粤港澳大湾区地下热水地球化学特征及其热储含义

粤港澳大湾区地热资源丰富, 但人们对区内地下热水地球化学特征的认识还存在一定争议。本文对27组地下热样品的水化学分析表明, 研究区内陆地热水的水化学相主要为重碳酸盐型, 沿海地热水则主要呈氯离子型。地热水的δ2H和δ18O值分别为–30‰ ~ –48‰和–5.2‰ ~ –7.5‰。内陆地热水的δ2H和δ18O值沿当地大气降水线(LMWL)分布, 表明内陆地热水来源于当地大气降水补给。沿海地热水的δ18O值偏离当地大气降水线并向海水数据点靠拢, 沿海地热水的δ18O值与Cl–含量呈强正相关, 表明沿海地热流体源于当地大气降水和海水混合补给。经典地球化学温标、多矿物平衡状态模拟、硬石膏-玉髓矿物对饱和指数模拟以及硅-焓混合模型揭示的粤港澳大湾区地热系统热储温度为104~156 ℃。内陆地热水中的地下冷水的混入比例为52%~84%, 沿海地热水中海水的混入比例高达37%。内陆和沿海地热水的最大循环深度分别为3300~4800 m和3200~4200 m, 没有显著差别。水化学组成与氢氧同位素研究均表明, 水岩反应和混合作用共同控制着研究区地下热水的地球化学特征。     

运用H、O同位素资料分析地下热水的补给来源——以鲁西北阳谷-齐河凸起为例

通过对阳谷-齐河凸起地下热水的化学成分、同位素及其地热地质条件的分析,对这一地区的地下热水的补给来源进行了研究。本区地下热水的δD为-65‰～-80.67‰,δ18O为-9.2‰～-10.2‰,均分布在全球雨水线的附近,说明该区地下热水主要为大气降水成因。济南北地热田地下热水的补给高程为256m,此范围大致相当于济南南部山区及其以南的泰山北麓;聊城东地热田地下热水的补给高程为411m,此范围大致相当于泰山山脉及其周边的中山区。聊城东地热田地下热水的2H过量参数d明显低于济南北地热田,说明聊城东地热田地下热水的补给区比后者更远。     

福州地下热水赋存规律地球化学特征及其热储模式

本文阐述了福州地下热水的赋存规律;地球化学特征,并从地球化学角度来论述福州地下热水的成因及其热储模式。通过氢氧稳定同位素的研究,建立了福州地区的雨水线,其线性方程为:δD(‰)=8.8δ18O(‰)+18.1,并论证福州地下热水的成因是由大气降水补给,经深循环加热形成的,其循环深度约3500米。通过地球化学温标计算,认为热储温度最高只能在150℃左右。根据放射性同位素氘分析成果计算,确定福州地下热水形成时间在40年以上。同时在综合资料的基础上,建立了福州地热田的热储模式。     

江陵凹陷古新世盐湖沉积碳酸盐碳氧同位素组成及其环境意义

江陵凹陷位于江汉裂谷盆地西部, 古新世是该区富钾卤水形成的主要时期, 研究该时期古气候的演化, 对下一步找钾有重要的理论和实际意义。古新统沙市组和新沟嘴组湖相碳酸盐岩分析结果显示, 沙市组沉积碳酸盐岩δ13CPDB值介于–4.8‰ ~ –1.0‰之间, 平均值为–3.4‰; δ18OPDB值介于–5.6‰ ~ –0.6‰之间, 平均值为–3.3‰; 新沟嘴组碳酸盐岩δ13CPDB值介于–10.8‰ ~ –8.8‰之间, 平均值为–9.3‰; δ18OPDB值介于–10.2‰ ~ –6.7‰之间, 平均值为–8.6‰。沙市组碳酸盐岩样品的δ13CPDB和δ18OPDB之间具有良好的正相关性, 表明它们发育在蒸发作用明显的相对封闭的咸水湖泊体系中; 而新沟嘴组δ13CPDB和δ18OPDB之间相关性差, 指示该时期是水体滞留时间较短的开放型湖泊系统。碳氧同位素, Sr/Ba值和Mg/Ca值均说明沙市组沉积时期古盐度和蒸发/降雨大于新沟嘴组沉积时期; 古新世的岩相古地理演化说明了沙市组沉积时期古湖水面小于新沟嘴组沉积时期。江陵凹陷古新统湖泊沉积碳酸盐碳氧同位素组成的变化指示了区域古气候条件由沙市期的干热向新沟嘴期的湿润转变。显示古新统沙市组到新沟嘴组江陵凹陷古气候格局发生了重大变化, 这一变化对于沙市组时期古盐湖演化和成钾十分有利。     

漳州盆地水热系统的氢氧稳定同位素研究

本文对我国东南沿海地区温度最高的典型花岗岩裂隙热水盆地——漳州盆地水热系统的地下热水及各类相关的其它类型天然水的氢氧稳定同位素(δD和δ~(18)O)特征进行了研究。对漳州地区的大气降水线、地下热水起源、地下热水的补给源(区)以及影响地下热水同位素成分的形成与演化的海水与大气降水的混合等地球化学作用问题进行讨论。     

四川屏山灯盏窝温泉地球化学特征及成因

对屏山灯盏窝地热水和地下水的化学和同位素分析表明:灯盏窝地热井揭露的两个热储层,三叠系雷口坡组热储埋深623~1 111m,水温39.4℃,TDS含量为15 800mg/l,水化学类型为Cl·SO4-Na型;二叠系栖霞茅口组热储埋深2 040~2 618m,水温78.3℃,TDS含量为450mg/l,水化学类型HCO_3~--Cl·Ca-Na型。雷口坡地热水的δD为-47.5‰,δ~(18)O为-7.7‰,是大气降水与沉积水混合形成;栖霞茅口组热水δD为-64.8‰,δ~(18)O为-10.9‰,来源于大气降水。热水与地下冷水水化学、同位素组成有较大差异,说明经历了比冷水更长的循环深度和不同的成因,深部热水的补给与附近泉水、地表水和金沙江水关系不大,灯盏窝热水发育受五角堡-楼东背斜核、糖房湾穹隆构造控制,该区地热水具有较高的开采利用潜力。     

持续蒸发与补给蒸发过程中水体咸化及同位素分馏的实验研究

蒸发浓缩作用是引起水体咸化的重要原因。利用华北浅层地下水样,设计持续蒸发和补给蒸发两种实验方案,探讨不同蒸发过程中水化学和同位素的演化差异。结果表明,持续蒸发过程中水体盐分浓缩速率明显大于补给蒸发;Ca~(2+)和HCO_3~-在两种蒸发实验下出现分离,主要受方解石沉淀影响,Mg~(2+)、Na~+、K~+、Cl~–和SO_4~(2-)含量随着盐度的升高而增加,在两种蒸发实验中无差异。蒸发过程中,氢氧同位素逐渐富集,与剩余水比例呈指数关系,与阴阳离子呈两段式线性关系。持续蒸发过程中氢氧同位素随着盐分(电导率)的升高逐渐富集,δ~(18)O最大值达20.81‰,蒸发线方程为δD=4.11δ~(18)O–25.23;而补给蒸发过程中,随着盐分(电导率)的增加氢氧同位素富集缓慢,后期相对稳定,δ~(18)O最大值为2.9‰,蒸发线方程为δD=3.41δ~(18)O–28.2。两种实验方案结果说明氢氧同位素在水相的富集不成比例,氢同位素在蒸发过程中富集速率大于氧同位素。     

西藏尼木—那曲地热流体成因及幔源流体贡献

研究区位于尼木—那曲高温地热带,处在当雄—羊八井—多庆错活动构造带的中北段,本次选取11个未开发的地热田,收集并采集区内地热流体数据,与羊八井深、浅部热储进行对比研究,对完善区内高温地热系统成因机理,为后期勘探及钻探提供重要的参考意义。从水化学数据分析,高温地下热水主要为Cl-Na、Cl·HCO3-Na水,中低温地下热水主要为HCO3-Na水,地下热水中Li、F、SiO2、HBO2与Cl大体上存在正相关关系,显示可能有岩浆水的混入;从氢氧同位素数据分析,地下热水主要为大气降水补给,在董翁、宁中高温地热田发生轻微的氧-18漂移,谷露地热田氧-18漂移较其他地热田明显,宁中、谷露及罗玛地下热水中氚含量小于1TU,主要是次现代水的补给,月腊处氚含量为8.4TU,推断主要为现代水的补给,其他地热田地下热水推测是次现代和最近补给之间的混合;地热气体以CO2和N2为主,二者呈现良好的负相关,从CO2气体碳同位素、He同位素比值及综合指标分析,气体来源主要为壳源,在宁中及玉寨地热田,R/Ra值大于1,存在明显的幔源物质释放现象,幔源He所占比例为2.73%~30.93%。概括区内典型高温地热田的成因模式,为后期地热田深入研究及开发利用提供重要的科学依据。     

西藏日喀则市查孜地热田水化学及同位素特征研究

查孜地热田位于青藏高原西南部。通过野外地质调查及地热钻孔揭露,发现该地热田具有较好的地热资源开发潜力。对该地热田地下热水的水文地球化学及同位素特征开展研究,发现地下热水为HCO₃-Na型; 热水与冷水的离子浓度存在差异,显示二者具有不同的物质来源,但又具有一定的水力联系。热水中的δD和δ¹⁸O同位素特征表明: 该地热田地下热水的主要补给来源为大气降水和冰雪融水,补给海拔为5 652 m以上; 大气降水和冰雪融水下渗并与沿断裂破碎带向上运移的地热流体混合后形成地下热水。断裂破碎带不仅是温泉的主要通道,也是地热流体的储集场所,地热田热水在地下运移滞留至少41 a。据SiO₂地热温标估算得出,该区地下热储温度为148.18 ~153.49 ℃,天然放热量为2 264.33×10¹² J/a。     

四川康定地热田地下热水成因研究

康定地热田位于四川盆地西缘山地和青藏高原的过渡地带,属于高热流背景上的深循环高温地热系统。本文以康定地热田地下热水为研究对象,通过采集地热田内的主要两个热显示区(榆林河和雅拉河地区)的温泉和地热井的地下热水样,进行水化学和稳定同位素测试分析,研究其地下热水的补给来源和热储温度。雅拉河地下热水的水化学类型主要为HCO_3-Na型水,榆林河地下热水的水化学类型主要为HCO_3·Cl-Na型水,均显示了深部地下热水沿断裂上涌与浅部冷水混合的特点。根据地下热水同位素的结果分析计算,康定地热田地下热水的起源均来自大气降水,雅拉河地下热水的补给高程为5 600~5 900 m,榆林河地下热水的补给高程为5 300~6 300 m,来源于南部的贡嘎山的可能性较大。榆林河地下热水具有明显的氧-18漂移现象,其原因为较高的热储温度,二氧化硅温标和阳离子温标的结果证明了这个判断,雅拉河地下热水的热储温度为172~188℃,榆林河地下热水的热储温度为192~288℃。     

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%。