意大利拉德瑞罗超热区地热井气体的地球化学特征及其对超临界流体勘探的启示

为探究意大利拉德瑞罗地热田K-horizon（地震反射层）的地质意义及超临界流体存在可能性，研究人员通过分析接近该层位生产井的气体地球化学数据，揭示了深部水-岩相互作用（氧位移）及CO2的壳源主导特征，为超临界资源勘探提供了关键理论依据。

　　

在地球深部能源探索的前沿，超临界流体因其高能量密度和独特物性成为地热开发的新靶点。意大利拉德瑞罗地热田作为全球少数蒸汽主导型系统，其深部存在一个神秘的地震反射层——K-horizon，深度3-6公里，温度可能超过500°C。尽管2017年深钻探证实了超临界温压条件的存在，但钻井过程中未发现显著流体流入，这引发了对K-horizon资源潜力的质疑：它究竟是超临界流体的储存库，还是仅具地震学意义的界面？

为破解这一谜题，Gabriella Magro和Fabrizio Gherardi团队对拉德瑞罗南部及东部接近K-horizon或花岗岩体的生产井气体展开地球化学解码。这些井产出375°C以下的蒸汽相流体，通过稳定同位素和稀有气体分析，揭示了深部流体行为的动态平衡。研究发现蒸汽的氧同位素偏移证实了强烈的水-岩相互作用，而CO₂-He同位素体系则指向壳源CO₂的主导地位。更引人注目的是，地表He同位素分布呈现出地壳流体与幔源流体的动态混合特征，N₂/Ar/He/Ne比值进一步佐证了这一发现。论文发表于《Applied Geochemistry》，为超临界流体勘探树立了地球化学标志物体系。

关键技术包括：采用Giggenbach和Goguel标准方法采集井口气体，使用双阀流通式采样瓶获取非冷凝组分，液氮冷阱分离CO₂，质谱法测定He同位素比值（³He/⁴He），以及稳定同位素质谱分析蒸汽δ¹⁸O和δD。

【GEOLOGICAL AND GEOTHERMAL BACKGROUND】
研究区位于新近纪托斯卡纳-第勒尼安伸展带，地热田面积400 km²。花岗岩侵入体为热源，K-horizon作为全田展布的地震界面，其地质属性争议持续——可能是超临界流体存在的证据。

【RESULTS】
所有研究井均产出蒸汽相流体，南部边缘井（如Zuccantine 1井615米白云质灰岩产层）与东部Radicondoli-Montieri区井显示不同地球化学特征。稳定同位素分析发现浅层样品（如Lago 6井）存在回注流体混入信号，而深部样品氧位移显著，反映高温水-岩反应。

【Stable isotope composition of vapor】
蒸汽同位素组成揭示两个端元：深部高温蚀变流体与大气降水影响流体。CO₂的δ¹³C值(-4‰至-2‰)结合³He/⁴He比值(0.03-0.1 Ra)证实壳源碳主导，但幔源He贡献可达15%。

【CONCLUSIONS】
研究证实K-horizon相关流体存在壳-幔混合特征，超临界条件可能通过深部裂隙网络局部实现。尽管未发现连片储层，但He同位素空间分布揭示了深部流体运移路径，为未来靶区优选提供了地球化学依据。该成果不仅推进了对脆性-韧性过渡带(Brittle-Ductile Transition)渗透性的认知，更开创了用气体地球化学指纹追踪超临界流体的新范式。