在腾冲地块，火山活动和构造特征主导了地热活动

火山岩构造与地热成因机制研究。整合地貌测绘、结构分析和岩石矿物学，揭示腾冲Xinhua-Puchuan地区高温地热系统由近南北向韧性剪切带（热传导通道）和近近南北向脆性断裂（热释放通道）共同控制。玄武岩-流纹岩序列显示分异演化，单斜辉石 thermometer测定残余岩浆库埋深5.7-6.0 kbar、温度849-902℃。结论表明构造活动与火山分异共同驱动地热系统。

徐海金|刘强|冯帆|杨少杰|李汉辉|郭青海

中国地质大学可持续能源学院深部地热资源国家重点实验室，武汉430078，中国

摘要

火山活动和构造过程在腾冲地区高温地热系统的形成中起着决定性作用。本研究整合了新华-普川地区（腾冲块）火山岩的野外测绘、结构分析、矿物学和全岩地球化学数据，以解码地热活动。识别出两种类型的构造作用：韧性剪切变形和脆性断裂。剪切带主要是近南北走向的右旋走滑剪切带，它们将宿主岩石转变为糜棱岩。脆性断裂包括近南北走向和近NWW-SEE走向的断层。近南北走向的断层形成于先存的韧性剪切变形带之上，作为地热场的热传导通道。近NWW-SEE走向的次生断层是走滑正断层，有助于热量和地热流体的释放，从而形成温泉。火山岩包括更新世时期的玄武岩、安山岩和英安岩，广泛分布于近南北走向的断层沿线。这些玄武岩属于大陆板内碱性橄榄石玄武岩，形成于大陆裂谷或伸展构造环境中。地幔源岩浆经历了分异结晶（FC）过程。从橄榄石玄武岩到英安岩，主要矿物斑晶的成分逐渐变化：橄榄石→单斜辉石（Cpx）/正辉石（Opx）→角闪石±黑云母，斜长石从拉长石（An 64）演变为安山石（An 37）。此外，主要元素和微量元素也随着SiO₂含量的变化而系统性地变化。英安岩中的辉石斑晶为透辉石和顽火辉石。双辉石温度计表明，辉石结晶温度范围为1161至994 °C。英安岩中的铁闪石记录了5.7–6.0 kbar压力和849–902 °C的结晶条件，这与中地壳深度的残余岩浆房一致。这些结果建立了区域构造框架与地热表现之间的遗传联系：韧性剪切带作为将热量从中地壳岩浆库传输的主要通道，而脆性断层网络则促进了热量的有效提取和地表表现。

引言

中国的高温地热资源主要分布在西藏-云南地热带（例如，Wang等人，2020年），这与新生代印度-欧亚大陆碰撞导致欧亚岩石圈大块向东南方向挤压有关（例如，Najman等人，2010年；Yin，2010年）。腾冲块位于印度-雅鲁藏布缝合带和高黎贡走滑剪切带之间（图1a）。腾冲块不仅是追踪喜马拉雅山脉由压缩状态向东侧旋转转变的关键区域（例如，Xu等人，2015年），也是一个典型的低温地热区域（例如，Liao和Zhao，1999年）。通常认为地热系统受构造活动控制（例如，Liao和Zhao，1999年）。然而，构造如何控制地热系统仍不清楚。

腾冲地区已识别出三个高温地热场：马站-曲石（MQ）地热场、热海地热场和新华-普川（XP）地热场（例如，Zhao等人，2011年；Zhao等人，2012年）。腾冲最著名的地热场是热海地热场，它是最大且最活跃的热液区（例如，Guo和Wang，2012年；Wang等人，2020年）。许多研究集中在热海地热场（例如，Shangguan，2000年；Ren等人，2005年；Guo和Wang，2012年；Wang等人，2020年）。普遍认为腾冲的这些高温地热场属于火山地热系统。据推测，在MQ、热海和XP地热场下方有三个残余岩浆房，作为地热系统的热源（例如，Shangguan，2000年；Ren等人，2005年；Zhao等人，2011年；Zhao等人，2012年；Wang等人，2020年）。尽管有这些假设，但这些假定的岩浆库的精确深度、温度和成分特征仍存在关键不确定性。

作为腾冲火山地热区的一部分，XP地热场位于腾冲县南部（图1b）。该地热系统不仅以普遍存在的沸泉为特征，还表现为多样的地表现象，包括热液喷发、蒸汽地面和广泛的热液蚀变。从构造上看，XP地热场位于大英江断层和龙川江断层之间的构造走廊内（图1b），这里发育了明显的韧性剪切变形和脆性断裂。更新世时期的火山活动沿着近南北走向的断层广泛喷发（图1c）。这些火山岩包括玄武岩、安山岩和英安岩（Lin等人，2017年）。与其他两个地热场相比，Zhao等人（2011年）认为XP地热场下方的残余岩浆房最大且最浅。因此，XP地热场是解码与火山活动和构造活动相关的地热起源的理想场所。

在这项研究中，我们重点关注XP地热场的火山岩和构造活动，以解释其地热起源。构造类型和时期通过野外测绘和结构分析来确定。对火山岩的矿物学和全岩地球化学进行了研究，以探讨地幔源岩浆的演化过程及其埋藏条件（P-T条件）。值得注意的是，本研究首次应用了辉石温度计、钛在角闪石中的温度计和铝在角闪石中的压力计，系统地约束了残余岩浆库的埋藏P-T条件。这项工作为腾冲地区高温地热系统的形成机制提供了新的视角。

区域地质背景

青藏高原东南部西侧以印度-雅鲁藏布缝合带（ITSZ）为界，东侧以阿娄山-红河剪切带为界（图1a）。近南北走向的高黎贡断层和澜沧江断层将东南藏高原从西向东划分为腾冲块、宝山块和西蒙块（图1a）（例如，Xu等人，2015年）。腾冲块东侧以怒江缝合带与宝山块分隔，而其西侧边界与印度板块相邻

温泉分布

在研究的XP区域内分布着许多地热温泉（图1c）。它们的分布受构造系统控制，并与火山活动密切相关。以黑石河温泉和小塘温泉为例，两者都靠近苏青火山，位于断层带上，说明了火山-构造相互作用在温泉形成中的关键作用。

黑石河温泉系统位于早白垩世花岗岩中（图1c）。

更新世火山岩的样品和岩石学特征

新生代火山岩广泛分布于XP区域的近南北走向断层沿线（图1c）。它们大致分为两种类型：玄武岩和英安岩。

玄武岩岩浆仅沿龙川江断层带喷发（图1c）。从玄武岩中采集了四个样品（S083、S084、S107a和S107b）（图1c）。这些玄武岩具有孔洞和/或黑色外观，具有气孔结构和杏仁状结构（图5a），并具有斑状结构，含有橄榄石斑晶（图5c-e）

矿物学

使用JEOL JXA-8230电子探针显微分析仪（配备四个波长色散光谱仪WDS）在中国地质大学地球科学学院全球构造中心测定了矿物（斜长石、橄榄石、单斜辉石、正辉石和角闪石）的主要元素组成和BSE图像（武汉）。分析条件（15 kV加速电压，20 nA探针电流，1 μm束径）遵循Wang等人（2019年）的方法。

全岩主要元素和微量元素

全岩的主要元素组成通过X射线荧光（XRF）在武汉样品溶液分析技术有限公司使用熔融玻璃盘进行测量。微量元素含量在该公司使用的Agilent 7700e电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）上进行测定。分析方法的详细信息见附件S1。XP区域更新世火山岩（玄武岩和英安岩）的主要元素和微量元素组成列在

地幔源岩浆的分异结晶（FC）

由于强烈的构造运动，腾冲块在新生代期间火山活动频繁（例如，Li等人，2000年）。据报道有多期喷发，如晚中新世-更新世（5.5–0.9 Ma）的橄榄石玄武岩、更新世（0.8–0.1 Ma）的安山岩和英安岩，以及晚更新世至全新世的玄武岩、玄武安山岩、粗面英安岩和粗面岩（例如，Li等人，2000年；Lin等人，2017年；Zou等人，2020年；Guo和Zou，2023年）。

在新华-普川-芒邦地区

结论

• (1)
  XP地热场的地热起源与构造活动和火山活动密切相关。温泉的分布受断层带控制，主要出现在火山岩附近。
• (2)
  构造活动。近南北走向的断层形成于先存的韧性剪切变形带之上，将断裂延伸至深地壳，作为地热场的热传导通道。近NWW-SEE走向的次生断层是走滑正断层，

CRediT作者贡献声明

徐海金：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，可视化，验证，监督，资源管理，项目协调，资金获取，正式分析，概念化。刘强：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源管理，调查，资金获取，正式分析。冯帆：撰写 – 审稿与编辑，软件使用，资源管理，方法论，数据管理。杨少杰：撰写 – 审稿与编辑，软件使用，方法论，数据管理。

未引用参考文献

Zhong, 1998

Zhu等人，2011

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（项目编号：2023YFF0804100）、云南省腾冲南部深部高温地热资源调查（项目编号：20240460959）和国家自然科学基金（项目编号：42372057、42072058、41772054）的支持。Gerd Sielfeld博士和另一位匿名审稿人的建设性评论显著改进了手稿。我们感谢Shane J. Cronin教授的编辑工作。