关中盆地深层热储流体锶同位素演化及其指示意义

应用Sr含量、87Sr/86Sr比值及热水水化学资料,结合关中盆地地质构造演化对关中盆地腹部深部热储流体的补给起源、路径、成因及混合作用进行研究。结果表明:西北方向为咸礼断阶东南热储流体接受补给的来水方向;咸礼断阶西北水源来水方向为西北部;西安城区补给源有少量来自秦岭北麓,其主要水源来水方向为西部及北部,而长安区热储流体接受来自秦岭北麓正南方向的补给。固市凹陷深层热水封闭性好、水岩反应显著,属残存沉积水;咸礼断阶东南咸阳城区深层热水封闭性较好、水岩反应较为显著,是含残存沉积水的古溶滤水;西安凹陷西安城区热水半封闭,存在一定水岩作用的古溶滤水;长安东大中层-浅层热水开放性好,属混入现代降水的古溶滤水。     

陕西关中盆地中部地下热水H、O同位素交换 及其影响因素

对关中盆地地下热水δ＆18O和8D数据的研究表明：盆地中部西安、咸阳深部的地压地热流体发生明显的δ^18O同位素交换,并出现^2H同位素交换,表明热储流体发生了强烈的水岩反应,盆地周边及中部的非地压地热流体^18O交换则不明显。根据研究区^18O同位素的交换程度（用^2H过量参数d表征）和水化学资料,可将关中盆地热储流体分为循环型和封闭型热储流体2类。地热水埋深越大、滞留时间越长、TDS和温度越高、地质环境越封闭,18^O交换程度就越大。西安和咸阳地下热水分属于不同的地热系统,具有不同的补给来源。     

沉积型和火山型地热流体的同位素水文地球化学对比研究

地热资源按地质构造及成因的不同可划分为火山型及沉积盆地型两种类型。国内外许多学者对沉积型地热系统的同位素水文地球化学研究较多,而火山型地热系统研究不足,且沉积型和火山型地热流体的同位素水文地球化学对比研究还有待进一步深入。文章以关中盆地腹部沉积型地热系统及腾冲火山地热系统为代表,应用同位素水文地球化学方法对不同类型地热流体的地质构造、地热流体起源及成因、热储开放程度等进行系统对比研究,进而揭示其异同之处,为我国不同类型地热资源的可持续开发利用提供科学依据。关中盆地与腾冲热海地热系统在热储空间、构造条件、热源方面均存在较大差异,前者热储更为封闭,热储层更厚,后者热储通道更为畅通,热源更为丰富;腾冲热海地热系统热储温度高,埋藏更浅,热水循环更快,更易于开发利用。关中盆地与腾冲热海地热系统均存在比较明显的δ18O富集现象,关中盆地地热流体滞留时间更长是δ18O富集的主控因素,腾冲较高的热储温度是δ18O富集的主控因素;关中盆地腹部为沉积-半封闭型、封闭型,腾冲热海地热系统为火山-半封闭型;在漫长的地质历史时期,水岩反应的程度是决定热储流体水化学类型的主控因素。     

关中盆地深层地热水~(36)Cl测年研究

前期同位素水文地球化学的研究成果显示,关中盆地深部地下热水存在地质历史时期残余的沉积水,这直接关系到地热水资源的可持续开发利用。为此本文运用~(36)Cl测年法对其深层地下热水的年龄进行尝试性研究。~(36)Cl测年结果表明,关中盆地深层地热水最大的~(36)Cl年龄范围为988.69~1 123.98 ka,不同构造单元、不同热储封闭条件、不同成因类型的地下热水具有不同的~(36)Cl年龄。其中,文热4、渭热4两样点的~(36)Cl年龄分别为988.69~1 123.98 ka、675.69~809.77ka,在一定程度上分别代表了咸礼断阶和固市凹陷深层地热水的赋存年龄,提供了关中盆地残存沉积水的~(36)Cl年龄证据。由于这2个样点的地下热水仍存在一定量的入渗水混入,所以计算年龄小于实际年龄,此~(36)Cl测年结果应视为沉积水的下限年龄,估计关中盆地原始沉积水的年龄至少在百万年以上。     

固市凹陷地下热水水动力条件分析

分析了陕西关中盆地东部固市凹陷地下热水同位素及水文地球化学特征,探讨了研究区地下热水的水动力条件。研究结果表明:固市凹陷从西向东,断层切割越来越深,地下热水的滞留时间越来越长,水交替程度从积极到异常缓慢,水岩反应从不充分到剧烈,赋存环境越来越封闭。固市凹陷西侧(三原、富平),断层发育浅,地下热水滞留时间短,与当地大气降水交替积极,水岩反应不充分,为现代循环水混入的,热储环境开放的地下水,具有较强的更新能力,可维持现状开采;固市凹陷东侧(渭南、华阴),断层切割深达基底,地下热水滞留时间长,水岩反应强烈,水交替异常缓慢,为热储环境非常封闭的地下水,更新能力比较弱,应限制其开采量。      

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。     

西安凹陷热储流体环境同位素研究

为了了解西安凹陷地下热水的补给循环及其赋存环境特征,对西安凹陷地下热水D、^18O、^13C、^14C、^34S分布特征进行了测定与分析。研究表明：西安城区地下热水中环境同位素δ（^180）、δ（^13C）、δ（^34S）的分布规律与其所在的关中盆地存在相反趋势,指示西安城区地下深部存在欠压实作用,表明西安是一个年轻的快速沉积盆地或其深部存在开启性断裂。通过水化学分析表明西安地区主要水化学类型为SO4-Na型,咸阳主要为Cl—Na型,指示咸阳地区的地质环境更为封闭。根据补给高程计算,西安、咸阳城区地下热水补给来源分别为秦岭和北山末次冰期高山雪水补给。     

四川盆地卧龙河储卤构造地下卤水的水化学特征及成因

四川盆地东部卧龙河储卤构造在深埋地下2000m左右的碳酸盐岩中赋存海相同生沉积卤水。该储卤构造的深部断裂、背斜西翼陡断带断层及破碎带构成了卤水的主要储集空间。卤水的矿化度为105.67~129.4g/L,为Cl-Na型水。将该深层卤水各水化学组分含量与对应的黄海水蒸发浓缩曲线对比,得知其富集Br-、I-、Sr2+、B2O3等微量元素或成分,K+不富集。卤水δD、δ18O资料显示其起源于古海水。利用离子系数及化学组分的分析结果,表明地下卤水在高温高压、封闭的还原环境中,发生了脱硫酸作用和白云岩化作用等化学成分演化作用。     

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。     

西安地区地热水和渭北岩溶水同位素特征及相互关系

依据采自西安地区300到3000米深地热井中地热水的水化学成分和同位素成分,确定出地热水的主要补给源和循环路径。地热水δ~(18)O 值变化于-11.8‰～-3.1‰VSMOW 之间,而δD 值变化幅度很小,在-87～-80‰VSMOW 之间,与西安市区现代大气降水的δD 值(～-60‰VSMOW)明显不同。在δ~(18)O～δD 关系图上,浅层地热水(〈1500米〉落在大气降水线上,而深层地热水(>1500米)向右侧偏离了大气降水线,呈现显著的氧同位素正向漂移现象。氧同位素由秦岭山前向盆地内部逐渐富集,在盆地内部随井深成正相关。据此判断,西安地热水的补给区位于秦岭山区。~(14)C 值表现为与氧同位素相反的变化趋势,~(14)C 年龄值在6,000～30,000年之间,表明地热水的地下循环时间很长。由井间~(14)C 年龄差异估算出从南到北地热水平均流速为1.7米/年,从西到东为2.5米/年。这些特征与渭北岩溶水截然不同,表明西安地区地热水与渭北岩溶水之间,虽然在空间上有密切联系,但分属于不同的水文地质单元,有各自独立的补径排系统。     

西安咸阳地下热水氘过量参数研究

通过分析西安、咸阳地区地下热水的δ18O和δD同位素数据,研究了氘过量参数d的特征及水岩交换程度对d值分布的影响。结果表明:西安、咸阳地区浅层地下热水水岩作用不明显,深层地下热水水岩交换作用显著,发生氧漂移,咸阳部分水点发生较为明显的2H交换;含水层封闭性越好,地质环境越还原,水岩作用就越强,d值就越小;氧漂移愈偏离大气降水线,d值越小,埋深愈大,滞留时间愈长,矿化度愈大,地下热水温度越高。     

超深层孔隙型热储地热尾水回灌堵塞机理

超深层孔隙型地下热水回灌难的问题已成为制约关中盆地地下热水可持续开发利用的瓶颈.本文以超深层孔隙型地热流体为载体,以热储原水-回灌尾水-热储介质-堵塞垢物之间水岩作用下矿物组分溶解沉淀规律为基础,以咸阳回灌1号井为例,应用室内堵塞实验模拟及水文地球化学模拟耦合方法,展开超深层孔隙型地热尾水回灌堵塞机理研究.结果表明:造成堵塞的主要因素有物理、化学、气体、微生物等,其中物理堵塞形式主要为颗粒运移和悬浮物堵塞,颗粒运移受回灌流速和储层物性影响明显,温度、压力是悬浮物堵塞的主控因素,而粘土膨胀影响甚微;化学堵塞程度随温度升高而加剧,主要化学沉淀为碳酸盐垢,且在回灌初期-中期达到沉淀量最大值;气体堵塞在回灌初期影响较大,之后随温度升高而减小;微生物堵塞的主要细菌类型为腐生菌,其堵塞程度与环境开放程度有关.     

关中盆地地下热水接受补给时温度及热储层温度的估算

通过对关中盆地地热井中地下热水的同位素和水化学成分分析,结合研究区的地热地质和水文地质条件,进行了地下热水补给时的温度研究,结果表明,关中盆地地下热水接受补给时的温度以西安地区最低,咸阳次之。同时应用Na-K-Mg三角图和水化学平衡温度理论的方法,估算在平衡条件下关中盆地最大热储温度为118℃。热储温度计算结果表明,关中盆地腹部应为中低温热储层。     

西安 咸阳地下热水氘过量参数研究

通过分析西安、咸阳地区地下热水的δ^18O和δD同位素数据，研究了氘过量参数d的特征及水岩交换程度对d值分布的影响。结果表明：西安、咸阳地区浅层地下热水水岩作用不明显，深层地下热水水岩交换作用显著，发生氧漂移，咸阳部分水点发生较为明显的^2H交换；含水层封闭性越好，地质环境越还原，水岩作用就越强，d值就越小；氧漂移愈偏离大气降水线，d值越小，埋深愈大，滞留时间愈长，矿化度愈大，地下热水温度越高。     

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。     

关中盆地秦岭山前地下热水的循环机理

地热资源作为清洁能源在经济建设和环境保护中倍受青睐,而地下热水循环机理的研究是合理开发地热资源的前提。以关中盆地横跨山前冲积扇-黄土台塬-冲积平原三类地貌单元的典型剖面为研究对象,在地下热水野外调查的基础上通过地下热水动力场、化学场和同位素场的研究构建了关中盆地秦岭山前地下热水的循环模式:地下热水主要来自第四纪末次冰期海拔2 006~2 032 m大气降水的补给,大气降水经秦岭山前断层破碎带向下渗透进入盆地深部,在异常高的地热梯度下受热后沿着渭河北侧导水断裂带上升。从补给径流区至排泄区,地下热水径流速度由快变缓,年龄逐渐变老(从21 097 a到31 809 a),水化学类型由HCO3—Na型向Cl—Na型过渡,水岩作用从弱到强,依次发生了溶滤作用、脱硫酸作用和去白云岩化作用,可交换岩石对地下热水18O的贡献比例依次为0%、10%、10%~25%。     

川西南喜德热田地下水水文地球化学特征

地下热水的形成和化学组分特征常受断裂构造和热储地层岩性的影响。川西南喜德地热田内出露的冷泉水和地热水严格受断裂控制,前者为主断裂控制的浅循环型碎屑岩或岩溶裂隙孔隙水;后者则为次级断裂所控制的深循环型裂隙水,其热储层为碳酸盐岩。基于喜德热田形成的地质构造背景,通过开展热田内地热水和冷泉水水化学指标的测试和分析及水岩相互作用模拟,对该热田水文地球化学特征进行了研究。结果表明：喜德热田地热水和冷泉水水源均为大气降水,补给高程分别为2 874~3 092 m和2 584~2 818 m。受温度、含水层矿物类型、水岩相互作用的影响,地热水和冷泉水水化学类型和各组分差别较大,前者为HCO3·SO4-Ca·Mg型水,后者为HCO3-Ca·Mg型水。水岩相互作用模拟表明碳酸盐岩矿物、石膏矿物的溶解和沉淀及阳离子交换过程是导致地热水和冷泉水水化学组分差别较大的主要原因。此外,采用二氧化硅类温标计算喜德热田热储温度为56~90 ℃,循环深度为1 422~2 558 m。研究结果对阐明喜德热田的成因模式,地热水的进一步开发和热水资源的可持续利用具有重要意义。     

漳州盆地地下热水成因与海水混入的同位素证据

本文基于热水及相关天然水的氢氧同位素(D和~(18)O)数据论证了漳州盆地地下热水为大气降水深循环成因,并属于中低温系统,用同位素方法讨论了海水与地热水混合关系及混合比。     

云南石林盆地地热地质特征及成因分析

结合石林盆地地热异常及地热钻孔资料,对石林盆地地热田的热储构造条件、地热地质特征及地下水化学特征进行研究,该地热田热储层为元古界震旦系白云岩、白云质灰岩,热水径流特征和地温场特征受九乡石垭口断裂、牛头山古陆控制。钻孔资料显示,地温梯度为(1.5~4.8)℃/100 m,地热类型为深循环层状地热田,地下热水水化学类型为HCO3-Ca。从水文地质条件看,地下热水补给有限,应控制地热水的开发利用。     

云南昌宁柯街断裂带温泉水化学特征

通过对柯街断裂带上2个温泉(梁园温泉和大地温泉)水样的阴阳离子分析,正确划分了温泉水的水化学类型;同位素数据表明,2个样品的δD和δ18 O值均在大气降水线附近,且未显示δ18 O值向右漂移现象,说明该区地下热水具有现代大气降水的氢氧同位素组成特征,推断温泉形成与火山、岩浆型热源没有直接关系。大气降水的同位素组成与海拔高程之间的耦合关系,证明了地下热水补给源区位于西部山区;通过采用SiO2温标计算得出了温泉的热储温度和热水循环深度。梁园温泉热储温度为100.1℃,热水循环深度是1 643.3m,大地温泉热储温度为79.8℃,热水循环深度是1 237.2m。柯街断裂带的构造特征及岩性特征与地下热水的水化学组成、深循环机制和冷热水的混合机制有着本质的联系。