【研究目的】地热流体气体组分及同位素特征可判别地热流体来源,追溯其热源成因机制。【研究方法】在地热地质构造、地热流体气体及同位素地球化学特征分析的基础上,利用溶解性气体组分及同位素地球化学特征对气体的来源进行分析,进而采用壳幔二元混合模型、大地热流和热储法计算了地热流体壳幔源贡献比率、大地热流值及地热资源量;最后结合构造、水源、热源及热源成因模式概括了张掖盆地的地热系统类型。【研究结果】结果表明,地热气体中富含N₂和He,He主要来源于地壳,含有少量地幔He加入;N₂/Ar比值74~259,高于大气中N₂/Ar比值84,可认为N₂为非大气成因;Ne、Ar来源于大气,且大气降水参与了地热流体的形成过程。研究区大地热流值在43.18~61.07 mW/m²之间(均值为50.55 mW/m²),地幔热流为15.05~21.28 mW/m²,地壳热流为28.13~39.79mW/m²,热储壳幔热流比例(q_c/q_m)为1.71~1.87,岩石放射性生热率为1.56~2.21 μW/m²。地热资源总量为21.76×10¹⁶kJ,地热流体可开采量为0.68×10⁸ m³/a,地热流体可开采热量为16.08×10¹³ kJ/a,相当于54.88×10⁴t标准煤。完全回灌条件下,地热流体可开采量为9.16×10⁸ m³/a,地热流体可开采热量为21.83×10¹³ kJ/a,相当于74.47×10⁵t标准煤。【结论】张掖盆地地热结构以壳源热源为主,具有“热壳冷幔”特征,热源为大地热流面状传导聚热。区内大地热流分布受断裂构造和地貌地势等因素控制,整体上表现为东南高、西北低,局部圈闭的特点,且在坳陷中心形成高热流值区。研究区地热热储物性好,温度较高,地热资源量丰富,开采潜力巨大。在水源及其补给、热源及其聚集机制共同驱动下,盆地砂岩热储地热田成矿模式命名为沉积盆地封闭型-大地热流传导-层状型地热系统。