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科普-戴金星院士:气壮温泉仙境
来源:「科学石油人」公众号     上传时间:2025-12-12     作者:戴金星院士



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被评为“世界上最超现实的20个地方之一--新西兰最缤纷多彩的怀奥塔普(Waiotapu)温泉仙境,位于新西兰火山活跃的北岛中部。

仙境拥有无与伦比的原野风光,美得让人目不接:远方群山绵延,近处林木葱翠;由远及近,点缀着大小不一,轻吻大地的白白云团;仙境中“香槟泉”和“画家调色板”两处自然造化的旖旎景貌,让人赞叹不已。由于温泉中含有硫磺、氧化铁和砷等化学物质,导致水体颜色也发生相应变化,呈现出淡黄色、红橙色和绿色等变幻多彩的天然色块拼接景象。

仙境的宏观景色令人陶醉,而其中由微观天然气作用催生的地质现象亦显神奇。



珍珠气泡的成因


温泉中展现着水和气的双重作用:炽热的水从地腹冲出水(地)面,因迅速减压降温而烟雾缭绕,形似白云;天然气则以珍珠状气泡从热水中逸出,扩散至大气中。作者仔细考察大面积气泡连续冲升出水面景观。相关学者研究发现,不仅在温泉中,仙境的陆地上也广泛存在天然气。这里天然气的组分和碳氢同位素特征对天然气研究具有重要意义。从表1可见,天然气组分中含量最多是CO2、N2、H2S、H2和CH4。其中,二氧化碳碳同位素(δ13CCO2)、甲烷碳同位素(δ13C1)和氢同位素(δ2HH2)含量分别基本大于-10‰、-30‰和-562‰,由此可判断温泉气均为无机成因气,是火山作用期后地球排气作用的产物。

温泉仙境地区钻井中天然气组分及碳、氢同位素组成表(W.F.Giggenbach等,1994)中,32井、35井和40井δ13C1分别为-34.0‰、-36.6‰和-36.3‰,好像是有机成因甲烷,实际也是无机成因甲烷。因一些火山期后温泉中。大部分δ13C1>-30‰,但也有个别偏轻的情况,如我国长白山天池温泉δ13C1为-36.2‰,前人研究也证实其是无机成因。


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“香槟泉”中腾吐的气泡


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戴金星院士考察“香槟泉”中的天然气泡 (傅诚德 摄) 


 表1 温泉仙境地区钻井中天然气组分及碳、氢同位素组成表((W.F.Giggenbach等,1994))

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艳若黄花的硫磺华


温泉仙境的天然气温度多在90-100℃,当其沿喷气孔与温水一起喷出时,会携带着硫蒸汽。当在喷气孔喷出地表遇冷后,硫蒸汽便在喷气孔口缘凝结成针状或粒状硫磺晶体并不断聚积,形成艳若黄花的硫磺华。


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戴金星院士考察温泉仙境喷气孔口缘的硫磺华

(罗平 摄)


皑皑白雪状的石灰华


温泉仙境拥有众多喷气孔块段,当天然气(主要为CO2)和热水携带的Ca(HCO3)沿喷气孔至地表时,由于温度和压力降低,Ca(HCO3)分解成CaCO3,在多喷气孔块段地表形成化学沉积,沿地表形成明月霜状石灰华。“石灰华”一词源于意大利词语“软岩石”,由来自泉水或河流中的方解石沉积而成。



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戴金星院士在温泉仙境观察石灰华(傅诚德 摄)



本文来源:《石油知识》期刊2025年第5期