柴北缘大柴旦地区地下热水成因：来自水化学及氢、氧、锶同位素的约束

为探究柴达木盆地北缘的大柴旦地热田的水化学特征及成因模式,本文对研究区14组地下热水进行了水化学组分和同位素(δD,δ¹⁸O,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr,³H)分析。结果表明,大柴旦地下热水出露温度为52～74℃,溶解性总固体浓度(TDS)为959.8～1451.3 mg/L。地下热水的水化学类型为Cl-Na型,区内地下热水的水化学成分主要来源于蒸发岩和硅酸盐矿物的溶解;氢、氧稳定同位素特征表明,大气降水及冰雪融水是地下热水主要补给来源,且部分温泉有岩浆水的补给,估算的补给高程为3591～4374 m。³H测年结果表明,区内地下热水主要由1952年之前的古水补给、蒸发作用和水-岩反应增强导致。XSWQ-06和XSWQ-07样品有明显的氧漂移。基于SiO₂地热温标、多矿物平衡法和硅焓模型估算出的地下热水的热储温度为171～227℃,循环深度为4.7～6.9 km。该地区地热资源具有较大的开发利用潜力。     

河北武城凸起地热田地热地质特征

在“雄县模式”和环境压力的双重驱动下,河北地区已形成我国最大的地热供暖城市群。因此,研究武城凸起地热田地热地质特征,对河北省故城县地热开发具有重要的指导意义。本文通过测井、地震和区域地质资料,结合水化学特征、同位素测试结果的分析,系统分析了地热田的不同类型热储展布、储集层物性、地下热水补给来源和循环路径特征,并精细评价了地热资源量。结果表明武城凸起地热田热储类型主要为馆陶组砂岩热储和奥陶系岩溶热储。砂岩热储区域稳定分布,主要产水层为下馆陶组,底板埋深1 200~1 600 m,单井出水量79~123 m³/h, 井口水温52~54 ℃;岩溶热储有利区带主要分布在寒武—三叠系卷入的背斜核部,呈南北向带状展布,主要产水层为上马家沟组、下马家沟组和亮甲山组,顶板埋深2 100~2 900 m,单井出水量75~98 m³/h,井口水温82~85 ℃。地下热水来源为西部太行山脉和北部燕山山脉,热水沿着NE-SW向断裂破碎带和岩溶不整合面向上水平运移进入浅层热储,通过沧县隆起和邢衡隆起在武城凸起汇集,形成中低温地热田。地下热水质类型为Cl-Na型,最大循环深度为2 822.5~3 032.5 m,¹⁴C测年表明砂岩热储和岩溶热储年龄分别为21 ka和32 ka。明化镇组和石炭—二叠系分别为两套热储的直接盖层。武城凸起地热田地热资源量分层精细评价结果表明,热储地热资源量合计4.86×10¹⁰ GJ,折合标煤16.6×10⁸ t。年可开采地热资源量可满足供暖面积1.1×10⁸ m²,市场开发潜力巨大。     

四川康定市二道桥地区地下热水稳定同位素特征及热储温度计算

为研究四川省康定市二道桥地区地下热水稳定同位素特征和热储温度,对二道桥地区5个温泉(井)即二道桥温泉(SC107、SC107-2)、康巴人家温泉(SC107-3)、自流热水井(SC107-4)、自喷热水井(SC107-5)进行调查和分析。研究区温泉的分布及出露主要受雅拉沟断裂和雅拉河谷控制。温泉水温33.2~46 ℃,为中低温温泉,pH为6~6.5。水样的氢氧稳定同位素特征表明研究区地下热水的补给来源为大气降水。利用氢氧稳定同位素高程效应及温度效应估算区内地下热水补给区高程为3 000~4 500 m,补给区温度为-3.5~-0.3 ℃,表明地下热水有一部分补给源自附近山区的冰雪融水。Na-K-Mg三角图显示研究区热水均为未成熟水,不宜用阳离子地热温标计算热储温度。应用SiO₂地热温标、多矿物饱和指数法以及用固定铝方法对部分温泉多矿物平衡图进行修正,得出研究区地下热水的热储温度为65~75 ℃。研究区温泉在东部跑马山以及西部农戈山附近接受大气降水补给,降水沿着大雪山—农戈山断裂和跑马山断裂下渗,地下水经历深循环,在此过程中获得大地热流加热,最终在雅拉河谷雅拉沟断裂附近出露成泉。     

郴州市许家洞地区地热资源特征及资源量评价

为查明郴州市地下热水资源的特征及储量,本文选取许家洞地区两个典型地热田,通过地热地质调查、水质测试等方法调查了研究区的地质条件、地热流体场特征、地下热水水化学类型。基于上述研究开展了许家洞地区地热资源储量的分析评价。研究结果表明：(1)区内地下热水受断裂构造控制,是入渗地下水沿着断裂构造在深部循环过程中吸收隐伏岩体中的热能形成的;(2)地下热水水化学类型主要为HCO₃-Ca型、HCO₃-Ca·Na型或HCO₃·SO₄-Ca·Mg型,为低温、无色透明的弱碱性水;(3)热水的主要补给来源为大气降水,水分入渗后主要沿区内发育的北东向断裂构造(F₂₄、F₇、F₂₅、F₈)运移到一定深度,地下水逐渐增温变成地下热水,在断裂交汇处沿着不均匀发育的岩溶裂隙系统向上运移,以温泉形式出露于地表;(4)研究区地下热水每年可提供热能约3.23×10⁸MJ,每年可节约标准煤资源约1.18×10⁴     

运用H、O同位素资料分析地下热水的补给来源——以鲁西北阳谷-齐河凸起为例

通过对阳谷-齐河凸起地下热水的化学成分、同位素及其地热地质条件的分析,对这一地区的地下热水的补给来源进行了研究。本区地下热水的δD为-65‰～-80.67‰,δ18O为-9.2‰～-10.2‰,均分布在全球雨水线的附近,说明该区地下热水主要为大气降水成因。济南北地热田地下热水的补给高程为256m,此范围大致相当于济南南部山区及其以南的泰山北麓;聊城东地热田地下热水的补给高程为411m,此范围大致相当于泰山山脉及其周边的中山区。聊城东地热田地下热水的2H过量参数d明显低于济南北地热田,说明聊城东地热田地下热水的补给区比后者更远。     

沧县隆起中段献县凸起和阜城凹陷岩溶型地热资源特征

为探究华北平原的岩溶热储分布规律,以及如何高效开发利用献县凸起和阜城凹陷地热田的地热资源,结合前人研究成果与已有地热井的测井、地震、水化学等资料,分析了岩溶热储分布规律以及献县凸起和阜城凹陷地热田的四大要素即“源、储、通、盖”等地热地质条件,建立了地热田概念模型,并精细评价了地热资源量。研究表明地热田是形成于渤海湾盆地新生代伸展断陷背景下的受深大断裂控制的传导型地热田,主要以大气降水为补给水源,深大断裂和岩溶不整合面为水运移通道。来自太行山和燕山的水再补给、汇聚,在献县凸起及阜城凹陷岩溶热储中富集,形成中-低温传导型地热系统,具有良好的盖层以及高达3.63~5.31 ℃/100 m的地温梯度。蓟县系岩溶热储顶板埋深1 400~1 500 m,有效厚度累计336.1 m;奥陶系岩溶热储顶板埋深2 000~2 500 m,有效厚度累计55.3 m。献县凸起地热田蓟县系岩溶热储可采资源量3.75×10⁹ GJ,折合标煤1.28×10⁸ t,年开采地热资源量可满足供暖面积4 523×10⁴ m²;阜城凹陷奥陶系岩溶储可采资源量0.80×10⁹ GJ,折合标煤0.27×10⁸ t,年开采地热资源量可满足供暖面积954×10⁴ m²。献县凸起及阜城凹陷地热田开发潜力巨大。     

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。     

色达—松潘断块温泉水文地球化学特征及成因分析

为查明色达—松潘断块地热资源赋存状态及热源来源,以四川黑水县内3处温泉(热水塘、上达古、卡龙沟)为研究对象,采集温泉水样进行水化学分析和同位素测试,研究地热水的补给来源和热储温度。研究结果显示,热水塘温泉的地下水化学类型为HCO₃-Na型,上达古温泉和卡龙沟温泉的地下水化学类型为HCO₃-Ca型,补给水源主要为大气降水,补给高程分别为5 121 m、3 890 m、3 921 m。结合矿物饱和指数,采用SiO₂地热温标计算3处温泉的热储温度,分别为119.036 ℃、49.034 ℃、30.215 ℃。综合分析认为研究区地下热水的成因主要为大气降水经高山补给区入渗至储集层,吸取地下深部向上传导的热量和放射性元素衰变释放的热量,并与围岩发生水-岩作用形成地下热水,在断裂发育部位热水沿断裂带向上运移,最后在地表出露形成温泉。     

雄安新区容城地热田地热流体化学特征

地热流体的水文地球化学特征及演化可以揭示地热水的深部循环机理,对地热资源的开发利用有着重要意义。基于容城地热田的地热地质条件,本文选取了容城地热田16个深部地热井水和2个保定山区浅层冷水井进行了水化学特征及同位素分析,计算了热储温度和热循环深度,最后进行了反向水文地球化学路径模拟分析地热流体在深部的水岩反应运移过程。结果表明研究区深部地热井水化学类型为HCO_3·Cl-Na型,保定山区水化学类型为HCO_3-Ca·Mg型,在容城地热田中几乎所有离子与Cl都不存在显著正相关关系,微量元素主要来源于相关矿物的溶解。容城地热田Na~+浓度很高,说明容城地热田的地下水径流较长,热循环深度大,HBO_2的含量较多,说明其地下热水径流较小,流速比较弱。D、~(18)O同位素基本在大气降水线附近,计算地热井的补给高程为665.17～165.17m,与保定山区海拔相近,表明了研究区地热水来源为山前补给和大气降水。研究区深部热储温度为57～98℃,热循环深度在1331～2483m之间。     

基于水文地球化学特征的辽宁丹东地区地热水成因模式研究

辽宁丹东地区地热资源丰富,阐明其地热田的成因模式对于区域热水资源的可持续开发利用具有重要意义。以区内北汤、东汤、五龙背地热田为研究对象,进行水化学和同位素分析。结果表明,北汤、东汤、五龙背地热水的水化学类型分别为SO₄·Cl-Na·Ca型、HCO₃·SO₄-Na型、 HCO₃-Na·Ca、HCO₃·SO₄-Na和HCO₃·Cl-Na型。研究区的热水来源为大气降水,北汤、东汤地热田的补给高程分别为678 m和376 m。根据¹⁴C测年方法,得出北汤、东汤和五龙背地热田地热水年龄分别为2 000~3 300 a B.P.、2 200~7 200 a B.P.和700~2 900 a B.P.。根据二氧化硅地温计和lg(Q/K)方法,北汤、东汤和五龙背地热田的热储温度分别为92 ℃、120 ℃和100~101 ℃,相应的地热水循环深度分别为1 900 m、3 000 m和800~1 800 m。地热水接收大气降水入渗补给,经断裂带深循环加热,于NNE和NW向两组断裂交汇处上涌进入浅部含水层或出露地表成泉,属中低温对流型地热系统。     

Hydrochemical and isotopic characteristics of Chazi geothermal field in Shigatse in Tibet

Chazi geothermal field is located in Southwestern Tibetan Plateau. The geothermal potential has been ascertained by field survey and geothermal drilling. The hydrogeochemical characteristics and isotopic composition of this geothermal field show that the underground water belongs to HCO₃-Na. The difference of ion concentration between hot water and cold water shows that they have different material sources and certain hydraulic relations. The isotope analysis of δD and δ¹⁸O determines that the major source of the geothermal water in this area is meteoric water and water melt from the mountains snow and ice with the height above 5 652 m. The geothermal water was the result of the mixture of deep infiltrated meteoric water and deep-source fluid when they move along the fracture zone. The fracture zone is the main channel of hot spring and the reservoir of geothermal fluid. The migration retention time of the geothermal water in this geothermal field was at least 41 years. According to the calculated temperature of SiO₂ geothermometer, the geothermal temperature of the underground heat reservoir is about 148.18~153.49 ℃, and natural heat discharge is 2 264.33×10¹² J/a.     

重庆南川三汇场寒武系碳酸盐岩中不同期次大气淡水作用的证据

多期构造叠加及多种成岩环境下的早古生代碳酸盐岩储集层形成机理十分复杂。重庆南川三汇场剖面寒武系碳酸盐岩出露完整,是研究沉积与成岩史的理想解剖点之一。研究表明,三汇场剖面寒武系白云岩分别经历了早期海水胶结、大气淡水淋滤、准同生白云岩化、中浅层埋藏、中期构造大气水作用、中晚期埋藏及热液作用和构造晚期表生大气水成岩作用,不同期次的大气淡水作用特征不同。在早成岩期,沿向上变浅的高频层序界面附近发育了鲕模孔、窗格溶孔等组构性溶孔,胶结物和充填物的δ¹⁸O、δ¹³C值均比同期海水负偏,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值与同期海水相近,不发光(CL),含有较小的液相包裹体;加里东晚期—海西期,发育了非组构扩溶孔洞缝,伴有氧化沥青,不发光充填物的δ¹⁸O、δ¹³C负偏、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值正偏,发育含烃的低温不混溶包裹体,并叠加后期的深埋藏及热液成岩作用;燕山期和喜马拉雅期, 发育孤立的非组构溶蚀孔洞、缝洞,多被巨晶方解石或黏土充填,方解石中δ¹⁸O、δ¹³C强烈负偏($\delta^{13}C_{PDB}$=-4.6‰~-23.4‰,$\delta^{18}C_{PDB}$=-8.6‰~-17.8‰)、含有低温不混溶包裹体(<28.5℃),是有机质或生物甲烷(细)菌参于下的表生大气水成岩作用产物。     

贵德盆地地下热水水文地球化学特征

研究工作对完善区内高温地热系统成因机理和后期勘探及钻探工作提供一定的参考意义.为进一步研究贵德盆地地热资源赋存状态及热源来源,在充分了解贵德盆地地热地质条件的基础上,采集区内地热流体样品,进行水化学全分析和氢氧同位素分析,得到该区地热流体化学特征和氢氧同位素特征,估算了区内高温热田-扎仓寺热田的热储温度.分析结果表明:该区高温地下热水的水化学类型主要为SO₄·Cl-Na型,低温水水化学类型较为复杂,主要为SO₄-Na、SO₄·HCO₃-Na型;扎仓寺热田地下热水中Li+、F-、Sr2+、As3+与Cl-存在很好的正相关性,显示了相同的物质来源,SiO₂2-与Cl-极高的正相关性进一步验证了扎仓寺地热为深部热源;氢氧同位素数据都集中在当地大气降水线附近,说明地下热水主要为大气降水补给.选用合理的水文地球化学温标计算了扎仓寺热田的热储温度,并利用硅-焓模型分析了该热田地热流体中冷水混入比例及冷水混入前的热储温度,分析认为扎仓寺热田4 000 m以内存在两个热储层,第一热储层热储温度约为133 °C,热循环深度为1 800 m;第二热储层热储温度约为222 °C,热循环深度约为3 200 m.      

鄂尔多斯盆地姬塬油田长6致密砂岩储层成因机理

鄂尔多斯盆地姬塬油田长6储层原油储量丰富,储层致密制约着油气的勘探开发潜力和评价精度.通过开展物性、粒度、铸体薄片、X衍射、扫描电镜、压汞等测试研究储层特征,以时间为主轴,综合成岩史、埋藏史、地热史、构造等因素,采用“成岩作用模拟”和“地质效应模拟”构建孔隙度演化模型及计算方法探讨致密储层成因机理.结果表明:储层经过较强的演化改造发育微-纳米孔喉系统,形成低孔特低孔-超低渗的致密砂岩储层.H53井长6段孔隙度演化史揭示了增孔和减孔因素对孔隙度及油气充注的影响;通过对比最大粒间孔面孔率、最大溶蚀面孔率、最大压实率、最大胶结率样品孔隙度演化路径和含油饱和度,查明了致密储层成因的差异及品质.      

开采状态下河北平原孔隙热储地热水资源的构成——以辛集集中开采区为例

地热水属于承压水,其储存量包括容积储存量和弹性储存量两部分,当水位处于含水层顶板以上时,已开采出的地热水只能是弹性储存量。在河北平原区进行区域地热资源评价时,地热水可开采量按照开采系数法、解析法等不同方法计算,与弹性储存量存在巨大差距。为研究地热水开采资源的构成并更加准确评价集中开采区地热水的可开采量,采用地下水均衡法对辛集集中开采区地热水开采资源量进行了计算,结果显示: 侧向补给量为126×10⁴ m³,占开采资源量的60.9%; 越流补给量为19.7×10⁴ m³,占开采资源量的9.55%; 弹性释水量为33.1×10⁴ m³,占开采资源量的16.1%; 弱透水层压密释水量为27.4×10⁴ m³,占开采资源量的13.3%。研究结果说明,集中开采区地热水的开采资源量不仅仅来自于热储层的弹性释水量,还包括侧向补给量、越流补给量和弱透水层的压密释水量。研究成果对于科学合理地开发地热资源、更好地遏制和缓解地热水开采引发的地质环境问题具有一定意义。     

喜马拉雅东构造结地区地热成因分析

喜马拉雅东构造结地区是现今地球上构造活动最强烈、地貌演化最快的地区之一,属于地中海—喜马拉雅地热带,水热活动强烈。基于喜马拉雅东构造结的地热地质背景,采用野外调查、水化学和稳定同位素测试分析等手段,初步分析嘉黎地区深部地下热水发育特征及成因模式。结果表明,该区域地下热水均来自大气降水或冰雪融水,补给高程位于4 500 m以上,推测补给区位于研究区西北部片麻岩山区;区内地下热水均为未成熟水,热水补给水源沿断裂循环至深部热储,随后受热对流上升至地表出露成温泉,热水上升至浅表部与冷水发生混合,冷热水最大混合比可达91%;采用二氧化硅温度计、阳离子温度计以及硅-焓模型估算出热储温度最高达380 ℃,热水在雅鲁藏布江结合带内循环深度达到6 900 m。研究区深部热源主要来自雅鲁藏布江结合带及附近深大断裂,地表热显示主要受控于结合带两侧的次级张扭性断裂。本研究初步揭示了喜马拉雅东构造结嘉黎地区地热成因模式,可为该区重大工程建设和高温热害防治提供指导。     

Diagenetic mass transport in the southern San Joaquin basin, California, U.S.A.: Implications from the strontium isotopic composition of modern pore fluids

Three types of chemically and isotopically distinct pore fluids from the southern San Joaquin basin previously recognized by J.B. Fisher and J.R. Boles also have distinctive ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios and Sr concentrations. Meteoric fluids have stable isotopic compositions which lie on or near the meteoric water line and low chlorinities. Sr concentrations are between 0.01 and 2.6 mg l⁻¹, and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios range from 0.7061 to 0.7078. Diagenetically modified connate marine fluids have δD-and δ¹⁸O-values more positive than −35‰ and 0‰, respectively, and have chlorinities generally comparable to seawater. Sr concentration are much higher than the meteoric group (16–198 mg l⁻¹), although the ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios (0.7070–0.7081) are not distinctive. Mixed meteoric-modified connate fluids have δD, δ¹⁸O and chlorinity intermediate between the meteoric and modified connate groups. Sr concentrations are also intermediate, between 16 and 22 mg l⁻¹, but ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios (0.7080–0.7087) are generally more radiogenic than either the meteoric or modified connate groups.

All of the fluids have ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios comparable to or lower than Tertiary seawater. Alteration of detrital plagioclase is the probable origin of the low isotopic ratios. Mass-balance calculations based on the Sr data suggest that essentially no transport of Sr occurred during diagenesis of sandstones containing modified connate pore fluids, while large amounts of Sr have been transported out of meteoric reservoirs by fluid flow. The chemically anomalous mixed meteoric-modified connate fluids contain the most radiogenic strontium in the basin. These fluids are spatially associated with major faults, and may represent clay mineral dehydration waters which have been transported upward from greater depth.

These results suggest that the three types of fluids identified by Fisher and Boles represent three distinct mass transport regimes: a largely stagnant deep-basin system containing modified connate pore fluids; an actively recharging meteoric system along the basin flanks; and a third system restricted to the southern basin which may be characterized by largescale cross-formational fluid flow, rather than dilution by meteoric waters.