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水化学特征在恩施盆地地热资源调查中的指示意义.pdf
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1、第4 2卷 第4期2 0 2 3年 7月 地 质 科 技 通 报B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y V o l.4 2 N o.4J u l.2 0 2 3李泽威,袁飞,李明龙,等.水化学特征在恩施盆地地热资源调查中的指示意义J.地质科技通报,2 0 2 3,4 2(4):8 3-9 4.L i Z e w e i,Y u a n F e i,L i M i n g l o n g,e t a l.I n d i c a t i v e s i g n i f i c a
2、 n c e o f h y d r o c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c s i n g e o t h e r m a l r e s o u r c e i n v e s t i g a-t i o n s i n t h e E n s h i B a s i nJ.B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yJ.B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e
3、 a n d T e c h n o l o g y,2 0 2 3,4 2(4):8 3-9 4.基金项目:湖北省地质局重点科技项目(K J 2 0 2 1-3 3)作者简介:李泽威(1 9 8 5),男,高级工程师,主要从事矿产、水文、地热调查等方面工作。E-m a i l:3 6 2 2 8 4 1 9 4q q.c o m通信作者:袁 飞(1 9 8 8),男,高级工程师,主要从事矿产、水文、地热调查等方面工作。E-m a i l:s h i w e n j i e c u g.e d u.c n E d i t o r i a l O f f i c e o f B u l l e
4、t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y.T h i s i s a n o p e n a c c e s s a r t i c l e u n d e r t h e C C B Y-N C-N D l i c e n s e.水化学特征在恩施盆地地热资源调查中的指示意义李泽威,袁 飞,李明龙,赵 军,万 凯,李光顺(湖北省地质局第二地质大队,湖北 恩施 4 4 5 0 0 0)摘 要:地热资源是一种宝贵的清洁能源,恩施盆地蕴含丰富的地热资源,探明地热形成机理具有重要意义。从地热水化学特征和
5、同位素特征入手,结合恩施盆地水文、地热地质条件,采用P i p e r三线图法、主要离子相关分析法等探讨分析了恩施盆地地下热水地球化学特征及其主要离子补给来源;选取适宜的二氧化硅温标法解决了热储温度难以准确测量的问题;利用氢氧同位素测试技术,示踪判定了地下热水的补给来源、循环深度及补给高程。研究结果显示:恩施盆地地下热水的水化学类型主要为S O4C l-N a型水,水中离子以S O2-4,C l-,N a+为主,地下热水中T D S与N a+,C a2+,M g2+,C l-,S O2-4有极好的正相关性,而地下热水中T D S远高于冷泉,分析认为是由于地下热水在演化过程中埋藏深度大、径流途径
6、长、溶解溶滤作用强烈,更容易从围岩中萃取相关离子,从而导致离子浓度远高于地表水;研究区内地下热水主要接受大气降水补给;地下热水1 4C,3 4S同位素特征均表明盆地边缘到盆地中心地下热水储存环境逐渐封闭,地下热水滞留时间逐渐变长,水-岩反应程度逐渐变强;水-岩平衡判定结果表明,热水中S i O2的浓度受石英的溶解平衡控制,利用S i O2地热温标估算热储温度为5 5.7 45 8.2 4,热储埋深为1 7 9 31 9 0 6 m,热水循环深度为1 8 2 31 9 3 6 m;根据大气降水1 8O的高程效应估算地下热水的补给高程为1 0 2 2.6 41 1 0 9.0 0 m,依据研究区高
7、程范围确定地下热水补给区主要为盆地西侧寒武系-奥陶系碳酸盐岩低中山区。关键词:恩施盆地;地下热水;水化学特征;氢氧同位素2 0 2 1-1 2-1 6收稿;2 0 2 2-0 3-1 2修回;2 0 2 3-0 2-1 0接受中图分类号:P 3 1 4 文章编号:2 0 9 6-8 5 2 3(2 0 2 3)0 4-0 0 8 3-1 2d o i:1 0.1 9 5 0 9/j.c n k i.d z k q.t b 2 0 2 1 0 7 9 1 开放科学(资源服务)标识码(O S I D):I n d i c a t i v e s i g n i f i c a n c e o f
8、h y d r o c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c s i n g e o t h e r m a l r e s o u r c e i n v e s t i g a t i o n s i n t h e E n s h i B a s i nL i Z e w e i,Y u a n F e i,L i M i n g l o n g,Z h a o J u n,W a n K a i,L i G u a n g s h u n(T h e S e c o n d G e o l o g i c a l B r i g a d e
9、 o f H u b e i G e o l o g i c a l B u r e a u,E n s h i H u b e i 4 4 5 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eG e o t h e r m a l r e s o u r c e s a r e v a l u a b l e c l e a n r e s o u r c e s,a n d t h e E n s h i B a s i n c o n t a i n s a-b u n d a n t g e o t h e r m a l r e s
10、o u r c e s.I t i s v e r y i m p o r t a n t t o e x p o r e t h e o r i g i n o f g e o t h e r m a l r e s o u r c e s.M e t h-o d sS t a r t i n g f r o m t h e c h e m i c a l a n d i s o t o p i c c h a r a c t e r i s t i c s o f g e o t h e r m a l w a t e r,c o m b i n e d w i t h t h e h y
11、 d r o-l o g i c a l a n d g e o t h e r m a l g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s o f t h e E n s h i B a s i n,t h e f o l l o w i n g w o r k s h a v e b e e n p e r f o r m e d.T h e g e o c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d m a i n i o n r e c h a r g e s o u r c e s o f g e
12、 o t h e r m a l w a t e r i n t h e E n s h i B a s i n a r e d i s c u s s e d a n d a n a l y z e d b y t h e P i p e r d i a g r a m m e t h o d a n d m a i n i o n c o r r e l a t i o n a n a l y s i s m e t h o d.I n t h i s s t u d y,t h e a p p r o p r i a t e s i l i c a t e m p e r a t u r
13、 e s c a l e m e t h o d i s u s e d t o s o l v e t h e p r o b l e m t h a t i t i s d i f f i c u l t t o a c-h t t p s:/d z k j q b.c u g.e d u.c n 地质科技通报 2 0 2 3年 c u r a t e l y m e a s u r e t h e h e a t s t o r a g e t e m p e r a t u r e.U s i n g h y d r o g e n a n d o x y g e n i s o t
14、o p e t e s t i n g t e c h n o l o g y,t h e r e c h a r g e s o u r c e,c i r c u l a t i o n d e p t h a n d r e c h a r g e e l e v a t i o n o f g e o t h e r m a l w a t e r a r e d e t e r m i n e d.R e-s u l t sR e s u l t s s h o w t h a t t h e h y d r o c h e m i c a l t y p e o f g e o t
15、 h e r m a l w a t e r i n t h e E n s h i B a s i n i s m a i n l y S O4C l-N a w a t e r,a n d t h e m a i n i o n s i n t h e g r o u n d w a t e r a r e S O2-4,C l-a n d N a+.T h e r e i s a g o o d p o s i t i v e c o r r e l a-t i o n b e t w e e n T D S i n g e o t h e r m a l w a t e r a n d
16、 N a+,C a2+,M g2+,C l-a n d S O2-4,w h i l e T D S i n g e o t h e r m a l w a t e r i s m u c h h i g h e r t h a n t h a t i n c o l d s p r i n g s.I t i s d u e t o t h e l a r g e b u r i a l d e p t h,l o n g r u n o f f p a t h a n d s t r o n g d i s s o l u t i o n l e a c h i n g a c t i o
17、 n,w h i c h m a k e s i t e a s i e r t o e x t r a c t r e l e v a n t i o n s f r o m t h e s u r r o u n d i n g r o c k a n d r e s u l t s i n i o n c o n c e n t r a t i o n s m u c h h i g h e r t h a n t h o s e o f s u r f a c e w a t e r.T h e h o t w a t e r i n t h e s t u d y a r e a i
18、 s m a i n l y s u p p l i e d b y a t m o s p h e r i c p r e c i p i t a t i o n,a n d t h e 1 4C a n d 3 4S i s o t o p i c c h a r a c t e r i s t i c s o f g e o t h e r m a l w a t e r s h o w t h a t t h e s t o r a g e e n v i r o n m e n t o f g e o t h e r m a l w a t e r f r o m t h e e d
19、 g e o f t h e b a s i n t o t h e c e n t e r o f t h e b a s i n i s g r a d u a l l y c l o s e d,t h e r e t e n t i o n t i m e o f g e o t h e r m a l w a t e r i s g r a d u a l l y l o n g e r,a n d t h e d e g r e e o f w a t e r r o c k r e a c t i o n i s g r a d u a l l y s t r o n g e r
20、.T h e r e s u l t s o f t h e w a t e r-r o c k b a l a n c e s h o w t h a t t h e c o n c e n t r a-t i o n o f S i O2 i n h o t w a t e r i s c o n t r o l l e d b y t h e d i s s o l u t i o n b a l a n c e o f q u a r t z.U s i n g t h e S i O2 g e o t h e r m a l t e m-p e r a t u r e s c a l
21、 e,t h e e s t i m a t e d t h e r m a l s t o r a g e t e m p e r a t u r e i s 5 5.7 4-5 8.2 4,t h e b u r i a l d e p t h o f t h e r m a l s t o r a g e i s 1 7 9 3-1 9 0 6 m,a n d t h e c i r c u l a t i n g d e p t h o f h o t w a t e r i s 1 8 2 3-1 9 3 6 m.T h e r e c h a r g e e l e v a-t i
22、 o n o f g e o t h e r m a l w a t e r i s e s t i m a t e d t o b e 1 0 2 2.6 4-1 1 0 9.0 0 m,a c c o r d i n g t o t h e e l e v a t i o n e f f e c t o f O o f a t m o s p h e r i c p r e c i p i t a t i o n.C o n c l u s i o nA c c o r d i n g t o t h e e l e v a t i o n r a n g e o f t h e s t
23、u d y a r e a,t h e g e o t h e r-m a l w a t e r r e c h a r g e a r e a i s m a i n l y t h e l o w a n d m i d d l e m o u n t a i n a r e a o f C a m b r i a n O r d o v i c i a n c a r b o n a t e r o c k s i n t h e w e s t e r n p a r t o f t h e b a s i n.K e y w o r d s:E n s h i B a s i n;
24、g e o t h e r m a l w a t e r;h y d r o c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c s;h y d r o g e n a n d o x y g e n i s o t o p e sR e c e i v e d:2 0 2 1-1 2-1 6;R e v i s e d:2 0 2 2-0 3-1 2;A c c e p t e d:2 0 2 3-0 2-1 0 开发利用地下热水不仅能改善城镇及周边地区生活条件和旅游环境,还能在实现碳达峰、碳中和过程中发挥积极作用,带来显著的经济效益和社会效益。当前国内
25、外对地下热水的研究主要集中在探讨地下热水水化学特征、补给来源及补给高程、热储温度及循环深度等方面,为地下热水的勘探与开发利用提供了科学依据。恩施断陷盆地区域具有丰富的地热水资源,但国内对于该区地下热水的研究几近于空白,相关研究工作的不足严重制约了该区地热水资源的勘探进程。本研究拟以恩施盆地为研究区,基于大比例尺的地质、水文地质调查和中深层钻探,结合水化学分析和氢、氧、硫、碳同位素分析测试,探讨地下热水化学特征及其补给来源,研究成果可为该区地下热水的进一步勘探开发提供依据。1 研究区概况1.1水文地质条件恩施盆地为一近南北向延伸的条带状盆地,西侧为低中山区,海拔标高一般在1 0 0 01 5 0
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- 水化学 特征 恩施 盆地 地热资源 调查 中的 指示 意义
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