全体系地球化学模拟与水岩相互作用研究

全体系地球化学模拟是研究水岩相互作用的定量化方法，是野外观测、实验室分析测试和物理模拟方法的有效补充和理论上的提高与升华。该方法正日益广泛地应用于地热系统、热液矿床、油气盆地以及一些常温体系中水岩相互作用问题的研究。全体系常包含岩石、水溶液和气体三相。全体系地球化学模拟在对各相进行分别描述的基础上，依据质量平衡、质量作用与能量平衡的原理，建立共平衡关系，从而模拟不同条件下的水岩作用（改变成分、改变温度及改变压力等不同的过程）。文中列举了地热系统、热液成矿系统、沉积盆地等模拟研究实例。     

海底热流长期观测系统研制进展

浅海和俯冲海沟等海域,不仅是矿产和油气资源主潜力区,也是构造地震频发区,其浅表热流和深部温度信息对于了解板块俯冲和岩浆活动等过程至关重要.这些区域浅层地温场和热流场受到底水温度波动（BTV）强烈扰动,其背景热流需由长期观测来获取.在全面分析了国内外海底热流长期观测技术特点后,我们提出了系缆式海底热流长期观测方案,2013年起陆续开展了部分核心技术的预研究及一系列海底、湖底及浅孔试验.结果表明：（1）自主研制的长周期低功耗微型测温单元,在2~36℃的环境下可连续观测1年;系缆式投放与回收方案即使在地形陡峭、1.5 kn流速及无动力定位等条件下仍然可行.（2）南海北部BTV总体随水深变浅而增强,在浅水区对浅层地温场扰动不可忽略.例如,在水深2600~3200 m和850~1200 m海域分别为0.025~0.053℃（17天内）、0.182~0.417℃（2天内）,而台西南盆地北坡（水深763 m）夏季的海底热流由浅表的0.69 W·m^-2转变为0.83 m以深的-0.25~-0.05 W·m^-2.（3）兴伊措和湖光岩玛珥湖BTV向深部传导过程中其幅度逐渐减弱、相位滞后,进而导致热流方向与强度随季节发生变化.而康定中谷浅层（7 m内）地温在不同深度处同步波动,且冬高（35~36℃）夏低（28~32℃）.推测为夏季大量降雨所致;其热流浅部低（0.504 W·m^-2）深部高（0.901 W·m^-2）,指示着鲜水河断裂带深部热流体上涌.这些预研究工作为后续系缆式海底热流长期观测系统的正式研制与应用奠定了扎实基础.

     

碳酸盐岩热储对湖水回灌的响应

回灌式开采是目前普遍提倡的保持热储压力、减缓水位下降、实现地热资源可持续开发利用的有效手段之一。外源水回灌是近年来探讨的新思路,是易于回灌的碳酸盐岩储层的优选方案。本文针对天津东丽湖地区蓟县系雾迷山组白云岩热储,通过开展储层条件下水-岩相互作用实验,探讨了未处理湖水回灌的可行性和热储层的地球化学响应。结果表明,未经处理湖水回灌后,其TDS显著降低,说明发生了沉淀,经计算沉淀量为142.6 mg·L-1,相当于矿物质量增加了0.09%。反应初期阶段,斜长石发生溶解,释放出K、Ca、Na等碱金属和SiO₂等组分;导致溶液中白云石、方解石和钾长石过饱和而沉淀析出;随着反应进行,不全等溶解沉淀作用使部分白云石发生溶解,而方解石持续沉淀;伊利石是反应过程中形成的主要黏土矿物,其对储层结构的影响取决于其形状。基于现有实验结果,认为未处理湖水直接回灌对白云岩热储的影响较小,不会破坏储层结构     

北京地区碳酸盐岩热储渗透性研究

为了从整体上了解北京地区雾迷山组热储的渗透性,首先对采自野外露头和井下热储的34件岩心的孔隙度和渗透率进行了研究和对比,结果显示井下岩心与野外露头岩心渗透率的变化范围分别为（0.0001158～0.33333）10-3m2 和（0.0088～0.334）10-3m2,平均值分别为0.062232110-3m2和0.38531610-3m2。所有岩心的孔隙度在0.25% ～3.00%之间。110眼地热井的抽水试验结果显示,热储渗透率介于（13.74～104474.00）10-3m2之间,平均值为4797.5810-3m2。渗透率在（100～1000）10-3m2之间的累积百分数超过了75%,渗透率小于10010-3m2的样本数仅占13.64%,还有0.91%的样本渗透率超过了10000010-3m2。为表现顶板不同埋深条件与热储渗透率的关系,将顶板埋深分为小于500m、500～1000m、1000～1500m、1500～2000m、2000～2500m、2500～3000m、3000～3500m 7个层段。结果显示热储平均渗透率随热储顶板平均埋深的增大以指数形式减小。     

地下水运动对地温场的影响——研究进展综述

(二)地下水循环引起的热流异常 地热系统中对流型的热传递实际上是很重要的部分。许多学者指出,在解释对流异常时,地热学与水文学应紧密配合。 匈牙利学者Alfodi、Galfi和Liebe从水-热平衡计算的角度研究了由于地下水循环引起的热异常问题。首先对计算所需的有关水与热的参数作了列举与精度评价,进而分三种情况分析了对流异常问题。     

苏北盆地建湖隆起碳酸盐岩储层中的硫酸盐型热矿水成因

碳酸盐岩储层中的硫酸盐型热矿水是宝贵的旅游疗养资源。我国苏北盆地北部分布有丰富的热矿水,其中,盱眙县的一口热水井的单井流量达到3 616t·d-1,矿化度(TDS)达到4g·L-1,温度为53.5℃,为优质硫酸盐型热矿水。采用水化学和同位素方法,结合钻孔地质资料,研究了其形成机理。该地区热矿水的SO2-4离子含量较高,部分热矿水的阴离子中SO2-4离子占主导,成为硫酸盐型水。热水的氢氧稳定同位素(δ2 H、δ18 O)值证明了其来源于大气降水。建湖隆起存在石膏层,主要分布在白垩系浦口组,该组属盐湖相沉积,发育大范围的含膏质泥岩,其中石膏、硬石膏含量较多。根据水样的Sr/Ca摩尔比,该区热水中的硫酸盐来源于石膏的溶解。基于碳酸盐岩热水的pH值和SI值、14 C含量等数据的分析,排除了硫酸盐型热矿水的形成与金属矿的风化或氧化的关系,认为是石膏或硬石膏溶解形成。     

同位素水文学领域的国际科研合作与发展援助

1 前言水资源是人类耐以生存和发展的基本物质条件之一.以促进世界和平与发展为己任的联合国系统一直十分重视水资源问题.从20世纪70年代起,联合国组织了一系列的大型计划与项目,帮助成员国解决水资源问题.1977年联合国召开了首次水资源会议,可谓联合国水资源工作的第一个里程碑.据最近的统计,目前世界上至少有十五亿人口缺乏安全的饮用水.为此,世界各国首脑于2000年在联合国召开的新千年峰会上发表联合宣言,决心要在2015年将缺水人数减少一半.为了实现这一目标,联合国下属各组织采取了一系列的统一行动.其中最大计划是"世界水资源评估计划(WWAP)".这个计划由联合国教科文组织牵头,共有23个国际组织参加,国际原子能机构(以下简称机构)是其中的七个联合国专门机构之一.该计划从2000年开始实施,2003年3月发表了首版"世界水资源开发报告"[1],取得了该计划的第一项成果.WWAP将于每年更新发表该报告.     

新疆水循环变化机理与水资源调蓄

干旱区水资源紧缺,研究气候变化与人类活动双重营力作用下水循环变化机理,制定合理有效的调蓄对策,是应对全球变化的重要任务。新疆作为全球极端干旱区之一,近期水循环发生了显著变化。作为中国最西端及中亚地区的水资源发源地,天山发挥了中亚水塔的作用,其周边干旱区广泛分布,人类生存与生态系统受水资源变化影响十分强烈。近十年来,笔者在天山山区及其周边的塔里木盆地、准噶尔盆地等地开展了大气-地表-地下的多尺度水循环研究。本文从降水形成条件、地表水变化、地下水对地表水变化的响应等不同视角对水循环进行系统分析,探讨在气候变化与人类活动影响下水循环发生变化的机理及其水资源效应。在此基础上,提出干旱区水资源的调蓄途径。研究表明,青藏高原和天山隆升在新疆产生雨影效应,新疆大气降水的水气来源以西风带水气为主,本地再循环水气在降水构成中仅占8%,区域造雨能力低下。双重因素长期作用导致新疆地区干旱化。天山山区与盆地相比,更有利于形成降水,加上冰雪储备丰厚,因此在区域水循环中占主导地位。在气候变化的影响下,气温升高、降水增加、冰川融化加速、主要河流出山径流平均增加约10%,对于气候变化敏感的一些冰川河,增加可达40% 以上,造成洪水灾害。下游荒漠中的绿洲,基本上没有降水,水循环由地表水主导,河道断流导致地下水位下降,引发生态退化。塔里木河调水,在流域尺度上证明了这一点。天山山前地带的绿洲农业,是区域用水最多的环节,因而,也是调蓄水资源的有利位置。利用山前戈壁带有利的地质结构和快速循环的地下水,地下水库工程符合干旱区水循环基本规律,相对于平原水库具有明显优势。天山南北符合条件的储水构造很多,可调蓄水量可观。这一地表水地下水联合调蓄的模式,将成为干旱区应对环境变化带来的水资源问题的重要途径。     

中国地热研究的进展与展望(1995～2014)

地热是主要地球物理场之一,地热能是地球的本土能源。李四光在20世纪60年代开创了我国地热科学。到90年代,学科体系基本建立。在过去20年里,我国地热研究得到了进一步深化和拓展。本文从大地热流、岩石圈热结构、地热系统、油气盆地地热、矿山地热、天然气水合物以及气候变化等方面回顾地热研究代表性的创新进展,并对深层地热、海洋地热、环境地热等研究方向作了展望。本文认为,过去20年我国地热研究成果丰硕,国际影响力得到提高,未来发展势头强劲。在经历了由浅入深,从今到古的成长之后,地热研究还将不断拓展领域,为我国地球科学,特别是能源与环境安全做出更大贡献。     

包气带硝酸盐分布的差异性及其形成机理:以正定、栾城为例

在地表等量氮输入条件下,包气带中硝酸盐含量分布是其抗污染能力的直接表征。阐明不同包气带中硝酸盐分布的差异并分析其成因对于评价下覆含水层的硝酸盐污染脆弱性、保护地下水资源免遭硝酸盐污染,具有重要意义。本文基于太行山山前冲洪积扇上栾城和正定两个16m深包气带硝酸盐含量数据,指出两个剖面上包气带中硝酸盐分布特征的差异性。分析研究区的施肥历史、大气降水的入渗补给强度及土壤有机质含量,认为包气带水分运移速度和反硝化能力是导致包气带硝酸盐分布差异的两个关键因素。在分析N同位素测试技术进步的基础上,指出利用同位素技术对包气带中的反硝化能力的定量化研究有望取得新进展。