发布时间：2020-03-24所属分类：科技论文浏览：1次
摘 要： 摘要：热储温度是划分地热系统成因类型和评价地热资源潜力的重要参数。文章在采集分析渝东南13个地热水样的基础上，利用无蒸汽损失石英和有蒸汽损失石英温标法、玉髓法a和玉髓法b，修正的SiO2温标法，K-Mg、Na-Li、Na-K、Na-K-Ca等阳离子温标法计算渝东南深
摘要：热储温度是划分地热系统成因类型和评价地热资源潜力的重要参数。文章在采集分析渝东南13个地热水样的基础上，利用无蒸汽损失石英和有蒸汽损失石英温标法、玉髓法a和玉髓法b，修正的SiO2温标法，K-Mg、Na-Li、Na-K、Na-K-Ca等阳离子温标法计算渝东南深部热储温度，并利用Na-K-Mg三角图解法和矿物饱和指数法检验所用方法的可靠性，结果表明：研究区利用SiO2(无蒸汽损失)温标法和修正后的SiO2温标法计算所得出的热储平均温度更适用，各地热水点热储温度范围在62.78~124.81℃，平均热储温度88.98℃。
关键词：渝东南;热储;地热温标;SiO2温标法
0引言
重庆作为“世界温泉之都”，以其地热资源丰富、品质优良、类型多样、覆盖面广而著称。目前，重庆主城周边地热资源勘查、开发程度较高，并在地热形成机理、水岩作用、资源评价、开发等方面开展了一系列研究工作[1-3]，但渝东南地区地热资源研究程度显著滞后。加强渝东南地区地热水资源的调查，开展渝东南地区地热资源的热储模式、赋存规律、水化学特征研究，有助于完善类似地区地热资源勘查研究理论体系，并可有效指导该地区地热资源的勘查，降低勘查风险、提高勘查成功率，带动该区旅游和经济发展，促进精准扶贫和“世界温泉之都”的建设。
热储温度即位于热储层的地热水的温度[4]。在地下热水研究和开发利用中，热储温度是划分地热系统的成因类型和评价地热资源潜力所不可缺少的重要参数[5]。本文在调查基础上，对渝东南多个温泉水进行采样分析，采用不同理论方法计算了渝东南深部热储温度，并利用不同方法对计算结果可靠性进行了检验。
1研究区概况
研究区为渝东南地区，包括武隆县、彭水县、黔江区、酉阳县、秀山县5个区县。区内多年平均气温17.5~18.5℃，冬季极端最低气温-3.7℃，夏季极端气温达42.2℃，多年平均降水量为1160mm，最大年降水量1544.8mm，最小年降水量740mm。境内水系多属长江水系，部分属沅江水系，长江水系主要支流乌江于涪陵城区汇入长江;沅江水系主要支流酉水河，流经酉阳、秀山、于湖南汇入洞庭湖。研究区位于四川盆地东南部大娄山和武陵山两大山系交汇的盆缘山地，地貌上以中、低山为主，间有少量丘陵。
在构造上，研究区位于上扬子陆块渝鄂湘黔隆起褶皱带，构造特征是背、向斜平行排列，两翼倾角不对称，轴向一般为N15°~30ºE，呈“S”形弯曲现象，且背斜开阔，由下古生代地层组成，向斜紧凑，以二叠系、三叠系为主。背、向斜形成中伴生有断裂，特别是背斜轴部附近有与轴线一致的大型断裂及与轴线斜交的中小型断裂构造出现;从地层岩性上讲，区内除缺失第三系地层外，从青白口系板溪群至第四系地层皆有出露，主要为沉积岩。地层岩性以三叠系、二叠系、奥陶系、寒武系碳酸盐岩为主，岩性致密坚硬。区内地下水按地层岩性特征、地下水的理化特征，分为浅层地下水和深层地下水。该类地下水水化学类型多属HCO3-Ca型，水温多在20℃以下，矿化度低(一般小于1g⋅L-1)，是优良的饮用水源。深层地下水埋藏深度一般为500~2500m，局部开阔地段埋深小于500m，主要赋存于奥陶系下统和寒武系上统，以及二叠系碳酸盐岩含水层中，具承压水的水动力特征。本次所研究的地热水主要赋存于这些地层中。
研究区内地热水点分布有16处(图1)，其中天然温泉11个，地热钻井5个，以天然温泉为主。据现场测量，水温为34~62℃，水量为90~2000m3∙d-1(表1)。
2样品采集与分析
采样时间为2017年11-12月，所有样品均为一次性取样。水样的采集、预处理严格按照《地热资源地质勘查规范》(GB/T11615-2010)，测试方法按照《地下水质检验方法》(DZ/T0064-1993)等方法进行。
地热水化学成分全分析指标包括：pH值、TDS、溶解氧、主要阴离子(HCO3、SO2-4、Cl-、CO2-3)、阳离子(Ca2+、Mg2+、K+、Na+)、微量元素和特殊组分(F、Br、SiO2、B、Sr、Fe、Mn、Al、Pb、Cs、Li、Cu、Zn等)。
现场测定使用Multi3430便携式多参数水质分析仪(德国WTW公司)，测定指标包括水温、pH值、电导率、溶解氧等4个参数，测量精度分别达到0.1℃、0.001pH单位、1μS·cm、0.01mg·L-1。阴阳离子分别取500mL和50mL水样装于纯水润洗过的聚乙烯瓶中，为尽量减小误差，所有样品采样前先用待采水样(需过滤的使用过滤后水样)润洗样瓶3次。
3方法选取与计算结果
地球化学温标是研究热储温度的重要工具之一[6-7]。在地热系统中水溶液和矿物趋于平衡状态，利用这个特性可以预测深部热储的温度，即所谓的地热温标方法[8]。其原理是深部热储中矿物与水达到平衡，在热水升至地表的过程中，温度下降，但化学组分含量几乎不变，可以用来估算反应的平衡温度，也就是深部热储的温度，目前地热温标方法主要有4大类：SiO2地热温标、阳离子地热温标、同位素地热温标和气体温标，阳离子地热温标又包括Na-K温标、Na-K-Ca温标、多矿物平衡化学温标等[2]。目前国内外研究较多的是SiO2地热温标和阳离子地热温标，而同位素地热温标和气体温标，国外研究的很少，国内尚没有见到研究实例。本次研究选用SiO2地热温标和阳离子地热温标计算地热温标。SiO2法选择无蒸汽损失石英、有蒸汽损失石英、玉髓法a和玉髓法b四个公式进行比较。
理论上，受温度控制的化学反应组分都可以用来作为地热温标，但必须满足以下5个基本假设：
(1)深部发生的反应只与温度相关;
(2)反应物充足;
(3)在热储温度下水-岩间的反应达到平衡;
(4)当水从热储流向地表时，在较低的温度下，组分间不发生再平衡，或者变化很小;
(5)来自系统深部的热水没有和浅部地下冷水相混合[5]。
在某些情况下，由于热储温度低、与浅部冷水混合作用或可能的化学反应，某些作为地热温标的化学组分并没有真正和矿物达到平衡，所以必须通过相关理论方法研究热水和矿物的平衡状态，检验所使用地热温标的可靠性。本文拟选用Na-K-Mg三角图和矿物饱和指数法进行矿物平衡检验，为地热温标的选取提供科学依据。
3.3热储温度估算
依据表2中渝东南13个地热水点热储温度分析结果，将渝东南地热水点实测温度与SiO2温标法所得热储温度进行比较，可得图3，由图可以明显观察出，石英温标法和修正的SiO2温标法计算所得出的热储温度显著高于野外实测温度，而玉髓温标法计算所得温度与实测温度相差不大，但是由于地热水在上升过程中可能接受大气降水补给或与冷热水发生混合作用，所以石英温标法和修正的SiO2温标法相对于玉髓温标法来说，更适合于本研究区地热温标的计算。而研究区钻井地热水无沸腾气化现象，pH值为中性偏碱性，所以不适合选用石英(有蒸汽损失)地热温标。
综上，就渝东南各地热水点而言，利用Na-K和Na-Li温标计算出来的热储温度均不合理，不可采用;利用K-Mg和Na-K-Ca温标法计算出来的热储温度，除个别地热水点热储温度偏低外，其他地热水点热储温度比较合理。利用SiO(无蒸汽损失)温标法2和修正后的SiO2温标法所计算得出的热储平均温度更适用。各地热水点热储温度范围在62.78～124.81℃，平均热储温度88.98℃。
4讨论
事实上，地热水的含水层主要为碳酸盐岩，因埋深变化较大，在岩溶和构造的双重作用下，含水层极易与浅部含水层沟通，从而发生冷水与热水混合的现象，这在岩溶区应该较为常见，也与应用地热温标法的理论前提——来自系统深部的热水没有和浅部地下冷水相混合并不相符。因此，应加强前期水文地质、地球化学调查及地球物理勘探工作，确定是否存在冷热水混合。对可能发生混合的地热水点，建议采用硅—焓模型进行修正，该模型可以确定混合水中热水组分的温度和冷热水份额[15]，该模型假设：热水在混合前没有蒸汽损失和热损耗，混合后也没有发生热损耗，深部热水中的SiO2含量只受石英溶解度的控制，混合前后也没有发生SiO2的溶解和沉淀。王莹等[3]利用该模型计算了广州三元里井地热水混合前温度为79.3℃，混入的冷水比例占83%，提高了地热温标法的可靠性。
5认识
(1)Na-K-Mg三角图结果表明，大部分水样未达到平衡，说明研究区地热水在上升的过程中可能接受大气降水补给或冷热水发生混合作用，因此，阳离子温标法计算出的结果不合理。
(2)本区地热水中石英和玉髓饱和指数>0，属于过饱和，所以，SiO2温标法可以用来进行研究区热储温度计算。
(3)经矿物平衡检验和与实测温度对比，认为本区利用SiO(无蒸汽损失)温标法和修正后的2SiO2温标法所计算得出的热储平均温度更适用。各地热水点热储温度范围在62.78~124.81℃，平均热储温度88.98℃。
(4)目前地热温标方法在地热水勘探与研究中应用较广，但受到矿物平衡与冷水混合等条件的限制，必须通过相关理论方法检验其可靠性，并进行校正。
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