典型高温热泉中锑的形态分布及其地球化学成因

锑为典型有害元素,地热成因锑是天然水环境中溶解态锑的重要来源,富锑热泉排泄的负面环境效应不容忽视.本文在藏南和滇西选择典型地热区,分析了热泉中锑的形态分布及其地球化学成因.总体上,研究区排泄的地热水具有远高于天然水环境背景值的锑含量,最高可达2 128.7μg/L.水文地球化学计算表明热泉中锑的主要存在形态为锑酸盐和亚锑酸盐,但部分热泉样品中硫代锑占总锑百分比可高达35%.硫化物浓度、S（-Ⅱ）/Sb摩尔比,以及砷锑之间的竞争巯基化作用是影响热泉中硫代锑含量的关键因素.在本研究所涉及地热系统中,西藏玛旁雍错曲色涌巴、门士、莫落江为岩浆热源型地热系统,其地热水中锑源自高温条件下热储围岩淋滤和作为热源的岩浆房所释出流体的输入,西藏曲卓木、朗久与云南邦腊掌则属于非岩浆热源型地热系统,其热泉中的锑主要来源于地热水-围岩矿物相互作用.     

内蒙古河套平原高砷地下水赋存环境特征

内蒙古河套平原是世界地方性砷中毒较为严重的地区之一。笔者以平原西部的重病区杭锦后旗为研究区,对高砷地下水赋存环境进行了调查研究。研究表明:高砷区沉积物中As的含量为7.7～34.6mg/kg,其中粘性土和亚粘性土中As含量相对较高。高砷地下水的pH值为7.0～8.3,平均Eh值为-155.1mV,平均矿化度为1.58g/L,主要的水化学类型包括:Cl-HCO3-Na型、Cl-Na型、HCO3-Cl-Na型,As的含量为15.5～1093μg/L,且主要以As(Ⅲ)形态存在,水中DOC(0.73～35.76mg/L)、HCO3-(283.75～1290.48mg/L)、NH4+(0.27～10.48mg/L)的浓度较高,硝酸盐和硫酸盐含量较低。研究区的氟中毒现象也较严重,高氟地下水中氟含量为1.11～6.01mg/L。绝大多数高氟水中砷含量也超标,出现了一种高砷水与高氟水并存的现象。综合判断,河套平原的高砷地下水赋存环境处于还原性环境。还原条件下,高砷区沉积物中的铁/锰氧化物的还原溶解易使吸附的砷释放到地下水中。这是研究区高砷地下水形成的主要原因。     

氢化物发生-原子荧光光谱法测定土壤中水溶态砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)

以氢气发生器为氩-氢火焰提供纯净、稳定的氢气,原子荧光光谱法测定土壤中水溶态和可交换态Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)已有应用,本研究进一步将此方法用于测定土壤样品中的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)。在0.3mol/L NaH2PO4-Na2HPO4缓冲液中,采用氢化物发生-原子荧光光谱法测定土壤中水溶态As(Ⅲ)和总砷的含量,通过差减法计算As(Ⅴ)的含量。实验考察了0.02～0.4 mol/L NaH2PO4-Na2HPO4对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)测定的影响,结果表明0.3 mol/L NaH2PO4-Na2HPO4可以有效掩蔽As(Ⅴ)。As(Ⅲ)的检出限为2.92 ng/g,总砷的检出限为2.35 ng/g;As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的加标回收率分别为96%～104%和101%～103%。本方法不再依靠化学反应产生氢气来点燃并维持氩氢火焰,可在发生氢化反应的任何介质中测定砷,且不需要考虑酸度问题。方法操作简便,准确度高,能满足大批量样品分析要求。     

悬乳体进样-电感耦合等离子体质谱法测定油菜籽中的毒性低温元素砷锑镉铊

油菜籽品质及重金属污染程度直接关系到人类健康,对油菜籽中As、Sb、Cd和Tl等有毒元素含量进行监测有助于对食用油生产原材料的提前监控。避开强酸消解前处理的繁琐,为了实现快速测定菜籽中As、Sb、Cd和Tl等易挥发有毒元素的准确含量,以及解决粮油食品脂肪含量高对前处理的挑战,本文采用一种悬浮-乳化协同制样技术,详细考察了影响悬浮-乳化的诸多条件,制得均匀稳定的悬浮-乳化试液(Slurry-Emulsion Solution, SES)体系。在进样效率高的电热蒸发器(ETV)中,优化程序升温参数和改进剂硝酸钯的用量,SES直接进样,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定了油菜籽中As、Sb、Cd和Tl。该方法对As、Sb、Cd和Tl的相对标准偏差(RSD)分别为10.1%、8.8%、8.9%、6.4%[c=0.5%(m/V),n=5]。在最佳实验条件下,As、Sb、Cd和Tl检出限(3σ)分别为40.0ng/L、20.0ng/L、50.0ng/L和10.0ng/L,对应原始固体样品的检出限(3σ)分别为8.0ng/g、4.0ng/g、10.0ng/g和2.0ng/g。菜籽样品中As...     

云南腾冲热海高温地热水中汞的地球化学异常及其指示意义

汞是环境中典型有害组分,深部地热系统可能是环境中汞的重要来源之一,但当前地热成因汞的研究程度很低。本文以腾冲火山带热海水热区为研究区,开展了热泉中汞的水文地球化学研究。热海水热区内排泄的中性热泉含有异常高浓度的汞,但酸性热泉则绝大多数未检出汞。热海热泉中的汞与典型的岩浆来源组分氯相同,均主要来源于岩浆流体的混合。在中性热泉中,Hg(II)是汞的占优势地位的价态,Hg²⁺与不同形态硫化物的配合则是决定Hg(II)的形态分布的直接因素,但pH可通过控制水中硫化物的形态分布来影响Hg(II)的形态分布。Hg(II)不易挥发,故中性热泉中汞含量普遍较高;但酸性热泉中的汞受泉口氧化还原电位较高的影响,以Hg(0)为主要价态,且因Hg(0)易挥发而导致总汞含量极低。就中性热泉而言,其汞含量对水热区断裂分布有重要指示作用,原因为沿不同断裂上升的中性地热水经历的冷却方式不同,最终导致热泉汞含量也表现出显著差异。热泉汞含量对水热系统结构研究有借鉴意义。     

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.      

云南腾冲热泉中稀有金属矿化特征及其意义

云南腾冲地区正在活动的热泉中普遍含有Li、Be、Rb、Cs等稀有金属和W、Sb、Tl、Mo等微量元素,以Li、Rb、Cs、W的富集最为显著。热泉中Li、Rb、Cs、W的平均值分别为2895.1μg/L、839.8μg/L、417.9μg/L、61.74μg/L,普遍高于Cu、Pb、Zn的含量(分别为13.6μg/L、0.24μg/L、6.83μg/L)。Au、Ag等贵金属和稀土元素的含量很低,基本上低于检出限。此外,温度越高的泉水稀有金属的含量也相应增高;而氦同位素资料表明,热泉中不但有幔源物质的供给,而且,随着幔源组分贡献的增大,稀有金属的含量明显升高。因此,热泉活动是可以导致稀有金属富集成矿的。鉴于腾冲地区水热活动广泛而强烈,近20年来不同年份热泉中Li的含量又是相对稳定的,可以认为热泉不但可以形成稀有金属矿床,而且速度是比较快的。每年随着水热活动带出的锂金属量可达500多吨,其成矿效果明显优于贵金属、稀土和铜铅锌等有色金属。研究热泉型稀有金属的成矿机制,对于我国西南三江地区寻找热液蚀变或热泉沉积型稀有金属矿床,具有重要的理论意义和现实意义。     

西藏南部古堆高温地热田水化学特征及其成因研究

作为我国近些年地热勘探取得重要突破的地热田,西藏南部古堆地热田以其浅埋、高温、富锂、活动剧烈为典型特征而为人们广泛关注。然而关于其水化学特征和成因人们还知之甚少。古堆高温富锂地热田由五个地热显示区组成,分别是布雄朗古、杀噶朗噶、巴布的密、茶卡和日若地热显示区,其中布雄朗古、杀噶朗噶地热显示区地热活动最为强烈。古堆地热田沸泉和热泉的水化学类型主要为Na- Cl型,温泉和冷泉的水化学类型主要为Na- Cl- HCO3、Na- HCO3- Cl和Na- HCO3型,地表水化学类型主要为Ca- Mg- SO4- HCO3和Na- Ca- Mg- SO4- Cl- HCO3型,这些不同的水化学类型可能反映其不同的成因和物质来源;K- Na地温计显示布雄朗古、杀噶朗噶、巴布的密、茶卡有相似的热储温度（最高可达240. 56℃）,且明显高于石英和K- Mg地温计计算结果;除了部分沸泉,多数地热水在Na- K- Mg三角图中的投点都远离完全平衡线,表明地热水在从热储上升至地表的过程中没有达到完全的化学再平衡,可能与冷水发生了混合;通过对地热流体特征元素的分析发现Cl、Na、K、SiO2、B、As、Li、Rb、Cs和F是古堆地热流体的特征化学组分,Cl和其他特征化学组分之间良好的线性关系,表明了深部母地热流体的存在;通过对古堆地热流体焓- 氯图解的分析表明古堆地热田深部可能存在两类不同的母地热流体,其Cl含量、焓值和对应的温度分别为567 mg/L、1562. 5 J/g、335. 5℃和697 mg/L、1250 J/g、282. 5℃,并且古堆地热田的母地热流体可能是通过与围岩的热传导、沸腾或者与浅部地表冷水混合的冷却方式上升至地表形成不同温度、水化学类型和活动强度的热泉,本研究对深入认识我国西藏南部高温富锂地热系统的水化学特征和形成过程具有重要理论意义,同时对将来合理利用我国西藏南部清洁地热能和地热型锂资源具有重要的现实意义。     

冀中坳陷地区地下热水氟分布特征及其风险评估和开发利用建议

【研究目的】冀中坳陷地区地热资源丰富,地下热水中氟分布特征及其风险评估对地热资源开发利用具有重要意义。【研究手段】本文以冀中坳陷地区地下热水为研究对象,通过分析砂岩热储层和碳酸盐岩热储层地热流体水化学数据,研究地热流体中氟的分布特征和富集规律,评价地热流体质量,提出地热流体开发利用相关建议。【研究结果】研究区地热流体以Na-Cl和Na-Cl-HCO₃型水为主,基本为碱性水,优势阳离子为钠离子,氟含量较高,尤其碳酸盐岩热储地热流体氟离子含量集中分布在7.5～9.5 mg/L,最高达13.9 mg/L;弱碱性环境、水温和水岩作用是影响研究区氟离子富集的主要因素,砂岩热储中氟离子浓度与Ca²⁺、Mg²⁺浓度呈显著负相关,而碳酸盐岩热储中其相关性并不显著。氟的富集受到萤石等含氟矿物的控制,砂岩热储地热流体萤石饱和指数全部小于零,而氟离子浓度较高的碳酸盐岩储层地热流体萤石饱和指数普遍分布在零附近。【结论】研究区高氟地热流体不能直接用于生活饮用水、农田灌溉和渔业用水,在进行地热资源综合梯级利用时解决地热尾水除氟问题至关重要。     

广西铅锑矿冶炼区表层土壤重金属污染的分布规律

为了解铅锑冶炼活动对周边土壤的污染情况,通过实地采样调查和室内样品分析,对河池铅锑矿冶炼区周边土壤中重金属含量的空间分布规律进行了分析,并对该区重金属污染情况进行评价。结果表明:冶炼区表层土壤受到较高含量的Sb、Pb、Zn污染,As、Cd和Cu也有一定程度的污染。土壤中的w(Sb)、w(Pb)和w(Zn)分别为195～2034 mg/kg、259～2261 mg/kg和365～1033 mg/kg,分别达到背景值的4.8～33.3倍、3.4～29.7倍和1.4～3.9倍。冶炼区表层土壤中的重金属含量与冶炼厂的远近关系密切,Sb、As和Pb在0～400 m范围急剧衰减,400 m范围内Sb、As和Pb分别衰减了92.5%、95%、93.7%。在400～2400 m的2000 m区间Sb、As和Pb分别衰减了64.4%、80.9%、52.1%。Cd在200 m范围内衰减了88.7%,在200～2400 m范围没有显著变化。Sb、As、Cd和Pb在400～2400 m范围呈缓慢衰减,使得重金属的影响可达很远。Sb和Pb的衰减趋势高度相似,这对于Pb-Sb的全球迁移具有相关的意义。     

腾冲热海地热田的概念模型

云南省腾冲县热海地热田是中国大陆上最大的一个地热田，根据１９７３年以来所获得的地质，地球化学和地球物理资料，有可能建立热海地热田的概念模型，热海地热田的盖岩层为厚约３００ｍ的中新统，热储层为前寒武系高黎贡山群内的低速层，埋深约１５００ｍ，热储流体为ＮａＣｌ型饱和水，温度为２３０～２７５℃热田的热源为地下６～７ｋｍ深的一个岩浆囊，它侵位于花岗岩之中，厚约２０ｋｍ，其顶部的温度约为６６７℃。     

Geochemical constraint on origin and evolution of solutes in geothermal springs in western Yunnan,China

Geothermal resources are very rich in Yunnan, China. However, source of dissolved solutes in geothermal water and chemical evolution processes remain unclear. Geochemical and isotopic studies on geothermal springs and river waters were conducted in different petrological-tectonic units of western Yunnan, China. Geothermal waters contain Ca–HCO₃, Na–HCO₃, and Na (Ca)–SO₄ type, and demonstrate strong rock-related trace elemental distributions. Enhanced water–rock interaction increases the concentration of major and trace elements of geothermal waters. The chemical compositions of geothermal waters in the Rehai geothermal field are very complicated and different because of the magma chamber developed at the shallow depth in this area. In this geothermal field, neutral-alkaline geothermal waters with high Cl, B, Li, Rb Cs, As, Sb, and Tl contents and acid–sulfate waters with high Al, Mn, Fe, and Pb contents are both controlled by magma degassing and water–rock interaction. Geothermal waters from metamorphic, granite, and sedimentary regions (except in the Rehai area) exhibit varying B contents ranging from 3.31 mg/L to 4.49 mg/L, 0.23 mg/L to 1.24 mg/L, and <0.07 mg/L, respectively, and their corresponding δ¹¹B values range from −4.95‰ to −9.45‰, −2.57‰ to −8.85‰, and −4.02‰ to +0.06‰. The B contents of these geothermal waters are mainly controlled by leaching host rocks in the reservoir, and their δ¹¹B values usually decrease and achieve further equilibrium with its surrounding rocks, which can also be proven by the positive δ¹⁸O-shift. In addition to fluid–rock reactions, the geothermal waters from Rehai hot springs exhibit higher δ¹¹B values (−3.43‰ to +1.54‰) than those yielded from other areas because mixing with the magmatic fluids from the shallow magma. The highest δ¹¹B of steam–heated waters (pH 3.25) from the Zhenzhu spring in Rehai is caused by the fractionation induced by pH and the phase separation of coexisting steam and fluids. Given the strong water–rock interaction, some geothermal springs in western Yunnan show reservoir temperatures higher than 180 °C, which demonstrate potential for electricity generation and direct-use applications. The most potential geothermal field in western Yunnan is located in the Rehai area because of the heat transfer from the shallow magma chamber.     

Mercury, arsenic, antimony, bismuth and boron as geochemical indicators for geothermal areas

From 1982 to 1983, 131 soil samples were collected within an area of 60 km² in known geothermal field and their vicinities in Tengchong, Yunnan Province. Distinct anomalies of Hg, As, Sb and Bi were found on the known geothermal fields. The contour of the multiplicative anomaly of Hg × As × Sb encircled the two known geothermal fields, Reshuitang and Rehai, within its extent, disclosing the interrelation between these two fields, and enlarging their future prospects. The B anomaly is related to structural features. Significant correlations among Hg, As and Sb are shown by correlation analysis. It was concluded that a geochemical survey with a density of two samples per km² could be carried out effectively to delineate promising targets of geothermal resources.     

Solute geothermometry of springs and wells of the Los Azufres and Las Tres Vírgenes geothermal fields,Mexico

Subsurface reservoir temperatures of two important Mexican geothermal systems (Los Azufres and Las Tres Vírgenes) were estimated by applying all available solute geothermometers for 88 and 56 chemical data measurements of the spring waters and fluids of the deep geothermal wells, respectively. Most of the chemical data for spring water of these two geothermal fields are for HCO₃ water, followed by SO₄ and Cl types. For the Los Azufres geothermal field (LAGF), the reservoir temperatures estimated by Na-K geothermometers for springs of HCO₃ and SO₄ waters, and by Na-Li and Li-Mg geothermometers for Cl water, are close to the average bottom-hole temperature (BHT) of the geothermal wells. However, all reservoir temperatures for spring waters from the Las Tres Vírgenes geothermal field (LTVGF) estimated by all solute geothermometers indicated significantly large differences (low temperatures) compared to the BHT. Evaluation of inferred reservoir temperatures for spring waters of the LAGF and LTVGF suggests that not all springs nor all solute geothermometers provide reliable estimation of the reservoir temperatures. Even though chemical equilibrium probably was not achieved in the water–rock system, Na-K geothermometers for HCO₃ water (peripheral water mainly of meteoric origin with little geothermal component) and SO₄ water (geothermal steam heated) and Na-Li and Li-Mg geothermometers for Cl-rich spring water (fully mature geothermal water) of the LAGF indicated reservoir temperatures close to the BHT. However, in comparison with the geothermometry of spring water of the LAGF and LTVGF, fluid measurements from geothermal wells of these two fields indicated reservoir temperatures in close agreement with their respective BHTs. For the best use of the solute geothermometry for spring water, it is advisable to: (1) chemically classify the springs based on water types; (2) identify and eliminate the discordant outlier observations by considering each water type as a separate sampled population; (3) apply all available solute geothermometers employing a suitable computer program such as SolGeo instead of using some specific, arbitrarily chosen geothermometers; and (4) evaluate the temperatures obtained for each solute geothermometer by considering the subsurface lithology, hydrological conditions, and BHTs or static formation temperatures whenever available.     

西藏搭格架地热区天然水的水化学组成与稳定碳同位素特征

为探究青藏高原搭格架地热区地热水、湖水、河水、冰雪融水等天然水体的水化学组成及物质来源控制因子,于2014年8月对该地区进行了考察和取样。利用紫外-可见光分光光度计和ICP-OES测定了水样中各阴、阳离子含量,利用Gas Bench连接同位素质谱仪测定了水样中溶解无机碳（DIC）同位素比值。结果表明,地热水中总溶解固体（TDS）含量为977.13~1 279.50 mg/L,阳离子以K+和Na+为主,阴离子以HCO3-和Cl-为主,湖水的TDS含量为77.81~810.94 mg/L,阳离子以Na+和Ca2+为主,阴离子以HCO3-(CO32-)和SO42-为主,地热水和湖水的水化学类型为HCO3-Na型;河水和冰雪融水的各离子含量较低,水化学类型为HCO3-Ca型;地热水的DIC浓度范围为9.2~15.4 mmol/L,δ13CDIC值为-9.09‰~-0.95‰;湖水的DIC浓度为1.1~9.7 mmol/L,δ13CDIC值为-8.84‰~-0.27‰。根据水化学Gibbs分布模式图判断出区域水化学特征主要受硅酸盐岩风化控制,以钠长石和钾长石风化为主,但是地热水的水化学组分受到硅酸盐岩和蒸发盐岩共同控制。通过碳同位素比值分析对区域主要风化过程中CO2的来源示踪表明,湖区周围的硅酸盐风化其碳源主要为土壤CO2,热泉区硅酸盐水解其碳源为地球深部CO2输入。      

腾冲地热区高温热泉水中稀土元素特征

腾冲地热区位于印度-欧亚板块碰撞带东北缘,构造和岩浆活动频繁,地热作用明显,热泉广泛分布,是现代热泉研究的天然实验室。热泉水中的稀土元素特征是指示浅层水岩反应的重要指标。由于热泉水中稀土元素含量较低且变化范围大,腾冲地区热泉水稀土元素组成的报道比较罕见。本文尝试研究了腾冲高温热泉水中稀土元素组成特征,并与美国内华达州贝奥沃韦地热田和加利福尼亚希伯地热田热泉水的稀土元素特征进行了对比。本文选取腾冲地区的高温热泉,应用ICP-MS,测试了热泉水中稀土元素。分析结果表明热泉水中稀土元素含量相对较低且变化范围较大,其变化范围为球粒陨石的10-5～10-2倍。稀土元素球粒陨石标准化配分模式整体为轻微右倾型或平坦型,显示轻重稀土分异不明显;δEu既有正异常也有负异常;各热泉点热泉水稀土配分模式之间存在差异。虽然腾冲地热区热泉水的REE含量比美国贝奥沃韦地热田和希伯地热田热泉水的高10倍,两者之间的稀土元素分布特征具有一致性。热泉水中的δEu负异常为深循环的大气降水与具有负铕异常火山岩水岩反应的结果,正铕异常可能是由快速上返的大气降水与蒸发岩中的石膏反应导致。     

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。     

土壤元素地球化学异常对天津地区地热田异常的指示

地热属于清洁的可再生能源,天津地区蕴藏着丰富的地热资源。As、B、Be、Bi、Hg、Sb等可以作为岩石、土壤、水系沉积物测量的重要指标,在土壤地球化学测量中可以使用这些元素来进行地热田异常调查。本文利用天津地区多目标地球化学土壤调查数据,分析了天津地区地热田异常区内表层和深层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb的地球化学异常,研究认为土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb的地球化学异常对天津地区地热田异常具有很好的指示作用,可以为今后预测地热资源的空间分布和规划开发提供重要依据。