He是最轻的稀有气体元素，由³He和⁴He两个稳定同位素组成。地球的³He主要来源于其最初形成时的太阳星云物质，目前主要赋存于地幔中；而⁴He主要由U-Th放射性衰变产生, 在地壳中相对富集。从物质循环角度来说，He主要通过火山系统和深大断裂带从地球内部向外释放，因此被认为是地球脱气作用的理想“参照物”。前人已成功地利用He通量和CO₂/³He比值观测结果，估算了全球洋中脊、大洋俯冲带等构造背景的CO₂释放通量，加深了对板块构造体制下深部碳循环的理解。由于大陆地区通常具有较厚的地壳和较高的U-Th含量，一般认为地幔He在大陆地区的释放通量显著低于大洋地区。然而，大量研究表明，大陆地区的新生代火山和构造活动有利于地幔He的强烈释放，典型地区包括：黄石公园火山、尼奥斯火山湖以及圣安德烈斯断裂带等。那么，新生代时期火山与构造运动强烈的大陆碰撞地区具有怎样的地幔He释放通量？这一问题长期以来没有得到定量约束和深入研究。

　　在此背景下，天津大学与中国地震局地震预测研究所、中国科学院西北生态环境资源研究院、日本东京大学和高知大学等国内外科研机构的合作者，聚焦青藏高原东南部思茅地块的第四纪火山区与活动断裂带，在温泉气体成分和He同位素组成测试的基础上，利用幔源流体的稳态传输模型，首次定量估算了大陆碰撞地区的水热气体³He和⁴He释放通量，并区分了其中地幔He和地壳He所占的比例，进而评价了火山和构造活动对深源He释放的控制作用。结果表明：

　　（1）宁洱和通关第四纪火山区附近的温泉具有较高的³He/⁴He比值，最高值7.24 Ra（空气的³He/⁴He比值为1 Ra）与对流上地幔的参考值8 ± 1 Ra一致，并且超过了目前已正式报道的中国大陆其他地区的水热气体³He/⁴He比值，包括长白山、腾冲等活火山地区。³He和⁴He通量分别为 (0.15−32) × 10⁵和 (3.2−32) × 10¹⁰atoms m⁻²s⁻¹，落入全球火山成因He释放通量范围内（图1）。其中，⁴He通量中的地幔He占比达到稳定大陆地区地幔⁴He通量的100−1000倍以上；³He通量也达到了稳定大陆地区的数十至数百倍。结合地球物理观测所揭示的地壳低速高导体和火山地质特征，研究认为第四纪火山地下深部的幔源岩浆补给可能是地幔He强烈释放的主要原因，而活动断裂带为幔源流体释放提供了有利通道（图2）。

　　（2）本研究以哀牢山-红河剪切带内的元江温泉作为非火山活动区的代表，其³He/⁴He比值为0.03−0.05 Ra，具有显著的地壳He贡献特征。计算结果显示，元江温泉³He和⁴He通量分别为 2.3 × 10³和 4.2 × 10¹³atoms m⁻²s⁻¹，与全球构造成因He释放通量范围一致。上述结果建立在地壳岩石⁴He原位生成和稳态释放的基础上，显著低于Teggau Lake和Green Lake等前寒武稳定克拉通地区的地壳He通量（图1）。考虑到青藏高原及其周边地区强烈的构造活动，推测大陆碰撞动力学过程可能对地壳⁴He释放起到一定的促进作用。

图1 思茅地块水热气体He释放通量与流体上升速率计算结果

图2 思茅地块火山与构造活动导致的深源He释放模式图

　　上述研究为后续开展青藏高原大陆碰撞带及其周边地区深部CO₂释放通量提供了定量约束条件和理论依据。研究工作受到国家自然科学基金（42072327、41930642）、科技部重点研发计划项目（2020YFA0607700）、中国地震科学实验场项目（2019CSES0104）等联合资助。

　　文章信息：

        Zhang, M., Liu, W., Guan, L., Takahata, N., Sano, Y., Li, Y., Zhou, X., Chen, Z., Cao, C., Zhang, L., Lang, Y.-C., Liu, C.-Q., Xu, S., 2022. First Estimates of Hydrothermal Helium Fluxes in Continental Collision Settings: Insights from the Southeast Tibetan Plateau Margin. Geophysical Research Letters 49, e2022GL098228.

　　全文链接：https://doi.org/10.1029/2022GL098228