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摘要:
西藏谢通门县地处青藏高原高寒山区，分布有卡嘎温泉，开发地热能解决当地供暖之急，但地热成因及储量研究尚未开展。通过分析调查区的地质构造、地热活动规律，并在卡嘎温泉附近开展地质详细调查、音频大地电磁测深及土壤氡气测量等工作，综合运用地质、物探成果，对卡嘎温泉的成因及热储特征进行了探讨。研究结果表明：（1）音频大地电磁及土壤氡气测量成果清晰地揭示了区内NE向、NW向与SN向断层深部的延展情况与叠加关系，说明区内具备较好的导水通道和热储空间。（2）研究区热源以中浅部始~渐新世岩浆岩衰变放热及深部存在高温岩浆熔融热源向上传导；断裂破碎带既是深部热储，也是深部热水上涌的通道；第四系上部冲洪积等堆积层为地热水的良好盖层，而第四系下部松散沉积物及部分基岩风化壳构成区内浅部热储。这些说明本区地热应用潜力较大，但需要注意的是：依据音频大地电磁测深成果的三维展示，发现深部S1、S2两个异常区在浅部呈连通状态，地表温泉点正好位于其连通通道上方，故在附近钻探取水时需评估对此温泉点水量的影响。最后，结合本区地热水的地热特征及电性特征，构建了调查区“地球物理-地热地质”模型，可为西藏其他地区地热资源勘探开发提供借鉴和指导作用。
Abstract:Xietongmen County is located in the alpine mountain area of the Qinghai-Tibet Plateau, where the Kaga hot spring occurs. Geothermal energy is expected to be developed to solve the local heating problem, but research on the genesis and reserves of geothermal energy has not been carried out. By analyzing the geological structure and geothermal activity law of the survey area, and carrying out detailed geological survey, audio frequency magnetotelluric sounding and soil radon measurement near the Kaga hot spring, this paper discusses the genesis and thermal reservoir characteristics of ths Kaga hot spring by comprehensively using geological and geophysical exploration data. The research results show that (1) the audio frequency magnetotelluric and soil radon measurement results clearly reveal the extension and superposition relationship of the deep NE, NW and SN trending faults in the area, indicating that the area has a good permeable channel and thermal storage space. (2) The heat source in the study area is composed of the middle and shallow Eocene Oligocene magmatic rock decay exothermic heat source and the deep high-temperature magmatic melting heat source. The fracture zone is not only a deep thermal reservoir, but also a channel for the upwelling of deep hot water. The alluvial proluvial and other accumulative layers in the upper part of the Quaternary system are good caprocks of geothermal water, while the unconsolidated sediments in the lower part of the Quaternary system and some bedrock weathering crusts constitute shallow geothermal reservoirs in the area. These indicate that the geothermal application potential in this area is large, but it should be noted that, according to the three-dimensional display of audio frequency magnetotelluric sounding results, it is found that the deep S1 and S2 abnormal areas are connected at the shallow part, and the surface hot spring vent is just above its connecting channel, so the impact of the water volume of this hot spring vent needs to be evaluated when drilling water nearby. Finally, combined with the geothermal characteristics and electrical characteristics of geothermal water in this area, the “geophysical geothermal geology” model of the survey area is constructed, providing reference and guidance for the exploration and development of geothermal resources in other regions of Tibet.
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西藏地区重点推进高寒高海拔县城供暖工程建设已实施多年，各县城可因地制宜实行高效低碳节能供暖措施。而地热资源作为一种清洁可再生资源，具有广阔的应用前景。同时西藏地区地热资源丰富，全区水热爆炸、间歇喷泉、热泉、冒汽地面和泉体等水热活动超过600处[1-5]，如羊八井地热田[6-7]、阿里朗久地热田[8]、那曲地热田均受青藏高原构造活动影响, 具有深部热源垂直传导供热、深大断裂和其发育的次级断裂为有利通道等特性，均已实现装机发电，地热能在藏区应用潜力很大[9]。
地热勘探方法较多，包括采用地下热水水化学分析开展热储分析[10-11，14]，采用重力[12-13]、大地电磁法[15-19]、深地震反射法[12，19]查明深部构造延展情况及推断热储范围埋深情况，采用放射性测量[17]辅助确定断层位置，采用遥感热异常测量[13]评价地表热异常范围等。一般可结合工区特点选择多种方法综合勘探。
谢通门县地处青藏高原高寒山区，位于西藏自治区日喀则市西北部、雅鲁藏布江北岸，平均海拔4100 m，地区经济主要以农牧业为主。谢通门县城及附近常住人口近5万，取暖问题一直困扰着广大市民群众。卡嘎温泉位于谢通门县城西北2 km处，交通便利，现泉区泉水总流量1036.8 m3/d，水温43～62 °C，地热供暖前景广阔。但以往没有对该区地热资源进行详细勘查和研究，目前地热资源开发程度不足且利用水平低，仅限于当地村民的洗浴和旅游，远达不到地热供暖的需求。本次结合当地条件采用音频大地电磁测深与土壤氡气测量，结合水文地质、遥感等资料，对调查区断裂构造、热储体的地下分布情况进行研究，以查明区内地热成因机理及地热资源潜力情况，为下一步地热资源开发利用提供科学依据。
1. 地质环境背景
1.1 区域地质构造
第四纪是青藏高原地质构造格局的最终形成期。新构造运动以区域性SN向正断层和地堑式断陷盆地，NE向、NW向等老构造的复活以及地热、地震活动的频繁发生为显著特征[20-23]。在班公湖—怒江缝合带以南，垂直喜马拉雅造山弧形成7条南北走向伸展构造带，其中有4条大型构造带：亚东—谷露裂谷、隆格尔裂谷、尼玛—定日裂谷和申扎—定结裂谷，切割了青藏高原的中南部[24-26]。本文所研究的申扎—谢通门—定结断裂带经研究证明为一条全新世的活动断裂带，在申扎县以南与格仁错断裂带连通，向北切割并可追溯至羌塘高原中部，向南经谢通门，穿过雅鲁藏布江至定结县北部，并延入高喜马拉雅地块[27-28]。
谢通门一带位于申扎—谢通门—定结断裂带的中段部位，断裂带中次级SN向断层发育，在该断裂带中共分布有多条SN向断层（南木切断层、胎温断层、甲马日断层、当嘎棍巴断层和掐格宗断层等）（图1）。谢通门南北向活动构造带是区内新活动构造的典型代表，集中分布在南木切—谢通门—扎西岗区一线，呈近SN向带状展布。它由活动断层、带状断陷盆地断陷带和断块山地隆起带及与之伴随的水热温泉、地震活动带组成[29-33]。
1.2 地热活动特征
申扎—谢通门—定结断陷带地表水热活动强烈，比较有代表性的地热点有：查布间歇喷泉、沸泉，卡吾沸泉，强布沸泉，卡嘎热泉等（图2）。地热活动规律主要有：
图 2. 申扎—谢通门—定结构造带温泉位置分布图1—热水活动边界断裂；2—SN向裂谷与地堑盆地；3—藏南拆离系；4—印度—雅鲁藏布江缝合带；5—温泉点；6—热水活动分区，Ⅱ-1为当惹雍错—古堆裂谷带，Ⅱ-2为申扎—谢通门—定结裂谷带，Ⅱ-3为亚东—谷露裂谷带Figure 2. Location of hot springs in the Shenza—Xietongmen—Dingjie structure belt（1）分布广，水热形式多样。在申扎—谢通门—定结断陷带，水热活动区比比皆是，主要有水热爆炸、间歇喷泉、沸喷泉和沸泉以及其周围的喷汽孔和冒汽地面等。
（2）水热异常在成因方面与活动构造直接相关，往往位于活动构造表现最强烈的断裂转折端以及多组不同方向边界断裂交叉部位，又以近SN向活动断裂或断陷带最为强烈。这些地方的水热活动强、水温高、天然热流量大，并且具有深源热补给的特点。
（3）地热与地震的分布具有一致性，温（热）泉则与地震伴生，特别是温（热）泉露头沿着具有地震机制的复活深大断裂带呈明显的线性分布，显示出与强震震中在空间分布的一致性。它们共同构成了活动构造的良好标志及区域构造稳定性评价的重要标志[22]。
1.3 工作区地热地质特征
1.3.1 地质构造
工作区北部地势高耸，冰川雪帽发育，基岩裸露于地表的主要为始新世的黑云角闪石英闪长岩（E2δηο）、渐新世的黑云碱长花岗岩（E3κργ）。区内构造复杂（图3），晚新生代构造十分显著，南侧存在压性逆断层F9；中部存在张性正断层F1、F2、F3、F11，这4条断裂与南木切断裂、当嘎棍巴断裂和且窝棍巴断裂贯通，成为地下水运动的良好通道。
1.3.2 水文地质特征
区内见5处天然热水泉眼出露，泉口水温一般43～62 °C，累计流量达1036.8 m3/d，西侧、南西侧可见大片沼泽湿地，其中发育有盐华、硫华等现象，泉区可闻见硫磺味。地下水可划分为第四系松散岩类孔隙水和岩浆岩类断裂构造裂隙水2种类型。工作区北侧是本区域的地表水和地下水的天然补给区，大量雨水、冰雪融水及地表水通过岩石裂隙下渗，在重力作用下形成径流进入地壳深部。工作区中部存在张性正断层F1、F2、F3、F11，这4条断裂与近SN向当嘎棍巴断裂等贯通，成为地下水运动的良好通道，下渗流体也会产生水平方向的移动。地下水沿该通道从北往南径流，地下水被始~渐新世岩浆岩逐渐加热，热水在静水压力和热对流的综合作用下沿断层向上运动。然后再进入卡嘎村南侧第四系砂砾石层形成浅层热储，地热水便顺着第四系的薄弱部位出露于地表，形成卡嘎温泉。
2. 工作方法
2.1 本次勘查方案
在本区1∶1万地质调查11 km2、1∶1万水文地质调查11 km2、1∶5000综合剖面测量3 km及遥感地质调查基础上，主要采用音频大地电磁测深（AMT）及土壤氡气测量推断断裂构造的位置、深度及其在地面以下的延展情况，以此来圈定地热异常范围和热储体的空间分布，并预测地下热水的富集部位和推荐井位。由于卡嘎温泉出露点主要在卡嘎村内，而村内房屋密集，人文干扰强，为避开强干扰区，本次围绕卡嘎村周围布设5条AMT剖面（图3），其中L10、L20、L60测线沿NNE方向布置，L30、L40测线SEE方向布置。测氡剖面基本与物探测线重合，部分区域由于沼泽富水测氡无法施测或方向有所偏移。
2.2 工区电性特征
区内第四系覆盖层为碎石土及卵石层等，底部岩体主要由黑云碱长花岗岩、黑云角闪石英闪长岩组成。通过现场电性测试及剖面电性分析，第四系浅表不含水，表现为中高阻特征，视电阻率值（ρs）在60～200 Ω·m之间；第四系浅表潜水面以下表现为低阻特征，ρs在10～60 Ω·m之间；底部断裂破碎带附近的黑云碱长花岗岩、黑云角闪石英闪长岩表现为中低阻特征，ρs在30～100 Ω·m之间；底部完整的黑云碱长花岗岩、黑云角闪石英闪长岩表现为中高阻特征，ρs在100～1000 Ω·m之间。
3. 综合成果
3.1 典型剖面解释成果
L40测线位于卡嘎村北侧沿SEE向展布（方位角118°），从图4（a）可知，地表出露主要为第四系冲积物、黑云碱长花岗岩、黑云角闪石英闪长岩，断层F1、F2地表发育。从图4（b）可知，氡浓度最小值1086 Bq/m3，最大值21875 Bq/m3，平均值10095 Bq/m3。其中在平距100～200 m、1580～1700 m段出现大于15142 Bq/m3的异常值（超过平均值1.5倍），推断异常部位分别与断层F11、F1有关。从图4（c）可知，ρs主要集中在10～1000 Ω∙m（lgρs值为1.0～3.0）之间，变化大。剖面浅表部15~30 m之间中低阻区推断为第四系覆盖层或强风化层；剖面浅部200 m深度范围内ρs较低，推断为浅部风化岩体破碎、节理发育含水所致；剖面在平距200、760、1140、1600 m下方分别存在F11、F2、F3、F1等4个断层，断层附近岩体破碎呈中低阻特征，其中F1断层倾向NW方向，倾角68 °，F11、F2、F3均倾向NE方向，倾角约70°；剖面底部隐伏断裂F12，推断为SN走向、倾向NW方向，F11、F2、F3、F1等4个断层底部与F12相交；剖面底部高程3600 m以下中高阻区推断为完整岩体。在平距400 m及1450 m底部低阻异常区域推荐2个有利井位。
3.2 土壤氡气测量成果
由于岩石破碎致使断层附近岩石的射气性能增强，断层面附近的放射性元素丰度也往往较大，故断层破碎带附近的氡气测量值出现正异常，这对找寻断层破碎带具有一定的指导作用[34]。
本次区内的土壤氡气测量平均值为8253.5 Bq/m3，从以往经验超过1.5倍平均值（即12380.3 Bq/m3）为异常区来看（图5），区内断层F10、F11线状特征明显，F1、F2、F3局部有反映，推断为测区中部第四系砂卵石层较厚，普遍富水阻隔了氡气的上移通道，测区四周覆盖层较薄或岩浆岩出露的地方土壤氡气正异常明显。
3.3 音频大地电磁测深成果三维立体分析
从音频大地电磁成果三维立体图（图6、图7）可以清晰地看出低阻异常的空间位置主要集中在海拔3600 m以浅及S1、S2异常区。从图7可看出S1、S2异常区分布范围较大，深部与断裂F1、F2、F3及F11连通，其中S1异常位于测区中部至北侧，推断为断裂F2、F3与断裂F1在底部贯通引起，深部延伸至测区北侧边界；S2异常位于测区西南，推断为断层F11、F1控制，深部延伸至断层F11、F1交汇处；在浅部高程200 m以上，S1与S2异常区在温泉出露点附近呈连通状态，推断两异常区被F1断层串通，此处上部第四系薄弱，地下热水由此涌出形成温泉点；高程200 m以下底部异常范围因控制断裂不同逐渐分离形成S1与S2深部热储；推荐井位3处，其中ZK1位于S1异常区，ZK2、ZK3位于S2异常区；同时调查区的东南部、南部见孤立的封闭的低阻异常区，推断为岩体节理发育破碎区，由于范围有限推断其含水性一般。
图 6. 区内音频大地电磁成果三维立体图Figure 6. Three dimensional map of audio magnetotelluric results in the area4. 讨论
4.1 本区与羊八井地热系统对比
羊八井高温地热田位于亚东—谷露裂谷中部，而亚东—谷露裂谷与本区所在的申扎—定结裂谷同属垂直喜马拉雅造山弧形成大型SN走向的伸展构造带。羊八井断陷盆地及盆地内的水热活动是在断陷作用（滑离断层作用）的构造背景下形成，地热田严格受断裂构造的控制[3，6]。通过对比分析，虽然羊八井地热异常范围较大及地热水温度较高，但本区地热系统与羊八井地热系统具相似性，地热田都受NE、NW张性断裂及SN向深部大断裂控制。本区与羊八井地热田热储空间均是由浅部与深部热储组成，浅部热储由第四系下部松散沉积物及部分基岩风化壳构成，深部热储属基岩裂隙型脉状或带状热储；盖层为第四系上部的冲积物、洪冲积物及沼泽堆积物；热源为中浅部始~渐新世岩浆岩衰变放热及深部存在的高温岩浆熔融热源向上传导[35]；热流体是以断裂破碎带作为补给、循环上升的通道，在断裂破碎带及裂隙、孔隙空间储集、运移。
4.2 “地球物理-地热地质”模型构建
通过以上对比分析，本区具备完整的地热水形成条件即盖层、通道、热源、热储等地热特征。研究区广泛出露第四系上部冲积物、洪冲积层及沼泽堆积层，成为地热水的良好盖层。区内地热受断裂构造控制强烈，主要发育两类热储层：第四系下部浅层热储层、断层破碎带热储层。第四系浅层热储层的热水，既有侧向流入，也有从第四系底部断层破碎带直接向上径流补给；区内SN向断层与NE向、NW向断层破碎带交错在一起既是地下水深部径流的通道，又是中深层的热储层。区内岩浆岩为始~渐新世，岩浆侵入活动极为频繁，故岩浆岩衰变放热及深部存在高温岩浆熔融热源向上传导的大地热流是本区主要热源。
结合区内电性特征分析，调查区地热资源盖层主要为第四系砂砾石、卵石层，在电性上表现为中低—中高阻特征；热储层及深部地热通道为岩体间破碎带，在电场上表现为低阻—中低阻特征；热源为始~渐新世岩浆岩，在电场上表现为相对中高阻—高阻特征。根据上述电性特征、地热地质要素分析，初步构建了研究区地热水形成机制的“地球物理-地热地质”模型（图8），对研究申扎—定结构造带及邻区深部地热资源具有实践指导意义。
5. 结论
（1）谢通门县卡嘎温泉具有很好的地热水形成条件，地热供暖潜力较大。SN向控盆断层与NE、NW向正断层叠加，是较好的导水通道和热储空间；浅部第四系为地热水的有利盖层，始~渐新世岩浆岩衰变放热及深部存在高温岩浆熔融热源向上传导的大地热流，为地热水主要热源。
（2）音频大地电磁典型剖面及土壤氡气测量成果清晰地揭示了区内NE向、NW向与SN向断层深部的延展情况与叠加关系；音频大地电磁三维立体图更好地展示了区内低阻异常的空间范围，并说明了地表温泉出露的原因，为井位推荐提供依据。
（3）结合地热水的成因及区内电性特征，初步构建了研究区地热水形成机制的“地球物理-地热地质”模型，为申扎—定结构造带及邻区深部地热资源勘查提供借鉴和指导。
（4）本区异常S1、S2范围较大且深部与SN向断裂构造呈连通状态，深部水循环更广，具有很好的地热应用前景。但需注意的是，两异常区在浅部呈连通状态，地表温泉点正好位于其连通通道上方，而当地村民经营的许多温泉酒店正是依赖此地热水，故在附近钻探取水时需评估对此出露温泉点水量的影响，避免影响村民温泉酒店的经营。
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