地殼中廣泛存在著流體作用。在地震科學(xué)領(lǐng)域中, 地殼流體與地震活動(dòng)的關(guān)系越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外專家們的關(guān)注。地下流體與地震的關(guān)系有二個(gè)方面:一方面是地下流體對(duì)地震的被動(dòng)效應(yīng), 即由于地震的孕育和發(fā)生引起地下流體在地殼中的分布、運(yùn)移及其有關(guān)的作用, 表現(xiàn)為地下流體的地震前兆反映;另一方面是地下流體在震源過(guò)程中的能動(dòng)作用,即由于地下流體的直接參與促使地震的孕育與發(fā)生。一些研究結(jié)果表明, 水在地震的孕育和發(fā)生過(guò)程中起著重要的作用。

 

  地下水的深循環(huán)對(duì)斷裂強(qiáng)度和斷裂應(yīng)力狀態(tài)有顯著的影響。在水的作用下, 巖石的抗壓抗剪強(qiáng)度和斷裂摩擦力將大大降低。斷裂帶中地下水作用的深度不同, 斷裂的強(qiáng)度和應(yīng)力狀態(tài)也將不同,這必然會(huì)影響地震的孕育和發(fā)生。本文利用熱儲(chǔ)溫度結(jié)和當(dāng)?shù)?a href="http://www.cityofbrews.com/t/地溫梯度.html" >地溫梯度來(lái)計(jì)算溫泉水的循環(huán)深度, 然后用溫泉水的循環(huán)深度來(lái)判斷斷裂帶中地下水作用的深度, 從溫泉水深循環(huán)對(duì)斷裂弱化的角度來(lái)研究地震活動(dòng)性。

 

  1  區(qū)域地質(zhì)概況

 

  秦嶺北緣斷裂帶是我國(guó)西北地區(qū)一條大型近EW 向斷裂帶, 也是我國(guó)內(nèi)陸一條主要的超殼斷裂帶。斷裂帶(廣義)西起青海貴德, 往東南經(jīng)尖扎、循化, 過(guò)甘肅臨夏、漳縣、天水, 經(jīng)寶雞延至陜西潼關(guān),綿延800 余公里, 主要包括:①西秦嶺北緣斷裂帶,西起青海貴德, 東端止于甘肅天水, 走向NWW , 傾向NE , 傾角50°～ 80°, 以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為特征;②渭河盆地南緣的秦嶺北緣斷裂帶(狹義), 西起寶雞,經(jīng)眉縣湯峪、長(zhǎng)安豐峪口至藍(lán)田流峪口, 走向NW ,過(guò)戶縣轉(zhuǎn)為EW , 斷面總體上北傾, 傾角60°～ 80°;③華山山前斷裂, 東起潼關(guān), 經(jīng)華縣向西南延伸, 止于藍(lán)田流峪口, 并與秦嶺北麓斷裂相接, 華縣以西走向以NE 為主, 華縣以東為近EW 向延伸。斷面總體上向NW 或N 傾斜, 傾角62°～ 80°。秦嶺北緣斷裂帶(廣義)大致可分為三段:青海段(貴德-臨夏);甘肅段(和政-天水);陜西段(寶雞-潼關(guān))。

 

  2  溫泉的同位素地球化學(xué)特征

 

  2 .1  采樣及分析方法

 

  在考察完秦嶺北緣斷裂帶和周邊其它斷裂帶上的出露溫泉的基礎(chǔ)上, 根據(jù)溫泉出露的地質(zhì)及地貌特征, 最后選取了12 個(gè)溫(冷)泉做為研究重點(diǎn)。這些溫(冷)泉都在秦嶺北緣斷裂帶的主干斷裂、隱伏斷裂或周邊其它斷裂上出露。于2006 年9 、10 月份采集了溫(冷)泉水點(diǎn)的水樣和水溶氣體樣品, 其中水樣12 個(gè), 水溶氣樣12 個(gè)。中國(guó)科學(xué)院蘭州分院分析測(cè)試中心地球化學(xué)分析測(cè)試部測(cè)定了δ18 O , δD值和氣體成分氦同位素組成(表1)。氫氧同位素的分析方法:δD 為C r 還原法, δ18 O 為CO2 —H2O 平衡法;測(cè)試精度δD ≤5 ‰, δ18 O ≤1 ‰。氣體He 同位素分析使用儀器為VG5400 稀有氣體靜態(tài)質(zhì)譜計(jì), 實(shí)驗(yàn)中用蘭州市皋蘭山頂?shù)目諝庾鰳?biāo)準(zhǔn)樣品。

 

  2 .2  氫氧同位素分析

 

  在穩(wěn)定同位素地球化學(xué)研究中, 人們感興趣的是物質(zhì)同位素比值的微小變化, 而不是絕對(duì)值的大小。一般采用相對(duì)富集度δD 和δ18 O 值表示氫、氧同位素組成。δ值表示樣品中兩種同位素比值相對(duì)于某一標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)比值的相對(duì)千分差, 單位用(‰)表示。例如:

 

  δ18O(‰)=[ (18O/16 O)樣品/(18O/16 O)標(biāo)準(zhǔn)-1]×1 000 VSMOW

 

  δD(‰)=[ (2H / 1 H)樣品/(2 H / 1H)標(biāo)準(zhǔn)-1]×1 000 VSMOW

 

  VSMOW 是所使用標(biāo)準(zhǔn)的名稱, 這里指維也納平均海洋水標(biāo)準(zhǔn), 它是國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)認(rèn)證頒發(fā)的、國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際應(yīng)用中, δ值就是物質(zhì)同位素組成的代名詞。

 

  1961 年Graig 根據(jù)全球取樣指出, 雨水中δD和δ18O 值之間存在著線性相關(guān)關(guān)系, 其一般形式為:δD =nδ18 O +a , 這條線簡(jiǎn)稱為雨水線。1980年北大鄭淑蕙根據(jù)北京、南京、廣州、武漢、昆明、拉薩、烏魯木齊等8 個(gè)地區(qū)雨雪樣得出我國(guó)的雨水線方程為δD =7 .9δ18 O +8 .2。1986 年以來(lái)西北地區(qū)有8 處建立了地區(qū)雨水線, 求得西北地區(qū)雨水線為δD =7 .38δ18 O +7 .16 , 這與我國(guó)雨水線比較接近, 而斜率和截距均稍小, 正反映了西北地區(qū)更為干旱, 降水量偏小、空氣干燥, 蒸發(fā)具有強(qiáng)烈不平衡性質(zhì)。

 

  本文選取西北地區(qū)雨水線為大氣降水背景值,研究區(qū)所取水樣的氫氧同位素組成見圖2 。一般認(rèn)為巖漿水的氫、氧同位素組成為δ18O = 6 ‰～ 10 ‰,δD = -50 ‰ ～ -80 ‰, 變質(zhì)水為δ18 O =5 ‰ ～25 ‰, δD = -70 ‰～ -20 ‰。該值大大高于研究區(qū)溫泉水的同位素組成, 表明該區(qū)溫泉水不是來(lái)源于巖漿水;而且圖中顯示溫泉水同位素組成沿著西北地區(qū)大氣降水線附近分布。在圖上可以看出一些溫泉點(diǎn)的δ18O 值相對(duì)于西北地區(qū)雨水線明顯向右漂移(正偏), 這是由于溫泉水與巖石發(fā)生了同位素交換作用, 巖石中由于氫的含量低, 水-巖反應(yīng)的δD 變化不大, 而只表現(xiàn)為δ18O 的變異。水溫愈高,δ18O 正偏愈大, 這一過(guò)程也稱為氧漂移。綜上所述表明研究區(qū)溫泉水主要來(lái)源于大氣降水。

  2 .3  溫泉水溶解氣3He/4He 比值分析

 

  地球上對(duì)于不同來(lái)源的氦, 3 He/4He 一般約為10-5 ～ 10 -8 。大量研究表明不同成因的氦具有明顯不同的氦同位素組成, 大氣氦、殼源氦和幔源氦的3 He/4He 表征值分別為1 .4 ×10-6 , 2 .0 ×10-8和1 .1 ×10-5 , 并常以R(樣品的3 He/4 He 比值)與Ra(大氣3 He/4 He 比值, 即1 .4 ×10-6)之比, 即R/Ra來(lái)表示氦同位素的特征[ 11] 。R/Ra <1 是殼源氦的特征, 而R/Ra >1 則說(shuō)明有幔源氦的加入。

 

  大多數(shù)溫泉水溶氣的3He/4He 為(2 .84 ±0 .17)×10-8 ～ (3 .86 ±0 .13)×10-7 , 相應(yīng)的R/Ra為0 .02 ～ 0 .28(均小于1), 具有明顯的殼源成因, 這說(shuō)明斷裂為殼層斷裂, 斷裂較深, 也說(shuō)明溫泉水循環(huán)深度較深;而循化丁江冷泉水、蛤蟆冷泉水3 He/4 He為(1 .33 ±0 .05)×10-6 ～ (1 .42 ±0 .06)×10-6 , 相應(yīng)的R/Ra 為0 .95 、1 .01(接近1), 具有明顯的大氣成因, 表明循環(huán)深度很淺, 可能是大氣降水經(jīng)過(guò)淺部循環(huán)就沿?cái)嗔岩绯觥?/div>