福建省地热成藏模式Ⅰ：流体地球化学特征及其形成机制

摘要

福建省地处华南陆缘高热流地热异常区，揭示区域地热成藏机制对指导地热科学高效利用具有重要意义.基于福建省地热地质分区，结合全省208件地热样品水化学特征与自组织神经映射与K-means耦合聚类机器学习方法，剖析了地热流体的水化学形成变化与水岩作用机制，探讨了地热系统的热源类型.结果表明，福建省内陆由隆起山地补给区至山间河谷与盆地中部地热流体水化学类型由HCO₃-Ca和HCO₃-Na·Ca型演化为HCO₃·SO₄-Na和HCO₃-Na型.闽中隆起山地至闽东火山断坳盆地与滨海平原深部，地热流体水化学类型呈现由HCO₃-Ca和HCO₃-Na·Ca型至HCO₃·SO₄-Na和HCO₃-Na型，再到ClNa·Ca和Cl-Na型演化特征. SOM-KM耦合聚类将省域地热温泉水样划分为三大类，有效区分识别了浅循环低焓低矿化度地热水、高温高氟富磷富硅深循环与海水混合补给型深循环成因地热水的空间分布.其中，浅循环低焓低矿化度地热流体受地表水与浅层地下水混合影响较大，主要分布于闽西北隆起带与闽西南碳酸盐岩-碎屑岩断陷盆地区.高氟富磷富硅深循环地热水分布于闽东火山断坳带张扭性NW向导水断裂与压性NE向阻水-导热断裂、环状火山机构放射性断裂带交汇处与火山断陷盆地中部，水化学形成受火成岩内生水及深大断裂与火山机构古封存流体的升流混合影响较为显著.海水混合补给型深循环地热水循环过程中经历了与深部海水的第一次混合以及升流过程中与浅部冷水的第二次混合过程.区域侵入岩-火山岩地热储层水化学的长期供应端元为斜长石，矿物水热蚀变指示的热储温度集中在100～150℃，在橄榄石、辉石和钙长石等优先溶解形成的方解石饱和沉淀-碳酸缓冲平衡体系制约下，热储层流体向高pH、富Na、低Ca的HCO₃-Na型地热水演化.从地热流体水文地球化学论据来看，福建省地热系统为无岩浆热源的深循环水热系统.

关键词

地热温泉 / 水化学 / 水岩作用 / 成因模式 / 自组织神经网络 / 福建省 / 水文地质