漳州花岗岩体放射性地球化学特征及华东南地区岩石圈热结构对比研究

发布时间：2020-10-31 19:49

　　 自然界中岩石放射性元素在衰变过程中会释放出热能,是地球内热的重要来源之一。U、Th、~(40)K元素具有一定丰度、生热量大和半衰期长(与地球形成时间相近)的特点,满足地热学研究意义。漳州地区位于中国东南部,是地震学研究的重点区域,也是我国陆区最具代表性的地热带之一,集中分布了东南沿海地带主要的水温相对较高的温泉(为我国中温温泉水温最高者,最高温度超过120℃)。本文对漳州地区花岗岩开展了系统的热导率、密度和放射性生热元素含量测试,结果表明:所有51个花岗岩样品U、Th和K元素含量范围分别介于1.44~12.15ppm、8.29~38ppm和1.3~2.31%,平均值依次为6.39ppm、23.85ppm和1.75%。51个花岗岩样品放射性生热率介于1.13~4.97μW/m~3,平均值为3.32μW/m~3。20个花岗岩岩芯样品生热率为1.13~3.57μW/m~3,平均值为2.75μW/m~3,随垂向深度增加而波动频繁。区域花岗岩样品热导率介于1.72~4.54W/mK,平均值为2.83W/mK。整体花岗岩样品密度测试结果为2.31~2.81g/cm~3,平均值为2.61g/cm~3,样品热导率和密度均与世界范围内花岗岩平均值相近。通过本次研究并综合前人地球物理学、地质学和地热学研究成果,得出地壳各部分生热率依次为放射性集中层3.43μW/m~3、上地壳下部1.30μW/m~3、中地壳0.40μW/m~3和下地壳0.17μW/m~3。区内地壳热流(Q_c)和地幔热流(Q_m)贡献值分别为30mW/m~2、44mW/m~2,即Q_m/Q_c1,为典型的“冷壳热幔”型岩石圈热结构,模拟计算该地区热岩石圈厚度在77-78km。本文充分收集并结合华东南地区研究资料,探讨南岭地区和东南沿海地区岩石圈热结构特征的差异。研究表明,南岭地区花岗岩放射性生热为5.18μW/m~3,为高产热花岗岩体(HPPG),东南沿海地区花岗岩平均生热率为3.08μW/m~3,两者对地表热流值的贡献率为55%~60%和40%~45%,分别为“热壳冷幔”和“冷壳热幔”型岩石圈热结构。综合上述放射性地球化学、岩石圈热结构研究结果以及前人研究资料,表明东南沿海地区在燕山晚期受古太平洋板块俯冲方式转变的影响,该区受到幔源岩浆底侵作用并伴随有地壳重熔作用,壳-幔之间不仅有物质交换,而且带来了能量转换,因此深部幔源热成为该地区重要的热源之一。本文认为漳州地区具有较好的地热背景,地幔热在地表热能中占有较大比重,且岩石圈热结构不同于邻区。因此,在研究该地区传统地热和干热岩的同时,需要重点考虑区内壳幔热能分布、深部热结构特征及与邻区岩石圈热结构的差异。
【学位单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P588.121;P314
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 前言
    1.1 立题依据及背景
    1.2 研究目的与意义
    1.3 研究现状
        1.3.1 岩石放射性地球化学研究现状
        1.3.2 研究区地球物理研究现状
        1.3.3 区域水文地热学研究研究现状
        1.3.4 国内地表热流调研现状
        1.3.5 国内外地热开发现状
    1.4 研究内容与创新点
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 创新点
    1.5 技术路线及实物工作量
        1.5.1 技术路线
        1.5.2 实物工作量
2 区域地质背景
    2.1 区域大地构造演化
    2.2 区域断裂带特征
    2.3 区域地层特征
    2.4 区域花岗岩分布及岩性特征
    2.5 研究区花岗岩岩石学特征
3 研究区花岗岩体放射性生热特征研究
    3.1 放射性生热原理
    3.2 样品处理与实验测试
        3.2.1 样品处理
        3.2.2 实验测试
    3.3 花岗岩体放射性生热率特征
        3.3.1 生热率计算方法与结果
        3.3.2 生热率变化特征
        3.3.3 U、Th的热贡献率
    3.4 小结
4 岩石圈热结构研究
    4.1 放射性集中层厚度
    4.2 岩石热导率
    4.3 岩石生热率
    4.4 地温梯度
    4.5 地表热流
    4.6 岩石圈热结构壳幔分配
    4.7 热岩石圈厚度
    4.8 小结
5 华东南地区岩石圈热结构对比研究
    5.1 区域地质特征对比
        5.1.1 南岭地区
        5.1.2 东南沿海地区
    5.2 岩石学特征对比
        5.2.1 南岭地区
        5.2.2 东南沿海地区
    5.3 地热学特征对比
    5.4 岩石放射性地球化学特征对比
        5.4.1 野外伽马值特征对比
        5.4.2 放射性生热率特征对比
        5.4.3 岩体形成时代与放射性生热率关系对比
        5.4.4 U、Th、K元素热贡献率特征对比
    5.5 岩石圈热结构特征对比
    5.6 小结
6 结论
致谢
参考文献
攻读学位期间取得学术成果

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本文编号：2864425