硼及硼同位素地球化学在地热研究中的应用

袁建飞，邓国仕，郑万模



硼及硼同位素地球化学在地热研究中的应用

袁建飞，邓国仕，郑万模

（中国地质调查局成都地质调查中心，成都 610081）

硼稳定同位素常被用于示踪地热系统内硼的物源来源，判别热水与围岩相互作用，研究热流体汽-液分离过程，以及示踪热尾水排放引起的水环境污染。研究综合论述了近年来硼及硼同位素地球化学在地热研究中最新进展、所取得的成果及研究中存在的问题，以促进硼同位素地球化学在我国地热研究中的进一步发展。

硼同位素；地热；水岩相互作用；应用

硼有两个稳定同位素：11B和10B，两者存在较大的相对质量差，这导致自然界中硼同位素的组成变化很大，不同介质或地质环境中硼同位素组成亦不同[1-3]。如花岗岩和新鲜大洋玄武岩硼同位素组成值介于-9.7‰～+6.8‰，蚀变的洋壳玄武岩中硼同位素组成值为-2‰～+14‰，火山气体中硼同位素组成值为1.5‰～6.5‰，海相沉积来源的硼同位素组成值为-12‰～+58‰，非海相来源为-32‰～+26‰，火成岩为-17‰～-2‰，变质岩为-34‰～+22‰。因其具有不同的同位素组成，硼同位素被广泛应用于判别壳-幔演化和板块俯冲作用过程、海陆沉积环境、矿床成因和成矿物质来源、盐湖演化，示踪海水入侵、大气和水环境污染，研究大陆化学风化，重建古海洋和古气候条件等方面的研究，并取得较好的成果[4-10]。近年来，随着地热资源，尤其是高温地热资源勘探，地热流体中硼同位素的研究和应用逐步引起相关学者的重视[3,11-15]。

图1 不同pH值条件下B(OH)3和B(OH)4-的相对含量及其δ11B值

f3和f4分别表示的B(OH)3和B(OH)4-的相对含量；而δ11BSW、δ11B3和δ11B4分别表示海水、B(OH)3和B(OH)4-的δ11B值。

1 硼同位素分馏机理

硼没有价态变化，且不参与氧化还原化学反应，水溶液中硼一般以B(OH)3和B(OH)4-的形式存在。平衡交换和动力学过程是引起同位素分馏最主要的两个过程。其中，平衡交换是导致硼素分馏的主要原因。通常情况下，其反应表达式为：

10B(OH)3+11B(OH)4-→11B(OH)3+10B(OH)4-（1）

在（1）式中，重同位素11B在B(OH)3中富集，而轻同位素10B则在B(OH)4-中富集。

自然界中硼同位素的分馏取决于体系中B(OH)3和B(OH)4-的相对含量，而两者的相对含量受pH值和溶液中硼浓度值影响（图1）。其平衡反应表达式为：

B(OH)3+ H2O → B(OH)4-+ H+（2）

当溶液pH小于7时，硼以B(OH)3形式存在；当pH大于10时，则以B(OH)4-为主。地热水pH值的差异性导致溶液中B(OH)3和B(OH)4-所占比例不同，进而影响地热水中硼同位素分馏。世界著名地热田地热水的pH值各不相同，有的以酸性热水为主，如美国黄石公园和我国云南腾冲热海地热水，前者pH低至1.20[16]，后者最低为2.05[17]；有的pH值接近中性，如西藏羊八井地热田；部分则以中偏碱性热水为主，如西藏羊易地热田，其pH介于7.93～9.42[3]。

2 地热流体中硼同位素特征

2.1 地热流体中硼的含量

在水环境中，硼是易溶元素，不同水体中硼含量不同。从表可以看出，雨水和河水中硼含量普遍较低，海水中硼含量稳定。较雨水、河水和海水而言，地下水中硼含量变化范围较大。微咸水和卤水中硼含量亦不相同。地热流体含有较高浓度的硼，如美国黄石公园热水中硼浓度值介于0.46～29.08mg/L，新西兰地热田热水硼含量为17.5～1 102.62 mg/L，冰岛地热水为0.02～5.71mg/L，日本主要地热流体中硼浓度值为0.37～208mg/L，我国西藏地区地热水中硼含量为0.05～472.4mg/L，云南腾冲地热田硼浓度值介于2.05～13.12 mg/L。地下水与地热水中硼浓度值具有较大差异主要与其补给来源、围岩介质和人类活动相关，且含硼浓度较高的地热水对地表水和地下水中硼含量具有重要影响[3]。

天然水体中硼浓度及其同位素组成

分类样品来源B（μg/L）δ11B(‰)文献来源 海水 450039.5‰[18] 大西洋4100+53.5‰[19] 太平洋4150～4400+54.1‰～+55.8‰[19] 河水台湾南部河水2.60～138.6+12.2‰～+26.7‰[15] 喜马拉雅河流0.97～310.03-7.0‰～+29.4‰[20] 意大利托斯卡纳220～14300-11.4‰～+13.6‰[21] 法属瓜德罗普岛11000～31000+39.1‰～+44.8‰[22] 世界22条大河1.0～201-6.0‰～+42.8‰[23] 雨水中国贵阳市2.10～4.8+2.0‰～+30.0‰[5] 英国伦敦怀特岛12～18-13‰～+24‰[24] 英国伦敦吉尔福德5～12-8‰～+48‰[24] 喜马拉雅河流域0.97～15.03+5.4±1.7‰[20] 盐湖卤水青海柴达木盆地卤水33000～278000+10.5‰～+15.0‰[25] 死海（以色列）37800～44300+55.7‰～+57.4‰[26] 澳大利亚各盐湖270～17310+25.5‰～+59.2‰[27] 大柴达木湖（中国）513000～1148000+2.52‰～+10.81‰[28] 地下水西西里岛埃特纳火山230～145000-5.2‰～+25.8‰[29] 台湾北部平原70～8000+11.0‰～+37.8‰[15] 加拿大巴瑟斯特矿营10000～260000-2.5‰～+11.1‰[30] 西班牙格拉纳达40～5380-16.7‰～+44.7‰[31] 突尼斯邦角半岛30～3770+11.25‰～+45.19‰[32] 西班牙卡斯泰尔平原10～850-8.9‰～+29.78‰[33] 德国北部地下淡水7～120+7.36‰～+15.44‰[34] 德国北部咸水90～8270+15.92‰～+33.51‰[34] 意大利托斯卡纳150～650-26.6‰～+21.2‰[21] 法国瓜德罗普岛55～967+8.1‰～+15.1‰[22] 地热水新疆柴达木盆地热泉39900+3.9‰[25] 新西兰纳瓦259440～1102620-3.1‰～-3.9‰[35] 新西兰道普火山区17500～82100-6.7‰～-1.9‰[36] 美国黄石公园460～29080-9.3‰～+4.4‰[37] 冰岛地热水20～5710-6.7‰～+25‰[38] 日本指宿市600～24800+2.1‰～+39.4‰[39] 以色列西部海岸热温泉20500～31300+51.7‰～+54.9‰[26] 日本33个热泉水370～208000-5.8‰～+26.5‰[40] 以色列北部裂谷90～340+20.9‰～+41.9‰[41] 以色列加利利海滨320～3920+31.6‰～+44.0‰[42] 西藏藏南地区50～472400-16.0‰～+13.1‰[43] 云南腾冲地热田2050～13120-11.8‰～+4.2‰[43] 西藏羊八井地热田42600～165400-12.3‰～-11.4‰[3] 西藏羊易地热田38500～45700-5.0‰～-9.7‰[3]

2.2 地热流体中硼同位素组成

不同地热系统中地热流体的硼同位素组成各不相同（表1）。美国盖赛斯地热异常区地热流体中δ11B值为+3‰～+10‰，而黄石公园地热水δ11B值为-9.3‰～+4.4‰；冰岛以雨水源为主的地热水δ11B值为-6.7‰～+3.1‰，而以海水源为主的热水δ11B值较高，介于+29.6‰到+30.7‰之间；日本中部地区热水δ11B值为-5.8‰～+27.1‰，而其岛弧火山喷气凝结水或热泉水的δ11B值介于美国黄石公园地热水和海底热水体系之间，为+2.47‰～+21.5‰。我国地热研究中有关硼同位素组成的研究工作较少，仅在滇藏地热带开展过研究工作，其热流体中δ11B值为-16.0‰～+13.1‰。此外，热泉沉积物中硼同位素丰度与热储温度具有很好的相关性，高温沉积物中硼同位素丰度高。

3 地热流体中硼同位素地球化学　研究及应用

硼同位素主要用于识别地热系统内硼的物质来源、判别热流体与围岩相互作用过程、深部热水、浅层热水和地下冷水混合过程、研究汽-液分离过程和示踪热尾水排放引起的水环境污染。

3.1 地热流体中硼的物质来源及发生的水岩相互作用

地热流体，尤其是高温地热流体中常含有较高浓度的硼，其物质来源是地热研究的热点问题。

西藏羊八井地热田深部存在岩浆熔融体，其热流体中含有较高浓度的硼，且热田区内含硫矿物与深源岩浆或陨石矿物的硫位素相似，基于此认识，郭清海等[11]推测岩浆脱气作用是羊八井热田地热流体高浓度硼的来源之一。日本指宿市及其邻区热水中硼含量及其同位素结果显示热泉中硼来自海水和火山气体[39]，而下加茂热泉则为地表水与深部热卤水的混合产物[44]。Vengosh et al.[41]对以色列北部裂谷热水中硼同位素的地球化学特征开展了研究，认为深部CaCl2卤水，碳酸盐矿物或粘土矿物及大气降水对该区域热水中硼浓度和硼同位素的组成具有影响。Leeman et al.[45]对比研究了意大利La Fossa火山区喷气孔和热水中硼同位素的组成特征，认为喷气孔流体具有三个端元：岩浆热流、海水与岩浆混合后的热流，以及经历水岩作用、蒸发和沸腾后的热流。

综上所述，地热流体中高浓度的硼直接的物质来源包括：深部热流体（与热源，尤其岩浆型热源相关）、地下冷水和地表水体（海水、盐湖等）。

此外，热流体与围岩相互作用是地热系统最普遍的地质过程。深部热流体在运移过程中，热水含水层富硼矿物的溶解将影响热水中硼浓度及其同位素组成。吕苑苑等[46]在对比羊八井地热田热水与火山岩和沉积岩、海水相应B/Cl比值和δ11B值后，发现羊八井地热流体具有较低的δ11B值和较高的B/Cl比值，进而推断地热流体对岩石的淋滤作用影响了热液中硼含量及同位素组成。此外，吕苑苑等[47]还对滇藏地热带内的93个热泉和地热生产井水样的硼含量和硼同位素进行了分析，结果显示整个滇藏地热带内热水的硼含量为0.36～472.40ppm，δ11B值为-16.0‰～+13.1‰，表明地热带内热水均属于陆相成因。通过对可能物源区的硼同位素地球化学特征的分析发现，西藏热水的硼受海相碳酸盐岩和富硼的岩浆岩影响，但缺乏幔源补给的证据。

Palmer et al.[37]对美国黄石公园主要地热显示区热水、未蚀变和热蚀变流纹岩中硼含量和硼同位素组成进行了分析，并对比了不同类型热水及热水出露区岩石硼浓度和硼同位素值，推测Mzmmoth、Sheepeater和Raibow热泉中硼可能来源热水对热蚀变流纹岩的淋滤，而Norris Basin、Upper Geyser Basin、Calcite和Clearwater热泉中硼来源于热水对未蚀变流纹岩的淋滤。Musashi et al.[40,48]对日本群马草津热泉与安山岩围岩的水岩作用结果进行了研究，发现蚀变岩石以硅化交代为主，经过热水交代的蚀变安山岩与未蚀变安山岩经历了明显的硼同位素分馏，蚀变岩石更富集轻同位素，硼含量也降低，推测热泉对围岩的交代作用主要是在过去地质时期的中高温热泉阶段进行的。

总的来说，不同物质源区硼浓度及其同位素组成不同，分析和比较这些物质源区和地热流体中硼的含量和硼同位素组成特征，能够判别热水中硼的物质来源及热水运移过程中发生的水岩相互作用。

3.2 地热系统中深部、浅部热流体和地下冷水的混合

同一个地热系统中，深部热流体垂向运移过程中可能与浅部地下冷水混合，导致混合水具有深源热流体和浅层地下冷水的化学组分特征，硼及硼同位素能够指示这样的作用过程。通过建立地热水中硼及硼同位素组成的端元模型，能够识别深部地热流体、浅部地热水和地下水的混合程度。常用的端元模型为二元混合模型，其混合溶液的硼同位素组成和硼含量可用下列关系式表示[3]：

δ11Bmix=δ11Ba×(Ba×F/Bmix)+ δ11Bb×[Bb×(1-F)/Bmix] （3）

Bmix= Ba×F+ Bb×(1-F) （4）

其中，Ba、Bb和Bmix分别代表端元a、b和由a、b混合形成的地热流体（混合水）中硼浓度，δ11Ba、δ11Bb和Bmix分别代表端元a、b和由a、b混合形成的地热流体的δ11B值，F是端元a的份数。

吕苑苑等[47]研究西藏地热区热水样品中δ11B值和B含量的关系发现，整个地热样品采集区内，热水中B及其同位素的地球化学行为主要受到二元混合过程的控制。在这两个混合端元中，一个具有较高的硼含量和较低硼同位素组成，另一个则含有较低的硼含量和较高的硼同位素组成，西藏热水硼同位素特征应该是这两个端元共同作用的结果。然而，对羊八井地热田而言，其深部地热流体端元与浅部冷水端元硼含量差别较大，但两者的硼同位素比值差异却很小，这一方面使得浅层地热流体硼含量表现为地热冷水对深层地热流体的稀释作用，另一面还使得深层地热流体对浅层地热流体硼同位素组成的影响远远大于低浓度的冷水端元（图2）[3,46]。Vengosh et al.[26]建立了以色列死海卤水、Feshcha热泉和大气降水之间的混合模型，并绘制了硼含量与硼同位素的混合曲线，发现Feshcha海岸和死海沿岸稀释海水位于混合曲线上，而Feshcha热泉却偏离混合曲线，说明Feshcha热泉并非死海海水同咸水或大气降水的混合产物。

图2 羊八井地热田不同年份热水中硼浓度与其同位素关系图

图3 羊八井地热田开采井蒸汽比例与热流体中硼同位素的关系图

3.3 地热系统中汽-液分离过程对硼及同位素组成的影响

高温地热系统热流体由深部热储层向浅部热储层运移或近地表排泄时，因温度、压力变化导致热流体发生沸腾和汽-液分离，这个过程中产生的硼同位素分馏问题是地热工作者关注的热点。

Leeman et al.[45]研究了3个热田热液卤水和蒸汽冷凝水的硼同位素，结果表明，在较低温度下汽-液相分离过程可以引起较小但是不可忽略的硼同位素分馏，其中，汽相中富集11B；在温度大于300～400℃时这一分馏效应可以忽略。然而，在开放的地热系统内持续的蒸汽损失会导致这一硼同位素分馏效应的显著增加。在对羊八井地热田蒸汽比例与硼同位素组成关系的研究中发现，随着地热水中蒸汽比例的增加，热水中硼同位素偏负，说明汽-液分离过程中，羊八井热流体硼同位素组成发生相应的变化（图3）[3]。然而，热储温度对汽-液分离过程中硼同位素分馏存在影响。Kasemann et al.[49]认为温度大于150℃时，沸腾过程中汽-液分离所引起硼同位素组成的变化不会超过3‰。羊八井地热田热储温度介于166~255℃，其深部热流体与地表热流体硼同位素组成差值小于0.9‰，说明热流体运移至地表出露时，汽-液分离引起硼同位素组成值变化不大，这可能与热水运移途径和通道有关，毕竟地热井便于热水快速运动至地表。

3.4 示踪热尾水排放引起的水环境中硼的污染

地热流体常含有较高浓度的硼，热尾水的任意排放必将引起地表水和地下冷水的硼污染。Armienta et al.[50]研究了墨西哥洛普列托灌溉区地下水质量，发现灌溉区地下水中硼浓度较高，超过灌溉水的标准，其主要受到附近地热水的影响。Gemici 和Tarcan[51]发现，含硼浓度较高热水（1.0mg/L～63mg/L）的排放引起了土耳其Anatollia西部农业灌溉区地下水和地表水的污染，建议采取相应的热水回灌来避免这样的水环境问题。含硼浓度较高热水的排放同样引起了土耳其门德列斯盆地地下水和灌溉水的硼污染，导致土壤中硼的累积和农作物产量下降[52]。Pennisi et al.[21]通研究硼同位素和锶同位素，发现意大利托斯卡纳区切奇纳河含水层地下水受到富硼热水的污染，相应的变化趋势可从δ11B值与B含量的关系图中清晰看出。Guo et al.[11]对羊八井地热田地热尾水排放引起藏布曲河水硼污染的问题开展了研究，并建立了从地热尾水排放点到河流下游任意点之间河水硼浓度变化的线性方程，进而推演河水中硼浓度变化趋势。Yuan et al.[3]对羊八井地热田发电站排放的热尾水、藏布曲上、中、下游河水中硼含量和硼同位素组成进行了初步分析，发现藏布曲河水季节变化、河床沉积物及外部汇入的河水、溪水共同影响其硼同位素特征。

郎赟超等[53]对硼污染地下水的硼含量和硼同位素变化特点进行了研究，并绘制了相应的混合双曲线以判断硼污染地下水硼的来源及相应的水化学过程，该方法是否适合示踪地热尾水排放引起的水环境污染值得后期研究。

4 问题和建议

当前，国内硼同位素地球化学主要应用于研究矿床成因，盐湖演化，古气候和古环境重建，示踪地下水污染等领域。虽已开展了部分硼同位素在地热研究中的应用，但仅仅集中于滇藏地热带，且这些数据普遍比较零散而缺乏系统性，对硼元素物质来源的认识笼统，对硼元素在地热系统中的迁移和富集过程认识仍比较粗燥。今后，硼同位素地球化学除用于高温地热系统流体来源的研究外，还应对中-低温热水硼来源及其物源特征开展研究。此外，热流体中硼常携带深源物质信息，对构造活动，尤其地震构造、断裂活化的研究具有重要指示意义，此方面的研究值得尝试。

[1] Xiao J, Xiao Y K, Jin Z D, et al. Boron isotope variations and its geochemical application in nature[J]. Australian Journal of Earth Sciences, 2013，60(4): 431-447.

[2] Bast R, Scherer E E, Mezger K, et al. Boron isotopes in tourmaline as a tracer of metasomatic processes in the Bamble sector of Southern Norway[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology，2014，168(4): 1069.

[3] Yuan J F, Guo Q H, Wang Y X. Geochemical behaviors of boron and its isotopes in aqueous environment of the Yangbajing and Yangyi geothermal fields, Tibet, China[J]. Journal of Geochemical Exploration，2014，140: 11-22.

[4] Widory D, Petelet-Giraud E, Negrel P, et al. Tracking the sources of nitrate in groundwater using coupled nitrogen and boron isotopes: A synthesis[J]. Environmental Science & Technology, 2005，39(2): 539-548.

[5] Zhao Z Q, Liu C Q. Anthropogenic inputs of boron into urban atmosphere: Evidence from boron isotopes of precipitations in Guiyang City, China[J]. Atmospheric Environment, 2010，44(34): 4165-4171.

[6] Chao H C, You C F, Wang B S, et al. Boron isotopic composition of mud volcano fluids: Implications for fluid migration in shallow subduction zones[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2011，305(1-2): 32-44.

[7] Marschal H R, Jiang S Y. Tourmaline Isotopes: No Element Left Behind[J]. Elements, 2011，7(5): 313-319.

[8] Ruhl L S, Dwyer G S, Hsu-Kim S H, et al. Vengosh, Boron and Strontium Isotopic Characterization of Coal Combustion Residuals: Validation of New Environmental Tracers[J]. Environmental Science & Technology, 2014，48(24): 14790-14798.

[9] Wei H Z, Jiang S Y, Tan H B, et al. Boron isotope geochemistry of salt sediments from the Dongtai salt lake in Qaidam Basin: Boron budget and sources[J]. Chemical Geology, 2014，380: 74-83.

[10] Wei H Z, Lei F, Jiang S Y, et al. Implication of boron isotope geochemistry for the pedogenic environments in loess and paleosol sequences of central China[J]. Quaternary Research, 2015，83(1): 243-255.

[11] Guo Q H, Wang Y X, Liu W. B, As, and F contamination of river water due to wastewater discharge of the Yangbajing geothermal power plant, Tibet, China[J]. Environmental Geology, 2008，56(1): 197-205.

[12] Savov I P, Leeman W P, Lee C T, et al. Boron isotopic variations in NW USA rhyolites: Yellowstone, Snake River Plain, Eastern Oregon[J]. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2009，188(1-3): 162-172.

[13] Reyes A G, Trompetter W J. Hydrothermal water–rock interaction and the redistribution of Li, B and Cl in the Taupo Volcanic Zone, New Zealand[J]. Chemical Geology, 2012，314–317: 96-112.

[14] Zeng Z G, Wang X Y, Chen C T et al. Boron isotope compositions of fluids and plumes from the Kueishantao hydrothermal field off northeastern Taiwan: Implications for fluid origin and hydrothermal processes[J]. Marine Chemistry, 2013，157: 59-66.

[15] Lu H Y. Hydrochemistry and boron isotopes as natural tracers in the study of groundwaters from North Chianan Plain, Taiwan[J]. Isotopes in Environmental and Health Studies, 2014，50(1): 18-32.

[16] Guo Q H, Nordstrom D K, McCleskey R B. Towards understanding the puzzling lack of acid geothermal springs in Tibet (China): Insight from a comparison with Yellowstone (USA) and some active volcanic hydrothermal systems[J]. Journal of Volcanology and Geothermal Research，2014a，288: 94-104.

[17] Guo Q H, Liu M L, Li J X, et al. Acid hot springs discharged from the Rehai hydrothermal system of the Tengchong volcanic area (China): formed via magmatic fluid absorption or geothermal steam heating[J]. Bulletin of Volcanology, 2014b，76(10): 868.

[18] Barth S. Boron isotope variations in nature-a synthesis[J]. Geologische Rundschau, 1993，82(4): 640-651.

[19] Schwarcz H P, Agyei E K, McMullen C C. Boron isotopic fractionation during clay adsorption from sea-water[J]. Earth and Planetary Science Letters，1969，6(1): 1-5.

[20] Rose E F, Chaussidon M, France-Lanord C. Fractionation of boron isotopes during erosion processes: the example of Himalayan rivers[J]. Geochimica Et Cosmochimica Acta,，2000，64(3): 397-408.

[21] Pennisi M, Gonfiantini R, Grassi S, et al. The utilization of boron and strontium isotopes for the assessment of boron contamination of the Cecina River alluvial aquifer (central-western Tuscany, Italy)[J]. Applied Geochemistry, 2006，21(4): 643-655.

[22] Louvat P, Gaillardet J, Paris G, et al. Boron isotope ratios of surface waters in Guadeloupe, Lesser Antilles[J]. Applied Geochemistry, 2011，26: S76-S79.

[23] Lemarchand D, Gaillardet J, Lewin E, et al. The influence of rivers on marine boron isotopes and implications for reconstructing past ocean Ph[J]. Nature, 2000，408(1): 951-954.

[24] Mather J D, Porteous N C. The geochemistry of boron and its isotopes in groundwaters from marine and non-marine sandstone aquifers[J]. Applied Geochemistry, 2001，16(7-8): 821-834.

[25] Vengosh A, Chivas A R, Starinsky A, et al. Chemical and boron isotope compositions of non-marine brines from the Qaidam Basin, Qinghai, China[J]. Chemical Geology, 1996，120(1-2): 135-154.

[26] Vengosh A, Chivas A R, McCulloch M T et al. Boron isotope geochemistry of Australian salt lakes[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1991a，55(9): 2591-2606.

[27] Vengosh A, Starinsky A, Kolodny Y et al. Boron isotope geochemistry as a tracer for the evolution of brines and associated hot springs from the Dead Sea, Israel[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta，1991b，55(6): 1689-1695.

[28] Xiao Y K, Dapeng K S, Wang Y H, et al. Boron isotopic compositions of brine, sediments, and source water in Da Qaidam Lake, Qinghai, China[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1992，56(4): 1561-1568.

[29] Pennisi M, Leeman W P, Tonarini S, et al. Boron, Sr, O, and H isotope geochemistry of groundwaters from Mt. Etna (Sicily)--hydrologic implications[J]. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 2000，64(6): 961-974.

[30] Leybourne M I, Goodfellow W D. Br/Cl ratios and O, H, C, and B isotopic constraints on the origin of saline waters from eastern Canada[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2007，71(9): 2209-2223.

[31] Morell I, Pulido-Bosch A, Sanchez-Martos F, et al. Characterization of the Salinisation Processes in Aquifers Using Boron Isotopes; Application to South-Eastern Spain[J]. Water Air Soil Pollut, 2008，187: 65-80.

[32] Cary L, Casanova J, Gaaloul N, et al. Combining boron isotopes and carbamazepine to trace sewage in salinized groundwater: A case study in Cap Bon, Tunisia[J]. Applied Geochemistry, 2013，34: 126-139.

[33] Forcada E G, Evangelista I M. Contributions of boron isotopes to understanding the hydrogeochemistry of the coastal detritic aquifer of Castellon Plain, Spain[J]. Hydrogeology Journal, 2008，16(3): 547-557.

[34] Kloppmann W, Negrel P H, Casanova J,et al. Halite dissolution derived brines in the vicinity of a Permian salt dome (N German Basin). Evidence from boron, strontium, oxygen, and hydrogen isotopes[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2001，65: 4087-4101.

[35] Aggarwal J K, Sheppard D, Mezger K, et al. Precise and accurate determination of boron isotope ratios by multiple collector ICP-MS: origin of boron in the Ngawha geothermal system, New Zealand[J]. Chemical Geology, 2003，199(3-4): 331-342.

[36] Millot R, Hegan A, Négrel P. Geothermal waters from the Taupo Volcanic Zone, New Zealand: Li, B and Sr isotopes characterization[J]. Applied Geochemistry, 2012，27(3): 677-688.

[37] Palmer M R, Sturchio N C. The Boron Isotope Systematics of the Yellowstone-National-Park (Wyoming) Hydrothermal System-a Reconnaissance[J]. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 1990，54(10): 2811-2815.

[38] Aggarwal J K, Palmer M R, Bullen T D et al. The boron isotope systematics of Icelandic geothermal waters: 1. Meteoric water charged systems. Geochimica et Cosmochimica Acta[J], 2000，64(4): 579-585.

[39] Oi T, Ikeda K, Nakano M et al. Boron isotope geochemistry of hot spring waters in Ibusuki and adjacent areas, Kagoshima, Japan[J]. Geochemical Journal, 1996，30(5): 273-287.

[40] Musashi M. Regional Variation in the Boron Isotopic Composition of Hot-Spring Waters from Central Japan[J]. Geochemical Journal,，1988，22(5): 205-214.

[41] Vengosh A, Starinsky A, Kolodny Y et al. Boron isotope geochemistry of thermal springs from the northern Rift Valley, Israel[J]. Journal of Hydrology, 1994，162(1-2): 155-169.

[42]郎贇超，刘丛强，赵志琦. 硼及其同位素对水体污染物的示踪研究.地学前缘[J]，2002，9(4)：409-415.

[43] Lu Y Y, Zheng M P, Zhao P. Geochemical processes and origin of boron isotopes in geothermal water in the Yunnan-Tibet geothermal zone[J]. Science China-Earth Sciences, 2014，57(12): 2934-2944.

[44] Takao O, Junko O, Tomoko O. Boron isotopic compositions of Shimogamo hot springs, Izu, Japan[J]. Geochemical Journal, 1993，27(3): 147-154.

[45] Leeman W P, Tonarini S, Pennisi M, et al. Boron isotopic variations in fumarolic condensates and thermal waters from Vulcano Island, Italy: Implications for evolution of volcanic fluids[J]. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 2005，69: 143-163.

[46]吕苑苑，赵平，许荣华，等. 西藏羊八井地热田硼同位素地球化学特征初步研究[J]. 地质科学，2012，47(1): 251-264.

[47]吕苑苑，郑绵平，赵平，等. 滇藏地热带地热水硼同位素地球化学过程及其物源示踪[J]. 中国科学：地球科学，2014，44(9):1968-1979.

[48] Musashi M, Oi T, Ossaka T, et al. Natural Boron Isotope Fractionation between Hot-Spring Water and Rock in Direct Contact[J]. Isotopenpraxis, 1991，27(4): 163-166.

[49] Kasemann S A, Meixner A, Erzinger J, et al. Boron isotope composition of geothermal fluids and borate minerals from salar deposits (central Andes/NW Argentina)[J]. Journal of South American Earth Sciences, 2004，16(8): 685-697.

[50] Armienta M A, Rodriguez R, Ceniceros N, et al. Groundwater quality and geothermal energy. The case of Cerro Prieto Geothermal Field, México[J]. Renewable Energy, 2014，63: 236-254.

[51] Gemici U, Tarcan G. Distribution of boron in thermal waters of western Anatolia, Turkey, and examples of their environmental impacts[J]. Environmental Geology, 2002，43(1-2): 87-98.

[52] Koç C. Effects on Environment and Agriculture of Geothermal Wastewater and Boron Pollution in Great Menderes Basin[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2007，125(1): 377-388.

[53]郎赟超. 卡斯特地下水文系统物质循环的地球化学特征-以贵阳市和遵义市为例[D]. 贵阳：中国科学院研究生院(地球化学研究所)，2005，14-21.

The Application of Boron and Its Isotopic Geochemistry to the Study of Geothermal Process

YUAN Jian-fei DENG Guo-shi ZHENG Wan-mo

(Chengdu Center, China Geological Survey, Chengdu 610081)

δ11B value may be used for determining the origin of boron, distinguishing water-rock interaction, identifying the separation between water and vapor phases and tracing geothermal wastewater pollution. This paper deals with advances and problems in the application of boron and its isotopic geochemistry to the study of geothermal process.

boron isotopic composition; geothermal fluid; water-rock interaction; application

2017-05-12

袁建飞（1983-），男，云南人，工程师，主要从事水文地质和地热流体水文地球化学的研究

P529

A

1006-0995（2017）04-0686-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.037