探秘超长距非岩浆跨缝合带造山型地热系统:斯里兰卡前陆温泉的惊人发现与意义

【字体: 时间:2025年04月22日 来源:iScience 4.6

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  为解决理解全球热液系统中物质和热传输,以及挖掘潜在地热资源问题,研究人员对斯里兰卡造山型地热系统(OGS)开展研究。结果发现其热泉距补给区达 50 - 100km,存在长断裂网络。这为地热资源勘探提供新方向。

  在能源转型的大背景下,地热能作为可持续的清洁能源,备受关注。然而,全球各地热系统因地质环境差异巨大,使得研究其物质与热传输困难重重。在造山型地热系统(OGS)中,通常热泉位于距补给区 5 - 15km 范围内,多在山脉内或山前。但斯里兰卡却与众不同,这里的热泉位于前陆,距补给区最远可达 100km。这一特殊现象引发了科学界的好奇,也促使研究人员深入探究其背后的奥秘,旨在挖掘隐藏的地热资源,为全球能源结构转型助力。
德国鲁尔大学波鸿分校(Ruhr-University Bochum)的研究人员 Dilshan Bandara、Jeroen Smit、Stefan Wohnlich 和 Thomas Heinze 针对斯里兰卡的地热系统展开研究。他们发现斯里兰卡热泉属于造山型,存在 100km 长的断裂网络连接补给区和前陆热泉,且背景热流足以维持储层最高温度。这一研究成果发表在《iScience》上,为地热资源勘探提供了全新的视角和方向,有助于在以往被忽视的区域发现潜在的地热能源 。

研究人员采用了多种关键技术方法:一是利用稳定同位素约束补给海拔,通过分析热泉水中稳定同位素的比例来估算补给海拔;二是运用 1D 建模估算地温梯度,以此确定最大循环深度;三是通过基于卫星遥感的线性构造映射和实地观测,识别流体路径。

研究结果如下:

  1. 补给海拔的确定:通过稳定同位素分析,计算出研究的热泉地热水补给海拔在 600 - 1200m 之间,且该海拔范围仅存在于斯里兰卡的高地复合体(HC)内。由此计算出的地形高差与其他地形控制的造山型地热系统相近12
  2. 地温梯度与循环深度:1D 建模结果显示,该地地温梯度为 20 ± 1℃/km。结合已公布的储层温度,计算得出最大循环深度为 3.5 - 5km,这一深度与其他地区类似地热系统相符,且该梯度能解释观测到的最高循环温度,无需额外热源34
  3. 断裂网络的识别:研究发现从 HC 到东部低地存在一个断裂网络,主要断裂方向为 015° - 090°,可从 HC 延伸至东部海岸和热泉区域,且许多热泉位于不同方向断裂的交汇处。区域应力场有利于部分断裂作为流体流动通道,而部分垂直于最大水平应力轴(SHmax)的断裂可能封闭,起到流体流动屏障的作用56

研究结论表明,斯里兰卡的地热系统与经典 OGS 既有相似之处,又有独特性。相似之处在于,二者均是大气降水在高海拔地区补给,受地形诱导的水头驱动下渗,被区域热流加热。不同之处在于,斯里兰卡热泉位于前陆,距补给区远达 100km,且存在长距离的断裂网络。这一研究成果意义重大,它揭示了类似的长距离地热系统可能存在于世界各地,即使被沉积盖层覆盖。这为未来在山前盆地进行地热能源勘探提供了新的思路,研究人员可通过识别跨越山脉前沿的断裂网络及其在沉积盖层下的延伸,探寻隐藏的地热资源,有望为全球地热能源开发开辟新的篇章。

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