地热地质学范文第1篇

关键词：地热资源勘查地下热水异常区水文地质测绘浅层测温

Abstract: geothermal resources exploration can through remote sensing interpreter, hydrology geology surveying and mapping, shallow temperature measurement, the resistivity sounding, stimulating electrical sounding, measuring the WenKong drilling and so on many kinds of geological work means the underground hot water delineated abnormal area, in geothermal resources exploration investigation stage [4], with the smallest input in order to get the maximum benefit, integrated application of hydrological geology CeHuiFa and shallow temperature measuring method of underground hot water delineated abnormal area is more intuitive, economic and effective one of the ways, here in the new spring geothermal anomaly area as an example to illustrate; The underground hot water delineated anomaly zones and ideological system technology policy, but also for future in similar areas to develop geothermal resources exploration and research to provide theoretical and practical cases.

Keywords: geothermal resources exploration underground hot water abnormality area hydrogeology surveying and mapping shallow temperature measurement

中图分类号： P641.71 文献标识码：A 文章编号：

1地形地貌

勘查区内地貌[2]属侵蚀丘陵和盆地相间地貌类型，中为河谷盆地四周为丘陵山区，最高点位于勘查区东南部的小山包，海拔标高+477.5m，最低点于旧县河的河床中海拔标高+280m，相对高差197.5m。区内东南部、东部沉积岩区，山脊多呈波状起伏，山顶多为圆状、圆锥状，沟谷不发育，山坡一般较陡，植被发育一般；西北部、西部花岗岩区，山顶多浑圆状，山坡较陡，多凸坡，植被较发育；中部新泉盆地，地势平坦，现为稻田及居民区。旧县河分布于勘查区中南部，其北岸有一小溪汇入，交汇处及其附近即为地热田出露区。

2区域地质概况

2.1地层岩性

调查区内分布有侏罗系坂头组、白垩系沙县组和第三系、第四系地层。

(1)：坂头组（J3b）：分布于地热田西南侧及东北侧一带，岩性为长石石英砂岩，呈灰白、浅灰色，产状为255∠59°，局部夹有薄层泥岩、泥质粉砂岩，呈灰白、灰黄色。受构造断裂和地热田热能影响，局部岩石受变质略呈硅化、绢云母化。

(2)：沙县组（k2s）：分布于地热田东侧，岩性为紫红色泥岩、粉砂岩夹砂砾岩、含砾粉砂岩。

(3):第三系（Q3al-pl）：分布于盆地内旧县河南岸及其支流小溪的西岸的二级阶地，上部含砾砂质分析粘土层，下部为砾砂、卵石层。

(4):第四系（Q4al）：分布于盆地内旧县河及其支流小溪两岸一级阶地，上部为含砾砂质粉质粘土层，下部为砾砂、卵石层，构成，钻孔控制的厚度4.50-11.05m。

2.2地质构造

新泉地热异常区位于闽西南拗陷带内清流―连城北东向断褶皱带和上杭―云宵北西向断褶带的接合部。盆地西部分布为二长花岗岩（ηγ4-51）、浅灰白、灰黄夹灰黑、浅肉红色，中粗粒似斑状结构或条带状、片麻状构造。组成岩石的矿物有较强的自变质现象。高岭土化、绿泥石化和叶腊石化、绢云母化明显。根据收集资料表明，盆地基地岩性也为二长花岗岩及其蚀变岩。区内地层为单斜层，褶皱不发育，但断裂构造发育有走向北东向30-40°、走向北西向330-340°两组。

(1):北北东向断裂。据区域地质资料，北北东向断层分布新泉盆地以东成为盆地东部边界断层。断层两侧沙县组和坂头组断层接触，坂头组页岩有明显硅化破碎。断层带向西倾斜、倾角70°左右。

(2):北西向断裂，据区域地质资料该断层呈北北西向，沿旧县河支流小溪方向延展，在本地热田，该断层隐覆于第四系之下，野外调查期间未发现明显迹象，具体走向尚需结合后期物探资料进一步论证。

2.3岩浆岩（ηγ4-51）

盆地的基底及其以西分布二长花岗岩、浅灰白色，中粗粒似斑状结构或条带状、片麻状构造。组成岩石的矿物有较强的自变质现象。高岭土化、绿泥石化和叶腊石化、绢云母化明显。

3地质调查方法 [3]

3.1地质、水文地质测绘

地质、水文地质测绘同步进行，测绘时间选择在枯季（2011年12月-1月）。测绘面积8.2km2。测绘底图采用1∶10000地形图，野外采用双星GNSS(RTK)测量仪定点。测绘方法采用沿断层、沟谷追索法，辅以路线穿越法。测绘时以温泉自涌点和热水井点为中心，逐渐向四周扩展，共定地质、水文地质测绘点80个，其中热水泉点1个，冷水泉点2个，热水孔调查8个，冷水孔调查2个，溪沟测流点2处。地质测量以填绘断裂构造为重点，水文地质测绘以寻找天然温泉露头点、分析热水井点分布范围，注意观察与地下热水有关的岩石蚀变，裂隙发育特征为重点。水文地质测绘期间，共采取水质全分析样5件，简分析样11件，送福建省地质测试研究中心实验室分析，取样过程符合有关规范要求。

3.2水化学特征

根据取样结果综合分析：新泉地下热水阳离子以Na+为主，阴离子以HCO3-为主，水质类型为HCO3-―Na型；热水井点及泉点的F与SiO2离子含量较溪沟水、河水含量偏高。从简分析取样结果分析：以HX3点的测试结果作为本底值，靠近温泉自涌点附近区域F与SiO2离子含量偏高，PH值偏小，由此圈定出地球水化学异常区范围图（见图1）。

3.3 浅层测温

浅层测温主要采用深度1.0m左右的测温。测温点定位采用双星GNSS(RTK)测量仪，精度为1.0mm；测温采用便携式AR882+红外测温仪，精度0.1℃。测温点观测线距25―60m，点距15―30m。根据测温点画出等温线图，在于地热异常区的本底值对比后圈定出地热异常区范围图（见图2）。

4地热异常区特征

4.1异常区平面分布特征

从水文地质测绘及热水孔、温泉分布位置及1m浅层测温综合分析，勘查区地热主要沿F1、F2隐伏断裂带分布，沿F1断裂走向带圈定出3个地热异常区，其中以ZK2孔为中心的异常区温度最高。异常区形状呈长条状，沿北东15°左右方向展布，长约700m，宽90-180m不等，异常区面积0.091Km2（见图1）。水文地质测绘取样测试结果分析，根据PH、SiO2、F离子含量的不同，圈定出地球异常范围，异常区形状上不规则椭圆形形，以旧县河及其支流交汇处为中心，沿其流域方向展布，异常区面积0.151Km2。通过1m浅层测温与地球化学调查分别圈定出异常范围，然后叠加，圈定出公共异常区范围，异常区面积为0.167 Km2。

图1水化学分析法圈定地热异常区范围图

4.2估算热储温度[4]

在温泉出露区，利用地球化学温标来估算热储温度，所取温标为SiO2温标和K-Na温标两种，然后取其平均值作为新泉地下热水的热储温标。

图2浅层测温法圈定地热异常区范围图

（1）SiO2温标

式中：Tr1―热储温度（℃）

C―水中SiO2的浓度（mg/L）

即

=118.43℃

（2）K-Na地热温标

式中：Tr2―热储温度（℃）

C1―水中钾的浓度（mg/L）

C2―水中钠的浓度（mg/L）

即

=170.33℃

所以，取 =144.38℃作为新泉温泉深部的热储温度。

9结束语

水文地质测绘法和浅层测温法简单、方便、且经济实惠，尤其在地热资源勘查的调查阶段，工作量和工作经费的投入有限，综合水化学调查测试分析法和浅层测温法圈定地热异常区和估算热储温度，可以以较小的投入获取较大的成果。

参考文献[1] 地热资源地质勘查规范，GB/T 11615-2010，中国标准出版社，2011年2月1日实施；

[2] 工程地质手册（第三版）〔M〕，中国建筑工业出版社，1992年12月，605～606；

[3] 孙希满隋学文．地热资源的勘查方法手段．黑龙江科技信息，2011年 28期；

地热地质学范文第2篇

[关键词] 地热能 地球的物质层次包压模式 原始石油 气候类型

[abstract] the existence of geothermal energy is the earth’s fundamental, it is the earth’s body with the outside vortex precession of confrontation in the air-conditioning fluid, circulating flow, slow consumption, gradually led to changes in the earth’s physical level, but also has the effect of the earth’s physical andthe evolution of life, after which the earth’s geothermal energy, material and life in the process of withering away towards depletion deduction with longer or shorter generation, reproduction, development, and the death of the entire process.

[key words] geothermal the earth’s physical level of packet compression mode original oil climate types

原始地球同太阳一样，也是一个发光发热、金光灿烂的火球，在长期的演化中，地热能逐渐消耗，地表物质逐渐冷却，变成了今天蓝色的星球。地热能的消退过程，也是地球物质和生命生成和演化的过程。在地球旋涡体内，热地球受到外面旋进冷气态的包裹推压，地球热能向外宇宙空间的扩散受到外面冷物质层次的包压阻挡，使地球就像一个盖着锅盖煮饭的锅，一部分热量向外扩散了，一部分热量向内循环流转，使地球的热量缓慢消损耗掉，在热量循环流转的空间里，孕育了地球的物质和生命，物质和生命就在这个空间里生成、繁衍、发展和死亡。

一、地球的物质层次包压论

1．地球原始物质层次包压模式

相互作用的流体物质向同一方向作有序运动，性质相同或相近的物质会相吸引而凝聚在一起，形成性质相对稳定的物质形态。根据这一原理与冷热物质能量力量的对抗原理，在地球旋涡体中，从外到内表现为最轻质量物质层到最重质量物质层向里依次层层包压的状态，物质层次的温度从外到内层层递增。

原始地球物质层次从外到内大体依次表现为：第一层是气体热流体层；第二层是轻金属热流体层；第三层是重金属热流体层；第四层是不知名的热流体层；第五层是地心热核反应层。这些层次的最外面是由寒冷的宇宙原始气体层包裹着。

各层相对应的元素依次分别是：第一层是氢、氦、碳、氮、氧等气体物质；第二层是钠、镁、铝、硅、钙、铁等轻质量金属物质；第三层是银、锡、钨、铂、金、铅等重质量金属物质；第四层是不知名的热流体物质；第五层是进行热核反应的不知名物质。

以上所举的物质只是那一类有代表性的物质，而不是全部。

2.地球物质层次的物质化学反应顺序

根据地球旋涡体的原理，外面冷气体旋进包压热地球并推动其旋转，冷热物质的对抗是从外向内逐步推进的，因此，地球的热能是从外向内逐渐被消耗的。地球表面从上百万摄氏度的高温降到现在能达零下几十度的低温，为各种物质能在不同的温度下进行化学反应生成新的物质、新的物质之间又进一步进行化学反应和演化生成更新的物质创造了条件。地球各层次的物质反应和演化，从外到内按顺序依次为：

首先，外面包压的宇宙气体与第一层的各种高热气体物质之间进行化学反应，生成各种离子物质；

其次，各种离子物质与第一层的各种气体物质之间、第一层的各种气体物质相互之间进行化学反应，生现离子物质和水、二氧化碳、烷烃类、酸碱类、醇类等化合物的蒸气形态或液体形态；

再次，第一层的各种气体物质和它们进行化学反应后生成的各种化合物同第二层的轻金属热流体物质之间、第二层的各轻金属物质相互之间发生化学反应，生成氯化钠、氧化硅、氧化铝、氧化铁等各种化合物，这些化合物又进一步进行化合反应或聚合反应，生成各种岩石和其他化合物。

第四，第二层的各种轻金属物质与其生成的各种化合物同第四层的重金属物质之间、第三层的金属物质相互之间进行化学反应，生成各种化合物。火山爆发时喷发的第三层的岩浆中的物质也与第一层的气体物质或第一层反应生成的化合物发生化学反应，生成新的物质。

将来向内依次是高热流体物质层和地心热核反应层的反应。（略）

3.现在地球物质层次包压模式

原始地球发展演化到今天，生成了无数新的物质，其物质构成层次也发生了一些改变，今天的地球物质层次大体表现为：第一层是离子层；第二层是气体层；第三层是液体层；第四层是轻金属化合物层；第五层是重轻金属化合物层；第六层是不知名的热流体物质层；第七层是地心热核反应层。这些层次的最外面是由最寒冷的宇宙原始气体层旋进包裹着。

各层大体相对应的物质分别是：第一层是各种离子物质；第二层是氢、氮、氧、二氧化碳、液体蒸气等各种气体物质；第三层是水、烷烃类、醇类等各种化合物的液体形态；第四层是各种轻金属物质构成化合物，主要表现为各种岩石和矿物；第五层是各种重金属物质构成的化合物，主要表现也是各种岩石和矿物，但与第四层有区别；第六层是不知名的热流体物质；第七层是进行热核反应的不知名物质。第四层构成地壳的表层，第五层构成地壳的内层，第六层构成地幔，第七层构成地核。第一层在外，第七层在里，从外到内层层包压，构成了地球的物质层次包压模式。（以上只是非常粗略的层次划分，除了宇宙气体层以外，各个层次还可以细分。各层次之间并没有严格的界线，各层次的物质在运动中常常相互渗透）

4.地壳的通气功能

地壳就象一块满是通气小孔的皮肤包盖在地幔上。由于地热能向外扩散受到外面冷物质层的层层包压阻挡，扩散的能量一部分向外被消散开了，一部分又向地球内部折回，进行循环流转，使地壳形成一个从内到外布满无数通气小孔的盖板，如同在锅里盖着锅盖煮饭一样，蒸汽在锅里上下循环流转，饭熟后，从锅底到表面形成了无数的通气小孔。地球内部与外界进行的物质能量的交换就是通过这些小孔完成的，大气压把地面上的气体、水、各种有机物液体等物质从这些小孔压到地下，地下的地热能对这些物质进行热加工，生成热气、热水、热蒸汽、热石油等，并通过这些小孔把它们送返回地表，形成热气井、温泉、泉水、地下水，并保持地下土壤的温度和湿度。地壳在形成的过程中，经历了无数火山和各种各样的地质运动，有些通孔被堵住阻塞了，有的又被冲开或重新生成，总之，地壳就像罩在地球上的皮肤，能使地热能、气体和液体物质上下循球流动。

第四层的轻金属物质的流体浆进行化学反应生成各种化合物，逐渐冷却形成地壳表层，此时期，火山频繁爆发，一个火山就是一座岩浆，冷却后就变成一座实心的山峰，绝大多数都没有火山口等明显的特征，很难从岩石或矿物的物质含量成份来判定原流体浆中各种金属物质从内到外的排列顺序。第五层的重金属物质流体浆的反应演化则不同，此时期，地壳表层的地层已经很厚，温度很低，此时的火山大部分都有火山口等明显的特征，通过它可以研究并区分地壳表里层的物质成分。

二、石油和地下蒸馏水的形成

1.石油的形成

当地球表面的温度下降到一定的程度，地球物质层次的气体层和液体层的物质和化合物进行化学反应，生成甲烷和乙稀等烷烃类系列有机化合物（cnhn），这些有机化合物在高温下进行化学和聚合反应，合成原始石油。当地表温度降到100多摄氏度，水还以蒸汽的形式迷漫在地球的上空，原始石油已降落并流聚在地表的低地上，成为油湖、油海。原始石油储藏有以下几种形式：第一，在大气压的压力下，地表上的原始石油顺着当时还在温热的地表疏松的土壤或岩石的缝隙流入地下而贮藏起来；第二，当时地壳频繁的火山和地层运动，翻起的岩浆或沙石把地面的油湖或油海掩埋起来而保存在地下；第三，当地表温度降到100摄氏度以下时，空气中大量的水蒸气凝结成水，降落到地面下，把地面的油湖、油海覆盖起来，一部分原油混入水里，一部分被压入地下而贮藏起来。

原始石油的进化。当地球出现生物以后，动植物死亡后的腐质体和其他有机化合物渗透到地下深处，流入地下油层之中，或在地热高温的“蒸馏提炼”，蒸馏出水分、甲烷等物质，剩下的有机化合物部分流入原始石油层中，日积月累而演变成现在的石油储藏。地下深处的石油经地热高温的“蒸馏提炼”，蒸馏出来的甲烷等气体物质，在地下通孔或空洞中集中储藏起来，就形成了天然气储藏。地下的石油储藏都受到来自地下热能的向上向外的推动力而保持在一定的位置上。

2.地下蒸馏水的形成

地面上的淡水有相当一部分是地下的蒸馏水。也就是说，江、河、湖、海等地面上的水在大气压的推压下，渗透到地下深处，遇到温度较高的地热层，温度较高的地热能对之进行加热蒸馏生成水蒸气，这些水蒸气在地热能向外力量的推动下，朝外蒸发，遇到温度较低的岩层或土层而凝结成水，这些水沿着土层或岩层的缝隙、通孔、溶洞等地下大大小小的通道流动，汇聚而成地下湖、暗河、地面泉水、井水等，有的流入地面的江河湖泊之中。这些地下淡水层的位置也受到地热能量向外推动力的制约。

由此可知，石油、地下淡水等地下液体层的位置距离地面的深浅程度，主要由地热能向外推动力量的大小决定的，地热能的消耗程度对地面淡水的数量，甚至地球的气候都有深刻的影响。

三、地球气候类型和生物的演变

1.生物进化经历的气候类型

地热能的耗退，地表物质逐渐冷却，地球也经历了从高温气候到低温气候的变化，出现了不同的气候类型和生物的演变。可以粗略地把地球生物进化经历的气候类型划分为以下三个时代：

（1）热雾时代

地球的陆地地面和海水的温度降到90ºc—60ºc的时期气候和生物。

这时期，陆地上温泉众多，到处冒着热水，地面热湿。海洋和湖泊的热水里混合着烷烃类、醋酸类、醇类、氨基酸等有机化合物。由于气温高，水蒸气大量蒸发，加上此时期火山频繁，向天空发出大量烟雾，天空布满了温度较高的水蒸气、甲烷、氨、氧、有机或无机化合物等物质蒸汽体，它们混合在一起，迷迷蒙蒙，遮天蔽日，雨水没有下到地面，就变成了热蒸汽。因此，在此时期，地球是一个由湿热蒸汽构成的细雨蒙蒙的昏暗世界，终日不见阳光，常年能见度极低，昼夜稍有差异，无春夏秋冬四季区别，赤道与两极的气候差别不大，可称为热雾时代。此时期地表的热量由地球内部能量供热为主。

混合在海洋和湖泊的热水中的各种有机化合物，相互之间反复激荡、反应、演化，经过漫长的岁月，生成了蛋白质、核糖核酸等生命基础物质，最后生成细胞，进而进化成生物。此时期最后生成了适宜高温、湿热和昏暗环境的水生生物。

（2）洪水时代

地球的陆地地面和海水的温度降到60ºc—30ºc的时期气候和生物。

此时期，地热能的温度比较高，温热的地下水位距离地球表面比较近，因此，陆地上的高山、平原、低谷到处冒着温热的泉水。海洋和湖泊水里的各种有机化合物在长期的地球演化中，有的被植物吸收，有的渗透到地下积藏起来，已大大减少，大量陆地上的淡水和雨水流入海洋和湖泊，使海洋和湖泊的淡水比例大大增加，水质得到了很大的改善。由于气温较高，水蒸气大量蒸发，天空经常云雾迷漫，雨水频繁，大雨滂沱。此时期，地球上云雾朦胧，雨水成灾，陆地到处泉水叮咚，满地温水横流，河川洪水滔滔，有时午后能见到阳光，但并不常见，空气常年能见度较低，昼夜差别不大，春夏秋冬略见身影，赤道和两极的气候稍有差距，可称为洪水时代。此时期地表的热量仍由地球内部能量供热为主。

此时期出现了大量种类繁多的适宜温湿气候的海陆生动植物。由于少见阳光，植物叶子颜色较淡，动物主要以恐龙、蛇、鳄鱼等为代表的鳞甲类热血（也称为冷血）动物。鳞片的功能主要用于防水、防湿，因为湿热是动物最主要和致命的病源之一。由于空气经常大雾迷漫，能见度较低，为了寻找食物、防范危险，这些动物不得不常常向前努力伸颈探头，过度使用脖子和眼睛，因此，它们都有长颈、尖头、凸眼的外部特征，又因能见度低，视野不开，地面满是流水湿地，它们也没有进化成善于在陆地上奔跑的腿脚。

（3）清朗时代

地球的陆地地面和海水的温度降到30ºc—0ºc的时期气候和生物。

此时期气候发生了很大的变化，地球开始了以地热能供热为主的气候类型转变到了以太阳能供热为主的气候类型。由于地热能向地球内部耗退，地下水距离地面较远，地下水位降低，陆地上泉水大为减少，部分河流和湖泊干枯，海水水位下降，水质较好，空气中水蒸气减少，云雾和雨水也大为减少，能见度高。此时期地球大部分地区经常天气晴朗，阳光明媚，昼夜差别明显，春夏秋冬四季分明，高低纬度之间的气候差距很大，可称为清朗时代。此时期地表的热量主要以太阳光的热能供热为主。

随着气候的巨大变化，此时期，植物发生了很大的变化，出现了热带、温带、寒带、高山、草原、低谷、沙漠等多种多样的、大量的适应不同地区气候的植物。动物也发生了很大的变化，由洪水时代的鳞甲类动物进化为毛类动物，由以防水湿为主的鳞片转变成了以防寒为主的发毛，鳞片变为发毛或羽毛，变为发毛的在地上跑，变为羽毛的在天上飞。由于空气能见度高，视野开扩，地面干燥，这些动物不需要努力伸颈探头，过度使用眼睛，不但善于奔跑，也没有长颈、凸眼的现象。

2.鳞甲类动物的灭绝

陆地上以恐龙为代表的、繁盛于洪水时代的鳞甲类动物的灭绝主要与气候的变化有关。当地热能向地球内部退去，地球以地热能供热为主的气候类型转变成了以太阳能供热为主的气候类型，气候发生了深刻的变化，春夏秋冬四季分明，高低纬度地区气候气温差别巨大，这些动物不适应变化了的气候而逐渐被淘汰。具体来说，主要有以下两个原因：一方面，植物对气候特别敏感，气候的变化很快造成植被的相应变化，地面植被的变化使这些动物的生活环境发生了改变，当这种改变大到一定的程度，它们就很难找到食物而死亡；更为主要的另一方面是，鳞片不能御寒，气候的寒冷使鳞甲类动物受冻而死，有的经过进化可以冬眠，但如恐龙类动物庞大的身躯无处躲藏，只能成为已进化了的食肉毛类动物的食物。只有善于钻土入洞保温的蛇、潜伏于热温带河沟的鳄鱼等少数种类动物不被冻死，得以缓慢进化而延续到现在。（生活于温度较高的洪水时代的动物，身上的的血液适宜当时的温度，属于热血动物，它们的血液只有在较高的温度下才能自由流动，当温度降低时，血液就要凝固或活动性变弱，使动物行动不便，或需要冬眠）

四、地球未来的情况

地热能的耗缩对地球未来有以下几个方面的影响：

第一，包压地球的气流旋进体逐渐变小，包压力造成的大气压力也相应减弱，从而使因环绕地球旋转而具有离心力的地表上的物质不断地向外宇宙逃逸；

第二，火山减少，地球体积和表面积逐渐缩小；

第三，地壳变厚，大量地面上的水会渗透到已变厚的地壳土壤层和岩石层的缝隙和通孔中，从而使地表上的水量减少；地热能的减少使向外推动地下水蒸气的力量相应减弱，地下水蒸气凝结成水的位置距离地面也在加深，地下水位的下降，从而造成地面泉水减少、河流、湖泊逐渐干枯，海面逐渐下降，雨水稀少，引发干旱，异常天气增多；

第四，地热能的向地球内部消退，使石油层和地下水的位置下降，从而在其原来储藏的地方造成地下空洞，引发地震。特别是现在石油和天然气的大量开采，不仅加快了地热的消耗，更使原来储藏石油和天然气的地方迅速出现大量的空洞，使地震频繁发生。石油总往低处流，开采地的石油总是由遥远的高山地带流入，空洞总是出现在这些偏高的地带，这些地带经常发生地震，而开采石油的地方因不断有油从远方的高处流入填补而不会出现太大的空洞，不大会发生地震。

地球的热能是地球生存的根本，热能耗尽，地球就要死亡。减缓地热的损耗，延长地球的生命应是每一个生活在地球上的人的神圣职责，人与社会的发展应当减少对自然资源特别是地下能源的依赖，开发人类智慧，向科学进军，拓展人造资源，发展靠创造和发明，自给自足，是当务之急，也是科学发展之道。

参考文献：

[1] [美]，f.j. 索金斯 等著，张友南等译，《地球的演化》，[m]，北京，科学技术出版社，1982年12月

地热地质学范文第3篇

关键词：温泉；构造；成因模式

中图分类号：P314.1文献标识码：A文章编号：16749944（2016）18016705

1引言

热水塘温泉位于四川省泸定县磨西镇共和村二组，地理座标为东经102°07′08″，北纬29°37′45″，海拔高程1600 m，该泉点发育于海螺沟内，距海螺沟沟口约3 km。海螺沟是四川境内的国家5A级名胜风景区，它融低海拔冰川（海拔3200 m可见冰川，是全国海拔最低的冰川）、原始森林、丰富的地热资源和多样性物种为一体，极具生态旅游的特色。本文从热水塘温泉的地质、水文地质背景以及水化学特征等方面阐明其温泉的成因模式。

2热水塘温泉地质概况

2.1地形地貌

热水塘温泉在区域上位于青藏高原的东缘贡嘎山东坡山脚，属于四川盆地与青藏高原的交接部，为深切割褶皱高山地形。海螺沟为贡嘎山发源的冰水峡谷，有常年冰川融水流出，沟谷呈U型，狭深，谷壁陡直，山顶尖削，局部见有崩塌、滑坡。海螺沟沿近东西向延展，在磨西断裂位置，受断裂影响，天然转向北。热水塘温泉发育于海螺沟与磨西断裂交汇位置，地貌上热水塘一带漫滩发育，并有一级阶地，热水塘漫滩发育高程1600 m，宽5～20 m，温泉出露在河流漫滩。一级阶地1608 m，最宽位置10 m左右。热水塘段海螺沟左岸发育有巨厚层冰水堆积层。右岸地形陡立，呈峡谷特征，相对切割比800～1500m。

海螺沟属大渡河水系的二级支流。海螺沟水系呈树枝状发育，受海螺沟地形变化影响，水系落差较大，水流急。

2.2地层岩性

根据现场调查和地质资料分析，热水塘温泉泉域范围内出露地层主要二叠系、岩浆岩和第四系冰水堆积物。

热水塘温泉泉口出露于二叠系上统（P2）地层，岩性为一套石英岩、云母石英片岩夹条带状大理岩、薄层～中厚层结晶灰岩，厚1224 m。泉域附近还出露有二叠系上段（P31）、中段（P21）以及下段（P11）地层，岩性主要为为砂板岩、片岩、条带状大理岩等，厚在800～900 m。

海螺沟冰川地质作用强烈，沟内发育大量第四系由全新统（Qh）和更新统（Qp）地层，岩性为一套冰水沉积的砂砾石层，偶夹冰川大漂砾，厚20～30 m。

岩浆岩在区域内按其形成时期可以分为元古代岩浆岩和燕山―喜山期岩浆岩两大类。元古代岩浆岩：分布于磨西断裂以东，岩性为斜长花岗岩（γO2）、钾长花岗岩（γK2）、闪长岩（δ2）等。燕山―喜山期岩浆岩：分布于磨西断裂以西贡嘎山东西两麓，岩性主要为斜长花岗岩（γO25）以及二长花岗岩（ηγ5）等。

2.3地质构造

热水塘温泉地处磨西断裂西侧次级构造带，属甘孜地槽褶皱带贡嘎山菱形地块。在大地构造上，以磨西断裂为代表的NW向鲜水河构造带和以二郎山断裂为代表的NE向龙门山构造带，以及以大渡河断裂为代表的SN向川滇构造带共同组成的三大构造带，亿万年以来，几经海陆变迁和造山运动，在青藏板块与扬子板块陆内碰撞挤压作用下，以青藏高原快速隆升和新构造剧烈活动为特征，最终形成了中国西部最为瞩目的“Y”字型构造格局[2]。热水塘温泉正好处在此三岔接带附近。

热水塘温泉位于草科向斜东翼磨西断裂西侧，距磨西断裂200m左右。在草科向斜以西还发育有海螺沟背斜。

（1）草科向斜。位于磨西断裂的西侧，褶轴走向N10°W，长达60 km以上，核部为二叠系上统地层，两翼为二叠系下统地层，东翼地层甚陡，一般60°～80°，局部直立倒转，西翼稍缓，一般50°～60°。

（2）海螺沟背斜。位于贡嘎山东侧，与草科向斜平行延展。核部为燕山―喜山期斜长花岗岩，两翼主要为二叠系下统下段、中段、上段地层，岩性主要为片岩、砂板岩夹条带状大理岩。两翼地层较陡，轴面略向东倾。

（3）磨西断裂。磨西断裂磨西断裂是康定一石棉地区最大的断裂之一，热水塘温泉区位于磨西断裂中段，全长约为30 km，沿田湾河谷、湾东沟分布，地貌线性特征清晰，呈SN～N15°W舒缓波状展布，倾向W～SWW，倾角约60°～80°[3]。断层上（西）盘岩性为二叠系片岩、砂板岩、大理岩；下盘由元古代岩浆岩组成。断裂带由宽50～80 m片理化构造角砾岩-构造片岩带和韧性剪切带组成，具有隔水性质。

3热水塘温泉水文地质条件

根据石棉、贡嘎地区1∶50万区域水文地质普查报告并结合野外调查，将泉域附近地层划分为第四系松散岩类孔隙含水岩组、基岩裂隙水含水岩组、碳酸盐岩或碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙含水岩组三类，其含水岩层特征及富水性如下所述。

3.1第四系松散岩类孔隙含水岩组

3.1.1水量中等的含水岩组

由全新统（Qh）和更新统（Qp）砂卵砾石层组成，分布于大渡河一级阶地，上覆砂砾层或粘土，厚0.24～8.12 m，含水层厚4.38～17.72 m。

3.1.2水量贫乏的含水岩组

由第四系未分统（Q）和更新统（Qp）地层组成，岩性为含巨砾的砂质粘土、砂砾层等。主要分布在大渡河及磨西河的二至六级阶地。堆积物包括冲积、洪积、冰水堆积等多种成因类型，其厚度39～522 m。岩性较混，透水性差，含水贫乏。

3.2基岩裂隙含水岩组

泉域内构造复杂，岩浆作用强烈，岩浆岩及二叠系变质岩系构成区内主要的基岩构造裂隙水。含水层岩性主要为变质砂岩、灰岩、花岗岩等，岩性复杂，岩相变化大，构造裂隙较发育，构造裂隙率平均1.45%，是地下水的良好储集空间。泉流量一般为0.1～1 L/s，地下水径流模数1～3 L/（s・km2）。在构造有利部位，如褶皱的轴部或近轴部及断裂破碎带等部位，富水性较好，泉流量1～10 L/s，地下水径流模数3～6 L/（s・km2）。

3.3碳酸盐岩或碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙含水岩组

主要由二叠系（P）、泥盆系（D）地层组成。碳酸盐与碎屑岩比例一般为3∶2。碳酸盐岩主要为白云岩、灰岩以及大理岩，碎屑岩主要为砂泥岩、砂砾岩及泥（页）岩等，溶隙率0.25%～15.68%[4]。据冷碛镇野牛山矿区钻孔资料，该孔深124.44 m，揭露泥盆系灰岩，含水层厚46.67 m，水头高出地面20.41 m，涌水量46.224 t/d，单位涌水量1.856 t/d・m，渗透系数0.48 m/d。

4热水塘温泉水化学特征

4.1泉水的物理特征

泉水无任何颜色，无悬浮物和胶粒，水质清澈透明，色度小于4°，混浊度1～2NTU；无沉淀和钙华，带有硫化氢气味，经检测H2S含量达8.64～10.97 mg/L，属硫化氢矿泉水。

4.2泉水水化学组分特征

热水塘温泉水为HCO3- Na型水，矿化度806.53 mg/L，属于小于1000 mg/L的低矿化度淡水；pH值为7.0～7.1，其阴离子主要成分的为HCO-3，含量为479.97 mg/L；其次为SO2-4，含量为53.97 mg/L。阳离子主要成分为Na+，含量为107.33 mg/L，其次为Ca2+，含量为61.79 mg/L。此外泉水中还含有F、Li、B等特殊组分。B常以偏硼酸（HBO2）形式存在，偏硼酸含量为3.7 mg/L，热水中氟（F）含量达到2.57 mg/L。热水中偏硅酸含量为90.74 mg/L，温泉中还含有多种其他微量元素，其中包括锂（Li）、锶（Sr）、碘（I）、偏砷酸、锰（Mn）、等，具体见表1。

表1热水塘温泉水质分析结果

离子含量/（mg/L）组分（元素）含量/（mg/L）组分（元素）含量/（mg/L）阳离子K+21.23F2.57Mn0.015Na+107.33Br

根据中华人民共和国国家标准《地热资源地址勘查规范（GB11615-2010）》，医疗矿水水质标准中将各化学成分的浓度分为3种类型，分别为有医疗价值的浓度、矿水浓度及命名矿水浓度。热水塘温泉水的总硫化氢含量10.18 mg/L、氟含量2.57 mg/L、偏硅酸含量90.74 mg/L均达到了“医疗热矿水水质标准”中命名矿水浓度界线。另外偏硼酸含量3.7 mg/L到了“医疗热矿水水质标准”医疗价值浓度。温泉中还含有少量锶、锂等对医疗有益的微量成分。该泉水水质分析得出共有3项指标达到了医疗矿水命名的浓度以上，另外还有1项指标达到了医疗价值浓度。热水塘温泉水按“医疗热矿水水质标准”评价，属于含偏硼酸的硫化氢、氟、偏硅酸高温医疗矿泉水。

5热水塘温泉成因分析

根据热水塘地区地质背景、水文地质条件、热泉水化学组成特征，对热水塘地区温泉成因机模式行分析。

5.1热水塘温泉形成的地质条件

热水塘温泉形成是特殊地质构造作用和地下水运动形成的。地质调查研究认为磨西断裂是控制其温泉发育和形成的重要断裂，对温泉的形成起重要的作用。磨西断裂是一条多期活动的断裂，该断裂带发育有糜棱岩和碎裂岩，大多数是叠加有碎裂和糜棱岩化两种作用的断层，在热水塘地区断层带为10～20 m片理化构造角砾岩～构造片岩带和韧性剪切带组成，因此磨西断裂带本身是相对隔水的，在区域上形成重要的水文地质边界。磨西断裂由系列断层组成，由于断裂作用，岩体破碎，断层带在区域上主要以沟谷形式形成地貌地势区域，磨西断裂以SN向展布，西侧为高山，因此，磨西断裂影响了两侧的地下水运动方向，对深部地下水的运动起重要的控制作用，使磨西断裂西部深部地下水总体向东径流。

在热水塘地区，区域上构造为近SN向，区域应力场为EW向，因此区域上发育有近EW向的裂隙密集带，这些裂隙密集带显示张性构造的特征，有利于地下水的运动。根据遥感解译，磨西断裂西部有明显的EW向影像显示，西侧发育的水系受EW向裂隙带控制。沿EW向裂隙密集带，地下水向西径流，深循环并被加热成为地下热水的通道条件。区域地下水具有从西向东远距离径流的宏观水动力条件，这是热水塘温泉发育的重要条件。

5.2热水塘温泉热储特征

（1）热水塘温泉热储的基本特征。热水塘温泉热储为断裂带型热储，即断层带和裂隙体系构成温泉的热储层，地下水沿裂隙发育、岩石破碎部位循环和运动。

（2）热水塘温泉热储温度及深度估算。本次热储温度的计算选用了SiO2地热温标，其公式如下：

T=13095.19-logC-273.15

根据水质资料，热水塘温泉水偏硅酸的浓度为90.74 mg/L[5]，折算成SiO2含量为69.8 mg/L，代入公式可求得热储温度T为118.0 ℃

热水塘温泉的循环深度根据下列公式计算：

H（m）=1004（T-t0）+h0

式中：H为热储深度（m）； 100/4为地热增温梯度； T为计算平均热储温度，以SiO2温标计算结果为准； t0为常温带梯度；本区取13.1 ℃[6]； H0为常温带的深度，本区取20 m。

根据热储温度推算热水塘温泉循环深度约为2642.5 m。

5.3热水塘温泉的热源

根据地质资料，热水塘地区二叠系变质岩的总厚度大约为2000 m左右，而计算获得的热水循环深度远超其二叠系地层厚度，说明海螺沟地区裂隙体系已经切入地壳深部，来自地壳深部燕山―喜山期岩浆岩体或地幔中的高温高压热流（包括热气、热液），呈“蒸汽蒸馏”状沿裂隙上升，与地下水混合，形成了本地区的高温矿水[7]。

研究区内构造活动强烈，表现为差异性断块抬升，尤以磨西断裂等边界断裂活动最强烈，据中科院成都地理所的研究成果，全新世以来，贡嘎山断块每年隆起3.2～12. 7 mm，平均8 mm左右[8]，在作持久性大幅度的差异性抬升过程中，沿断裂破碎带产生的机械摩擦热，也是该区热矿水的热源之一。此外，热源来自正常的地温梯度，地下水在深循环过程中逐渐被加热[6]。

5.4热水塘温泉的补给来源及补给区

热水塘温泉的补给区位于贡嘎山东侧的岩溶区、花岗岩侵入接触形成的构造软化带，补给区面积大，高程分布在2500～4000 m一带。持续的融雪、山涧沟河常年流水、大气降水为地下热水丰富的补给源。另外，该区地势西高东低，高差强烈，导致地下水循环径流深度增加。受构造影响，该区岩溶发育，深层岩溶地下水循环径流深度很大，水平运移距离长，径流条件好。

5.5热水塘温泉的水文地球化学特征分析

为了进一步了解热水塘温泉水的成因，对区域上冷泉水进行水质分析，结果显示，区域冷泉水无色、无味、透明，没有肉眼可见的水生物。水化学类型为HCO3-Ca型水，pH多在7.6～8.1之间，属于弱碱性水；矿化度全部小于500 mg/L，属于低矿化度水；地下水硬度主要在15～112.6 mg/L之间，属于软水；水样中阳离子主要为Ca2+，含量主要在4.01～35.07 mg/L之间，主要阴离子为HCO-3和SO2-4，含量分别在36.61～140.3 mg/L、2.4～19.2 mg/L之间。热水塘温泉水中高含量的Na+离子和SiO2显然是浅层HCO3型水与来自地壳深部含复杂成份的高温地热流在断层破碎带及影响带沿途经混合作用，热物理、化学作用产生的复合型水质。

表2为热水塘温泉微量元素浓度与区域水体中微量元素的对照表[9]，从表中可以看出热水塘温泉元素浓度普遍高于水体中的元素丰度，特别是Sr超出甚多，高Sr温泉水是深部循环的见证[10]。说明地下水循环路径较长，循环深度较大。

6结论

热水塘温泉属于断裂深循环型地热系统，水化学类型为HCO-3 Na型水，泉水中多种微量组分含量较高，具有一定的医疗价值，可命名为含偏硼酸的硫化氢、氟、偏硅酸高温医疗矿泉水。温泉得到贡嘎山一带大气降水补给，在地下深循环、深部地热流以及断裂带摩擦热的影响下，形成118.0 ℃的热储温度。地下水运移至草科向斜与磨西断裂交汇地带沿断裂带上升出露形成温泉。

参考文献：

[1]四川省地质局航空区域地质调查队.贡嘎幅H-47-ⅩⅩⅣ1/20万区域地质调查报告（地质、矿产）[R].成都：四川省地质局，1997.

[2]袁伟，冉光静，张恒.海螺沟温泉地质成因分析[J].中国矿业，2015（4）：83～87.

地热地质学范文第4篇

事实上，（海底）黑烟囱也可能是开启地球上生命爆发的窗户。韦特里亚尼是一个科学家团队中的成员，他们来到这些海底热液喷口，是为了研究微生物。这些微生物像地毯一样覆盖了整个热液喷口区域。早前，在这艘船的图书馆里，伍兹霍尔海洋研究所的微生物生态学家、团队首席科学家斯蒂芬・西韦特，为此次长达一个月的探险之旅勾画出了目标。他解释说，知道这些微生物是如何在这种地狱般的热液喷口中存活下来的（它们利用的是什么营养素，利用率是多少，它们将热液转化为鲜活生物量的速度有多快），就能够让我们深入了解生命是如何进化的。当遥控潜水器在海底工作时，我在控制室中一直紧随其后，并帮忙记录。遥控潜水器全天运转，只有当海底环境太过恶劣，以致遥控潜水器无法安全工作时，才偶尔中断一下。

午夜过后，在韦特里亚尼和我造访海底“黑烟囱”时，他对我说热液喷口是“一种历史遗迹，我们相信，它与地球的早期环境十分相似。我们现在所做的，归根结底是为了了解生命在地球上是如何进化的”。在“亚特兰蒂斯”号上，不仅可以了解今天生活在热液喷口中的原始微生物，还可以了解有机生命是怎样第一次出现在大洋深处的。在这片仿佛超越了时间的海底，岩石与水相遇，当我们看到浓浓的热液从矿物质烟囱中滚滚涌出时，恍如我们正在直视着的，就是生命的诞生地。

自1977年热液喷口被随“阿尔文”号深潜器下潜的地质学家发现以来，很多科学家相信这些深海熔炉很可能就是生命的摇篮。虽然问题还远未解决，但排出的热液和周围的海水带来了生命的必需元素，比如：碳、氢、氧、氮和硫。科学家相信，这种易燃的混合物很可能生成了大量复杂分子的前体，比如RNA（核糖核酸）。正是RNA在第一个细胞中搅起了生命的萌动。

人们发现深海存在热液喷口的线索，要追溯到1976年在加拉帕戈斯群岛附近进行的一次探险，一台在海底拖行的仪器探测到一股比周围冰冷的背景海水略微温暖一些的液体。第二年，地质学家带着深潜器又回到这里，并且发现了他们预料中的、冒着烟的海底温泉。随之而来的，还有他们完全没有预料到的一群生物：蛤蜊、巨型蠕虫、粉红色的鱼、天白色的螃蟹。

在当时，深海被认为是一片生物学上的荒漠，没有人料到对海底热泉的探险还需要生物学家的参与。但是，当第一次潜到热液喷口时，“阿尔文”号深潜器上的地质学家杰克・科利斯立刻就将它们视为生命起源的一个可能地点。热液系统很可能在早期地球上大量存在，早期的地球温度要比现在更高。1980年，科利斯与研究了取自热液喷口的最早一批微生物样本的微生物学家约翰・鲍罗什以及研究生萨拉・霍夫曼，联合发表了一个假说，认为简单的有机分子，比如氨基酸，可能在热液中形成，而且这些分子最终可能被一层膜包裹，从而形成一个活的细胞。鲍罗什将热液喷口描述为“唯一可以被称为‘真正原始’的现代地质环境”。

尽管深海热泉在温度、压力以及其他环境特征上都较为极端，但是在早期地球极为恶劣的环境下，深海热液喷口提供了一个相对舒适的避难所。在早期太阳系中，我们年轻的地球暴露在太阳的强烈紫外线辐射中，因为它当时还没有形成保护性的臭氧层。直到生物进化创造出了光合作用，光合作用将氧气稳定地补充到我们的大气层中，这一噩梦方才宣告结束。

而且，太阳灼伤并不是地球表面面临的唯一挑战。地球科学家认为，就在生命刚刚开始起步的前后，地球曾经遭受过太空岩石的狂轰滥炸。卡内基科学研究所天体生物学家，同时也是《地球的故事》（《地球的故事》主要讲述了地球的形成以及地球上早期的生命）的作者罗伯特・哈森说：“这些撞击使地球的表面以及接近地表的地方变得极其危险，但在海底， 在热液系统产生的区域，所有这些问题都被解决了。”

最重要的是，这些热液喷口中充满了能量。起初，从热泉中喷出的液体是冰冷的海水，后来渗入了海底的裂隙。在地壳中，溶解了来自熔岩的矿物质和气体――比如氢和硫化氢――的海水，在被喷射回海洋之前被岩浆加热。今天，生活在热液喷口处的微生物，利用这些热液中的化学能制造糖分以及其他一些高能分子，从而形成了食物链的基础。

在一个阳光明媚、和风徐徐的下午，当我和西韦特在船头漆黑的控制室里进行早、晚班交接时，西韦特说：“生命需要能量，而在热液系统中有大量能量可供利用。因此，热液系统附近是生命开始的绝佳地点。你很容易就可以想象，早期生物在这些能量来源的供养下， 会是怎样的生机勃勃。” 海底黑烟囱

关于生命起源于热液喷口的假说，也从一种新型热液喷口的发现中得到推动。1991年，现在就职于美国航空航天局喷气推进实验室的地球化学家迈克尔・拉塞尔研究了位于南斯拉夫境内的一处富镁矿床，提出该矿床最初应该是由一个呈碱性的热液喷口形成的观点。而在海底黑烟囱和其他火山口处发现的典型物质，都是一些酸性物质。

在当时，还从未有人见到过类似拉塞尔描述的碱性热液喷口。2000年，华盛顿大学海洋地质学家黛博拉・凯利及其同事，考察了沿大西洋洋底延伸的山脊。她们白天乘“阿尔文”号深潜器下潜，晚上还要拖上一台摄像机继续观测。一天晚上， 在摄像机传回的图像上，有人注意到一个奇怪的白色塔状物。2天后，凯利下潜到了该地点，并且近距离看到了这个被她称为“失落之城” 的地方。

“失落之城”的热液喷口，是通过海水与地壳中的富铁富镁岩石矿物之间的化学反应形成的。该反应会产生热量。正如拉塞尔曾经预测的那样，这些热液喷口也会产生碱性的热液，而且这些热流会从海底向上升腾。当这些热液向上汇入海洋，它们会将溶解的二氧化碳转变成石灰岩结构，而石灰岩结构很可能为刚刚起源的生命提供了庇护。

随着对“失落之城”热泉的特性了解得越多，研究生命起源的科学家越发感到兴奋。其中一个很吸引人的地方，就是在热液和海水之间出现了离子梯度。众所周知，离子梯度在几乎所有已知的生命形式中都是一个至关重要的因素。碱性热液的pH值为10至11，而海水的pH值在8左右，因此海水要比热液含有更多的质子（也就是H-1离子）。

这一地质化学现象吸引了科学家的注意，因为离子梯度是存在于活体生命中的普遍特性之一，而且在细胞获取能量的方式中，离子浓度是一个基础环节。它提供的这个条件，使得深海热泉有可能成为早期生命的“酿造厂”。

英国伦敦大学学院生物化学家，同时也是《生命的跃升》的作者尼克・雷恩说：“所有生命体所做的，正是制造一个质子梯度，然后利用这些质子穿过生物膜所形成的质子流来产生化学能。 ”《生命的跃升》讨论了生命的起源与进化。这一通用的能量产生模式，对线粒体来说尤其适用。线粒体是细胞内的“发电机”，就像它在大多数独立生存的微生物中一样，也在人体的细胞中提供能量。

顺着这条线索继续向前推进，在大约40亿年前，居住在热液喷口毛细孔中的年轻原始生命，可能已经通过对RNA进行化学微调，获得了DNA。 管形蠕虫

雷恩解释说，这个系统的运作有点像水电站的水坝。以一种蛋白质的形式存在于细胞内的生物泵，将大量质子移到生物膜的一侧; 生物膜对质子开启“放行”模式， 使质子能够通过在生命体内所扮演的角色类似于涡轮发动机的另一种蛋白质， 穿过生物膜再流回去。 这个“涡轮发动机”会产生ATP，也就是三磷酸腺苷，它携带着可以为细胞活动提供动力的生物化学能量。

虽然这些特定的蛋白质和生物膜在不同的生命形式中差别很大，但是质子梯度在人们研究过的几乎所有生命形式中都存在，一些研究人员认为，这是质子梯度一定会出现在生命诞生环境中的间接证据。“很难解释为什么所有生物都具有这一特征，除非你能说明在生命开始萌动的地方，就存在质子梯度的根源。”德国杜塞尔多夫大学进化生物学家比尔・马丁说：“说到这里，这些碱性的深海热泉是不是已经开始让你觉得看上去好多了。”

那么，生命是如何依靠自身的努力，在像“失落之城”那样的热液喷口，或者在像“亚特兰蒂斯”号下面那些点缀在太平洋洋底的热液喷口中，成功产生的呢？有一种可能是，在热液喷口， 一些简单物质（像二氧化碳和氢）之间的反应产生了有机分子，而随着反应的进行，这些有机分子变得越来越复杂。

从本质上说，热液喷口可能扮演了一个“自然水热反应器”的角色。举例来说，在热液喷口中的矿物质的催化下，二氧化碳和氢反应可以生成一种被我们称为丙酮酸盐的分子。丙酮酸盐是多种氨基酸的前体之一，而氨基酸形成以后， 它们之间可以连接在一起形成蛋白质。二氧化碳和氢还可以形成甲醛，而甲醛与甲醛之间可以发生反应形成核糖，而核糖是RNA的组成部分之一。而在热液喷口中发现的氰化氢自身之间可以发生反应，形成环状结构的化合物，而环状结构的化合物是RNA的另一个基础组成部分。核糖、一个碱基和一个磷酸基团（在热液喷口中同样也可以发现）结合在一起， 从而形成一种被称为核苷的化合物。若干个核苷酸连在一起，你就有了一条RNA链。热液喷口中的毛细孔可能扮演了生物膜的作用，将诸如RNA和氨基酸之类的有机分子集中在一个狭小的空间里。

最终，这些RNA 将开始自我复制，这是一个受自然选择支配的过程。顺着这条线索继续向前推进，在大约40亿年前，居住在热液喷口毛细孔中的年轻原始生命，可能已经通过对RNA进行化学微调，获得了DNA（脱氧核糖核酸）。通过去除一个氧原子，将核糖转变为脱氧核糖，再加上一个甲基将单个碱基固定住，这样就造成了DNA 和RNA 的不同。在完成这些后，“近似生命” 还需要组装出自己的生物膜，并产生自身的离子梯度，用来以ATP的形式制造出能量。做到这一点，它就可以被认为是第一个细胞了。

在“亚特兰蒂斯”号的甲板上，一批采自热液喷口的样品破浪而出，当吊车将满满一网样品堆放在甲板上后，韦特里亚尼像其他科学家一样扑了过去。他拿到一个装满海水的盒子，并且从里面掏出了一段“黑烟囱”。这段“黑烟囱”和一个由聚氯乙烯与编织网制成的细菌取样缸， 都采集自海底，“黑烟囱” 上的黄铁矿还闪闪发亮。韦特里亚尼连忙回到船上的实验室，在那里与他的合作者一起开始处理这些样品。

韦特里亚尼和西韦特找到的很多微生物，都被证明属于ε-变形菌纲， 而ε-变形菌纲的微生物在热液喷口几乎占据了统治地位，在地球上的其他环境中这一情形则不常见。他们还发现，这些微生物中的一些不耐受氧气，而是利用硫来进行“呼吸”， 而硫在热液喷口处通常大量出现。“对那些古老的生命来说，这一利用硫的代谢途径可能是一个核心的代谢途径，”韦特里亚尼说，“因为这一代谢途径可以仅仅依靠早期地球的原材料（指硫），而成功地避开了在早期地球上不可能找到的原料（指氧气等）。”

地热地质学范文第5篇

关键词:煤变质作用 变质类型 影响因素

1. 前言

煤变质作用指由褐煤转变为烟煤、无烟煤、超无烟煤的物理化学作用。煤变质的范围是从褐煤到石墨的演变。煤的变质研究是预测煤质与指导开采所需煤种的理论基础，可以预测煤类，以适应社会主义经济建设的需要，还可以从另一个侧面来探讨有关煤的形成条件、地热和大地构造等问题。煤变质问题与煤的成因及后生变化关系密切，具有重大的经济意义和理论意义。研究各类变质作用所引起的有关变化特点确定变质类型，是研究煤级分布规律的重要基础。

2. 煤的变质类型划分

煤变质类型有很多分类方法，现总结如下:

煤的变质是温度、压力和时间长期作用的结果，其中温度是煤变质的主导因素，在煤的埋藏过程中，温度加速化学煤化作用，而压力可以促进物理结构煤化作用[1]。时间无疑是煤变质的因素之一，不论温度或压力等哪种因素起主导作用，都将随着时间的变化而增减其作用的强度。控制煤及分散有机质演化-变质作用的热状态总体特征，可用含煤岩系各点古地热流的大小和方向来描述。而含煤岩系古地热流是古热导率和古地温梯度的主控因素，古地温梯度是煤化梯度的主控因素，以此作为进行煤变质作用热动力分析的理论依据。以热力为基准，温度正常情况下取决于沉降深度、地温梯度及围岩的导热性，其主要以热源和地热场强度的不同从而引起地温梯度不同来影响煤的变质的。据此分为两类六型[2-4]:

(1)常地温热变质作用类:在正常地热场作用下引起的煤的变质作用。

(2)异常地温热变质作用类:在异常地热场作用下，促进煤的变质作用。此类中，根据地热异常的不同热源划分为:岩浆热变质型、深大断裂热流上导热变质型、构造应力热变质型、莫霍面变动热变质型、其它热变质型。

关于热(力)变质问题，不论热的来源如何，它引起煤的变质作用是显而易见的。就目前所知，大量的现象表现为岩浆热变质。它的影响范围又与岩浆活动的强弱、岩体规模的大小和持续时间的长短有关，岩浆的性质和喷气作用尤为重要。值得注意的是地温对煤变质的影响并不是单独起作用的，煤变质的温度在一般情况下应等于地温梯度与煤层上覆地层厚度的乘积(火成岩直接影响除外)。在地温梯度不变的前提下，煤层上覆地层的厚度大，煤变质过程中所处温度相对较高，相应煤的变质程度也高，形成高变煤所需的温度可以是上述方式形成，也可以是大的地温梯度乘以较小的上覆地层厚度。也就是说引起煤变质所需的温度并不一定都是通过地壳下降这一途径。另外关于放射性元素蜕变所发生的热变质现象，目前还研究得不够，对这种煤变质作用机理的认识，还有较多的困难，是否可单独作为热(力)变质的一种类型，现在下结论为时过早。从促使煤变质的热源考虑，如因地球内部物质，特别是上地幔物质向上运动所产生的附加热，深大断裂上导的高温，局部莫霍面较高，板块的活动等都可能增高煤的变质程度。由于促使煤变质的热源是多种多样的，因此构成了不同的煤变质作用类型。不同地质条件下，一个每煤田或煤产地的煤在普遍进行深成变质作用之外，又可经受一种或一种以上其他类型的煤变质作用，也可不止一次经受同一类型的变质作用，这就构成了煤的多热源叠加变质作用[5]。

根据热源类型、热传导方式、热源的埋深、规模、形态的不同而引起煤变质特征的差异，划分的煤变质类型如下[6-8]:

1.煤的深成变质作用

煤的深成变质作用是指在正常低温状态下，煤的变质程度随煤层沉降幅度的加大、地温增高和受热时间的持续而增高。德国学者希尔特1873年在研究鲁尔等煤田时，发现随地层深度增加煤的挥发分产率有规律地减少。这一现象称之谓希尔特定律。希尔特定律奠定了煤的深成变质作用类型的基础。多数煤田遵循这一规律，然而也有煤田出现反常，较浅煤层变质程度比深煤层高，或同一煤层在很短距离内变质程度差异较大。这些反常可能是煤级形成的多因素影响、多阶段叠加、多种作用复合的结果。深成变质煤的演化程度总与一定的构造沉降、地热作用及有效受热时间的配置相对应，是一种具有普遍意义的煤变质现象。地温分布的不均一性及其随时间的地温场变化在一定程度上制约煤深成变质作用的发展。

2.煤的区域岩浆热变质作用

煤的区域岩浆热变质作用是指聚煤凹陷内有岩浆活动，岩浆及所携带气液体的能量可使地温场增高。形成地热异常带，从而引起煤的变质作用。根据岩浆性质、侵入规模、侵入深度和沉积盖层的封闭程度分为3个亚型:浅成、中深成、和深成岩浆热变质作用。区域岩浆热变质作用常可达到很高的变质程度，煤级分带一般为环带状，越靠近岩体，煤的变质程度就越高，受区域岩浆热变质作用影响的煤，变质梯度高且涉及的地域广且叠加效果显著。高变质煤带的围岩往往发生蚀变，围岩中热液石英脉和方解石脉是区域岩浆热变质作用的重要标志。

3.煤的接触变质作用

煤的接触变质作用是指岩浆直接接触或侵入煤层，由其所带来的高温、气体、液体和压力，促使煤发生变质作用。根据岩体规模及侵入方式，将煤的接触变质作用分为3个亚型:脉岩岩浆接触变质作用、小型浅成岩浆接触变质作用和大型深成岩浆接触变质作用。接触变质作用使煤层、煤的显微组分、煤级、化学及工艺性质、显微结构和化学结构等均受热发生变化。许多资料说明火成岩只在与煤层接触部位或不大的范围内有明显影响，较小的岩体其影响范围很少超过50m。由于岩体规模小，热量少，散热快，此类型较常见但影响所及的范围有限。岩体的种类、大小、产状等，都直接影响着接触变质带的范围，应作为岩浆热变质的一种特殊类型来看待。

4.煤的热液热水变质作用

煤的热液热水变质作用是指煤在由来自地壳深部的岩浆分异气液或高温承压水所引起的异常地热场中发生的变质作用，可根据其特殊的热源性质热导介质和传热方式加以识别。煤的热液热水变质作用可在断裂带或岩浆活动区发育。按流体性质可分为热液变质作用亚型、热水变质作用两种类型。前者是煤田、矿区深部或附近有聚煤期后的岩浆活动和热液活动;后者指煤田内或附近有深大断裂带、断层和透水层等热水运移通道，两者都需要在煤田内或附两者都需要在煤田内或附近有保持热液或热水循环的地形和水文地质条件。热液热水变质煤的煤级展布比较复杂，在同一煤系中，煤层的煤级可呈现上高下低或波状起伏形态，平面上，煤级总的变化趋势与地下热水流向和距热液、热水活动通道的距离有关，越靠近主通道煤级越高。

3. 讨论煤的变质因素

以上谈的煤的变质类型，其实质是把引起煤变质的因素归为温度、压力和时间。但这都只是使煤变质的外部条件。必须考虑煤层本身甚至围岩在煤变质过程中所起的作用。

1.成煤原始物质成分与环境的不同，在相同的温度和压力作用下煤的变质程度显然会有差别。因为成煤时古地理环境不同，引起成煤植物群落的差异，不同的植物群落形成的煤其煤岩组分和化学成分会有不同。介质不同的氧化还原条件，对最终参加成煤物质的成分也起着很大作用。煤岩组分中稳定组分含量高的煤，其变质程度相对偏低。煤变质程度较高的地区，稳定组分很少或见不到。这可能是与稳定组分的结构有关，因为稳定组分这类物质结构上缩合芳香部较少而侧链较长，在煤的变质过程中侧链的稳定性小容易逸散。侧链的逸散消耗了使煤变质的能量。其它煤岩组分，如镜质组含量对煤质的影响已有不少报道。

2.同沉积构造对煤变质的影响，在成煤过程中，同沉积构造控制了成煤期的古地理环境，古地理环境的不同可导致植物群落发育的差异，有机物的氧化、保存以及混入矿物杂质的多少和围岩成分等的差异。煤的变质带、煤系的等厚线，含煤性分区线、煤的变质带方向与煤系等厚线及含煤性分区界线方向的联系，可以知道煤的变质与同沉积构造控制下的古地理环境有密切关系或是受到后期改造。

镜质组反射率在测定低煤化阶段时辅以壳质组的荧光性是目前测试煤级最有效的参数.不过由于双反射的影响，在测试高变质煤时仍不够理想。新的煤级参数，如以牙形刺的色变指数、抱粉的透明度和颜色变化、伊利石的结晶度、共生矿物的形成温度以及碳优势指数等在煤化过程中的变化表示煤级，都可作为煤级参数[9-11]。另外，煤中矿物形成温度和粘土矿物随温度增高产生的变化可用于确定成煤温度，进而估算出煤化程度。

4. 结束语

各种变质现象，都是客观存在的，它们是在千变万化的地质条件下，相互影响，相互叠加，自身也呈现出巨大的变化。虽然就不同地区来讲，可能以某种煤变质因素为主，从而掩盖了另一些因素，但就对煤变质所起的重要性而言，它们之间的作用，显然是不能等量齐观的。促使煤变质的热源往往相互迭加，共同起作用，所以煤的变质程度常常是几种变质类型综合作用的结果。多煤级的形成是多阶段演化、多热源叠加变质的结果。总之，我们在研究煤变质问题时，既要承认客观存在的各种煤变质现象，又要正确估价不同地区各种变质类型所起的作用，还应探讨新的煤变质作用类型。这就要从成煤物质成分开始，考虑煤变质过程中可能出现的各种因素的影响，才能排除某些千扰，得出比较正确的结论。

参考文献

[1]王德本，略论煤的变质问题.中国煤田地质，2002，(14)2:9-12.