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。     

天津市奥陶系热储层地热流体水化学特征及其主要影响因素

天津境内在宝坻断裂以南的广大平原区,蕴藏着丰富的中低温地热资源.在水平方向上地热流体自北东向南西矿化度逐渐增高,水质渐趋复杂.其中奥陶系热储层是位于最上层的基岩裂隙型热储层、紧邻上覆的孔隙型热储层.其地热流体的矿化度变化范围是天津地区所有热储层中最大的、水化学类型也出现天津地区所有热储层中所独有的高硫、高钙水型:SO4·Cl-Na·Ca.本文以分布在沧县隆起区中南部的奥陶系地热井为研究重点,通过地热流体水质检测、岩性化学分析、淋溶实验等手段,分析了形成奥陶系水质的主要影响因素.     

天津市深层基岩地下热水系统数值模拟中若干问题的处理

天津市基岩地下热水具有密度随温度变化显著、存在水岩之间热交换的特点, 采用适合于描述深层地下热水水流和热量运移的压力场和温度场控制方程, 通过对渗流场、边界条件的合理概化和对初始条件、热储层缺失区域及倾斜断层等的合理处理, 使所建立的三维数值模型变得更为有效和实用.      

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。     

重庆市温塘峡背斜地热资源特征

温塘峡背斜是华蓥山帚状穹褶束中的背斜之一,地热水资源丰富,地热显示主要表现为天然温泉和人工温泉2类。通过统计和分析背斜两翼地热钻井的水量、水质和含水层资料,发现该构造主要热储含水层为嘉陵江组四段和二段,次要热储含水层为嘉陵江组三段和一段。水化学类型以硫酸盐型为主,但两翼有所不同,镁钙离子当量浓度比小于1,说明地热水化学成分主要来源于灰岩含水层。水质和水量受地质构造作用控制。温塘峡背斜具备热储盖层、热储层和下部热储隔热隔水层的层状热储结构特征,热储温度表现为西翼和东翼相当。物探测井数据显示,1 700~2 000 m深度处热储温度在26.42~51.7 ℃之间,且自北向南略有升高。研究成果可为温塘峡地热水资源进一步勘查开发提供参考和指导。     

Rocks control the chemical composition of surface water from the high Alpine Zermatt area (Swiss Alps)

The study presents composition data of 87 surface water samples from high alpine catchments of the Zermatt area (Swiss Alps). The investigated area covers 170 km². It was found that the surface runoff acquires the dissolved solids mostly by reaction of precipitation water with the minerals of the bedrock. Total dissolved solids (TDS) vary from 6 to 268 mg L^?1. All collected water shows a clear chemical signature of the bedrock mineralogy. The contribution of atmospheric input is restricted to small amounts of ammonium nitrate and sodium chloride. NH₄ is a transient component and has not been detected in the runoff. Evaporation is not a significant mechanism for TDS increase in the Zermatt area. The chemical composition of the three main types of water can be related to the mineralogy of the dominant bedrock in the catchments. Specifically, Ca-HCO₃ (CC) waters develop from metamorphic mafic rocks and from carbonate-bearing schists. Mg-HCO₃ water originates from serpentinites and peridotites. Ca-SO₄ (CS) waters derive from continental basement rocks such as pyrite-rich granite and gneiss containing oligoclase or andesine. The collected data suggest that, together with reaction time, modal sulfide primarily controls and limits TDS of the waters by providing sulfuric acid for calcite (CC waters) and silicate (CS waters) dissolution. If calcite is present in the bedrock, its dissolution neutralizes the acid produced by sulphide weathering and buffers pH to near neutral to weakly alkaline conditions. If calcite is absent, the process produces low-pH waters in gneiss and granite catchments. The type of bedrock and its mineral assemblage can be recognized in water leaving very small catchments of some km² area. The large variety of water with a characteristic chemical signature is an impressive consequence of the richly diverse geology and the different rock inventory of the local catchments in the Zermatt area.     

山东省菏泽凸起地热田岩溶地热水水化学水平演化特征

在前人研究成果的基础上,选择A-A'和B-B'两条路径,采用Piper三线图解、Schoeller图解、Na-K-Mg平衡图解、饱和指数计算评价等方法,研究山东菏泽凸起地热田地热水沿路径上的循环演化特征.结果表明:沿A-A'、B-B'剖面岩溶冷水→岩溶热水,水化学类型由SO4?HCO3-Ca?Mg?Na或SO4?HCO...     

雷州半岛局部地热异常及其形成机制

雷州半岛地热场主要受基底构造格局的控制和地下水活动的影响,隐伏花岗岩体放射性元素生热对盖层地温的贡献不可忽视,第四纪更新世火山喷发活动的岩浆余热已几乎完全散失,岩浆体和围岩温度已趋于平衡。由火山喷发而形成的雷北螺岗岭和雷南石峁岭两个玄武岩台地,为半岛地下水的主要补给区,由于冷水流下渗的地温效应,新生界盖层浅部地温梯度<3℃/100m,呈现地热负异常。在以传导传热为主的区域,地热场特点与华北盆地相似,新生界盖层地温梯度与基底岩面的埋深密切相关。由于地壳深部较均一的热流在地壳表部再分配的结果,若干凸起区盖层地温梯度为4—5℃/100m,呈现地热正异常。某些控制凸起区的边界断裂,当深层热水沿其上涌,造成附加热源,和传导传热相叠加,盖层地温梯度可高达5—8℃/100m,形成更鲜明的地热正异常。     

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℃。     

Groundwater geochemistry in shallow aquifers above longwall mines in Illinois, USA

 Aquifers above high-extraction underground coal mines are not affected by mine drainage, but they may still exhibit changes in groundwater chemistry due to alterations in groundwater flow induced by mine subsidence. At two active longwall mine sites in Illinois, USA, glacial-drift aquifers were largely unaffected by mining, but the geochemistry of the bedrock aquifers changed during the post-mining water-level recovery. At the Jefferson site, brackish, high-sulfate water present in the upper bedrock shale briefly had lower values of total dissolved solids (TDS) after mining due to increased recharge from the overlying drift, whereas TDS and sulfate increased in the sodium-bicarbonate water present in the underlying sandstone due to downward leakage from the shale and lateral inflow of water through the sandstone. At the Saline site, sandstones contained water ranging from brackish sodium-chloride to fresh sodium-bicarbonate type. Post-mining recovery of the potentiometric levels was minimal, and the water had minor quality changes. Longwall mining affects geochemistry due to subsidence-related fracturing, which increases downward leakage from overlying units, and due to the temporary potentiometric depression and subsequent recovery, whereby water from surrounding areas of the aquifer recharges the affected zone above and adjacent to the mine. Received, December 1998 / Revised, August 1999 / Accepted, August 1999     

河北牛驼镇地热田高温地热水成因分析

牛驼镇地热田以基岩热储层最优,是目前地热田开发利用条件最好的热储层。牛驼镇基岩热储水温60℃~100℃,顶板埋深最浅处小于500m,一般为800~1500m,涌水量50~110 m3/h。基岩地热水水化学类型为Cl—Na型水,偏硅酸浓度46~92mg/L,偏硼酸浓度5.0~33 mg/L,氟浓度5.41~11 mg/L,是优质的理疗矿泉水。本文着重从构造运动的角度分析了牛驼镇高温地热水的形成。阐述了自元古代的吕梁运动开始至二叠纪期间,研究区在经过"三降两升"的五个地史发展期中不仅沉积了良好的基岩热储层,亦储藏了丰富的水源。随着新生代喜山运动的活跃,在牛东等断裂的控制下,牛驼镇凸起发育成熟,在此过程中,牛驼镇凸起暴露地表,沉积了新近系和第四系,构成基岩热储的良好盖层。另外,由于基岩热储岩性的热导率较高及埋藏深度较浅,使得牛驼镇地热田拥有相对较高温度的地热水资源。     

西昌市尔乌泉域泉水水文地球化学特征及成因

泉和泉群是川西南乡村居民首要的生活水源,对本区泉水水文地球化学特征及成因的研究具有重要的科学价值和指导意义。以尔乌泉域泉水和地表水为研究对象,通过分析泉水和地表水常规水化学组分、氢氧同位素和氚同位素,探讨了该泉域泉水水文地球化学特征及成因。结果显示:尔乌泉域泉水为中偏碱性低矿化水,其水化学类型为HCO3—Ca·Mg和HCO3·SO4—Ca·Mg型水。地表水因受泉水补给影响具有与泉水相似的组分特征。氢氧同位素分析显示尔乌泉水和地表水补给来源为大气降水,且未发生氧同位素漂移。氚同位素进一步确定泉水为非现代水,地下水经历较长的径流时间。受断裂带和褶皱构造的影响,入渗补给的大气降水与碎屑岩中碳酸盐岩、石膏等矿物发生水岩相互作用,后与第四系黏土物质发生阳离子交换反应,致使泉水水化学组分以Ca2+、Mg2+、HCO-3和SO2-4为主。此外,居民生活污水的排放和化学肥料的施用也对泉水中Na+和SO2-4组分产生影响。     

福建省厦门市水热型地热系统地球化学特征及成因模式

福建省厦门市滨海地区海水补给型地热系统虽然补给资源量很大,但是存在水质咸化、温度较低、地热水开采可能诱发海水入侵等问题,因此,查明该区地热资源成因模式,对地热资源合理开发、利用及保护具有重要意义。通过在厦门市地热田采集地热水、地下水及地表水样品,运用水化学及环境同位素分析方法,研究地热水化学特征及地热资源的成因机制。结果表明:厦门市山区及山前地带地热水的补给来源主要是山区降雨入渗,以TDS较低的HCO3·SO4-Ca·Na型水为主;沿海地区地热水的补给来源主要是不同程度的海水混入,以TDS较高的Cl-Na型水为主。根据Cl-混合模型特征,发现该区13处地热田中有10处地热田受到海水混入补给,其中浦边地热水的海水混入比达73.20％。地热水由低山区沿NW向断裂向深部运移,与区域NE向深大控热断裂交汇,接受深部传导热量后形成深部热储层,温度为185~225 ℃;地热水沿断裂带上升过程中有海水或地下冷水混入,混入后的浅层热储温度为80~139 ℃。综合分析认为,厦门沿海地区海水是地热水的重要补给资源,地热水化学组分受海水混合作用影响明显,存在两次或多次地下冷水或海水的混入,降低了地下热储温度。     

北京北部地区深层热水开发对浅层冷水的影响

北京北部有小汤山和沙河2个地热田,呈三角形展布,东部边界为黄庄-高丽营断裂,西部边界为南口-孙河断裂．北部边界为阿苏卫-小汤山断裂。热储层为蓟县系雾迷山组、铁岭组和寒武系-奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层．热储盖层为青白口系页岩、石炭系-二叠系砂页岩和侏罗系火山岩隔水层。该区雨水、浅层基岩冷水和深层基岩热水的H、O同位素组成基本上都落在克雷格降水线上,表明区内冷水与热水均来源于大气降水。热水的^3H值表现出北高南低的特点．说明热水与冷水一样自北向南流动。重点分析了深层热水开采对浅层地震观测井中冷水动态的影响,以及这种影响在不同的水文地质条件、离开采井不同距离和不同测项方面表现出的差异。结果表明,北京北部深层热水开采对浅层冷水动态的影响距离约为5km．对位于导水断裂带附近的观测井的影响最为明显。     

黔中洋水背斜分散排泄系统地下水化学特征

黔中洋水背斜分散排泄系统位于贵州磷矿的主要产地,区域内磷矿山、磷化工、磷石膏堆场集中分布。研究该地区地下水化学特征,对于合理开发利用地下水资源具有重要意义。文章以岩溶地下水系统为研究对象,采集了主要地下水露头样品,运用离子对比法、主要离子比值法等水文地球化学研究方法,对地下水化学组分和离子来源进行深入分析。研究结果显示,研究区的碳酸盐岩岩溶水、基岩裂隙水、矿井水三者的水化学组分存在显著差异。碳酸盐岩岩溶水的主要化学组分来源于白云岩和白云质灰岩的溶滤作用;基岩裂隙水的主要化学组分含量是钙质泥岩溶滤与大气降水共同作用的结果;矿井水的主要化学组分则来源于白云岩、白云质灰岩的溶滤作用和人为工程活动的影响。本研究为该地区地下水资源的合理开发利用提供了科学依据,同时也有助于保护地下水资源和维护区域生态环境。     

内蒙古海拉尔盆地乌尔逊凹陷现今地温场特征

乌尔逊凹陷作为内蒙古海拉尔盆地油气资源最丰富的凹陷之一,其地温场特征尚未进行系统研究。根据5口井系统测温数据和42口井油层测温数据以及实测热导率资料,分析了海拉尔盆地乌尔逊凹陷现今地温场特征。乌尔逊凹陷的现今地温梯度在2.8~3.7℃/hm之间,平均地温梯度为3.35℃/hm。现今大地热流密度值在42.2~59.4 mW/m2之间,平均大地热流密度值为56.0 mW/m2,表明乌尔逊凹陷是一个中温型地温场。现今地温梯度和大地热流密度值分布具有北高南低的特点,造成南北差异的原因主要为地下水活动、断裂及火山岩体。现今地温场对油气生成具有明显的控制作用;乌尔逊凹陷为持续埋藏性凹陷,现今地温为烃源岩经历的最高温度;西部地区现今温度最高,铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组烃源岩仍处于较高的温度环境中,烃源岩现今仍处于生烃过程中,西部地区是乌尔逊凹陷主要的找油气区。     

岩溶热储高矿化度地热流体成因机制研究——以巴东县盐场河地热田为例

岩溶热储中地热流体多为中低温低矿化度热水,而岩溶热储中出现高矿化度地热水多与岩溶含水层矿物溶解有关。然而,湖北省巴东县盐场河地热田中地热水TDS高达12 477.7 mg·L⁻¹,水温约34 ℃,含水层矿物溶解并不足以解释其成因。文章在野外调查和地热钻探的基础上,对4个地热钻孔、1个温泉及附近4个冷泉进行了水文地球化学采样和测试。研究结果表明：盐场河地热田地热水化学类型为Cl-Na型,单位涌水量最大可达1 767 m³·d⁻¹,出水口温度在30.2~34.5 ℃。对比钻孔测温和SiO₂温度计分析,热储温度为59.1 ℃,循环深度为1 923 m。Phreeqc水化学模拟揭示含水层中的水–岩相互作用（主要是含水层矿物溶解）为地热水化学组分提供了部分贡献,主要来源于径流过程中咸化潮坪泻湖相盐岩的溶解。水文地质条件和氢氧同位素指示地热水的大气降水来源,但季节性的冷水混入控制了水−岩相互作用的平衡。可见,巴东县盐场河岩溶热储高矿化度地热水主要是径流过程中盐岩的溶解提供了水化学组分,但是出露过程中受到季节性的冷水混合影响。     

新疆塔什库尔干谷地地热资源研究进展

归纳了新疆塔什库尔干谷地地热地质条件,分析了区内地质构造、地温分布、地热流体化学及同位素特征,研究了地热形成机理,计算了曲曼地热田的地热资源量和可开采量。结果表明: 研究区地热资源受断裂构造控制; 地温变化与盖层、完整基岩、断裂带(热储)表现出明显的一致性,目前实测最高热储温度为161 ℃,深部热储计算温度可达222~268 ℃,地温梯度最高为149.20 ℃/100 m; 地热流体具有深循环特征,与浅表冷水的水化学和同位素特征具有明显的差异; 地热流体来源于大气降水,在断裂及裂隙内储存、运移、富集,在侵入岩体放射性生热和结晶余热的热量供应下,地下流体不断与围岩进行热量及物质交换,在热储围岩和盖层中,热量以传导方式为主,在热储内,热量以对流方式为主; 曲曼地热田储存的热量为55.919×10¹¹ MJ,地热流体可开采量约为12 593 m³/d,产能(热能)约为77.9 MW。因此认为,塔什库尔干谷地热储埋藏深度浅,易开采,具有可观的直接和间接经济价值。     

威海市七里汤地热田特征及其成因机制

为保护威海市七里汤地热温泉,笔者通过地热地质调查、地球物理勘查、地球化学勘查等方法探讨了七里汤地热田的水源、热源、地温场、聚热模式、水热运移通道等要素,建立了地热田成因概念模型,揭示了其成因机制。结果表明：①地热水水化学类型以SO4·HCO3–Ca·Na和HCO3–Na·Ca型水为主,水质动态较为稳定。②热水主要补给来源是大气降水,大气降水入渗后沿着横口–杨格庄深大断裂深循环到地下约为2276 m,水温加热至114.39℃左右,在断裂交汇处再沿着破碎带上涌溢出地表成泉。③入渗地下水沿着断裂构造带往深部运移过程中不断吸取围岩中的热量,地热田温泉成因类型为深循环–对流型。④七里汤等胶东温泉地热田均受断裂控制,地热异常区的面积不大,地热田规模小,虽然胶东温泉地热具有良好的开发市场前景,但必须控制开采,以免过量开采造成资源枯竭、热水温度下降。研究成果对威海地区地热资源开发利用有一定指导意义。     

四川广安铜锣山背斜热储性质及地热成因模式

岩溶热储赋存丰富的中-低温地热水,是广安市地热资源勘探和开发的主要目的层。通过地热地质、地球物理、地球化学和环境同位素等方法和手段对广安地区铜锣山背斜热储性质及成因模式进行了探讨。研究结果表明：①区内地温梯度值每百米为1.8～2.0℃,水温为26～42℃,水化学类型为SO4—Ca·Mg型,属于低温中性热矿水。②氢氧同位素显示地热水的主要补给来源为大气降水,补给高程超过1 100 m,位于区域北部的大巴山一带,具有较远的补给来源及较长的径流途径。③音频大地电磁测深解译成果和2 503 m地热钻井测温曲线揭示,牟家镇刘家沟村地下800～1 100 m存在低阻层和温度拐点,推测为导水断裂带。基于地热钻探认识、物探解译成果、水文地球化学和同位素分析结果,概化其地热成因模式为：大气降水在高隆起背斜槽谷区渗入地下,沿溶隙、管道和构造通道自北向南形成深部径流,吸收岩石热量后成为热水,并于河流深切峡谷地段以天然温泉出露或以地热井形式被人工揭露。此项研究可为广安市地热勘探、开发和利用提供科学依据。