陈建生教授是河海大学岩土所教授,他在中国科协第30期学术沙上作为首席专科学家家提出了大陆之下存在深大断裂,深部地下水循环通过大断裂自青藏高原补给华北平原,华北平原的水分主要来自深部补给,听过他的报告后我觉得这个观点很新颖,非常有意思,拿出来与大家分享一下。
传统水文地质理论认为,地下水仅限于上地壳循环。但是通过地表水在包气带中的下渗试验发现,鄂尔多斯、内蒙高原及华北平原大部地区的地表水不能补给到地下水中。调查发现,这些地区的河流与湖泊主要来源于泉水补给。氢氧同位素分析表明,研究区的泉水基本上不是由当地降水补给的,深层承压水与基底断裂带、油气田、地震带似乎有共存关系。在西藏内流区发现,河流与湖泊存在严重渗漏,羌塘块体中水平与垂直方向存在连续的高导低速结构,该结构与地表水渗漏间存在因果关系。鄂尔多斯、内蒙高原及华北平原的地下水可能来自外源远程补给,根据氘、氧-18、氚等同位素判断,远程补给源区应是纬度很高或高程很高的寒冷地区,地表渗漏水通过深循环补给到了研究区。西藏内流区的渗漏水不少于500亿m3,循环深度在122~200 km,从羌塘到鄂尔多斯盆地上地幔有一个低速带,深循环的地下水可能沿低速带由西向东补给,地下水到鄂尔多斯块体后,通过基底断裂带在地表以泉水溢出,形成了河流与湖泊,另一部分水继续沿着东北方向的断裂带补给到内蒙高原与华北平原中地壳的高导低速层中。
形成机理:印度板块断裂的原因可能是地下水渗漏冷却造成的。青藏高原及其周边地区产生的隆升与构造变化经历了不同阶段,25 MPa与8.3 MPa是两个重要时段,其伴随的地质事件可能与地下水深循环过程有直接关系。印度板块插到西藏块体之下后,冷板块插入软流圈起到降温作用,插入板块阻隔了软流圈与岩石圈间的对流,岩浆中的热量被脱出的水分子带走,上升的水分子起到对流作用,使夹在插入板块与上覆岩石圈间的岩浆温度下降更快,岩石圈温度梯度下降,逐渐形成中地壳空隙带。中地壳断裂空隙带形成的初期,空隙带中充满从热液中分离出的卤水。随着岩石圈温度降低,岩石出现收缩,裂隙宽度增加,导水性能增加。温度梯度降低使液态水的活动范围从上地壳扩大到中地壳以下,地下水通过导水断裂带进入中地壳空隙带。垂向对流的驱动力是空隙带的高温,水平对流的驱动力是水头差。空隙带中的温度在两种对流方式的作用下不断降低,而且影响到断裂带周围岩石的温度,对下地壳及上地幔岩石圈温度的降低起到了重要作用。 大地电磁测深与地震波反演表明,低角度俯冲的印度板块受阻于羌塘地块,运动到33N~34N改变俯冲角度,大角度向深部俯冲。北羌塘的火山活动出现在29 MPa以前,火山活动停止后岩石圈进入快速冷却阶段,断裂后重新向北俯冲的印度板块,因插入到密度大的深部地幔中,在浮力作用下,南羌塘地块发生隆升,而羌塘地块在南羌塘的带动下发生隆升,由于浮力中心偏离在南羌塘,羌塘地块与残留在西藏块体下的印度板块可能被错断,并逐渐发展为深循环的垂向导水通道。
证据:羌塘盆地地表水存在严重渗漏、北羌塘钻孔发现大规模溶洞、地层中高导低速层与地下水深循环通道、羌塘地块温度梯度低且地势平坦、西藏的岩浆活动与天山及祁连山的褶皱隆升、地温梯度降低与地下水深循环的关系、鄂尔多斯和内蒙高原与华北平原地下水同位素相似、羌塘地块与鄂尔多斯地块间存在地温梯度随深度降低并存在面波的低速带值、鄂尔多斯风尘颗粒沉积底界时间分布与地下水间的关系、油气经过深部通道将羌塘油气输送到鄂尔多斯和大庆等盆地、流体汇聚形成的中地壳空洞塌陷产生地震等证据,表明了青藏高原冰川融水深循环及其地质环境效应。
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