碳酸盐岩热储中稀土元素的地球化学行为及其指示意义：以施甸地热系统为例

施甸中-低温地热系统是滇-藏-川地热带的重要组成部分,强烈的构造运动使该地热系统热储结构复杂,当前对其地热水地球化学过程研究程度很低.通过分析施甸地热水中稀土元素(REEs)的地球化学行为,本文旨在揭示碳酸盐岩热储内的主导性水文地球化学过程.结果表明,施甸地热水大部分富集LREEs,显示其对围岩REEs特征的继承.地热水也表现出Ce、Eu和Y异常,其中Ce负异常因继承碳酸盐岩Ce负异常或保留地热水古氧化环境特征而形成,Eu正异常源于地热水对长石类矿物的溶解,Y正异常则是地热水运移过程中其中的Ho受碳酸盐矿物优先吸附造成.PHREEQC计算表明施甸地热水中REEs的主要形态为LnCO₃⁺和Ln(CO₃)₂^-,在同一水样中,LnCO₃⁺含量随原子系数增加依次递减,而Ln(CO₃)₂^-则依次递增.此外,地热水中还存在少量Ln³⁺、LnF²⁺     

济源市盘古寺—五龙口断裂带地热区地热水化学特征分析及地热资源量估算

为分析济源市盘古寺-五龙口断裂带地热区地热水化学特征和估算地热资源量,在分析地热区地质背景的基础上,根据地热井地热水水质分析结果,采用Gibbs图对地热水的水化学类型和地热水化学组分成因进行分析,采用热储法对地热区的地热资源量进行估算。结果表明,第四系松散岩热储层地热水化学类型为HCO₃-Ca·Mg型,寒武系—奥陶系碳酸盐岩热储层地热水化学类型为SO₄·HCO₃-Na·Ca型,太古界片麻岩热储层地热水化学类型为Cl·SO₄-Na型,化学组分的形成主要受水岩作用与蒸发作用控制;地热区热储中储存的热量为3.62×10¹⁶J,可开采热量为4.79×10¹⁵J,为该地热区地热资源的开发利用提供参考。     

(古)盐度研究的一种重要工具--锶同位素

本文详细地阐述了海水-陆表水双元体系中锶同位素的混合原理、混合水体中87Sr/86Sr值与盐度的定量关系.利用Sr同位素不随生物、化学作用过程发生分馏作用及Sr与Ca化学性质相似等特征, 地层、沉积物中生物壳体和碳酸盐岩87Sr/86Sr值可作为沉积水体(古)盐度确定的一种有用工具.文中详细地综述了国内外在这方面的研究进展,并讨论了成岩后生作用对生物壳体和碳酸盐岩87Sr/86Sr原始值的影响作用,以及可能存在的一些问题.     

广安市铜锣山背斜三叠纪岩溶热储结构特征及热水成因研究

为探讨广安市铜锣山背斜三叠纪岩溶热储特征、地热水水化学与同位素组成、热储温度及地热水循环机理,采用地热钻探、水化学与同位素取样测试、热水溶质组分图解分析等手段和方法,开展了地热水成因的研究工作。结果表明:研究区三叠纪碳酸盐岩热储结构相对完整,热储盖层、热储层和热储下部隔水层形成独立的地热水文地质单元。岩溶地热水水化学类型主要为SO₄-Ca·Mg和SO₄-Ca型,富含F、Sr、Li、B和SiO₂物质,其水源补给为大气降水,补给区位于铜锣山以北的大巴山一带,深部地热水补给高程大于1 100 m,补给区年均温度为9 ℃。热储温度为56~76 ℃,热水循环深度为2 013~3 030 m。地热水在循环过程中,主要发生碳酸盐岩和蒸发岩溶解、冷热水混合过程,且冷水混入比例大于80%。结合区域地热地质条件,构建了研究区地热水成因概念模型。      

冷泉碳酸盐岩Sr同位素示踪研究进展

在冷泉的研究中,确定富甲烷流体的来源是非常重要的,Sr同位素对流体来源、混合模式和水岩反应等具有很好的示踪作用。近年来,国际上对冷泉碳酸盐岩Sr同位素的示踪研究越来越关注。本文系统总结了现代和古代冷泉碳酸盐岩Sr同位素的研究进展,简要归纳了Sr同位素分析测试方法,并对化学前处理过程中采用的不同酸溶液溶解样品的方法进行了对比,指出了建立标准化学前处理方法的必要性。现代和古代冷泉碳酸盐岩Sr同位素组成的变化范围较大,不同碳酸盐矿物具有不同的Sr同位素特征。冷泉碳酸盐岩Sr同位素的示踪研究集中在现代和古代冷泉流体来源的定性研究、混合流体来源的定量模型计算、以及古代冷泉碳酸盐岩的Sr同位素定年等方面。尽管取得了一系列进展,但是定量计算端元流体混合比例的准确性还有待提高,同时利用Sr同位素对古代样品进行定年存在不确定因素,其适用条件也需要进一步研究。     

贵州东南部地热水地球化学特征及成因

为探讨贵州东南部地热水的地球化学特征、控制因素及补给来源和补给年龄,采集了7组地热水样进行离子特征、~(87)Sr/~(86)Sr、~3H和~(14)C,δD与δ~(18)O稳定同位素分析。结果表明,贵州东南部地热水温度为23.5～50℃,溶解性总固体(TDS)为192.38～1 103.21 mg/L,~(87)Sr/~(86)Sr值为0.717 9～0.731 6,δD和δ~(18)O分别为-69.8‰～-54.3‰与-10.49‰～-8.19‰。区内水化学类型均为HCO_3-Na型,并含有一定量的F、H_2SiO_3。~(87)Sr/~(86)Sr值表明硅酸盐矿物的溶解是控制区内水化学组分的主要因素,富含CO_2的大气降水与钠长石的溶解为Na~+和HCO~-_3的主要来源,F主要来源于萤石的溶解,石英的溶解为H_2SiO_3的主要来源。H、O同位素组成指示地热水的补给来源为大气降水,H2、H3有明显的氧漂移,主要是水-岩作用程度较低与高程效应的影响。~3H和~(14)C测年结果表明,区内地热水为1952年前入渗补给的"古水",校正的~(14)C年龄为10 975～33 263 a,表明地热水经过长时间、远距离的径流。     

碳酸盐岩中锶元素地球化学特征及其指示意义——以北京下古生界碳酸盐岩为例

应用Sr指示古环境的方法很多,其中以Sr的含量和与Sr配对的相应的元素比值作为指示剂,具有典型代表性。本文以北京下古生界碳酸盐岩为研究对象,采用ICP-MS分析技术测试了49件样品中Sr、Ba、Cu的含量。以Sr的含量、Sr/Ba、Sr/Cu比值作为地化指标,深入探讨了Sr的地球化学特征。系统的分析了Sr含量,Sr/Ba、Sr/Cu比值对不同的沉积环境的地质响应。指出从浅海环境到深海环境Sr含量及其相应的元素比值增加趋势明显,对沉积环境具有重要的指示作用。并且,Sr的分布还受到不同沉积旋回的影响,研究沉积作用对Sr分布的影响时,应在同一沉积旋回中进行。此外还深入研究了不同岩性、不同沉积旋回中Sr的分布特征,探讨了影响Sr分布的不同因素。归纳了Sr对沉积环境的指示作用。就成岩作用对碳酸盐岩中Sr分布的影响,结合前人的工作,进行了探索性的分析。     

碳酸盐岩上覆红色风化壳中风化组分确定的一种新模式

确定化学风化剖面的风化组分来源是一个重要而又困难的问题,通过对贵州省平坝白云岩风化剖面中Sr同位素组成的研究,揭示了典型就位白云岩风化剖面的Sr同位素特征,验证87Sr/86Sr与Nb/Sr比率的图解模式对碳酸盐岩风化剖面的适用性,提出了87Sr/86Sr与Nd/Sr比率的图解新模式.研究认为,该模式不仅对白云岩的化学风化具有明显的指示意义,也更好地补充和限定了87Sr/86Sr与Nb/Sr比率的图解所反映出的矿物组分和风化过程.这一研究结果将为风化剖面中Sr同位素的定量研究提供重要的区分指标.     

矿泉水中微量元素锶富集的地球化学环境

本文通过对全国566处富含锶(Sr)矿泉水的化学测试数据、所处的地球化学环境、地质背景的分析,重点阐述了微量元素Sr的富集与含水介质岩性的关系,并概括了矿泉水中Sr富集的地球化学特征。认为富含Sr矿泉水的形成与不同含水介质岩性和Sr的丰度等地球化学环境密切相关。矿泉水中Sr富集的最有利的环境是碳酸盐岩地层,其次是碎屑岩地层。研究表明,HCO3-Ca型的矿泉水分布最广,但Sr含量普遍偏低。各种重碳酸型的矿泉水中Sr的平均含量均小于1mg,L;相反,由于Sr^2 和SO4^2-呈正相关关系,各种硫酸型的矿泉水中Sr的平均含量大于1mg/L。地下水中的pH值能影响Sr的迁移能力,含Sr的矿泉水pH值多集中在7∽8．5之间。     

碳酸盐岩中锶元素地球化学特征及其指示意义

应用锶指示古环境的方法很多,其中以锶的含量和与Sr配对的相应的元素比值作为指示剂,具有典型代表性。本文以北京下古生界碳酸盐岩为研究对象,采用ICP-MS分析技术测试了49件样品中Sr、Ba、Cu的含量。以锶的含量、Sr/Ba、Sr/Cu比值作为地化指标,深入探讨了锶的地球化学特征。系统的分析了Sr含量,Sr/Ba、Sr/Cu比值对不同的沉积环境的地质响应。指出从浅海环境到深海环境Sr含量及其相应的元素比值增加趋势明显,对沉积环境具有重要的指示作用。并且,Sr的分布还受到不同沉积旋回的影响,研究沉积作用对Sr分布的影响时,应在同一沉积旋回中进行。此外还深入研究了不同岩性、不同沉积旋回中Sr的分布特征,探讨了影响Sr分布的不同因素。归纳了锶对沉积环境的指示作用。就成岩作用对碳酸盐岩中锶分布的影响,结合前人的工作,进行了探索性的分析。     

湘西李梅铅锌矿区外围地层碳酸盐岩地球化学特征及其意义

为了探讨湘西李梅矿区碳酸盐岩沉积时期古环境的指示特征,对矿区外围下寒武统清虚洞组灰岩、白云岩和高台组纹层状白云岩进行了元素地球化学分析。结果表明:1)Sr与Ca O,Si、Al、K和Fe,Si、Al、K、V和Ti相互之间具有密切相关性,反映了清虚洞期到高台期碳酸盐岩沉积受陆源物质和成岩作用的影响有限。2)碳酸盐岩中∑REE含量较低,稀土元素分异程度较弱,轻稀土元素相对重稀土元素呈轻微富集特征,符合海相碳酸盐岩稀土含量较低的典型特征。3)研究区岩石学特征和元素地球化学特征所反映的沉积环境相一致性,对岩石地球化学特征的研究有益于古沉积环境恢复和古气候的判别与重建。岩石学和地球化学特征指示了研究区清虚洞期到高台期海相碳酸盐岩沉积环境为由潮湿到干旱的气候变化,古海水温为暖水环境,古海水介质为氧化条件的意义。     

贵州喀斯特地区河流的研究--碳酸盐岩溶解控制的水文地球化学特征

测量了喀斯特地区乌江、沅江两大水系的河流枯水期的主元素、Sr2+离子浓度和Sr同位素比值。这些河流的化学组成代表了流经碳酸盐岩地层的河水的化学组成。这些河流及其支流有高的溶解盐,TZ+变化范围为：2.1～6.3 meq/L,高于全球河流的平均值(TZ+=0.725 meq/L)。河水含有较高的溶质浓度,河水水化学组成以Ca2+和HCO-3为主,其次为Mg2+和SO2-4,Na++K+和Cl-+Si分别只占阳离子和阴离子组成的5%～10%。 这些河流的化学和同位素组成主要受其自流盆地的地质特征控制。流经碳酸盐岩地层的乌江水系河流具有较高的Sr浓度（1.1～9.70 mol/L）和较低的87Sr/86Sr比值（0.7077～0.7110）,与流经碎屑岩地层的沅江水系的清水江河流中较高的87Sr/86Sr比值（0.7090～0.7145）及较低的Sr浓度（0.28～1.32 mol/L）形成鲜明的对比。 流域盆地的地理岩性控制了河水的化学组成和同位素组成。对河水的化学计量分析表明河水化学组成受碳酸盐岩溶解控制,而碳酸盐岩主要受碳酸和硫酸作用而溶解。乌江流域受硫酸作用特别明显,表明硫酸主要来源于燃煤或流域盆地硫化物矿物氧化而形成的大气输入。化学元素和同位素比值之间的相互关系表明3个主要来源为：石灰岩、白云岩和硅酸盐岩的风化。同时估计了碳酸盐岩和硅酸盐岩的化学风化速率,结果表明流域盆地的碳酸盐岩风化速率远远高于许多世界大河。岩石风化过程中硫酸的出现或土地的过度使用或土壤植被的退化等都可能是导致流域的碳酸盐岩风化速率如此高的原因。      

燕山地区中元古界高于庄组和杨庄组地球化学特征及环境意义

在燕山地区中元古界高于庄组与杨庄组地层野外露头沉积特征研究的基础上,结合区域地质背景,根据26件碳酸盐岩样品的常量元素和微量元素相关关系、组分含量及某些元素的比值对特征,探讨了研究区元素的沉积地球化学特征与古环境意义。研究表明,（1）碳酸盐岩中Sr与CaO呈明显正相关;Al2O3、K2O与TiO2之间呈明显的正相关;SiO2与CaO、MgO呈负相关;Na2O与MgO呈弱正相关;MnO仅与FeO有弱正相关关系。（2）Sr主要赋存于方解石晶格中,Sr和1000×Sr/Ca值随沉积水体的加深而增大,可作为判断古水深的标志。（3）据Sr/Ba、镁铝比值（m=100×MgO/Al2O3）、MgO/CaO值及Ti等元素特征分析,高于庄组与杨庄组的沉积环境有较大差异,高于庄组为潮湿气候下陆源碎屑供应匮乏的远岸陆表海沉积,以高于庄组三段沉积时水体最深;而杨庄组为干热气候下的近岸陆表海沉积,有较多的陆源碎屑物质供应。总之,元素地球化学特征反映的沉积环境与宏观岩性特征所得出的结论是一致的,这表明地球化学特征与沉积环境关系密切,地球化学特征可作为沉积相分析的重要标志。     

巴楚地区断裂带内热液流体活动及对碳酸盐岩改造的特征分析

以塔里木盆地巴楚隆起区良里塔格组露头剖面为例,应用薄片观察和阴极发光等岩石学分析方法以及碳氧同位素、87Sr/86Sr比值、常量元素和流体包裹体测温等地球化学定量分析手段,综合分析了构造热液活动对碳酸盐岩的改造作用.研究结果显示,发育在碳酸盐岩内的断裂带及其附近,局部白云岩化特征显著;碳氧同位素表现异常,由断裂的两盘向...     

宿南矿区地下水同位素地球化学特征及地质意义

煤矿区地下水既是重要的地下水资源,又影响煤矿安全生产。为了解宿南矿区地下水同位素化学特征,采集了宿南矿区松散层水、砂岩水和灰岩水样品进行T、D、18O、87Sr/86Sr和溶解碳酸盐岩中13C、18O等同位素测试分析,并利用传统图示等方法探讨了地下水演化年龄、同位素特征及影响因素。结果表明：矿区3个含水层地下水中T含量较低,整体反映了矿区地下水多位时间久远的亚现代水补给;地下水中D、18O受到明显围岩的影响,其组成为-68.5‰~-44.3‰和-8.78‰~-6.29‰,平均值分别为-61.15‰和-8.16‰;围岩中碳酸盐岩含量决定了13CDIC与 18ODIC的变化关系;87Sr/86Sr值为0.710 6～0.712 3,平均为0.711 2,87Sr/86Sr比值主要受到了水岩作用的影响,可以有效地识别3个不同含水层水源。     

内蒙古特颇格日图地区大理岩的地球化学特征及成因探讨

在内蒙古特颇格日图地区分布的大理岩出露于志留系徐尼乌苏组含砾砂岩或粉砂岩中,呈EW向线状断续展布,多数为似层状和透镜体状,且有相当一部分大理岩与蚀变超基性岩呈复杂的空间关系。大理岩稀土元素球粒陨石标准化配分型式为向右缓倾型,REE总量低,具弱Eu负异常。微量元素数据显示大离子亲石元素Rb,Sr,Th相对富集,高场强元素Nb,Zr等相对亏损。（87Sr/86Sr）0=0.7085~0.7100,平均0.7091。该区大理岩地质地球化学特征与沉积的碳酸盐岩相似,其原岩应为沉积型碳酸盐岩。     

西藏改则上三叠统日干配错组碳酸盐岩地球化学特征及沉积环境意义

西藏改则上三叠统日干配错组发育了一套厚度较大的碳酸盐岩台地相沉积。利用研究区内39件碳酸盐岩样品的常量元素和微量元素相关关系、组分含量及特征元素的比值特征,来探讨元素地球化学特征与沉积环境的关系。研究表明,1Mn/Sr值均小于1,平均值为0.28,表明碳酸盐岩基本没有受到成岩作用的影响;2Al2O3、K2O和Fe2O3呈正相关关系,它们与Ga O呈负相关关系,与Ni、V呈正相关关系;Fe2O3与Mn、Ba、Ni呈正相关关系;3Sr、V、Ba、Mn含量从浅水到深水环境总体呈增加趋势;4根据Sr、K、Na、Ca含量、Sr/Ba、V/(V+Ni)值特征分析了日干配错组沉积期的古气候和古环境。结果显示,日干配错组总体上为温暖潮湿气候下的陆表海还原沉积环境,显现出海侵的趋势。     

云南保山栗柴坝组碳酸盐岩地球化学特征及环境意义

云南保山熊洞村栗柴坝组地层(S_(2-3)l)其底部与早志留世仁和桥组(S_1r)整合接触,顶部与早泥盆世向阳寺组(D_1x)整合接触,地层沉积较连续,整体表现出混合沉积的特征。以此剖面为基础,连续采集碳酸盐岩样品24个,根据其显微特征、元素相关性、组份含量及相关元素的比值特征,探讨了研究区碳酸盐岩沉积地球化学特征与古环境意义。研究表明:①样品中Sr与CaO、SiO_2、Al_2O_3和K_2O等氧化物之间,以及各氧化物相互之间具有密切相关性,反映了栗柴坝组不同沉积阶段陆源组份与方解石矿物之间的相互作用关系。②通过对碳酸盐岩中元素含量以及相关元素比值的垂向分布特征分析,如Sr/Ba、Mn/Fe和V/Ni等,对栗柴坝组不同沉积阶段进行了古水深、古盐度和古气候等方面的研究,数据表明栗柴坝组各时期沉积环境差异显著。③岩石微观特征和元素地球化学特征所反映的沉积环境具有一致性。对岩石地球化学特征的研究有益于古沉积环境恢复和古气候的判别与重建。     

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。     

渝东南断裂型碳酸盐岩地热水的形成特征

通过水化学法和同位素示踪法对渝东南断裂型碳酸盐岩地热水的地球化学特征及其水资源的形成进行研究。结果表明:郁山断裂以西地热水的水化学类型为Cl-Na型,断裂以东地热水以SO4-Ca?Mg型为主。根据Gibbs图,郁山断裂以西、以东的地热水分别受到蒸发浓缩和岩石风化作用的影响;断裂以西地热水的γNa+/γCl-接近1,表明地热水中高浓度的Cl-和Na+主要是源于地层中岩盐的溶解;断裂以东地热水的γ（Ca2++Mg2+）/γ（HCO_3^-+ SO〖_4^(2-)〗）接近1,表明地热水中高浓度的Ca2+和SO〖_4^(2-)〗主要来源于地层中膏岩的溶解。地热水的δD和δ18O值分别为-64.7‰~-50‰和-9.17‰~-7.89‰,分布在当地大气降水线两侧,表明补给来源主要为大气降水。地热水水源平均补给高程为1 278 m,这很可能来自附近岩溶中山地区。其热储温度为41~90 ℃,平均热储温度为66℃;循环深度为1 000~3 500 m,平均值为2 300 m。大气降水到达地表后,在重力（地形）作用下向深部径流,接受地球内部的热传导形成地热水,由西北向东南流动,沿着断裂带上涌,并接受冷水的混入。