咸阳城区地下热水地球化学演化模拟

应用水文地球化学模拟(PHREEQC软件)对咸阳城区地下热水进行了水文地球化学演化和路径模拟.模拟路径分别为西、西北两个补给方向.模拟结果表明,,地下水流向发生了一系列的水-岩反应,,线R5→SP2,SP2水化学类型由Na-HCO2-Cl转化为Na-Cl型,而西北线R6→SP2水化学类型由Na-Ca-HCO3 -el转化为Na-Cl型,在水流路径上SiO2(玉髓)、方解石、白云石和高岭石发生了沉淀,而岩盐、石膏、天青石、钠长石、云母和萤石发生了溶解作用.对研究区地下热水地球化学反应路径模拟,描述了研究区地下热水补给到排泄的演化特征,表明水-岩作用模拟对于揭示研究区地下水化学演化环境具有重要的指示意义.     

华北型煤田岩溶水水文地球化学研究进展

文章总结了水文地球化学在分析浅层煤田岩溶水化学特征、建立判别矿坑突水水化学模式、研究矿坑水形成机理以及制定矿区水资源管理和环境保护对策等多方面的应用效果。根据煤田深部开采"三高一扰动"的复杂环境的采矿条件,深部水文地球化学环境表现出岩溶水三维水流系统发育、地下水储量大、水头高、补给广、径流长、水源温度高的特点,建议应用水文地球化学理论、方法研究深循环岩溶水的运动规律、深部岩层与富水性关系、煤田深部地下水水化学特征及其形成机制。     

菏泽凸起池下热水的水文地球化学特征及成因分析

在分析地下热水水评论地球化学特征的基础上,对菏泽凸起地下热水的化学成分形成和演化过程进行了研究,并利用水文地球化学方法、同位素分析方法及古水文地质条件分析方法对菏泽凸起地下热水的成因进行了探讨。认为菏泽凸起地下热水为大气降水起源的入渗变质水。     

华北型煤田水文地球化学勘探关键技术研究进展

华北型煤田是我国重要的煤炭基地,水文地球化学勘探是解决煤田开采过程中一系列水文地质问题的重要手段。在概化华北型煤田典型水文地质结构的基础上,分析采动影响下典型水文地质问题,揭示了华北型煤田地下水多场耦合关系与水文地球化学勘探作用机制及其测试分析处理技术;通过回顾水文地球化学理论发展历史,明确华北型煤田水文地球化学勘探技术的可靠性;汇总地下水常用的水文地球化学组分及其测试仪器,并从图解法、数理统计法、物理模拟和数值模拟等方面阐述水文地球化学勘探的技术手段;在此基础上,从地下水资源评价、突水水源动态识别、水文地球化学时空演化、地下水动力异常反演、地质结构异常反演、地下水混合模式构建及水热资源勘察等角度综述了多场耦合下华北型煤田水文地球化学勘探关键技术的应用研究进展,明确了水文地球化学勘探的优越性与可操作性。结合华北型煤田水文地质条件,提出华北型煤田水文地球化学勘探典型技术核心及其存在的问题,指明了水文地球化学勘探技术研究的努力方向。     

南京汤泉地下热水补给来源与成因模式

南京汤泉地区地下热水资源丰富,阐明其补给来源及成因模式,对于地下热水的科学开发意义重大。采用水化学及同位素地球化学分析方法对其进行了系统研究。结果表明,研究区地下热水与浅层冷水水化学组成差异明显,热储温度为63~75℃,循环深度为1.8~2.3 km。大气降水入渗是地下热水的补给来源,补给高程范围为321~539 m;循环周期为2046~6474 a;地下热水上涌过程中会混入比例为4%~26%的浅部岩溶冷水。经分析,该地热系统成因上属于中低温对流型,补给区主要为老山复背斜构造内的碳酸盐岩裸露区,依靠区域大地热流供热,热储层主要为上震旦统白云岩,盖层为寒武系、白垩系及第四系,地下热水经深循环沿NEE向与NW向断裂交会通道向上运移,并与浅部冷水发生混合,形成本区的地热异常。     

山东德州凹陷地下热水地球化学特征及成因

典型地区地下水成因和演化机制的研究不仅对于热水资源的合理利用与开发具有重要的指导意义,而且可以为日后的地热资源勘查评价提供重要信息。笔者通过对德州凹陷的地下热水的化学成分、同位素及其水文地质特征的分析,进而对这一地区的地下热水的成岩和演化过程进行了研究。结果显示地下热水的形成受区内深大断裂和基底构造对地热形成的控制,地下热水补给是来自大气降水,为入渗变质水,水化学成分以易溶盐溶解作用为主,其气体组分主要起源于大气、地壳和地幔的混合物,反映了地下水长期径流及深循环中各种水化学作用。     

关中盆地腹部地下热水成因类型的同位素水文地球化学证据

关中盆地腹部深层地下热水的成因类型呈多样化特征,不同构造单元具有不同的成因类型,除少量现代入渗型水外,大多为古入渗型水、残余沉积水以及二者的混合水。其中,固市凹陷华阴051井地下热水的δD和 δ18O发生显著漂移,氘盈余（d）值低至-41‰,严重偏离大气降水线,几乎完全丢失了入渗时的大气环境的信号,表现为封存条件下同位素水文地球化学演化的极端过程,其氢氧稳定同位素δD、δ18O值落在沉积水的δD、δ18O值范围内;其水化学类型以Na ·Ca-Cl型水为主,rNa/rCl293,rSO42-/rCl低至1.09以及rCa/rMg 高达12.26,符合沉积成因地下热水的水文地球化学特征,可能为地质历史时期被埋藏的残余蒸发湖水,其成因类型为残余陆相沉积水。固市凹陷渭南城区和咸礼断阶东部深层地下热水的成因类型以古入渗成因为主,不排除混有少量的残余陆相沉积水;西安凹陷和咸礼断阶西地下热水成因类型为入渗混合型,即现代入渗水和古入渗水的混合水。     

广东从化温泉的水文地球化学模拟

从化温泉位于广州东北部,出露于燕山期花岗岩地区,位于北东向广州-从化断裂带北东段;热水中阳离子以K⁺、Na⁺、Ca²⁺为主,阴离子以HCO^-₃为主,水化学类型为HCO₃-Na及HCO₃-Na·Ca型。利用NETPATH程序对泉区热水进行水化学模拟,发现从化温泉各泉点的水化学特征相似,径流过程中发生的化学反应也相似;从初始水点到终端水点,发生的各种反应交换量很低;在径流过程中各矿物的净反应可能为钾长石、高岭石、赤铁矿、萤石沉淀,CO₂、斜长石、黑云母溶解;SiO₂的溶解/沉淀在各泉点不同;径流过程中发生了Ca²⁺/Na⁺、Mg²⁺/Na⁺离子交换作用。     

合山煤田矿井涌水量的数值模拟探讨

矿井涌水问题一直是困扰煤矿安全生产的重大问题之一.如何准确的预测煤矿井下涌水量一直是国内外专家、学者、工程技术人员都在努力探求的问题,尤其对于地质条件复杂的煤矿井下涌水量的预测评价更为突出.本文在充分认识和掌握了研究区水文地质条件、含水介质的空间结构,建立了与实际情况相符合的数学模型,重点研究了模型的边界条件、模型的时间和空间离散、含水介质的水文地质参数的确定,制定了预测模型的检验标准,并运用目前较为流行的地下水数值模拟软件Visual Modflow对研究区进行了长达30年的井下涌水量数值模拟,得出了比较合理的各矿各阶段的井下涌水量.     

合山煤田矿井水害防治措施探讨

合山煤田是典型的岩溶充水矿床．矿井开采水害严重。煤层的直接顶、底板为碳酸盐岩类,岩溶极为发育,为矿井的直接充水含水层;煤层底部的茅口组为强岩溶含水层,与煤系地层的联系密切,为间接充水含水层;位于煤田两侧的红河水是矿井充水最主要的补给水源。断裂、节理和破碎带等通道是矿井充水的主要通道。通过分析井下突水点的发育特征,认为强岩溶导水带是矿井突水的关键部位,防治矿井水害的重点是切断岩溶导水带,对强导水带进行封堵,防止红水河的侧向补给,对四煤底板灰岩进行加固。总结出地面防治的主要方法为帷幕式、截堵式、堵水点式和地面铺盖式。对井下防治水,提出了有疑必探,先探后掘,设置防水闸门、防水墙,实行分层、分区开采,加强井下排水等防治措施。     

广西合山煤田的古土壤层与成煤模式

合山煤田主采煤层底板发现古土壤层，在煤分层之间又发现稳定的陆相根土层，结合煤本身的微量元素含量分析，并与现代咸水植物及现代淡水植物的微量元素含量对比，对这种夹在海相碳酸盐岩中的煤层的成因有了新的认识。作者认为，主采煤层与其间接底板碳酸盐岩间存在沉积间断；合山组含煤岩系中可见规模极小的孤立的海绵小礁块，这些都是碳酸盐台地表面浅水环境常见的特征。分析黔桂两省大面积古地理背景，作者认为，合山煤田主采煤层形成于碳酸盐台地表面废弃潮坪上发育的泥炭沼泽，少数地段则是在碳酸盐台地表面闭塞水体进一步沼泽化的条件下形成的。     

北京地区地热水氘过量参数特征分析

文章通过80组不同地热田的样品,分析总结了北京地区地热水资源氘过量参数的特征:(1)地热水的平均δ值为5.4,常温地下水的平均d值为6.04,热水的d值与氚值都较低,水岩作用所导致的氧同位素交换比冷水更容易进行;(2)地下热水的氢和氧同位素组成具有明显的热交换趋势,d值随地下水年龄增大而递增,当地热水年龄为(12.76±0.13)ka时,d值为11.2,而当地热水年龄为(38.96±0.63)ka,d值为14.6;(3)在同一地区,d值随着地下水埋深加大而减小,埋深为125.13 m时d值为5.72,埋深为3221 m时,d值为3.03;(4)从补给源到排泄区,地下水的d值应逐渐降低,其中北部补给区平均d值为7.31,北京断陷盆地平均d值为5.68,南部凤河营地区仅为-9.20;补给源区与排泄区水的d的差值越大,地下水的运动速度越慢;(5)当Eh小于200 m V时,北京地区地下热水的d值随着Eh值的降低而减少,如在桐热-7中,氧化还原电位为-326 m V,d值为-9.20,而在TR-43中氧化还原电位为158 m V,d值为7.48;当Eh大于200 m V时,地下热水的d值随着Eh值的降低而增加,但增幅较小。     

Characteristics of deuterium excess parameters for geothermal water in Beijing

This study investigates the characteristics of geothermal water in 10 geothermal fields in Beijing. The relationships between the deuterium excess parameter (d) and temperature, depth, age of geothermal groundwater, groundwater flow field, and Eh were investigated using geothermal groundwater samples. Results showed that (1) the average d value of geothermal water is 5.4, whereas that of the groundwater in normal temperature is 6.04. The differences are induced by the oxygen isotope exchange during the water–rock interaction, which may be more easily completed in geothermal water than in cold groundwater. (2) The d value increases remarkably with the age of the geothermal groundwater. The d value increases from 11.2 to 14.6 when the age of the geothermal water is 12,760 ± 130 a and 38,960 ± 630 a, respectively. Moreover, the isotope heat exchange for composition of the hydrogen and oxygen isotopes in the geothermal groundwater proceeds sufficiently with time. (3) The d value decreases from 5.72 to 3.03 when the depth increases from 125.13 to 3221 m. Generally, in the same area, the d value decreases with depth because the temperature is increasing. (4) The d value of the groundwater gradually reduces from the northern recharge area to the southern discharge area. The average d value is 7.31 in the northern recharge area and 5.68 in the middle Beijing Depression, whereas the d value in the southern area of Fengheying is ?9.20. The larger difference in d values between the recharge and discharge areas is due to the slower velocity of underwater flow, which induces longer time for oxygen exchange. (5) The relationship between the d and Eh is complex. When Eh is <200 mV, the d value of the geothermal water decreases with the decrease in Eh. When Eh is higher than 200 mV, the d value increases slightly with the decrease in Eh. The study of the characteristics of deuterium excess parameters for geothermal water could provide a scientific isotopic evidence for assessment and exploitation measures in geothermal groundwater systems.     

西宁盆地地热水特征及回灌结垢风险

青海西宁盆地中低温地热资源丰富,但热储地层以含黏土矿物的弱胶结砂岩为主,地热水溶解性总固体较高,回灌过程中存在显著的结垢风险。基于对西宁盆地地热成因及资源分布特征分析,采用矿物溶解度法、饱和指数法等方法对典型地热水回灌结垢趋势及风险进行了综合判断。结果表明：西宁盆地“凹中凸”构造有利于地热水在深部热储富集和增温,同时将深部溶解的大量矿物质带到西宁地区中央凸起地带;西宁地区地热储层埋深主要在700～1600 m,水温30～70 ℃,主要为SO4·Cl—Na水化学类型,溶解性总固体1.85×103～4.80×104 mg/L;回灌过程中结垢以碳酸钙结垢为主,当回灌水与地下热水性质相近时,结垢风险主要发生在回灌井筒中,地层结垢风险较小,而当回灌水与地下热水性质差异较大时,不配伍性将导致地层结垢风险大大提高,其中药王泉与DR2005原1∶ 1混合时结垢量最大可达177.57 mg/L,而其他地热水结垢量较小。根据以上特征,提出以下综合解决方案：物理防垢+管材防腐、系统增压防垢+管材防腐和地面预处理+管材防腐,并辅之以阴极保护防腐、优化排量、酸洗井筒等措施,可为今后保障地热水回灌能力措施的制定提供理论依据与技术支持。     

Characteristics of the geothermal water in Changbai Mountain volcanic region,northeast of China

Geothermal water is plentiful in Changbai Mountain region, northeastern China, due to the volcanic activities and widespread faults. For the exploration of geothermal resources, this study uses quartz and cation geothermometer to estimate the temperatures of the geothermal reservoir and uses the tubular models to evaluate the thermal gradient. The hydrogeochemical characteristics of the geothermal resources were also evaluated by hydrogeochemical analysis. The results showed that the geothermal reservoir temperatures of the four major thermal springs in Changbai Mountain region range from 72 to 169 °C. The average geothermal reservoir temperatures of Jinjiang hot springs, Changbai hot springs I, Xianrenqiao hot springs, and Changbai hot springs II are 129.25, 169, 89, and 73.67 °C, respectively. The geothermal gradient values of the four major thermal springs have different characteristics. The geothermal gradient values of Jinjiang hot springs and Changbai hot springs I are 4.6 and 3.1 °C/100 m, respectively. The geothermal gradient values of Xianrenqiao thermal springs and Changbai thermal springs II are both lower than 1.5 °C/100 m, with the values of 1.1 and 1.4 °C/100 m. And the geothermal gradients are influenced by Changbai Mountain Tianchi volcano. In addition, the water chemical analyses showed that the geothermal water types are HCO₃-Na with higher concentrations of Na⁺, Cl^?, SO₄ ^2?, TDS, and HCO₃ ^? than the non-thermal waters, which suggested a deep and long water cycle of the thermal water, and therefore a sufficient water-rock interaction.     

基于等效渗流通道模型的地热尾水回灌理论模型

深层地热能是一种清洁环保的可再生能源,尾水回灌是深层地热可持续开发利用的重要保证,但目前国内地热尾水回灌还处在起步阶段,地热尾水回灌方案优化设计的理论模型尚不成熟。文章结合示踪试验,提出了基于等效渗流通道模型的热储参数反演与开采井热突破预测的完整理论框架。应用多孔介质溶质运移理论,修正了等效渗流通道中的溶质浓度解析解,并联合移动渐近线法提出了热储参数反演理论模型;推导了等效渗流通道中的对流传热解析模型,可对开采井中的水温变化进行预测。依托山东省德州市平原县魏庄社区地热对井示踪试验,应用该理论框架进行了示踪试验反演及开采井热突破预测,并对影响开采井热突破的主要因素进行了敏感性分析。     

河北武城凸起地热田地热地质特征

在“雄县模式”和环境压力的双重驱动下,河北地区已形成我国最大的地热供暖城市群。因此,研究武城凸起地热田地热地质特征,对河北省故城县地热开发具有重要的指导意义。本文通过测井、地震和区域地质资料,结合水化学特征、同位素测试结果的分析,系统分析了地热田的不同类型热储展布、储集层物性、地下热水补给来源和循环路径特征,并精细评价了地热资源量。结果表明武城凸起地热田热储类型主要为馆陶组砂岩热储和奥陶系岩溶热储。砂岩热储区域稳定分布,主要产水层为下馆陶组,底板埋深1 200~1 600 m,单井出水量79~123 m³/h, 井口水温52~54 ℃;岩溶热储有利区带主要分布在寒武—三叠系卷入的背斜核部,呈南北向带状展布,主要产水层为上马家沟组、下马家沟组和亮甲山组,顶板埋深2 100~2 900 m,单井出水量75~98 m³/h,井口水温82~85 ℃。地下热水来源为西部太行山脉和北部燕山山脉,热水沿着NE-SW向断裂破碎带和岩溶不整合面向上水平运移进入浅层热储,通过沧县隆起和邢衡隆起在武城凸起汇集,形成中低温地热田。地下热水质类型为Cl-Na型,最大循环深度为2 822.5~3 032.5 m,¹⁴C测年表明砂岩热储和岩溶热储年龄分别为21 ka和32 ka。明化镇组和石炭—二叠系分别为两套热储的直接盖层。武城凸起地热田地热资源量分层精细评价结果表明,热储地热资源量合计4.86×10¹⁰ GJ,折合标煤16.6×10⁸ t。年可开采地热资源量可满足供暖面积1.1×10⁸ m²,市场开发潜力巨大。     

阜阳地区地热水化学特征及同位素分析

为研究阜阳地区地热形成机制的控制作用,在分析研究区地热地质条件的基础上,利用已有的勘探井水质资料,对研究区地热水的化学特征进行了分析,得出地热流体在垂向、横向上的分布特征,揭示了太古宇五河群风化壳可以构成热储,其较低的总溶解固体(total dissoloved solids,TDS)不同于区域常见的新近系馆陶组、古近系界首组热储。同时,利用大气降水和地热水的稳定同位素资料,研究得出区内地热水的来源主要为大气降水,大气降水经侧向径流补给和蒸发/浓缩作用形成了高TDS地热流体; 利用地热水放射性同位素资料估算了研究区地热水年龄。通过地热水化学、同位素及控热构造等研究,建立了研究区地热资源形成的概念模型,为该地区地热开发利用提供了指导。