《Journal of South American Earth Sciences》：Multidisciplinary Analysis of the Structural Controls on the Talacasto Geothermal System, San Juan, Argentina.
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本研究整合数字高程模型、航空磁异常及地表水文分析，揭示阿根廷圣胡安省Talacasto地热系统中断裂网络与南北向推覆构造对流体循环的控制作用，表明断裂交汇处为热泉形成的有利通道，为地热资源评估提供新依据。
加布里埃拉·阿尔瓦雷斯（Gabriela Alvarez）|弗朗科·E·曼奇尼（Franco E. Mancini）|艾克萨·L·罗德里格斯（Aixa L. Rodríguez）|赫克托·P·A·加西亚（Héctor P.A. García）
CONICET，圣胡安国立大学-沃尔波尼地球物理与地震研究所（Instituto Geofísico y Sismológico Volponi），Ruta 12 Km 17，里瓦达维亚（Rivadavia），圣胡安（San Juan），邮编5407，阿根廷
摘要
塔拉卡斯特罗（Talacasto）地热系统位于阿根廷圣胡安（San Juan）中部前山脉（Precordillera）的东部地区，尽管该地区存在水热现象，但长期以来并未受到足够的跨学科关注。本研究整合了数字高程模型（DEM）、航空磁数据和水文分析，以揭示影响该地区流体循环的地质结构控制因素。通过地质物理方法进行的结构测绘显示，该地区存在以南北向逆冲断层为主导的复杂线性构造网络，同时还存在次级的东北-西南（NE–SW）和西北-东南（NW–SE）方向的断层。断层强度和连通性分布图揭示了渗透率较高的区域，这些区域与已知的温泉位置相符。水文分析确定了三个主要的排水盆地，这些盆地为塔拉卡斯特罗温泉提供了水源。地表径流与地质构造的交汇表明，地表水补给与地下流体流动之间存在密切联系。一个简化的三维模型表明，来自西部流域的降水通过断裂的石灰岩和新近纪沉积物渗透到塔拉卡斯特罗地区，并沿着塔拉卡斯特罗断层上升，最终形成温泉。这些结果表明，该地热系统受地质结构控制，断层交叉处成为流体迁移的优先路径。本研究是对塔拉卡斯特罗地热系统的首次跨学科综合分析，为评估其地热潜力提供了重要依据。
引言
过去几十年间，全球对地热系统的兴趣呈指数级增长，这主要是由于迫切需要转向更可持续、更环保的能源。地热系统通过提供清洁、可再生且稳定的能源，有助于减少对化石燃料的依赖，并缓解气候变化带来的负面影响（Ingvar和Lund，2008；Jolie等人，2021）。虽然中高焓地热系统（温度T>150°C）在全球电力生产中贡献最大，但其分布范围相对有限。相比之下，低焓地热系统（温度T<150°C）分布更为广泛，因此更适合直接利用（Moeck，2014；Limberger等人，2018）。热水的直接利用是最古老、最多样化和最有效的地热能利用方式之一，应用范围涵盖空间供暖和制冷以及农业和工业过程（Lund & Toth，2020）。
低焓地热系统的地表通常具有热异常现象，这些现象在某些情况下与近期或过去的火山活动有关。然而，它们也常见于没有近期岩浆活动迹象的造山带中（Moeck，2014）。在这种环境中，地热活动通常与大气降水的深层循环有关，随后这些水通过高渗透性区域（如断层和裂缝）上升，最终形成温泉（Maffucci等人，2015；Warnner等人，2019；Clavel等人，2023）。识别和描述这些渗透性结构对于理解地热系统中的流体流动模式以及评估其能源潜力至关重要。
圣胡安省（Provincia de San Juan）位于阿根廷西北部（图1a），由于缺乏近期火山活动，且纳斯卡板块（Nazca Plate）以较缓角度俯冲到南美洲板块（South American Plate）之下（纬度27°至33°S之间），因此成为重要的地热区域（Ramos等人，2002）。在这一被称为潘佩安平原（Pampean flat slab）的地带，纳斯卡板块的俯冲角度约为10°（Barazangi & Isacks，1976）。多位学者（Gutscher等人，2000；Gutscher，2002；Ramos等人，2002；Anderson等人，2007；Costa等人，2020）认为这一现象与胡安·费尔南德斯海岭（Juan Fernández Ridge）的俯冲有关，该海岭对该地区的构造和地热活动具有重要影响。
该省具有显著地热潜力的主要区域集中在安第斯山脉（Andean Cordillera），尤其是洛斯德斯波布拉多斯（Los Despoblados）、洛斯巴尼托斯（Los Ba?itos）和戈莱特（Gollete）等地（Barcelona等人，2014；Barcelona等人，2019a；Barcelona等人，2019b；Mancini等人，2024）。此外，其他重要地热系统还分布在前山脉（Precordillera）和潘佩安东部山脉（Eastern Sierras Pampeanas），包括皮斯曼塔（Pismanta）、拉拉哈（La Laja）、瓜亚乌帕（Guayaupa）和塔拉卡斯特罗（Talacasto）等地（Pesce和Miranda，2003；Christiansen等人，2021；Orozco等人，2021；Clavel等人，2022；Clavel等人，2023）。
前山脉（Precordillera）从拉里奥哈（La Rioja）南部延伸至门多萨（Mendoza），呈南北走向。根据地层和构造特征，它被划分为西部、中部和东部三个带状区域（Ortiz & Zambrano，1981）。前山脉是一个薄皮褶皱-逆冲带，向东倾斜，主要由寒武纪-奥陶纪沉积序列中的大型逆冲断层控制（Allmendinger等人，2014）。诸如逆断层和逆冲构造等地质结构为热液的上升迁移提供了高渗透性通道（Evans等人，1997；Japas等人，2016；Clavel等人，2023）。这些结构对局部流体流动模式具有决定性影响，大多数上升流区域位于断层相互作用复杂的区域（Faulds等人，2006；Jolie等人，2021）。因此，识别这些结构对于地热勘探和资源的可持续开发至关重要。
本研究聚焦于塔拉卡斯特罗温泉地热场。这些温泉位于圣胡安省中部前山脉的东侧，地处马塔古萨诺斯盆地（Matagusanos Basin）的西缘（见图1a和1b）。研究范围约为50 x 40平方公里，覆盖整个塔拉卡斯特罗山脉区域。主要目标是提供首次基于地球科学的数据，以加深对塔拉卡斯特罗地热场的理解。具体而言，本研究重点量化并描述了断层网络和结构，以识别系统中的高渗透率区域。尽管该地区已进行了大量地质研究（Baldis，1984；Perucca等人，2020），但尚未有研究专门探讨定义地热资源评估所需渗透率分布的规律。为此，本研究旨在：（1）评估温泉出流区与断裂密集区之间的关系，以识别促进流体迁移的渗透性结构；（2）分析地表水循环模式，确定补给区；（3）提出一个初步的概念模型，将这些变量联系起来。最终，本研究旨在探讨地质结构如何影响塔拉卡斯特罗地区的地热活动及其与邻近系统的关系。
工作假设认为，温泉水温的升高可以归因于地热梯度的增加，以及大气降水通过地质薄弱处上升所致。塔拉卡斯特罗断层（Talacasto Fault）被认为是热水的主要上升通道（如图1d所示）。
为了描述地质结构，研究人员处理并分析了航空磁数据。同时，利用卫星图像和地理信息系统（GIS）工具对地表和地下尺度的断层及线性构造进行了绘制和量化。这种方法由Dávalos-Elizondo和Laó-Dávila（2023）提出，并已在其他地热项目中成功应用。了解补给系统对于地热研究也非常重要。补给过程通常源于大气降水在高地带的渗透，而这些高地带往往远离上升流区域。为了研究塔拉卡斯特罗系统的补给机制，研究人员对塔拉卡斯特罗和马塔古萨诺斯两个沉积中心的排水网络进行了形态结构分析，以阐明其水文地质条件。通过整合多种方法，本研究为当地地热系统的认识做出了贡献，为地热资源的优化和可持续利用奠定了基础。
地质背景
塔拉卡斯特罗温泉位于塔拉卡斯特罗山脉（Talacasto Range）的东侧，该山脉属于中部前山脉（Central Precordillera）的一部分（见图1）。这些山脉主要由强烈变形的古生代地层构成，其上覆盖着新近纪沉积物。这种叠置现象是由于复杂的逆冲构造系统和向东倾斜的断层作用造成的（Allmendinger等人，1990；Zapata和Allmendinger，1996），导致古生代地层多次重复出现（Baldis等人，2002）。
地球物理方法
本研究仅限于分析圣胡安中部前山脉的地质结构。塔拉卡斯特罗温泉被选为研究区域的中心参考点，该地区具有代表性的地质和地理特征。
用于描述地下地质结构的地球物理方法是磁测法。通过磁数据可以推断出重要的地质特征。
结构和磁分析
根据结构分析及先前记录的断层资料，研究区域内以纵向逆冲断层为主。图5a展示了卫星图像中观察到的21条逆冲断层。图5e中的第一张玫瑰图（从左至右）显示了南北向断层的优势。
通过数字高程模型（DEM）分析还发现了其他地质构造线（见图5b），共绘制并展示了28条线性构造。
讨论
通过对研究区域的结构和水文分析，我们发现了构造特征、地球物理异常与排水系统分布之间的关联。特别是，温泉位置与线性构造的空间关系表明，构造活动在控制流体流动中起着关键作用，这些构造可能成为流体上升的优先路径。
结论
本研究整合了数字高程模型（DEM）、航空磁数据和水文分析的结果，以揭示影响塔拉卡斯特罗温泉地区流体循环的地质控制因素。
DEM数据和磁异常数据的联合分析揭示了一个以南北向为主导的复杂线性构造网络，同时还存在次要的东北-西南（NE–SW）和西北-东南（NW–SE）方向的构造。这些构造对于理解地热系统的运作机制至关重要。
作者贡献声明
加布里埃拉·阿尔瓦雷斯（Gabriela ALVAREZ）：撰写 – 审稿与编辑，撰写初稿，数据可视化，方法学研究，数据分析，概念构建。弗朗科·E·曼奇尼（Franco E. Mancini）：撰写初稿，数据可视化，数据分析，概念构建。艾克萨·L·罗德里格斯（Aixa L. Rodríguez）：撰写 – 审稿与编辑，项目监督，数据分析，概念构建。赫克托·P·A·加西亚（Héctor P. A. García）：撰写 – 审稿与编辑，结果验证，项目监督
未引用文献
Abbruzzi等人，1993；Allmendinger和Judge，2014；Astíni，1991；Baldis，1970；Barcelona等人，2019；Burbank和Anderson，2013；Dimmen等人，2017；Fridleifsson等人，2008；Giampaoli和Cegarra，2003；Gomez，2016；Hinze等人，2013；Kay等人，1996；Lund和Boyd，2016；Lund和Toth，2021；Oca?a等人，2022；Oriolo等人，2014；Peruca等人，2017；Salem等人，2008；Spector和Grant，1970；Spichak和Zakharova，2015；Spichak和Zakharova，2015；Villarroel等人；Wanner等人
关于手稿制作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在撰写过程中，作者使用了ChatGPT工具来修正文本的语法和风格。使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对出版物的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
