中国西北共和盆地高砷地热水形成机制：同位素示踪与热驱动释放的耦合作用

这篇研究揭示了共和盆地(GB)高砷(As)地热水的成因机制，通过41组水样的水化学(δ18O/δD/δ13C/δ14C/δ32SSO4)与同位素分析，发现新近系地热水(NGW)砷含量(平均452μg/L)显著高于第四系(QGW)，证实高温驱动硅酸盐风化、微生物硫酸盐还原(SRB)和竞争解吸共同促进砷释放，为地热区砷污染防控提供理论依据。

　　

Highlight

高温驱动效应

共和盆地(GB)强烈的构造活动使深部地热沿东南部断裂带上涌，形成区域地热异常区。第四系热储(7.31–8.61°C/100m)和新近系热储(3.80–5.80°C/100m)的地温梯度远超全球均值。高温环境加速含砷矿物的溶解——当温度>50°C时，每升高10°C矿物溶解速率可提升2-4倍。热液上涌还促进亚铁矿物(如黄铁矿)氧化，释放结合态砷(As)。

结论

主要发现包括：

1. 1.

   NGW和QGW水化学类型沿流向从Na-HCO₃演变为Na-SO₄和Na-Cl·SO₄，NGW砷含量(452μg/L)显著高于QGW(36μg/L)；

2. 2.

   QGW源于当地大气降水，NGW则来自冰川融水/高海拔降水，高温导致NGW出现δ¹⁸O氧漂移；

3. 3.

   QGW平均表观年龄18.8ka，NGW达29.1ka，深部热储持续升温促进砷释放迁移；

4. 4.

   硅酸盐风化与硫酸盐还原菌(SRB)活动是砷富集关键，竞争解吸进一步加剧砷污染。