地热能作为一种清洁、稳定的可再生能源，在全球能源转型和“双碳”目标实现过程中具有重要意义。其中，受断裂构造控制的中低温地热系统广泛分布于我国东南部地区，但由于其热源机制、流体循环路径和深部热结构较为复杂，长期以来一直是地热资源评价与开发利用中的重点和难点问题。华南武功山地区位于扬子板块与华夏地块碰撞拼合带附近，断裂构造发育，温泉呈带状展布，是研究非火山型、断控型中低温地热系统形成机制的典型区域。然而，该区地热气体来源、热储温度、流体循环深度及岩石圈热结构等关键问题仍缺乏系统约束，制约了对该类地热系统成因机制和资源潜力的深入认识。

中国地质科学院王路瑶、刘凯等联合多家科研单位在《JournalofGeochemicalExploration》发表相关研究成果。研究团队以华南武功山西部地热系统为研究对象，综合运用溶解气体地球化学、氦—碳同位素示踪、多组分地热温标和岩石圈热结构分析等方法，系统厘定了该区地热气体来源、热储温度、流体循环深度及热源机制，为认识非火山地区断控型中低温地热系统提供了新的地球化学证据。

为破解武功山西部断控型地热系统热源机制不清的问题，研究团队采集了地热井、冷泉及地表水等10组溶解气体样品，开展了气体化学组成、氦同位素、碳同位素及地热温标等多指标综合分析。结果显示，该区地热气体以氮气（N₂）为主，含量为74.51%—90.83%，其次为氧气（O₂）和二氧化碳（CO₂），反映出地热气体总体具有明显的壳源和大气来源混合特征。

氦同位素结果显示，样品Rc/Ra值为0.08—0.16，表明氦气主要来源于地壳放射成因，壳源氦贡献比例达到97.79%—99.21%。研究认为，区内广泛分布的古生代及中生代花岗岩富含铀、钍等放射性元素，其长期衰变为壳源氦富集和地壳生热提供了重要物质基础。碳同位素结果进一步表明， CO₂主要来源于地壳有机质或围岩沉积有机碳，CH₄则以热成因和微生物成因为主，揭示了该区地热气体多来源叠加的成因特征。尤为关键的是，研究团队利用多组分地热温标方法估算的热储温度为120.3—137.1℃，CO₂—CH₄气体同位素温标指示的深部气体源区温度为100.2—197.3℃。综合温标结果与区域地温梯度，研究认为武功山西部地热流体循环深度约为3.0—3.5km，表明地热流体可沿深大断裂系统发生较深循环，并在深部受热后沿构造通道向浅部运移。在此基础上，研究团队进一步结合氦同位素、钻孔测温和岩石热物理参数，识别出武功山西部岩石圈热结构具有典型的“热壳冷幔”特征，壳幔热流比为1.36—1.56。该结果表明，区内地热系统并非主要受幔源热输入控制，而是以地壳放射性生热、区域深部热流传导及断裂带对流换热共同作用为主。深大断裂不仅为地热流体深循环提供了通道，也增强了深部热量向浅部的传输效率，是控制该区地热异常形成和温泉出露的重要因素。

该研究提出，武功山西部断控型地热系统的热源机制主要包括三个方面：一是区域深部热流传导及壳内热量富集，为地热系统提供基础热源；二是花岗质岩体中铀、钍等放射性元素衰变产生的地壳热贡献；三是深大断裂带控制下的流体深循环与对流换热过程。三者共同作用，形成了该区以“热壳冷幔”为特征的中低温断控型地热系统。

该研究不仅丰富了华南武功山西部地区地热气体地球化学资料，也从岩石圈热结构角度定量揭示了非火山型中低温地热系统的热源机制，为我国华南地区同类断控型地热资源的勘查评价、成因认识和可持续开发利用提供了重要参考。

本研究得到地球深部探测与矿产资源勘查国家科技重大专项（2024ZD1004103）、中国地质科学院基本科研业务费项目（JKYZD202401、JKY202406）及中国地质调查项目（DD20221677-2）联合资助。

参考文献

Wang L, Liu K, Wan L, et al. Gas geochemical characteristics and heat source mechanisms of a fault-controlled geothermal system: A case study from the western Wugongshan area, South China[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2025, 274: 107768.

图1武功山地区西部地热系统热源机制概念模型