利用磁大地电法研究，确定印度拉达克地区喀喇昆仑断层沿线Panamik-Changlung温泉下方的一个地热源的位置

《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：Delineation of a geothermal source beneath the Panamik-Changlung Hot Springs along the Karakoram Fault, Ladakh, India, using magnetotelluric studies

地热资源评估|磁电法勘探|卡卢贡断层|电阻率反演|地热流体通道|三维地质建模|拉达克地区

　　在印度喜马拉雅地区，特别是拉达克的跨喜马拉雅地带，位于喀喇昆仑断裂带（KF）附近的Panamik–Changlung地热温泉首次被采用磁地形变（MT）方法进行调查，以评估其地球电学特性。这一研究提供了对地热资源分布和地下结构的新见解，揭示了地热活动与地质构造之间的紧密联系。Panamik和Changlung温泉位于拉达克和喀喇昆仑花岗岩体之间的Shyok–Nubra谷地，该地区富含地热表现形式，包括温泉、喷气孔和热液蚀变现象。地热活动主要由地壳热流驱动，而热流则源于印度板块与欧亚板块碰撞过程中产生的岩浆侵入和构造抬升。随着可再生能源需求的增加，该地区的地热潜力日益受到关注，特别是在电力生产和直接应用方面。

研究团队通过MT方法采集了沿着一条30公里长的剖面数据，该剖面平行于KF延伸。为了更准确地揭示地下结构，他们使用ModEM程序对阻抗张量和感应数据进行了三维联合反演。这种反演方法能够综合多种数据类型，从而更全面地描绘地下电导率分布。研究结果表明，地下4至10公里处存在一个上地壳导体（<10Ω.m），这一区域被认为是地热储层。导体表现出显著的非对角相位特征（>90°在周期大于10秒时），这表明系统具有复杂的电导结构，可能涉及电流通道化和电导各向异性。此外，在地表至约1.5公里深度之间，还发现了一个较浅的导体，它对应于Nubra形成期的沉积物以及喀喇昆仑变质复合体中的断裂带，这些区域被混合热流和地下水饱和。

研究进一步指出，Panamik、Changlung和Pulthang温泉都位于KF附近，而Puga和Chumathang温泉则沿着ITSZ（印度–藏南缝合带）分布。这一深部构造边界有助于深部流体的上升，可能包括岩浆来源的流体。这些温泉的地质和地球化学特征显示了不同来源的流体以及不同程度的水–岩相互作用。例如，Puga温泉的地球化学特征表明仅有地壳氦的存在，而Panamik温泉则检测到了来自地幔的氦。Changlung温泉则表现出较高的钠、钾和碳酸氢盐浓度，这表明其经历了更广泛的水–岩相互作用，可能与沿着断裂带的深部循环有关。

根据Absar et al. (1991)和Mishra et al. (2024)的研究，Nubra谷地的所有温泉都共享一个单一储层的遗传关系，该储层位于地表以下超过2公里的位置。地热流体沿着NW–SE走向的交叉断裂带上升，这些断裂带与KF系统相关联。这些系统主要位于由火山–岩浆复合体和变质沉积单元侵入的花岗岩体中，并且在Shyok蛇绿岩混杂岩中向西逐渐暴露。这些观测结果反映了活跃的构造–岩浆过程，并突显了该地区在地热开发方面的潜力。

为了全面评估这一潜力，详细的地下地球物理成像对于了解地热储层的几何形状、连续性和渗透性至关重要。虽然地质和地球化学调查提供了关键的表面信息，但磁地形变（MT）作为一种被动电磁技术，能够有效成像地下结构，尤其是含水区域和部分熔融区域。MT技术基于电磁感应原理，利用自然变化的电场和磁场来推断地下电导率结构。该方法对流体和热异常非常敏感，并已被成功应用于亚洲地区的地热和油气勘探。在拉达克，MT调查已经用于Puga和Chumathang地热区，揭示了低电导率区域，这可能与高温储层和活跃的流体循环有关。

然而，对于沿KF分布的Panamik–Changlung地热站点，目前仍缺乏详细的地球物理调查，尤其是MT研究。为了弥补这一数据空白，本研究在Nubra谷地启动了全面的MT调查，旨在构建一个三维地球电学模型。这一模型将有助于识别导体异常，这些异常可能指示地热流体区域，并评估Panamik和Changlung温泉下方储层的深度和范围。将MT数据与地质和地球化学数据相结合，可以为该地区的地热潜力提供一个稳健的评估框架，从而指导未来的勘探和开发策略。

在区域地质和构造方面，西北喜马拉雅地区是印度板块与欧亚板块大陆碰撞和汇聚的经典实例，涉及俯冲、地壳缩短和岩浆活动。这一相互作用导致了新特提斯洋的闭合，并形成了两个主要的缝合带：南部的ITSZ和北部的SSZ。研究区域位于这两个缝合带之间，地壳结构受到构造活动的强烈影响。这种复杂的地质背景为地热活动提供了有利条件，使得地热流体能够在断裂带和构造边界中循环和上升。

为了获取高质量的MT数据，研究团队在30公里长的剖面上进行了宽带MT（BBMT）和长周期MT（LMT）测量，分别在34个和6个地点进行。BBMT数据记录的时间范围从0.0001秒到1000秒，使用的是ADU07e设备（Metronix，德国）。LMT数据记录的时间范围则在20秒至10,000秒之间，采用的是GEOMAG-02 MT系统（Research Centre Geomagnet，Lviv，乌克兰）。通过这些数据，研究团队能够更全面地了解地下电导率的分布情况，并为三维反演提供必要的输入。

在MT数据的解释过程中，维度分析是至关重要的一步，它有助于识别区域结构类型并检测电化学干扰。维度指标基于阻抗张量的旋转特性，能够有效应对这些复杂性。这些分析是MT数据解释的基本步骤，有助于理解高电导率或电导各向异性相关的结构复杂性，并指导准确的建模过程。研究团队结合维度分析结果与研究区域的地质复杂性，确定了采用三维联合反演的必要性。三维反演不仅能够更精确地描绘地下电导率结构，还能够揭示地热储层的空间分布和物理特性。

三维反演的结果表明，沿KF上地壳约33公里范围内，存在一个异质的地壳结构。主要的电导异常包括一个深部异常C1（位于4至10公里深度之间，站点21至26之间）和一个浅部异常C2（位于地表至约1.5公里深度之间，站点29至30之间）。这两个异常区均具有较低的电导率（<10Ω.m），表明可能存在丰富的热液流体或地下水。通过不同深度的水平切片（图8），研究团队确认了这些异常的空间连续性，进一步支持了其作为地热储层的可能性。

研究还指出，KF的转换运动可能形成了裂隙网络，这些裂隙网络为来自深部的热液流体提供了上升通道。这种构造活动与地热流体的循环密切相关，使得地热资源在该地区得以形成和富集。通过MT方法获得的地下电导率模型，不仅揭示了地热储层的分布，还为理解地热流体的来源和循环路径提供了新的视角。这些信息对于评估该地区的地热潜力、制定勘探和开发策略具有重要意义。

此外，研究团队还提到，MT方法在地热资源评估中具有独特的优势。它能够非侵入性地成像地下结构，尤其适用于识别含水区域和部分熔融区域。与其他地球物理方法相比，MT技术在探测热液流体和评估地下渗透性方面表现出更高的灵敏度。在拉达克地区，MT技术已被广泛应用于地热资源调查，为该地区的地热开发提供了重要的科学依据。然而，对于沿KF分布的Panamik–Changlung地热站点，尚未进行详细的MT调查，这限制了对该地区地热潜力的全面理解。

为了填补这一数据空白，本研究在Nubra谷地实施了系统的MT调查，结合地质和地球化学数据，构建了一个三维地球电学模型。该模型不仅能够揭示地下导体的分布，还能够为地热资源的勘探和开发提供关键的地球物理信息。研究团队强调，MT方法在地热资源评估中的应用，有助于识别潜在的储层区域，并评估其深度和范围。这将为未来的地热项目规划和实施提供重要的科学支持。

通过本次研究，团队希望为该地区的地热开发提供新的视角。三维地球电学模型的建立，使得能够更精确地描绘地下导体的分布情况，从而识别出可能的地热流体区域。同时，该模型还能够揭示地下结构的复杂性，包括电导各向异性、电流通道化等现象，这些都可能影响地热流体的流动和分布。因此，结合MT数据与地质和地球化学信息，能够为地热资源的评估提供更全面的依据。

研究团队还指出，地热资源的开发不仅依赖于对地下结构的准确理解，还需要考虑地热流体的来源、循环路径以及储层的渗透性。这些因素共同决定了地热资源的可利用性和开发潜力。例如，Puga温泉的地球化学特征表明其流体可能来源于地壳深处，而Panamik温泉则可能涉及地幔流体的参与。这种差异性的流体来源，反映了该地区复杂的构造背景和热液循环机制。

此外，研究还提到，地热资源的开发需要综合考虑多种因素，包括地质条件、构造活动、水文地质特征以及环境影响。在拉达克地区，由于其特殊的地理位置和构造背景，地热资源的开发可能面临一定的挑战。例如，该地区的构造活动可能导致地下结构的不稳定性，从而影响地热井的建设和运营。因此，在进行地热资源评估时，需要充分考虑这些因素，并制定相应的开发策略。

总之，本次研究通过MT方法对Panamik–Changlung地热温泉进行了首次系统的地球电学调查，揭示了该地区地下结构的复杂性以及地热储层的分布特征。三维地球电学模型的建立，为理解地热流体的来源和循环路径提供了新的视角，并为未来的地热开发提供了重要的科学依据。研究团队希望通过本次研究，为该地区的地热资源评估和开发策略制定提供支持，同时也为其他类似地区的地热勘探提供参考。