雄安新区地热水化学特征及其指示意义

地热流体水文地球化学研究是认识地热资源形成机制、赋存环境以及循环机理的有效手段.以我国华北平原典型的中低温地热系统——河北雄安新区为研究对象, 基于不同热储层和浅层地下冷水的水化学及同位素特征, 探讨地热流体中主要组分的地球化学起源, 评估深部地热流体的热储温度, 指示地热系统的深部热源及其成因机制.大气降水入渗、热储高温条件下的流体-岩石相互作用是雄安新区地热流体中主要组分的物质来源, 其中深层雾迷山组地热水中部分组分可能源于古沉积水蒸发浓缩过程中形成的蒸发岩盐的溶滤.雾迷山组地热水适宜利用Ca-Mg温标和石英温标计算其热储温度, 温度范围为76.4~90.6℃, 馆陶组地热水运用石英温标更为合理, 热储温度为66.2~71.3℃.雄安新区地热异常是深部放射性元素衰变热在特定的大地构造背景下聚集而形成.      

神头泉流量变化规律研究--灰色系统理论的具体应用

在分析神头泉流量衰减特征的前提下,利用灰色系统理论建立了描述神头泉流量变化规律的数学模型。以1985年为界,神头泉的流量变化过程可分为两个阶段,GM（1,1）模型与灰色预测校正模型则分别用于对这两个阶段的流量变化特征进行刻画。神头泉2000－2004年的流量预测值表明,在神头泉域保证90年代中期的高降水量和朔州市各地下水用户对泉域内的地下水不进行超采的基础上,神头泉的流量在未来的一段时间内会维持1993年以来的增长趋势。     

湖北省钟祥市汉江河谷平原区浅层孔隙水的脆弱性评价

以MAPGIS为工作平台,以地下水类型、盖层岩性、地下水埋深为评价指标,利用国际上广泛应用的GOD模型开展了湖北省钟祥市第四系浅层孔隙水的脆弱性评价.研究结果表明:区内浅层孔隙水的脆弱性评分值在0～0.7间,其中极低脆弱性区(评分值=0～0.1)、低脆弱性区(评分值= 0.1～0.3)、中等脆弱性区(评分值=0.3～0.5)、高脆弱性区(评分值=0.5～0.7)和极高脆弱性区(评分值=0.7~10.0)的面积分别占评价区总面积的0.3 %,0.0 %,64.1 %,35.6 %,0. 0 %.换言之,钟祥市汉江河谷平原区浅层孔隙水总体上具有中等脆弱性和高脆弱性,且脆弱性最高的地段几乎全部分布在汉江沿岸.为解决钟祥市工农业发展带来的高污染风险性与地下水具有较高脆弱性这一对明显的矛盾,应加强汉江河谷平原区的地下水资源的管理工作.     

腾冲热海地热田高温热泉中的硫代砷化物及其地球化学成因

以我国大陆范围内典型的岩浆热源型水热系统——云南腾冲热海为研究区,在国内首次对热泉中硫代砷化物含量及其地球化学成因进行了分析.研究采用的在野外对富硫化物水样进行快速冷冻处理、而后在实验室进行砷的形态分离和测试的方法明显优于当前通用的水样砷含量及其形态分析的预处理和测试方法.主要原因为后者在采样现场对水样的酸化处理可使样品中三硫代砷酸盐以非定形态硫砷化合物的形式沉淀,且用常规阴离子交换柱在野外无法实现硫代砷酸盐的完全回收及其与砷酸盐的分离.受岩浆流体输入和热储内高温条件下强烈流体-岩石相互作用的控制,热海水热系统排泄的中性-偏碱性热泉中富集硫化物和砷,为热泉中硫代砷化物的形成提供了必要条件.热海热泉中检出的硫代砷化物包括一硫代砷酸盐、二硫代砷酸盐和三硫代砷酸盐,在总砷中所占比例最高分别可达26.7%、43.3%和33.7%.热海地热田的2个子区(硫磺塘和澡塘河) 的热泉沿不同断裂带出露,地热水升流过程中经历的冷却方式也不同,使硫磺塘热泉具有相对较高的总硫化物含量和总砷含量,并导致其中各类硫代砷酸盐具有更高的含量范围.      

水文地球化学信息对岩溶地下水流动系统特征的指示意义--以山西神头泉域为例

神头泉域岩溶水的水化学特征显示,岩溶水样的总溶解固体质量浓度、Sr2 质量浓度及宏量组分质量浓度均由泉域北、西、南部向排泄区增大,与岩溶水的流动方向一致.根据c(Sr)/c(Ca)与总溶解固体质量浓度可将神头泉群划分为3个泉组,对应于3个不同的岩溶水子系统,岩溶水样的聚类分析结果与这一结论相符合.研究表明水文地球化学信息对地下水系统的水动力特征分析具有指示意义.     

化学刺激法提高花岗岩类岩石裂隙渗透性的实验研究

增强型地热系统(EGS)用于通过人工形成地热储层的方法从深部低渗透性岩体中开采地热能;国际上常采用水力压裂辅以化学刺激的方法改造EGS 储层以提高其渗透率。本文以采自青海共和盆地的花岗闪长岩样品为对象,选用3种不同化学刺激剂(氢氧化钠、盐酸和土酸),在3组不同注入流速条件下开展了系统化学刺激实验。结果表明:注入盐酸和土酸后样品渗透率均有提高,且采用土酸时渗透率提高幅度明显大于盐酸;但注入氢氧化钠后,样品渗透率反而降低。在3类化学刺激剂中,土酸对长石类矿物的溶蚀能力最强,而氢氧化钠溶液对石英的溶蚀能力最强,但氢氧化钠溶液在溶解岩石样品裂隙表面矿物后极易形成非定形态二氧化硅或非定形态铝硅酸盐蚀变矿物并阻塞裂隙,反而对化学刺激效果造成负面影响。总体来看,土酸是青海共和盆地干热岩体的最佳化学刺激剂。在中等注入速度(3 mL·min^-1)条件下,土酸对岩石样品的溶蚀程度就可达到最高;在此基础上进一步降低流速,则可能使溶解组分更易从液相中沉淀而充填于样品裂隙,导致样品渗透率有所下降。     

高温地热流体来源氟在环境中的分布特征——以西藏羊八井热田为例

西藏羊八井地热电厂产生的高氟废水直接排入了流经羊八井热田的藏布曲（河）。利用离子色谱仪（IC）测定了藏布曲水样的氟浓度;通过浸提实验提取了藏布曲河床沉积物中的总氟和各种存在形态的氟,并确定了其含量。藏布曲河水的氟浓度明显受到地热废水排放的影响,河床沉积物中水溶态氟和可交换态氟的分布也与地热电厂排污口的位置有明显的对应关系。然而,河床沉积物中的铁锰结合态氟、有机束缚态氟、残余态氟和总氟的分布与地热废水排放无显著联系,表明地热废水来源氟在进入藏布曲后主要向河床沉积物中的水溶态氟和可交换态氟转化。藏布曲河床沉积物是地热废水来源氟的一个汇。     

高温热泉中稀土元素的地球化学行为及其指示意义:以西藏搭格架水热区为例

西藏搭格架水热区位于拉萨-冈底斯地块南缘,毗邻印度河-雅鲁藏布江缝合带中段,区内出露酸性泉、中性泉和弱碱性泉,为不同类型地热水中REE分布特征及其地球化学成因研究提供了理想场所。通过在搭格架采集不同类型热泉样品,开展了样品REE浓度测试、配分模式分析和赋存形态计算,旨在揭示高温地热环境中REE地球化学行为的指示意义。研究结果表明,搭格架热泉中REE的地球化学行为呈非保守性,其ΣREE浓度受热泉环境中富Fe, Al矿物(或无定形态固体)而非硫酸盐矿物的吸附过程的影响;热泉REE配分模式和形态分布则主要受热储内氧化-还原条件及流体-岩石相互作用的控制,是其地质成因和总体水化学特征的反映。虽然搭格架热泉中宏量组分水化学特征指示热储围岩应主要为长英质岩石,但中、碱性热泉呈现的Ce负异常意味着热储中也可能存在碳酸盐岩。本研究为高温热泉稀土元素地球化学研究提供了典型范例。     

高温富硫化物热泉中硫代砷化物存在形态的地球化学模拟:以云南腾冲热海水热区为例

天然水环境中地质成因砷的存在是世界范围内对人类威胁极大的环境问题之一.在高温富硫化物地热水中,硫代砷化物是砷的主要存在形态之一.在国内尚无硫代砷化物定量检测方法的背景下,以云南腾冲地热带的热海水热区为典型研究区,基于不同类型硫代砷化物的最新化学热力学数据wateq4f.dat,利用水文地球化学模拟软件PHREEQC开展了不同类型热泉中砷的存在形态的地球化学模拟.结果表明,热海热泉中砷的主要形态是硫代砷酸盐,砷酸盐和亚砷酸盐次之,硫代亚砷酸盐则含量极低;在各类硫代砷酸盐中,按平均百分含量降序依次为:一硫代砷酸盐→三硫代砷酸盐→四硫代砷酸盐→二硫代砷酸盐.pH、Eh和总硫化物含量是热泉中砷的形态分布的控制性因素.在酸性条件下,砷以硫代砷酸盐和亚砷酸盐为主要存在形式;而在中性/偏碱性条件下,砷的形态则以硫代砷酸盐为主,砷酸盐次之.偏还原环境和高硫化物含量是硫代砷化物、特别是三硫代砷酸盐和四硫代砷酸盐稳定存在的有利条件.      

地热水中多种甲基硫代砷酸盐的同时定量测定

地热水中的砷含量常远超过其他类型天然水体,其形态分析具有重要环境地球化学意义;甲基硫代砷酸盐在特定水环境条件下可能成为砷的一种不可忽视的形态,但其环境地球化学研究几为空白.本研究合成了甲基硫代砷酸盐标准,建立了可同时定量测试天然水中多种甲基硫代砷酸盐（包括一甲基一硫代砷酸盐、一甲基二硫代砷酸盐、一甲基三硫代砷酸盐、二甲基一硫代砷酸盐、二甲基二硫代砷酸盐）及砷的其他常见形态的离子色谱‒电感耦合等离子体质谱联用系统（IC-ICP-MS）及其方法,并分析了典型地热水样品中砷的形态分布,可为今后不同类型水环境中甲基硫代砷酸盐的地球化学研究奠定分析方法基础.