喜马拉雅山南地区地热水和钙华地球化学特征与成因机制

喜马拉雅山南地区拥有丰富的地热资源。开展地热水和钙华成因机制的研究,有助于了解地热资源特征和古气候变迁信息,对丰富山南地热资源的系统性研究和青藏高原气候环境变化研究均具有重要理论意义。本文以喜马拉雅东段山南地区的邛多江、古堆和曲卓木的三个温泉为研究对象,通过采集温泉地热水和钙华数据,综合分析了地热水水-岩作用特征、热储温度估算、补给来源追溯和温泉钙华的成因类型、形成年代、古气候意义等。结果表明：邛多江温泉的水化学类型为HCO₃·Cl-Na·Ca型;古堆日若沸泉的水化学类型为HCO₃·SO₄-Ca·Na型;古堆茶卡沸泉的水化学类型为Cl-Na型;曲卓木热泉的水化学类型为Cl·SO₄-Na·Ca型。温泉地热水中的阴阳离子来源主要是硅酸盐岩的溶解以及部分碳酸盐岩和盐岩的溶解。由于温泉地热水均未达到水-岩平衡状态,利用石英地热温标得出浅部热储温度为129～148℃,利用硅-焓图解得出深部热储温度和冷水混合比例为181～221℃和58%～65%;氢氧同位素显示地热水补给高程为4467～5303 m。在山南地区,地热水受到高海拔大气降水和冰雪融水的补给,通过主要断裂构造运移到深部加热并在高温高压下沿着裂隙、节理上升,然后与浅层冷水混合,最后沿浅部地表松散破碎带出露形成温泉。温泉钙华CaO占比43.43%～56.66%,且显示出轻稀土元素富集的特点;δ¹³C指示温泉钙华为热成因,钙华中的碳主要来自于深部碳酸盐岩的变质成因,仅古堆日若沸泉有部分地幔碳;¹⁴C测年显示钙华的年龄为21280±70～43500年,Mg/Ca、Mg/Sr比值指示降雨量在43.50 ka年由峰值迅速减弱,并在42 ka～21.28 ka年期间降雨量又逐渐增强。     

章丘北部地区地热流体水文地球化学特征及成因

济南市章丘北部地区发育有厚度巨大的晚古生代至新生代沉积地层,断裂构造和岩浆岩也较为发育,区内地热资源丰富,目前有地热井3口,均位于断裂带附近。文章利用水化学和同位素数据,分析区内地热流体的水化学特征、水-岩作用过程、补给来源、形成年龄,估算补给区高程、热储温度、热水循环深度。结果表明：研究区地热流体水化学类型为Cl·SO₄-Na·Ca型或SO₄·Cl-Ca·Na型;水化学组分主要来源于水-岩溶解作用,且具有相似的水文地球化学过程;大气降水补给,补给区高程为+563～+616 m,¹⁴C表观年龄在5.55～29.71 ka之间,均是现代水与古水的混合水;利用玉髓温标计算的热储温度为41.9～52.4℃,相应循环深度为622～1 565 m;研究区为深循环-弱开放型岩溶热储,其地热水经深循环加热而形成,形成和富集受断裂构造控制明显,其为层状兼带状热储,属中低温地热资源。     

色达—松潘断块温泉水文地球化学特征及成因分析

为查明色达—松潘断块地热资源赋存状态及热源来源,以四川黑水县内3处温泉(热水塘、上达古、卡龙沟)为研究对象,采集温泉水样进行水化学分析和同位素测试,研究地热水的补给来源和热储温度。研究结果显示,热水塘温泉的地下水化学类型为HCO₃-Na型,上达古温泉和卡龙沟温泉的地下水化学类型为HCO₃-Ca型,补给水源主要为大气降水,补给高程分别为5 121 m、3 890 m、3 921 m。结合矿物饱和指数,采用SiO₂地热温标计算3处温泉的热储温度,分别为119.036 ℃、49.034 ℃、30.215 ℃。综合分析认为研究区地下热水的成因主要为大气降水经高山补给区入渗至储集层,吸取地下深部向上传导的热量和放射性元素衰变释放的热量,并与围岩发生水-岩作用形成地下热水,在断裂发育部位热水沿断裂带向上运移,最后在地表出露形成温泉。     

四川康定市二道桥地区地下热水稳定同位素特征及热储温度计算

为研究四川省康定市二道桥地区地下热水稳定同位素特征和热储温度,对二道桥地区5个温泉(井)即二道桥温泉(SC107、SC107-2)、康巴人家温泉(SC107-3)、自流热水井(SC107-4)、自喷热水井(SC107-5)进行调查和分析。研究区温泉的分布及出露主要受雅拉沟断裂和雅拉河谷控制。温泉水温33.2~46 ℃,为中低温温泉,pH为6~6.5。水样的氢氧稳定同位素特征表明研究区地下热水的补给来源为大气降水。利用氢氧稳定同位素高程效应及温度效应估算区内地下热水补给区高程为3 000~4 500 m,补给区温度为-3.5~-0.3 ℃,表明地下热水有一部分补给源自附近山区的冰雪融水。Na-K-Mg三角图显示研究区热水均为未成熟水,不宜用阳离子地热温标计算热储温度。应用SiO₂地热温标、多矿物饱和指数法以及用固定铝方法对部分温泉多矿物平衡图进行修正,得出研究区地下热水的热储温度为65~75 ℃。研究区温泉在东部跑马山以及西部农戈山附近接受大气降水补给,降水沿着大雪山—农戈山断裂和跑马山断裂下渗,地下水经历深循环,在此过程中获得大地热流加热,最终在雅拉河谷雅拉沟断裂附近出露成泉。     

西藏昌都觉拥温泉水化学特征及热储温度估算

长期以来,西藏昌都觉拥温泉处于天然状态,研究该地热显示区的温泉水化学特征、确定热储温度对于下一步的综合开发利用及热害防治具有重要的现实研究意义。通过采集区内冷水及温泉水样品,进行水化学全分析及氢氧同位素分析,探讨觉拥温泉水化学特征、地下热水补给高程、热储温度及循环深度。基于数据测试结果研究得出觉拥温泉水化学类型与地表水及冷泉水不同,为HCO~-_3—Na~+型,并富含多种微量元素。利用氢氧稳定同位素数据,计算得出补给高程为4725～4802 m。利用Na~+—K~+—Mg~(2+)平衡图判断该区地下热水为未成熟水,并有冷水混入。建立硅—焓、氯—焓混合模型,分析得出觉拥热储温度为137℃左右;综合以上数据计算得出热储深度约为3801 m。     

胶东温泉地热水水化学及同位素特征研究

对胶东半岛出露的14处温泉的水化学特征、同位素特征进行了分析,得出胶东半岛温泉水的来源主要为大气降水补给、海水补给,年龄以现代水为主。胶东半岛温泉水与围岩矿物未达到完全平衡,不适宜用Na,K,Mg地热温标,玉髓的地热温标显示胶东半岛温泉热储温度在81．26～108．93℃之间。对下一步胶东半岛的温泉地热勘查、开发利用具有指导意义。     

贵德盆地地下热水水文地球化学特征

研究工作对完善区内高温地热系统成因机理和后期勘探及钻探工作提供一定的参考意义.为进一步研究贵德盆地地热资源赋存状态及热源来源,在充分了解贵德盆地地热地质条件的基础上,采集区内地热流体样品,进行水化学全分析和氢氧同位素分析,得到该区地热流体化学特征和氢氧同位素特征,估算了区内高温热田-扎仓寺热田的热储温度.分析结果表明:该区高温地下热水的水化学类型主要为SO₄·Cl-Na型,低温水水化学类型较为复杂,主要为SO₄-Na、SO₄·HCO₃-Na型;扎仓寺热田地下热水中Li+、F-、Sr2+、As3+与Cl-存在很好的正相关性,显示了相同的物质来源,SiO₂2-与Cl-极高的正相关性进一步验证了扎仓寺地热为深部热源;氢氧同位素数据都集中在当地大气降水线附近,说明地下热水主要为大气降水补给.选用合理的水文地球化学温标计算了扎仓寺热田的热储温度,并利用硅-焓模型分析了该热田地热流体中冷水混入比例及冷水混入前的热储温度,分析认为扎仓寺热田4 000 m以内存在两个热储层,第一热储层热储温度约为133 °C,热循环深度为1 800 m;第二热储层热储温度约为222 °C,热循环深度约为3 200 m.      

柴北缘大柴旦地区地下热水成因：来自水化学及氢、氧、锶同位素的约束

为探究柴达木盆地北缘的大柴旦地热田的水化学特征及成因模式,本文对研究区14组地下热水进行了水化学组分和同位素(δD,δ¹⁸O,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr,³H)分析。结果表明,大柴旦地下热水出露温度为52～74℃,溶解性总固体浓度(TDS)为959.8～1451.3 mg/L。地下热水的水化学类型为Cl-Na型,区内地下热水的水化学成分主要来源于蒸发岩和硅酸盐矿物的溶解;氢、氧稳定同位素特征表明,大气降水及冰雪融水是地下热水主要补给来源,且部分温泉有岩浆水的补给,估算的补给高程为3591～4374 m。³H测年结果表明,区内地下热水主要由1952年之前的古水补给、蒸发作用和水-岩反应增强导致。XSWQ-06和XSWQ-07样品有明显的氧漂移。基于SiO₂地热温标、多矿物平衡法和硅焓模型估算出的地下热水的热储温度为171～227℃,循环深度为4.7～6.9 km。该地区地热资源具有较大的开发利用潜力。     

由相对地热梯度推断的腾冲火山区现存岩浆囊

为利用温泉来研究和监测腾冲火山区的现今岩浆分布并探讨其活动性，提出相对地热梯度的概念：假设各热田或水热活动区的热储深度相等，则热储温度与地表温泉温度之差为该地相对地热梯度。通过对前人在该地区获得的温泉的基本要素和温泉水化学分析数据分析，选取了159个温泉计算相对地热梯度。用这159个数据，通过克里金插值方法获得了腾冲火山区的相对地热梯度平面分布。结果发现腾冲火山区有3个相对地热梯度在100℃以上的高值区域。结合其他资料，认为腾冲火山区现今存在3个岩浆囊，它们的几何尺度为19～28kin，深度为4～12km或更深，并且目前的活动性各不相同。     

西藏东部阿旺地下热水化学特征及其成因初探

本文基于西藏阿旺乡的地热地质背景, 综合应用野外调查、水文地球化学、环境同位素方法, 初步探究了区内出露地下热水的发育特征及其成因机制。结果表明, 地下热水化学类型为HCO₃-Na型, 这与地下热水在径流过程中与围岩发生溶滤作用和阳离子交互作用有关。氢氧同位素分析显示地下热水补给来源为大气降水, 并伴随有轻微的氧漂移现象, 表明水岩作用较强烈, 热储温度较高。采用同位素方法估算补给高程在4600~4800 m左右, 推测地下热水的补给区为阿旺乡西北部山区。Na-K-Mg三角图判别法和矿物饱和度指数表明地下热水为未成熟水, 其在上升过程中受到了浅表冷水的混合, 冷水混入比为60% ~70%, 采用地球化学温标计算得到的深部热储温度为170~200 ℃, 地下热水循环深度为4500~5300 m。阿旺地区地下热水成因模式为:大气降水自补给区入渗进入深循环, 经大地热流加热形成热水, 热水在地下循环过程中沿断层破碎带上升受到浅循环冷水混合后出露地表形成温泉。     

沧州市区地热地质特征及地热资源开发探讨

沧州市区2000m以内 ,主要为馆陶组热储 ,次为沙河街组和寒武-奥陶系热储 ,本文通过对热储条件的分析及地热资源计算 ,提出该区地热合理开发设想。     

山东省临清坳陷区岩溶热储地热能潜力分析

山东省临清坳陷区内埋藏有巨厚的寒武系—奥陶系碳酸岩地层,是地热开发的有利目标层位。在石油勘探过程中取得的地震解译与钻探成果基础上,综合前人的研究成果,编制了区内新生界平均地温梯度图及奥陶系顶板埋深等值线图,采用地温梯度计算公式估算了奥陶系顶板地层的温度。结合寒武系—奥陶系地层厚度的空间分布情况,以奥陶系顶板处120 ℃作为地热资源量计算分区的起算温度,并以90 ℃作为地热资源利用的下限温度,对地热发电的前景进行了预测。结果表明,区内岩溶热储地热资源开发利用前景广阔,可用于发电的地热资源量为1.27×10¹⁵ MJ,折合电能1.35×10⁵ MW,其中240 ℃高温区的地热资源就能满足区内供电需求。     

盆地地热场模拟在地热资源勘探中的应用

地热资源是一种新型无污染能源,具有极高的开采价值,已经受到世界各国的关注.盆地因其特殊的地质条件,内部往往蕴涵着丰富的地热资源,且具有易开采、利用的特点.但目前地热资源勘探的手段和研究方法单一,制约着地热资源的开采与开发.而盆地地热场模拟技术已经较为成熟,并在油气成藏模拟中广泛应用.我们可以在已有的技术手段下结合盆地地热模拟技术来提高勘探的精度.本文还探讨了以地温控制方程与地下热水水流方程相结合来建立模型,模拟盆地地热资源.     

天津地热资源开发利用现状及可持续开发利用建议

天津是我国地热资源比较丰富、开发利用较早的城市之一,二十世纪九十年代以后开始大规模的将地热资源应用于供暖、洗浴、养殖等方面.目前全市地热供暖面积约1233万m2,是我国利用地热供暖规模最大的城市,并于2011年1月获得“中国温泉之都”荣誉称号.地热资源已经成为天津经济发展和改善城市环境质量不可多得的清洁能源.天津地区的主要热储层均已形成降落漏斗,明化镇组热储层在市区及新四区形成漏斗;大港区形成了本市馆陶组热储层最大的一个漏斗中心;雾迷山组热储层在市区形成了较大的降落漏斗.尽管天津地热资源丰富、开发利用程度较高,但在开发利用过程中存在很多问题,主要有水位年降幅较大,回灌率较低,新近系回灌效果不明显,还存在很多无证开采的现象.针对这些问题,建议相关部门严格控制开采量,时刻关注水位降幅情况,增大回灌力度     

新疆地下热水

新疆地热资源丰富,已发现温泉73处,热汽泉7处和热水井5处,主要分布于阿尔泰山南坡.天山西段和昆仑山北坡等广大地区.本文将地热水分为褶皱山地断裂型和沉降盆地型两大热水区,以中低温热水为主,富含Si、Li、Sr,以硫酸盐和重碳酸、硫酸盐水为主,矿化度一般于1g/1.新疆煤层自燃热能释放形成的热汽泉,最高温度达187℃.为大气型热汽水.     

河北平原地热流体可采量计算方法及岩溶热储分布规律研究

随着能源供需矛盾的加剧,河北省地热资源开发利用呈快速增长态势,对地热流体可采量及其计算方法的研究亟待加深。通过实例,采用热储法、解析法、统计分析法和数值模拟4种方法对河北平原区层状热储地热流体可开采量进行了评价和对比; 分析了岩涪热储及资源现状。研究认为: 热储法和解析法适合勘查程度较低、无地热井或仅有少量地热开采井和产能试验数据的地热田,其计算精度较低; 统计分析法和数值模拟法适用于勘查程度较高、已开发利用多年、具有多年动态监测资料的地热田,计算结果可靠程度较高; 地热流体中岩溶热储具有温度高、易回灌、可持续性好等特点,主要赋存于古生界和中新元古界地层中; 岩溶热储被新生界地层覆盖,有利于储集层的聚热和保温; 在基岩隆起带(古潜山)岩溶裂隙发育,构成深部热水储集层,可形成有重要开发利用价值的地热田,是下一步地热勘查和开发的主要热储类型。     

中国地热资源及其潜力评估

笔者在阐述中国地热资源特征的基础上,针对中国不同类型的地热资源,采用不同的计算方法对浅层地热能、水热型地热资源和干热岩地热资源进行了潜力评估。结果表明,中国287个地级以上重点城市浅层地热能为2.78×1020J,每年浅层地热能可利用资源量为2.89×1012kWh;中国主要平原(盆地)沉积盆地地热资源储量为2.5×1022J,可开采资源量为7.5×1021J;中国温泉区放热量共计1.32×1017J,可采资源为6.6×1017J/年;中国大陆3.0~5.0 km深处干热岩资源总计为2.5×1025J,是中国目前年度能源消耗总量的2.6×105倍。     

济南西北部碳酸盐岩热储浅埋区热异常机理研究

为了探寻济南岩体北部碳酸盐岩热储浅埋地热异常区形成机理,利用地质钻探编录、抽水试验、测温、水质分析测试等手段,对碳酸盐岩浅埋地热异常区地质特征、热储物性特征、地温场特征、水化学特征等进行研究,结果表明：碳酸盐岩浅埋区热储层发育在奥陶纪灰岩地层中,热储层岩溶裂隙发育,热储埋深150~1000m,地热异常区盖层地温梯度为7. 2~11. 5℃/100m,水化学类型为SO4- Ca型,TDS为1. 3~1. 5g/L,地热水中含有对人体有益的微量元素,地热水来源为大气降水,地热水中50年以前入渗的“古水”占主导;明确了热源除正常的地温传导之外,济南岩体阻挡迫使水流深循环加热后上涌,断裂沟通深部热源等也是地热异常区形成的重要因素。     

涿州地热资源及开发利用前景

系统介绍了涿州地区地层,构造,分析了涿州热田地热地质条件,估算了地热（水）资源量,对该区地热能利用提出了建议。     

河北沧县台拱带中、低温地热资源ORC发电与综合梯级利用

京津冀地热资源梯级综合开发利用(献县)科研基地大地构造位置位于华北平原沧县台拱带之献县断凸,利用其地下蓟县系岩溶裂隙热储层热水开展中低温地热发电与综合梯级利用研究。地热发电装机容量280 kW,采用ORC向心透平膨胀技术,系统工质为R245fa。分别于2018年2月4—6日(冬季)、2018年3月6—16日(春季)进行两次试运行,累计发电时长274h,累计发电量36956kWh,平均发电效率9.1%,最高10.4%。发电效率高于我国已有中低温地热发电项目,在目前国际中低温ORC地热发电项目中处于较高水平。试运行期间发电机组整体运行效果较好且运行稳定,冬季地热发电机组运行效果好于春季。科研基地建设完成后,将进行发电、供暖、地热生态园三级利用,按照90～95/25℃的地热水热能潜力,综合发电供暖两级利用计算能源综合利用率将达70%～76%。