依然悬而未决。因此,加强该区域的碳源、汇研究,对于进一步分析该问题有积极意义,同时作为“第三极”,其有全球气候变化的“驱动器”和“放大器”之称,在该区域开展与CO2有关的研究,也是全球变化区域响应研究的重要组成部分。本研究选取碰撞造山带上两个较为典型的水热活动区—玛旁雍热田曲普水热区和搭格架水热区为研究对象,在分析水热区-小流域地球化学过程的基础上,对该区域的CO2源、汇量进行了尝试性的初步研究,得出主要结果如下:(1)研究区水化学特征受区域地质背景控制,不同水体水化学组分有相似,也有差异。研究区湖水、降水、地表河水为中性偏弱碱性,矿化度低,均为淡水,阳离子以Ca2+和Na+为主,阴离子以HC03-和Cl为主,水化学为HCO3-Ca型,基于Gibbs模型和Ca/Na值,表明打加芒错流域水体化学离子主要受区域内长石类硅酸岩风化控制。曲普水热区的泉水温度为22.8-95℃,pH介于6.67~8.63之间,电导率(EC)变化范围为1500~1869μS/cm.搭格架泉水温度介于67.0~86.5℃之间,pH为7.3~8.4, EC介于2820~4310μS/cm之间。两个水热区的泉水阴离子均以HC03和C1-为主,阳离子组成以K+、Na+为主,为Na-HCO3型水。曲普泉水的Na/Cl为6.07~7.67,搭格架的为3.83~6.81,表明两区泉水都经过较强的水-岩作用。总体上,两个水热区的水化学类型与藏南多数热水的水化学类型一致。(2)研究区水热系统演化和地球化学过程受母岩及热水与围岩的水-岩作用控制。利用氘氧同位素推测搭格架地下热水和地表水的补给来源均主要为大气降水,地热水补给高程为4109~5924m,热水循环深度为617~917m。基于活度图解,表明搭格架泉水化学组分主要受钠长石、钾长石约束,而曲普泉水受云母类矿物约束较大。运用矿物饱和指数法,研究得出两区泉水中硬石膏、石膏、Si02(a)、温石棉等矿物饱和指数(SI)<0,方解石、白云石的SI基本上在-0.5--9.5之间,石英、玉髓的SI则均远大于0,表明该区的热水沉积物应以硅华为主。通过模拟主泉热水在100℃和120℃下的情况,表明方解石、白云石、绿泥石、滑石在深部和热水裂隙管道内壁沉积趋势比表层更强,而玉髓、石英、长石类则呈现相反趋势。基于LogPCO2与HC03图解,得出热水从深部到浅部的过程,PC02在减小,热水中有大量CO2气体逸出。(3)采用自行设计的PVC管法并基于菲克第一定律,初步估计搭格架土壤CO2的脱气通量均值为0.244kg/m2.a,喷气孔1.750kg/m2.ao曲普水热区土壤C02脱气通量均值为0.394kg/m2.a,喷气孔为3.417~7.457kg/m2.a。基于水化学径流法,初步评估打加芒错小流域硅酸盐风化速率均值为3.74t/km2.a;蒸发岩盐风化速率均值为4.09t/km2.a;碳酸盐风化速率均值为0.89t/km2.a;依据阳离子法,估计打加芒错小流域总的岩石风化平均CO2消耗量为155.26×103mol/km2.a (6.83t/km2.a),比全球平均(2t/km2.a)高近3.41倍,但与全球的大江大河比则略低(Amazon、Brahmaputra)。。
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