英国北部的黄石国家公园因其与众不同、丰富多彩的地热园林景观而闻名世界。生态公园内涵盖了间歇泉、喷气孔、泥火山、沸泉和热液发生爆炸遗址等1000好几处地表地热园林景观。自19新世纪70时代至今,黄石公园与众不同的热液系统软件吸引住了诸多科学研究员工的眼光。深层的熔浆系统软件的热能根据主题活动地震带涌上来,组成地热系统软件的热原,与此同时地震带还组成了流体循环系统的安全通道,使超低温流体循环系统到深层高溫地域,并以高溫流体的方式分流到地表(Fournier, 1989;Gardner et al., 2011)。在历史上多次火山爆发产生的凝灰岩和流纹岩重叠构造有益于流体的纵向流动性(Christiansen, 2001)。现阶段有关黄石公园地热系统软件的主要实体模型基本都是根据生态学、地热地质环境与地质构造创建起來的,觉得流体储存在几何图形样子不明的储集层中,透水性优良的角砾岩正确引导流体的纵向流动性,并将发热量聚集在熔岩流的前面;地表水与深层流体混和产生酸碱性地热流体。但可惜的是,黄石公园深层细致的热液流体安全通道系统软件现阶段依然不明,因而急待高精密和高辨别的地质工程数据信息管束。
先人的地质工程观察早已揭露黄石公园上板块构造内存有规模性遍布的熔化体和流体(Kelbert et al., 2012),与此同时发觉浅表层水热系统软件的减压蒸馏深层为15-30m(Pasquet et al., 2016),但这种工作中仍未鉴别出深层热液流体安全通道系统软件与地表热表明的空间布局。最近英国地质环境调查局的Carol A. Finn及合作方根据航空公司电磁感应数据信息和高精密航磁数据获取了黄石公园的近地表电阻率和磁化率实体模型(图1),为科学研究地热系统软件的流体运移安全通道保证了新的角度。她们运用含有高矿化度(TDS)流体火山岩石的低电阻率和蚀变黏土的低磁化率特点,鉴别出黄石市地热系统软件的流体安全通道系统软件,理清了高溫地表热表明与流体涌上来安全通道的空间布局关联,创建了浅表层地表水与深层热液流体运移途径与混合模式(图2)。
图1 电阻率实体模型(a)和磁化率模型(b)的总平面图(Finn et al., 2022)
根据以上观察,该科学研究获得下列关键了解:
(1)依据电阻率实体模型和磁化率模型鉴别出未蚀变且相对性干躁的流纹岩的电阻率>450Ωm,磁化率>0.025;未蚀变且成藏流体的流纹岩的电阻率为15-450Ωm,磁化率>0.025;赋存流体的蚀变黏土壤层的电阻率<15Ωm,磁化率<0.018,为地热流体涌上来的安全通道(Upflow)。流体代谢区(Outflow)为15-30Ωm的低阻地区,含有来源于涌上来地区的地热流体。
(2)地表地热特点坐落于大流量的入口的上边,地热流体顺着蚀变黏土壤层下边的隐伏断块涌上来,并在山间盆地内和毗邻的熔岩流下边水准运移,产生地底流体代谢区(Outflow)。基础埋深超出150m的流体代谢区与地表热表明存有水力发电联络。中间破火山口缺乏热流体和黏土截面,说明热流体不会有或并未涌上来至地底1000m以浅。
(3)熔岩流界限中的浅表层地表水进到大部分水商品详情页,在地底山间盆地边沿与地热流体混和,顺着山间盆地边沿补充地表地热特点。补充中-碱和酸碱性露天温泉的地热流体途径是相像的,说明露天温泉物理性质首要在于米级构造和覆盖率,早已超过了地质工程数据信息的屏幕分辨率。
(4)中间破火山口中极少数线形排序的低磁化率地区很有可能与破火山口东西南北地区的破裂相接。虽然存有普遍的断块和熔岩流喷口,但NGB(Norris Geyser Basin) 往北的低磁化率地区降低,这可能是因为较低的溫度不能造成黏土蚀变。粘土遍布、破裂和热液地区的这类遍布关联明显受熔浆热原的危害。裂缝/破裂和流体对产生地表地热特点是需要的。一些低磁化率地区很有可能与掩埋或古热液系统软件相关,尤其是这些与当代商品详情页不相干且距当代熔浆体较远(> 5?km)的系统软件。
图2 图1中选中截面的电阻率构造(上)和磁化率结构(下)(Finn et al., 2022)
Finn等人的地质工程实体模型揭露了黄石市地热系统软件的重要环节,可用来评定地热流体演变的生态学实体模型。地区上深层的地热体关键沿竖直破裂涌上来,部分上来源于深层的地热流体顺着熔岩流下边的角砾状界限流动性,而这种界限无法在地表出露,但地热流体与地下水位的混和全过程可以自来水有机化学数据信息表现。在以后的探讨中,综合性地质工程与水化学数据信息能能够更好地描绘地热系统软件的流体运移安全通道。
关键论文参考文献 (左右滚动查询)
Fournier R O. Geochemistry and dynamics of the Yellowstone National Park hydrothermal system[J]. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 1989, 17(1): 13-53.
Gardner W P, Susong D D, Solomon D K, et al. A multitracer approach for characterizing interactions between shallow groundwater and the hydrothermal system in the Norris Geyser Basin area, Yellowstone National Park[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2011, 12(8).
Christiansen R L. The quaternary and pliocene Yellowstone Plateau volcanic field of Wyoming, Idaho, and Montana[M]. US Department of the Interior, US Geological Survey, 2001.
Kelbert A, Egbert G D, deGroot-Hedlin C. Crust and upper mantle electrical conductivity beneath the Yellowstone Hotspot Track[J]. Geology, 2012, 40(5): 447-450.
Pasquet S, Holbrook W S, Carr B J, et al. Geophysical imaging of shallow degassing in a Yellowstone hydrothermal system[J]. Geophysical Research Letters, 2016, 43(23): 12027-12035.
Finn C A, Bedrosian P A, Holbrook W S, et al. Geophysical imaging of the Yellowstone hydrothermal plumbing system[J]. Nature, 2022, 603(7902): 643-647.(全文连接)
写稿:程远志/页岩气与工程项目室,李鑫/岩石圈
美术编辑:陈菲菲
审校:张腾飞 周星星