Incapillo Caldera地热系统：对阿根廷南安第斯山脉中部地区地热资源的影响

《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：The Incapillo Caldera geothermal system: Implications for geothermal resources in the Southern Central Andes, Argentina

Incapillo火山口地表热液显示有限，但多源数据表明深层存在残留热液系统。通过整合水化学、同位素（δ1?O-δ2H）、矿物学、构造及热模拟数据，揭示其酸性硫酸盐水体系源于岩浆-大气降水混合，显微化石记录古高温环境，构造分析显示断层可能控制流体运移，热模型证实近期喷发残留热量可维持长期热液活动。该火山口地质热力学条件非静态，具备开发潜力。

　　

P.H. Alasino|V.A. Campodonico|S. Rocher|M.A. Larrovere|G. Uran|C. Wunderlin|S.N. Maza|L.E. Fiorelli

拉里奥哈地区科学研究中心与技术转移中心（CRILAR），拉里奥哈省-拉里奥哈国立大学-阿根廷地质矿业服务局-卡塔马卡国立大学-国家科学技术研究委员会，Entre Ríos和Mendoza，5301 Anillaco，拉里奥哈，阿根廷

摘要

Incapillo火山口位于Ojos del Salado–San Buenaventura火山带（南中部安第斯山脉）上，其地表地热现象较为有限，但多项独立数据表明该地区深处仍存在残余的热液系统。本研究综合了水化学、稳定同位素（δ¹⁸O–δ²H）、矿物学、结构学和热模型数据，以评估这一火山系统的地热潜力。来自Corona del Inca湖的水化学证据表明，地热气体凝结形成了酸性、富含硫酸盐的水体。稳定同位素数据显示，大气水和岩浆水之间存在混合现象，尤其是在Los Ba?os温泉处，推断出的古温度高达约90°C，表明热液循环持续存在。矿物组合（包括硅质胶结物、蒸发岩相和低温蚀变矿物）记录了逐渐降温的过程以及不断增加的大气水补给。微化石微生物群落进一步提供了过去较高温度条件的独立证据。结构分析突出了Ojos del Salado–San Buenaventura火山带沿线断层对渗透性的控制作用，这可能为盲区地热系统中的流体循环提供了通道。热模型表明，与最近一次喷发相关的岩浆热能仍然存在，足以维持长期的热液活动。尽管当前地表温度适中，但综合数据表明Incapillo火山口在热力和构造上仍具有活性，值得进一步的多学科探索。

引言

阿根廷的地热资源评估显示，可开采的地热潜力超过1000兆瓦（例如，Pesce, 2015; Chiodi et al., 2020; Lindsey et al., 2021）。尽管潜力巨大，但目前尚无地热发电厂投入运营。安第斯山脉地区的最新举措，特别是在Neuquén、San Juan、Mendoza、Jujuy和Salta等省份，旨在振兴该国的地热能源产业（Bona and Coviello, 2016）。最有前景的高温地热系统位于中部（13–27°S）和南部（33–46°S）火山带，这些区域与新近纪-第四纪火山弧相关（例如，Viramonte et al., 2005; Barcelona et al., 2019; Chiodi et al., 2019; Veloso et al., 2020）。这种潜力源于汇聚板块之间的不同倾角以及海洋地壳特征（如高原、海山和非地震海岭）的增生，这些因素导致俯冲边界出现强烈分段（Cloos, 1992; Scholtz and Small, 1997; James and Sacks, 1999; Gutscher et al., 2000; Yá?ez and Cembrano, 2004; Kay and Coira, 2009; Ramos, 2009; Martinod et al., 2010; Báez et al., 2023）。在这些火山带之间，智利-阿根廷平顶板块段（27–33°S）形成了由Pampeanas山脉代表的破碎前陆，导致岩石圈温度较低，东部火山活动减弱（Barazangi and Isacks, 1976; Jordan et al., 1983; Collo et al., 2017）。

最近的地震研究表明，智利-阿根廷平顶板块的北部（约27°S）和南部（约33°S）边界清晰明确，与Copiapó海岭和Juan Fernández海岭的俯冲位置一致（Contreras-Reyes and Carrizo, 2011; Mulcahy et al., 2014; álvarez et al., 2015; álvarez et al., 2015）。沿着Ojos del Salado–San Buenaventura火山带，非地震性的Copiapó海岭与大陆边缘的碰撞导致了地壳增厚、变形和局部火山活动（Seggiaro et al., 2000; Mulcahy et al., 2014; álvarez et al., 2015; Zhou and Schoenbohm, 2015; Báez et al., 2023）。因此，这个位于北部Pampeanas山脉和南部中部火山带之间的过渡区域特别有利于地热活动（例如，Viramonte et al., 2005; Chiodi et al., 2019）。

在本文中，我们展示了针对Incapillo火山口内地热系统的多学科研究结果，该火山口位于Ojos del Salado–San Buenaventura火山带的西南部（图1）。研究方法结合了系统的地质学、矿物学、微生物学和结构学分析以及水化学评估，以确定热水的来源并识别控制流体流动和通道的地质结构。微化石微生物群落的特征为系统内的过去温度条件提供了独立证据。我们还评估了近期火山活动对该系统热状态和整体地热潜力的影响。这项研究是我们研究小组（CONICET）为Arauco风电场（https://www.peaenergia.com）提供的技术咨询服务的一部分，旨在评估拉里奥哈省北部的地热潜力，并确定未来开发的合适区域。

区域地质

最新的更新世至更新世时期的Incapillo火山口和穹丘复合体（海拔5570米）是中部安第斯山脉（约28°S）火山带中最南端的熔岩火山口（Baker, 1981; de Silva and Francis, 1991; Goss et al., 2009）。它位于中部安第斯山脉陡峭板块段与南部智利-潘帕斯平顶板块区域之间的过渡地带（例如，Cahill and Isacks, 1992）。这种地理位置使Incapillo火山口成为最北端的火山口。

方法

地热系统的潜力取决于四个关键地质因素：热源的存在、地热流体储层、允许流体产生和补给的适当渗透性，以及限制产水层的不透水盖层（例如，Facca and Tonani, 1967; Stimac et al., 2015）。早期的地表勘探通常包括地质学、结构学、水化学和地质年代学研究。对于Incapillo火山口，本研究

Incapillo火山口区域的主要结构特征

本次测绘重点关注Cordillera Frontal地区，分为（i）Incapillo火山场和（ii）周边基底，以及东南部的西部Pampeanas山脉和最北端的Precordillera地区（图4a）。

Cordillera Frontal地区的线性构造分析显示，主要走向为N54°W，次要走向接近N25°E（图4b）。线性构造的长度通常在2至4公里之间，有些延伸至15公里。

Incapillo火山口区域的形态-结构特征及其与主要区域结构的关系

Incapillo区域及其周边地区的形态-结构分析揭示了两种主要的线性构造方向：NNE–SSW（N14–25°E）和ESE–WNW（N85–45°W）（图4）。在影像中识别出的NNE–SSW走向对应于划分和抬升北部Cordillera Frontal主要山脉的区域断层，例如Río Salado断层，那里的热泉呈线性排列；此外还存在可能存在一定倾角的逆断层。

结论与展望

综合水化学、同位素、矿物学、微生物学和结构学证据表明，尽管地表地热现象不明显，但Incapillo火山口仍存在残余的热液系统。酸性、富含硫酸盐的水体以及δ¹⁸O–δ²H和²²²Rn特征反映了大气水和岩浆水的混合，尤其是在Los Ba?os温泉处（约38°C）。矿物组合和微化石微生物群落记录了过去的温度条件。

CRediT作者贡献声明

P.H. Alasino：撰写初稿、验证、方法论制定、调查、资金获取、概念构思。V.A. Campodonico：撰写初稿、验证、方法论制定、调查、概念构思。S. Rocher：撰写初稿、验证、方法论制定、调查、概念构思。M.A. Larrovere：撰写初稿、调查、资金获取、概念构思。G. Uran：撰写初稿、调查、概念构思。C. Wunderlin：

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：

Pablo H. Alasino表示获得了CONICET技术咨询服务（PR5425）和PICT 2020 SERIE A-01070项目的财务支持。Pablo H. Alasino与国家科学技术研究委员会存在雇佣关系。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的财务利益或个人冲突。

致谢

本研究得到了CONICET技术咨询服务（PR5425和PICT 2020 SERIE A-01070项目的财务支持。感谢P. González在高山地形方面的指导，以及D. Morata在实验室设施使用和整个分析工作中的支持。我们也感谢H. Murcia和匿名审稿人的建设性意见，这些意见提升了本文的最终质量，同时感谢T. Fischer在编辑工作中的帮助。