临清市馆陶组地热水化学特征及结垢腐蚀性研究

临清地区地下蕴含着丰富的地热资源,开采目的层主要为馆陶组热储。文章对馆陶组地下热水热储特征、化学成分、同位素及其结垢腐蚀性进行了分析研究。结果显示该层地下热水为C l—Na型水,TDS较大为咸水,弱碱性,具大陆溶滤水的特征,主要是由大气降水补给,年龄介于5~48 a,地热水有强腐蚀性,不结垢。     

鲜水河断裂带富硼地热水中稀土元素分布特征及其对硼来源的指示意义

高温地热系统地热水中普遍富含高浓度的硼,其来源的研究一直是地热地质学者关注的热点问题。尽管众多的学者对地热水中硼形成机理开展了广泛的研究,但富硼地热水中稀土元素的分布特征及其迁移规律能否指示热水中硼的来源尚不清楚。本研究以鲜水河断裂带富硼地热水为研究对象,通过野外调查取样、室内测试分析、水文地球化学模拟和综合研究等技术手段和方法,探究断裂带地热水中硼和稀土元素的分布特征和迁移规律。研究结果显示：鲜水河断裂带地热水中硼含量90%超过我国饮用水标准规定值0.5 mg/L（地热水中硼含量最大值为10.50 mg/L）;地热水中稀土元素含量为0.08～3.49 μg/L,且主要以LnCO₃⁺和Ln(CO₃)₂⁻的络合物形态存在。地热水稀土元素PAAS归一化模式表现为重稀土元素相对于轻稀土元素富集（(Nd/Yb)_SN均值为0.41）,且具有较显著的Eu（均值为0.34）和Ce（均值为0.07）正异常特征。地热水中硼和稀土元素的迁移均受到赋热含水层长英质和碳酸盐岩类矿物溶解过程的影响,且地热水中稀土元素的地球化学特征一定程度上可以指示地热水中硼的富集过程。研究成果拓展了稀土元素在富硼地热水研究中的应用,能为揭示富硼地热水成因研究提供依据。

     

海南岛东海岸官塘地区地热水水化学特征及其循环演化过程识别

地热水资源的形成与演化过程认识是区域地热资源科学合理开发利用的重要基础.运用水化学及同位素分析方法,结合区域地质构造特征,系统揭示了海南东海岸官塘地区地热水水化学特征、地热储温度以及补给来源,构建了官塘地区地热水循环演化概念模型.研究结果表明：该区地热水水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Na型,其组分主要来源于硅酸盐矿物溶解及深部CO₂等气体;地热水主要受到大气降水补给,补给海拔约为1 122.2～1 569.4 m,并且地热水上升过程中与浅部地下水之间存在较为显著的混合作用.在考虑混合和蒸汽损失的条件下,深部地热水与冷水混合前蒸汽损失的质量百分比约为18.2%～25.2%,地热水温度为190.4～217.8℃,冷水混合比例可达到66.8%～80.8%.该地区地热水开发程度逐年提高,导致地热水水位大幅下降,使得浅部冷水补给量增大,这可能是造成该地区开采地热水温度下降的关键影响因素.     

四川鲜水河-安宁河断裂带温泉氢氧稳定同位素特征

温泉地下水同位素特征对确定断裂带地下水来源、循环过程和断裂带活动性至关重要。为了确定青藏高原东缘温泉的地下水同位素特征和流体来源,本研究采集了鲜水河-安宁河断裂带上温泉水、冷泉水、河流和积雪融水等样品,进行了氢氧稳定同位素和水化学组分测定,并进行了同位素特征的对比研究。分析结果表明,温泉水体δ¹⁸O变化范围为-19.04‰~-12.71‰,平均值为-16.42‰;δ²H变化范围为-144.07‰~-88.63‰,平均值为-122.37‰。河水的δ¹⁸O变化范围为-15.90‰~-10.85‰,平均值为-13.86‰;δ²H变化范围为-118.21‰~-71.12‰,平均值为-98.99‰。康定冷泉δ¹⁸O和δ²H分别为-13.66‰和-106.74‰。道孚积雪融水的δ¹⁸O和δ²H分别为-10.27‰和-65.41‰。不同类型水体样品氢氧稳定同位素组成主要分布在全球和区域大气降水线上,表明了大气降水成因,缺少明显的氧同位素漂移特征。不同类型水体同位素值差异较大,显示出温泉与河水、积雪融水之间补给来源的不一致性。温泉同位素值具有明显的同位素高程效应,鲜水河-安宁河断裂带上氧同位素高程效应为-0.23‰/100m,氢同位素高程效应为-1.95‰/100m。温泉氧同位素漂移与相关离子比值、Na-K-Mg三角图、Li和Sr元素等指标表明研究区域大部分温泉的水岩作用强度弱。氢氧稳定同位素特征、水岩作用特征和循环深度揭示出温泉的成因为远距离大气降水运移补给地下水,地下水在地下热储层加热后通过断裂上升到地表形成温泉,这为认识青藏高原东缘地热水循环、断裂带活动性与演化特征提供了依据。

     

青藏高原东缘鲜水河断裂带磁组构特征及构造意义

为了探究鲜水河断裂带的几何学、运动学特征,在野外构造、显微构造分析基础上,研究了鲜水河断裂带296块构造岩定向样品的磁组构特征和热磁特征,结果显示样品的平均磁化率km值总体较小,属微弱磁性到弱磁性;热磁实验及其显微构造表明顺磁性的页硅酸盐(如黑云母)等矿物对糜棱岩类样品磁化率贡献较大;磁化率各向异性度PJ总体较大,表明鲜水河断裂带构造变形强烈;磁化率椭球体形状参数T总体大于0,扁率E总体在1附近分布,说明鲜水河断裂带磁化率椭球体以扁圆形为主,整体上磁面理较磁线理发育,进一步显示出鲜水河断裂带构造变形样式以剪切、压扁为主,伴有拉伸的构造变形,同时也反映出鲜水河断裂带多次变形的综合特征;最小磁化率主轴Kmin方位表明鲜水河断裂带北段和南段分别受近EW向和NE-SW向主压应力控制;同时Kmin方位及其倾伏角特征显示鲜水河断裂带总体以左行走滑剪切为主,北段两侧块体在鲜水河断裂带两次不同的构造活动时期,各自有一定的相对抬升,但抬升幅度均不大;南段则是SW块体相对NE块体抬升,抬升幅度较大;整个断裂带特征显示出鲜水河断裂带在向南发展逐渐转化为挤压构造,这可能与青藏高原物质的向东逃逸受阻以及鲜水河断裂带与龙门山断裂带在此交接的地质背景不无关系.     

山西忻州盆地地热水地球化学特征及其成因机制

地热水地球化学研究对于认识各类水热型地热资源的成因机制有重要意义.以山西忻州盆地为研究区,开展了系统的地球化学研究.结果显示,忻州盆地地热系统的形成与地壳浅部岩浆房和浅部岩石放射性元素衰变热异常无关,而是正常热流背景下地下水深循环的结果 .地热水的水化学和氢氧同位素特征均指示区内地热水补给来源于西部云中山区大气降水,大气降水由补给区入渗并向东部忻州盆地运移,循环深度为1 618.3～3 451.5 m,热储温度达48.4～91.8℃.地热水上升至第四系孔隙热储后普遍混入浅层地下冷水,最高混合比可达78%.     

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。     

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。     

黔东北地区地热水化学特征及起源

目前在黔东北地区未系统地开展过地热水水文地球化学特征以及地热水来源方面的研究,存在地热水来源、补给区域、径流和排泄等特征不清等问题.在充分了解黔东北地热地质条件的基础上,采集区内15组地热水进行水化学全分析、收集12组地热水氢氧同位素和3组地热水碳同位素数据,得到了该区地热水的水化学特征和同位素特征,分析出地热水的补给来源,估算了地热水的补给高程、补给温度、热储温度、循环深度以及冷水混入比例.结果表明,受地形地貌及地质构造的影响,该区地热水总体由南向北径流,水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Ca·Mg、HCO₃-Ca·Mg、HCO₃-Na、SO₄-Ca·Mg及SO₄-Ca型,有益元素主要有F-和H₂SiO₃,沿径流方向地热水呈现pH降低、TDS增加的趋势,水化学类型则由重碳酸盐型水变为硫酸盐型水.同位素分析结果表明,该区地热水补给源为大气降水,补给区为海拔1 500~2 000 m的梵净山地区,地热水年龄为（6 400~11 570）±560 a,补给时的年平均气温为7.0~9.1℃;选用二氧化硅温标及lg（Q/K）-T法估算热储温度为45.0~107.0℃,地热水循环深度为1 000~3 000 m;硅-焓混合模型估算地热水混合前的热储温度极大值为110~200℃,地热水在上升过程中受浅部冷水混合,冷水混入比例为50%~90%.      

Near-surface Geothermal Gradient Observation and Geothermal Analyses in the Xianshuihe Fault Zone, Eastern Tibetan Plateau

The Xianshuihe fault(XSHF) zone, characterized by intense tectonic activity, is located at the southwest boundary of the Bayan Har block, where several major earthquakes have occurred, including the 2008 Wenchuan and the 2013 Lushan earthquakes. This study analysed underground temperature sequence data for four years at seven measuring points at different depths(maximum depth: 18.9 m) in the southeastern section of the XSHF zone. High-frequency atmospheric noise was removed from the temperature sequences to obtain relatively stable temperature fields and heat fluxes near the measurement points. Our measurements show that the surrounding bedrock at(the seven stations distributed in the fault zone) had heat flux values range from-41.0 to 206 m W/m~2, with a median value of 54.3 m W/m~2. The results indicate a low heat flux in the northern section of DaofuKangting and a relatively high heat flux in the southern section of Kangting, which is consistent with the temperature distributions of the hot springs near the fault. Furthermore, our results suggest that the heat transfer in this field results primarily from stable underground heat conduction. In addition, the underground hydrothermal activity is also an obvious factor controlling the geothermal gradient.     

鲜水河断裂带乾宁段岩石特征与内部结构及其物理-化学性质

断裂带的变形行为和断层滑移机制是目前地震研究关注的热点,断裂带岩石特征、内部结构与物理化学性质是确定断层蠕滑或粘滑行为以及断层滑移机制的基础和关键。本文以鲜水河断裂带乾宁段地表出露的断裂岩为研究对象,通过野外地质调查、室内光学显微镜、扫描电镜、粒度统计、粉末X射线衍射分析（XRD）和薄片X射线荧光光谱分析（XRF）等多种研究方法,对鲜水河断裂带岩石特征、结构构造、物性、矿物成分及化学元素分布开展了详细的分析,并探讨了相关变形行为和滑移机制。分析表明：（1）断裂带核部主要由黑色断层泥、浅黄色及黄色断层角砾岩和灰色碎裂岩、灰色断层角砾岩组成,呈单核对称结构;（2）黑色断层泥厚3~5cm,具有快速滑动结构特征,表现为断层粘滑行为。断层泥可划分出13个滑移带,最窄滑移带厚约40μm,至少代表13期古地震事件;（3）断层泥主要由伊利石、高岭石和石英等矿物组成,其中边部伊蒙混层含量异常高,为最新一次古地震的主滑移带。由于伊利石和伊蒙混层（或蒙脱石）为主要黏土矿物的断层泥渗透率低、孔隙流体压力大,以及发现断层泥楔入脉,表明地震过程中断层滑动存在热增压弱化机制;（4）从断层泥不同滑动带中碎块蚀变程度和矿物分布特征来看,地震主滑动带有向碎裂岩方向迁移的趋势。推测断层在滑动过程中,更趋向于向弱矿物含量高（如伊利石、伊蒙混层）、强矿物含量低（如方解石、高岭石）的围岩一侧迁移。

     

东营市中心城区地热田地热回灌可行性分析

利用东营市中心城区鲁班公寓的地热生产井,对新近纪馆陶组和古近纪东营组热储层进行了自然压力条件下的异层和同层回灌试验。结果表明,回灌量与水头升高呈正相关关系,单位回灌量与水头升高呈负相关关系,馆陶组东热2井回灌能力为东营组东热。井的3倍左右。通过对该地热田热储地质条件、回灌能力及地热水开采潜力的分析,认为目前条件下东营城区还不适宜全面推行地热回灌。     

鲜水河断裂带渐新世至早中新世两期变形相关混合岩的锆石U - Pb年代学及其意义

鲜水河断裂带是青藏高原东缘重要的走滑断裂带。沿该断裂带发育长约120 km、宽约3~5 km的混合岩。运动学和年代学资料表明其与鲜水河断裂带渐新世至早中新世的两期变形有关。第一期变形发生在32~27 Ma,混合岩显微构造显示强烈压扁机制,反映了沿鲜水河断裂带的挤压变形机制。第二期混合岩中两个淡色体的样品获得了25.06 Ma和20.9 Ma的锆石U Pb年龄,限定混合岩化的时间约为25~20 Ma。这期混合岩以发育左行走滑的矿物生长线理为特征,反映了走滑的应力体制。与这期混合岩密切相关的5块花岗岩样品均获得了20~19 Ma的锆石U Pb年龄,代表了混合岩化作用的结束。两期混合岩的发现限定了鲜水河断裂带新生代由挤压体制到左行走滑体制的转变,也即鲜水河断裂带新生代走滑起始时间27~25 Ma。该发现对于认识青藏高原东缘新生代的构造变形过程具有重要意义。     

鲜水河断裂带康定段雅拉河断裂深部应力应变状态及其孕震环境

鲜水河断裂带位于青藏高原东缘,是中国大陆内部地震活动性最强的大型左行走滑断裂之一,揭示其深部应力状态与应变是认识孕震环境和评估断裂带地震危险性的重要依据。本文选择鲜水河断裂带未来强震危险性较高的康定段作为研究对象,聚焦雅拉河断裂带内的糜棱岩,通过光学显微镜和扫描电镜（SEM）的显微构造分析、粒度统计、石英组构和Ti含量测试,确定石英递进变形过程中差应力的变化和不同阶段的变形温度,构建鲜水河断裂带康定段的地壳强度剖面。观测结果显示,糜棱岩在抬升过程中石英发生颗粒边界迁移（GBM）、亚颗粒旋转（SGR）和膨凸重结晶（BLG）三种类型的变形机制。构建的地壳强度剖面显示,雅拉河断裂带应变速率约为6.08×10^-13~1.62×10^-11s^-1,脆韧性转化带发生在~12.5±2.5km深度,该处岩石极限强度~145.5MPa。实际岩石强度（μ=0.383）小于理论破裂摩尔圆（μ=0.85）的岩石强度发育应变弱化。当韧性变形阶段由位错蠕变形成的应变局部化以及细粒化等机制降低岩石的强度至临界条件时,会导致破裂频次的增强,应力释放发生地震。同时,位错蠕变引起的应变弱化导致岩石强度降低,使高应力无法积累。     

Initiation of slip along the Xianshuihe fault zone,eastern Tibet,constrained by K/Ar and fission-track ages

The Xianshuihe fault zone (XFZ) forms a boundary that accommodates crustal movement eastwards from central Tibet. The lack of well-defined time constraints has hampered the reconstruction of the geometric and kinematic evolution of the fault zone, and inhibited the development of a consistent regional tectonic model. New geochronological investigations of mica K/Ar and apatite fission-track ages on the Ganzi–Yushu segment of the XFZ indicate that fault activity started ca. 13 Ma before present, which considerably precedes the 5 Ma initiation of offset on the Xiaojiang fault (XjF) segment. Different initiation times for different fault segments clearly demonstrate that the geometric and kinematic evolution of the XFZ can be divided into two periods. The XFZ cut through the Dangjiang, Ganzi, and Gongga Shan areas, and reached the Qinghe–Yanyuan area during an early stage, from ca. 13 to 5 Ma, as a boundary fault with lateral mass transfer from the interior to southeast Tibet. At the southern edge of the XFZ, the movement took advantage of the southern segment of the Longmen Shan thrust fault – the Jinhe–Qinghe thrust fault. During the late stage, from 5 Ma to present, the fault zone passed through the Yushu, Ganzi, and Gongga Shan areas, then offset the Longmen Shan thrust fault belt and reached the Kunming area. The Jinhe–Qinghe fault was abandoned in the later period as the southern part of the XFZ, and the XjF became active because of continuous clockwise rotation of the crust around the eastern syntaxis.     

安徽滁河断裂带温泉的水化学和同位素特征及成因分析

笔者等以安徽滁河断裂带内的6个温泉为主要研究对象,分析了水样的水化学特征,利用氢氧同位素对温泉的补给方程进行估算,并提出温泉的成因模式。研究区温泉阳离子以Ca2+和Mg2+为主,根据SO2-4和HCO-3的相对含量的不同,可以将水样分为两组,A组水样（富HCO-3）的主要离子的质量浓度均低于B组（富SO2-4）水样,A组水样的水化学类型为HCO-3—Ca2+·Mg2+; B组水样的（除AH16 4为SO2-4—Ca2+外）水化学类型为SO2+4—Ca2+·Mg2+。A组水样的稀土元素含量高于B组,二者均在NASC标准化图解上表现出平坦型的配分模式,且都表现出轻稀土富集和Eu正异常的特征。水样的氢氧稳定同位素组成表明温泉的补给来源都是大气降水,补给区温度约为13~15 ℃。A组温泉的补给高程为120~160 m低于B组温泉的200~260 m,且A组温泉的热储温度为45~70℃,低于B组温泉的热储温度70~105 ℃。地下水经历深循环获得大地热流加热后沿断裂带上升出地表。     

Genesis of Geothermal Fluid in Typical Geothermal Fields in Western Sichuan,China

The hydrogeochemical characteristics of geothermal fluids can reveal the genesis of geothermal systems and act as important references for developing and using geothermal resources.This study presents hydrogeochemical processes and thermal cycle mechanisms of typical geothermal fields in Western Sichuan.Based on the geological conditions in Western Sichuan,29 hot springs in three geothermal fields in the Batang and Litang areas were selected for hydrochemical and isotopic (δD andδ~(18)O) analyses.Furthermore,the temperature of the thermal reservoir was calculated and the upflow cooling process of the hot springs was analyzed.Most of the subterranean hot waters in Batang and Litang are of the HCO_3-Na hydrochemical type.The ion variation in Batang is primarily affected by water-rock interactions.There is a strong positive correlation between Na~+,B~-,and Cl~-in Litang,suggesting that they have the same material source.The Na~+and metaboric acid content is relatively high,which indicates that the groundwater runoff in both areas is relatively long-lasting,with reduced flow velocity;moreover,the metasilicic acid content is relatively high,which supports this conclusion.Both hydrogen and oxygen isotopes plot near the atmospheric precipitation line,indicating that groundwater recharge is functionally obtained from precipitation.The calculated thermal storage temperatures in Batang and Litang were 88–199°C and 96–154°C,respectively.The proportion of cold water mixing in Batang was 64%–67%,while that in Litang was 60%–68%.According to the calculated results,the initial thermal cycle depth of the Batang area (4540–4780 m) was greater than that of the Litang area (3150–3960 m).The enthalpy of the deep parental geothermal fluid in Batang was 1550 J/g with a Cl~-concentration of 37 mg/L,while that in Litang was 2100 J/g with a Cl~-concentration of 48 mg/L.     

安徽滁河断裂带温泉的水化学和同位素特征及成因分析

笔者等以安徽滁河断裂带内的6个温泉为主要研究对象,分析了水样的水化学特征,利用氢氧同位素对温泉的补给高程进行估算,并提出温泉的成因模式。研究区温泉阳离子以Ca2+和Mg2+为主,根据SO2-4和HCO-3的相对含量的不同,可以将水样分为两组,A组水样（富HCO-3）的主要离子的质量浓度均低于B组（富SO2-4）水样,A组水样的水化学类型为HCO-3—Ca2+·Mg2+; B组水样的（除AH14为SO2-4—Ca2+外）水化学类型为SO2-4—Ca2+·Mg2+。A组水样的稀土元素含量高于B组,二者均在NASC标准化图解上表现出平坦型的配分模式,且都表现出轻稀土富集和Eu正异常的特征。水样的氢氧稳定同位素组成表明温泉的补给来源都是大气降水,补给区温度约为13~15 ℃。A组温泉的补给高程为120~160 m低于B组温泉的200~260 m,且A组温泉的热储温度为45~70℃,低于B组温泉的热储温度70~105 ℃。地下水经历深循环获得大地热流加热后沿断裂带上升出地表。     

2022年泸定Ms6.8级地震发震构造与鲜水河断裂带强震迁移规律

2022年9月5日12时52分在四川甘孜州泸定县发生Ms6.8级地震,震源深度16 km。这是继2014年康定地震后,发生在鲜水河断裂带上的又一次强震。笔者等通过已有文献资料,结合鲜水河断裂带南段野外地质调查,统计了滑动速率及历史地震资料,并总结了近代鲜水河断裂带强震迁移规律,对认识鲜水河断裂带活动特征及未来地震危险性具有重要意义。主要得出以下几点认识：①鲜水河断裂带各段滑动速率差异较大,以乾宁为界,从NW至SE段整体上呈现出“先减速后加速”的滑动特点;②泸定地震发震构造磨西断裂,为一次左旋走滑事件;③川滇地区近代历史强震活跃期具有“跳跃性”迁移的特点。自1981年道孚地震后,鲜水河断裂带断进入相对平静期,持续了33 a。自2014年康定地震发生,鲜水河断裂带再次进入地震活跃期;④鲜水河断裂带的强震破裂并非单次地震的“贯通型”模式,而是多次地震的渐进式。断层间相互作用尤其是大地震的发生对断裂带强震复发间隔具有重大影响,相同断裂带的强震也会对后续地震的发生概率产生变化。