高温地热生产井碳酸钙结垢定量评价：水文地球化学——以西藏羊八井为例

高温地热井井筒结垢是地热开发遇到的突出问题之一,其中涉及到复杂的水文地球化学过程.本文首先联合井筒两相流动、水-气-结垢物水文地球化学和井壁粘附模型,建立了井筒碳酸钙结垢定量评价的耦合模型.针对西藏羊八井地热田典型井开展了井口取样和分析,结果显示井筒结垢物为碳酸钙,地热流体中碳酸盐矿物过饱和,非凝结气体主要成分是CO₂.利用建立的耦合模型及实测流体数据,定量评价了井筒碳酸钙的结垢位置和速率,并给出了其在井筒中的结垢形状.CO₂分压对碳酸钙的析出有控制性的作用,最大结垢厚度位置发生在闪蒸面以上10～20 m位置,持续1年的开采最大结垢厚度在考虑井筒粘附动力学时为14～25 mm,假设完全粘附条件下为200 mm.流体中CO₂含量越高,结垢厚度也越大.     

高温地热生产井碳酸钙结垢定量评价：两相流动——以西藏羊八井为例

高温地热生产井碳酸钙结垢定量评价涉及到复杂的物理和化学过程,其中井筒中的两相流研究是评价的基础.本文首先基于质量守恒、能量守恒和动量守恒方程,建立了CO₂-H₂O体系井筒两相相变稳定流动模型,提出了稳健的求解方法,并验证了其计算结果的可靠性.然后,在西藏羊八井地热田典型井开展了静止和放喷状态下的井筒中的温度和压力测试,并结合放喷试验,采用开发的模型成功评价了高温地热生产井筒两相流动过程.结果显示：气相和液相之间的速度差对井筒中温度和压力的分布有决定性的影响,不考虑气相和液体之间的速度差,会使模型计算结果远远偏离测量值.在开采速率19.10 kg/s的条件下,计算的井口温度和压力分别约为128℃和2.6 bar;井口的气相质量分数在6%～7%之间,对应的井口气相饱和度约为0.84;从闪蒸点往上大概20～30 m气相和液相中CO₂质量分数变化较为剧烈,也是碳酸钙结垢严重井段.     

锂同位素地球化学在地热流体水岩反应中的应用——以川西现代富锂热泉研究为例

高温流体的化学组成及同位素特征是深部环境信息的重要载体。本文基于锂同位素地球化学方法系统分析了川西现代热泉地热流体的水化学特征、水岩反应过程、补给来源、水岩反应温度及循环深度。研究结果显示,茶洛热泉水化学相类型为HCO₃-Na型,与地表水和冷地下水的HCO₃-Ca型存在明显区别。利用锂同位素温标估算茶洛热泉的水岩反应体系温度为227.80±19.84℃（2σ,n=8）,热循环深度为7348.08m±684.26m（2σ,n=8）。茶洛热泉水化学成分主要受水岩反应控制,处于非平衡向局部平衡过度。高K、Li、F、Cl等与花岗岩岩体有关的特征元素表明水岩反应中以与花岗岩岩体反应为主导,估算其贡献率约为75.34%。矿物饱和指数的计算,显示了热泉水中的白云石、萤石、霞石、方解石处于过饱和状态;钾盐以及大多数样品的石膏、硬石膏处于不饱和状态;石盐则趋近于平衡状态。锂元素浓度及锂同位素分析结果表明,热泉中的锂元素浓度远高于地表水和冷地下水,且富集较轻的锂元素。锂同位素质量平衡拟合估算与茶洛热泉水进行水岩反应的岩体的锂元素浓度为13.43±7.04×10^-6（2σ,n=13）,δ⁷Li_rock值为1.14±2.06‰（2σ,n=13）。岩体深度约6958~7450m。研究成果对于认识地热流体的富锂机理,拓展地热型锂资源的找矿思路均具有理论意义与实际应用价值。

     

赣南断褶山地对流型地热系统特征及成因——以石城县楂山里地热系统为例

赣南地区构造运动强烈,形成较多的地热水,是我国地热资源开发利用的重点地区之一.文章以赣南石城县楂山里地热系统为例,探讨了赣南断褶山地对流型地热系统的特征及成因,对寻找地热资源及开发利用清洁能源具有实际意义.石城县楂山里地热系统为典型的赣南断褶山地对流型地热系统,以NNE向断裂提供的大地热流为热源,以受迫对流为机制,大气降雨通过断裂带裂隙入渗并深循环,汲取围岩热量和深部岩浆岩放射性热量后形成地热水,在地形高差和水压力差作用下形成环流,沿导水裂隙在地势低洼地带出露后形成温泉.     

碳酸盐结垢对中低温地热流体回灌的影响——以咸阳地热田为例

应用水文地球化学模拟和室内模拟耦合方法,对引起地热尾水回灌堵塞的问题进行研究。结果显示,回灌过程中化学结垢的主要类型为碳酸盐。影响碳酸盐堵塞的因素主要为温度、C02脱气、混合程度、pH以及矿化度。随着温度、pH、C02分压的增大CaC03结垢趋势增加;当360％的原水和40％的尾水混合时,CaC03的沉淀量达到最大;而矿化度的影响主要体现在盐效应和同离子效应。运用朗格利尔指数和雷兹诺指数对CaCO3沉淀程度进行计算,结果表明,在研究区内多数井中存在中低程度的CaCO3结垢。     

高温热田深部母地热流体的温度计算及其升流后经历的冷却过程: 以腾冲热海热田为例

高温地热系统中赋存着大量的地热能资源.为了进一步了解高温地热系统, 以腾冲热海热田为典型研究区, 利用热泉地球化学组成, 基于多种地球化学模型确定了热田深部母地热流体的温度, 并分析了其升流后经历的不同冷却过程.热海热田的硫磺塘水热区和热水塘水热区所排泄的热泉源自共同的深部热储, 该热储中母地热流体的Cl-质量浓度为265 mg/L, 温度为336 ℃.在热海热田, 母地热流体在经历绝热冷却过程后直接形成了泉口温度最高的大滚锅泉, 而其他中性泉均由母地热流体先与浅部地下冷水混合再经历绝热冷却形成.母地热流体的深部热储之上存在多个温度在200 ℃以上的热储, 这些热储的形成受控于热海地区发育的多组方向不同的断裂.      

卫星热红外遥感技术在火山区地热探测中的应用——以内蒙古锡林郭勒火山区为例

能源的全球性短缺以及全球环境问题的日益加剧,使得绿色新能源的研究与开发成为当今世界许多国家的一项重要任务。地热资源作为其中一员其重要性日益凸显。在地热资源的勘查中,传统的地质和地球物理勘探投入高、难度大,而遥感技术具有经济、高效、覆盖范围广等优势,已逐渐成为地热资源探测与调查的一种新技术手段。地热能开发的首选地区往往是新生代火山活动区,因其在相对较小的深度内就能获得很高的温度。本文综述了国内外利用遥感技术探测火山地热的发展历史和研究现状,介绍了这项技术在美国黄石公园、日本阿苏火山以及我国长白山火山和腾冲火山的应用。同时选取内蒙古锡林郭勒盟新生代火山活动构造区作为实例,利用美国NASA陆地卫星Landsat-7 ETM+第6波段的红外遥感数据反演了研究区的地表温度,结合ETM+7-4-1波段组合影像的地质构造解译结果以及其它相关资料对研究区地表温度分布进行了分析。结果表明,区内红外遥感地表温度异常区多位于北东东与北西向构造的交汇处或与环形构造密切相关。本文圈定了7个地表温度异常区作为这一地区下一步地热资源勘查的远景区。     

音频大地电磁法在地热勘查中的应用——以福建省宁化县黄泥桥地区为例

为查明福建省三明市宁化县黄泥桥地区地热资源赋存情况,利用音频大地电磁法(AMT)在该区开展地热勘查工作,通过分析工区内地层结构、岩性特征,推断了区内断裂构造分布,根据断裂展布特征圈定了 1处优选地热异常靶区,经钻探验证,井孔含水地层与AMT二维反演低阻异常吻合较好.在验证基础上,构建了区内断裂空间分布模型,并根据AMT...     

活性炭测氡法在地热勘探中的应用——以张掖—民乐盆地为例

地热的运移和聚集主要沿断裂带进行,查明勘查区的断裂构造是地热勘探的重要目标。张掖—民乐盆地内断裂众多,且埋藏深,地表难以发现,特殊的地质条件使得传统物探方法的优势无法得到有效发挥。活性炭测氡法抗干扰性强、探测深度大、成本低,在探测隐伏构造方面具有独特优势。本次勘查在张掖—民乐盆地应用活性炭测氡法进行隐伏构造研究,通过对氡浓度测量值的趋势分析,提取局部异常,确定了研究区地下热水勘查有利部位,并为进一步进行钻探和浅层人工地震勘探创造了条件。     

氟的水文地球化学环境及其在地下水中存在形式的研究——以大庆西部地区为例

本文以大庆西部地区地下水含氟量的分布规律为例,较全面地论述了氟的来源、富集的水文地球化学环境,并应用热力学公式计算了氟在地下水中各存在形式的分配分数。     

西藏地区羊八井地热水中胶体粒子分析与表征

地热水的水化学特征包含其形成过程中地质、构造、断裂、蚀变以及环境变化等多种信息。西藏地区地热资源丰富,部分地热水中含有胶体粒子,开展胶体粒子的形貌、成分、结构等物理化学信息研究,对于了解地热流体的物质来源与胶体粒子关系具有重要意义。胶体粒子的生成与沉淀过程影响着地热水的浊度、电导率、部分阳离子的含量。本文对羊八井地热水中胶体粒子进行一系列分析,采用激光粒度仪测定地热水中胶体粒子的粒径,透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)表征胶体粒子的形貌,红外光谱(FTIR)测定胶体粒子的特征谱峰,能谱仪(EDS)分析胶体粒子的主要成分,电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)测定地热水中二氧化硅(SiO2)含量。结果表明：地热水中高含量的SiO2除了以偏硅酸形式存在,还以胶体粒子的形式存在。胶体粒子的平均粒径为80.83nm,该胶体粒子与铯硅华的形成及轻稀土元素的富集有关。此外,该胶体粒子可以用ICP-OES法分析,但不与钼酸铵显色,从而导致采用紫外可见分光光度法(UV-Vis)和ICP-OES测定该类型水体中偏硅酸(H2SiO3)与SiO2结果相差较大,因此对于SiO2含量高于100mg/L的地热水,采用ICP-OES法检测更为准确。     

搭格架温泉水化学特征及其约束因素研究

搭格架地热区温泉水DJ1-DJ116号样品于2009年采集,阳离子及微量元素含量采用ICP-OES法测试,Cl-含量采用滴定法测试,其余阴离子含量采用紫外-可见光分光光度法测试。通过对温泉水化学指标的分析,研究温泉的水化学特征及约束因素。其温泉水化学类型为HCO3-Na型,平均矿化度为1 524 mg/L,具有较高的Na/Cl值,温泉水演化程度较高,为完全平衡水,热储中的水岩反应达到了平衡状态.温泉水中PO2极低,PCO2较高;大部分温泉水中玉髓、石英和无定形态SiO2三种硅质热液矿物的饱和度指数大于0。K-Na温标计算热储平均平衡温度为251.36℃;泉水中的Na＋、K＋离子活度主要受到钠、钾长石的约束。微量元素组合表现出花岗岩源的特征。总体上搭格架地热区温泉水化学特征受到区域地质背景的约束。     

B,As, and F contamination of river water due to wastewater discharge of the Yangbajing geothermal power plant,Tibet, China

Thermal waters from the Yangbajing geothermal field, Tibet, contain high concentrations of B, As, and F, up to 119, 5.7 and 19.6 mg/L, respectively. In this paper, the distribution of B, As, and F in the aquatic environment at Yangbajing was surveyed. The results show that most river water samples collected downstream of the Zangbo River have comparatively higher concentrations of B, As, and F (up to 3.82, 0.27 and 1.85 mg/L, respectively), indicating that the wastewater discharge of the geothermal power plant at Yangbajing has resulted in B, As, and F contamination in the river. Although the concentrations of B, As, and F of the Zangbo river waters decline downstream of the wastewater discharge site due to dilution effect and sorption onto bottom sediments, the sample from the conjunction of the Zangbo River and the Yangbajing River has higher contents of B, As, and F as compared with their predicted values obtained using our regression analysis models. The differences between actual and calculated contents of B, As, and F can be attributed to the contribution from upstream of the Yangbajing River. Water quality deterioration of the river has induced health problems among dwellers living in and downstream of Yangbajing. Effective measures, such as decontamination of wastewater and reinjection into the geothermal field, should be taken to protect the environment at Yangbajing.     

冀中平原深部地下热水资源可更新特征与依据——以辛集馆陶组地下热水系统为例

针对冀中平原深部地下热水资源可更新性问题,以辛集馆陶组地下热水系统为例,采用相同开采强度下地下热水位降幅异常变化的识别方法,通过2000年以来该地下热水位年际及月际降幅与开采量和上游山区年降水量之间响应变化特征研究,结果表明:(1)冀中平原辛集地区馆陶组地下热水资源具有一定的可更新能力,与上游山区年降水量变化相关,还与地下水位埋深、当年开采引起的水位降幅大小和开采疏干层位砾粗砂岩及细砂岩占比状况有关;(2)辛集地区馆陶组地下热水大规模开采,是该地下水系统获得上游区侧向流入补给的必要条件,属于开采激发型补给,更新补给的资源数量有限;(3)从2000年以来该区地下热水水位动态变化趋势来看,目前该区地下热水资源已处于超采状态,需要压采或人工回灌增大补给,否则难以可持续开发利用。     

基于水化学及稳定同位素的西藏察雅地下热水成因研究

西藏察雅分布有两处地下热水,其中娘曲热水流量达23 356 m ³/d,温度达36 ℃,掌握其成因以及地下水循环模式对铁路隧道的规划建设具有重要意义。为查明地下热水水化学特征及其成因模式,采用同位素水文地球化学方法进行研究。结果表明:两处地下热水主要阳离子为Ca ²⁺和Mg ²⁺,主要阴离子为SO₄^2-和HCO₃^-,溶解性总固体含量为1 255~2 051 mg/L,水化学类型分别为SO₄·HCO₃-Ca·Mg型和SO₄-Ca·Mg型。氢氧同位素分析结果表明,地下热水补给来源主要为大气降水,并具有 ¹⁸O漂移现象,反映了热水与围岩的氧同位素交换效应。地下热水的补给高程为4 146~4 185 m,热储温度为53.1~61.0 ℃,循环深度为1 409~2 020 m。其成因模式为:地下水在东北部高山区接收大气降水入渗补给,沿岩溶裂隙管道径流,经深循环获得大地热流加热,受构造及岩层阻水影响沿断层上升,在上升过程中与份额达0.79~0.91的浅层地下水混合,于沟谷等地势切割处出露成泉。综合水文地质条件与隧道位置分析,隧道穿越的两处岩溶富水条带,东部岩溶富水区对隧道突涌水威胁较小;西部岩溶富水区对隧道存在构造岩溶水高压突涌水风险,后期应注意防范。     

高温地热区土壤微渗漏的温室气体释放通量研究: 以藏南羊八井地热田为例

土壤微渗漏是地球深部的构造-岩浆活动向大气圈释放温室气体的重要形式之一。近年来,国外许多地热区已经开展了土壤微渗漏温室气体释放通量的定量研究,然而,目前我国尚无该方面的系统研究报道。本文阐述了利用密闭气室法测量地热区土壤微渗漏温室气体释放通量的方法和原理,并将其应用于青藏高原的羊八井地热田。根据研究区的地热活动强度,将羊八井地热田划分为土壤微渗漏释放较弱的A区和土壤微渗漏释放较强的B区。计算结果表明,A区和B区的CO2气体释放通量分别为6.7g·m-2·day-1和98.5g·m-2·day-1。两区释放通量的差异主要受控于断裂的发育程度,即A区位于裂谷的中部,断裂发育程度较差,B区靠近念青唐古拉正断层,断裂发育程度较高,为温室气体的逸出提供了良好的运移通道。羊八井地热田土壤微渗漏CO2气体的释放总量约为8.6×104t·a-1,接近于意大利Vulcano火山区的土壤微渗漏温室气体释放规模(1×105t·a-1)。研究区的气体同位素组分测试结果显示,He同位素值介于0.107RA~0.648RA(RA为大气3He/4He比值),δ13C值介于-11.33‰~-6.79‰(vs.PDB),表明羊八井地热田的温室气体可能主要来源于大陆俯冲环境下的加厚陆壳,其温室气体释放通量的规模主要受控于地壳的岩浆活动以及南北向裂谷拉张作用。羊八井地热田所在的拉萨地块是青藏高原温室气体释放活动最强烈的区域之一,以往的研究表明,青藏高原出露大量新生代火山、地热区,开展火山、地热区温室气体释放通量的研究将有助于深入理解地质因素向当今大气圈释放温室气体的规模等与深部碳循环相关的科学问题。     

印度大陆俯冲前缘的可能位置:来自藏南和藏东活动热泉气体He同位素约束

为了获得西藏碰撞造山带的深部信息 ,并约束印度大陆俯冲碰撞过程 ,系统研究了藏南地区活动热泉的氦同位素。本文资料和前人成果表明 ,青藏高原热泉气体 He同位素组成变化极大 ,R/ Ra介于 0 .0 17～5 .38之间 ,可分为两个不同的 He变化域 ,即幔源 He域 (R/ Ra:0 .11～ 5 .38;R为样品的 3He/ 4He值 ,Ra为空气的 3He/ 4He值 ,下同 )和壳源 He域 (R/ Ra:0 .0 17～ 0 .0 72 )。前者主要分布于东构造结附近的腾冲热海 (R/ Ra:0 .4 0～ 5 .38)、西构造结附近的狮泉河热田 (R/ Ra:0 .2 7～ 0 .30 )以及 89°E以东的拉萨热水活动带 (R/ Ra:0 .11～ 0 .98) ,后者集中于 89°E以西的昂仁热水活动区 (R/ Ra:0 .0 17～ 0 .0 72 )。东西构造结附近的热泉受走滑断裂控制 ,有不超过 5 0 %的幔源气贡献 ,而高原腹地内的热水活动则受 SN向裂谷控制 ,幔源 He域与壳源 He域以 89°E为界 ,分别横跨雅江缝合带。热泉氦同位素与深部地球物理探测资料综合分析表明 ,高原腹地的现代热水活动主要受上地壳内部成片出现的岩浆房或部分熔融层驱动 ,但 89°E以东地区有来自幔源熔浆的热和物质 (He气 )贡献。本文提出 ,印度大陆板块总体呈斜向俯冲态势 ,在 89°E以西 ,向北北东方向缓角度俯冲的板片可能已越过雅江缝合带 ,而在89°E以     

深部水热型地热潜力区的GIS预测模型——以土耳其西安纳托利亚地区为例

开发地热资源有着很大的不确定性和很高的经济风险,需要建立可靠的数学预测模型以确定潜在地热区。通过对地震震中、断层、布格重力异常、磁异常和红外遥感5个与地热密切相关的因素进行整合,建立了地热潜力区的数学预测模型;并以土耳其西安纳托利亚地区为例,对模型的优劣性进行分析评价。运用指数叠加模型和证据权重模型分别建立地热潜力区图,预测成功指数表明证据权重模型的预测结果更为准确。其中,中高潜力区总面积为26 529 km²,占总面积的31.14%,包含39个地热点,占总地热点的50.65%。预测结果显示潜在地热区位于Ayd?n,Denizli,Manisa和Bal?kesir,其中前2个地区的地热已经被开发利用。本研究可以在地热勘探阶段确定潜在地热区,降低经济风险。     

雅鲁藏布江大拐弯入口段泥石流特征及应对措施

雅鲁藏布江大拐弯入口段活动的地质构造、特殊的地形与气候条件酿就了暴雨泥石流及冰川泥石流等地质灾害。近60a来,则隆弄冰川泥石流曾两度摧毁直白村;鲁霞-德阳段暴雨泥石流的洪积扇已经深入雅鲁藏布江中,该段河道处于半阻塞状态。两处地点的泥石流对上下游村庄、城镇及设施带来严重威胁。依据地貌调查及室内DEM定量分析,了解泥石流地质灾害的空间分布特征及其成因,对前人认为则隆弄冰川泥石流堰塞雅鲁藏布江造成上游回水成湖淹没米林、林芝等地的观点提出了新的看法;米林、林芝古淹没事件可能是对多地点泥石流爆发的响应。对米林—加拉一线不同地点不同类型的泥石流灾害可能造成的不良环境效应进行评估后提出几点应对措施。