广东阳江地区断裂带型地热水化学特征及形成条件.pdf

收稿日期:作者简介:吴广翩()男 广东阳春市人 工程师 从事水工环地质调查及地质灾害勘查等工作广东阳江地区断裂带型地热水化学特征及形成条件吴广翩(广东省地质局第四地质大队(广东省湛江地质灾害应急抢险技术中心)广东 湛江)摘 要:本文以广东阳江地区断裂带型地热水为例 研究其水化学特征和组分含量分布特征 分析水岩作用过程、地热水径流循环特征和地热水混合作用等形成条件 结果表明 阳江地区地热水主要分布在断裂带周围 水温普遍较高 矿化度较高 含有丰富的化学成分 与区域地质构造背景等因素有关 具有较好的利用价值关键词:地热水 断裂带型 水文化学特征 形成条件 广东阳江中图分类号:文献标识码:文章编号:()地热水作为可再生、无污染能源 应用前景广泛 具有良好的经济效益 断裂带作为地球的主要构造单元之一 常常是地热能的重要来源之一 断裂带型地热水地下分布和地下水循环体系非常复杂其形成机制和水文地质特征也存在很多未知之处 因此 对断裂带型地热水的水文化学特征及形成条件进行研究 对于地热资源的合理开发和利用具有重要意义 目前全球对清洁能源的需求不断增加 研究断裂带型地热水文化学特征及形成条件 不仅有助于优化地热资源的开发利用 还能为清洁能源的发展做出重要贡献 本文以广东阳江地区断裂带型地热水进行研究 分析其水文化学特征及形成条件 样品采集和测试.样品采集广东阳江地区断裂带型某热泉群采集 组水样品 组岩石样品 包括沿海和靠近内陆四个区域开展水化学、同位素测试及全岩和矿物元素化学测试 由阳江市检测检验中心完成.样品测试使用便携式水质分析仪进行水样温度、值和电导率测量 使用浓度 /的 进行碱度滴定 热泉流量根据有无管道的情况 使用体积法或三角堰法进行测量 将水样经过滤后保存到聚乙烯瓶内 对阳离子、阴离子和微量元素进行测试 岩样磨粉后 加入离子水并进行震荡 经三次处理后再进行烘干并干燥冷却 酸溶法对岩样分解 岩样的元素测试方法和水样测试方法相同 液态水同位素分析仪测试、液闪仪测试 和 同位素质谱仪测试/热电质谱仪测试 断裂带型地热水文化学特征 水化学类型分布特征研究区水样共分为四组 其中第一组和第二组主要是靠海区块状基岩裂缝水和海水 第三组为靠内陆区层状基岩裂缝水 第四组为地下冷水、河水、雨水 采样点如表、表、图 所示 各组水化学类型分布特征如表 所示 年第 卷 第 期 页 云 南 地 质/表 采集水样点信息表.样品编号水温出露条件水类型 钻孔热水块状基岩裂缝水 钻孔热水块状基岩裂缝水 钻孔热水块状基岩裂缝水 热泉池块状基岩裂缝水 井水块状基岩裂缝水 井水块状基岩裂缝水 钻孔热水块状基岩裂缝水 钻孔热水块状基岩裂缝水 雨水降水 海水地表水 钻孔热水层状基岩裂缝水 井水块状基岩裂缝水 冷泉块状基岩裂缝水 雨水降水 河水地表水 海水地表水表 采集岩样点信息表 样品编号岩性细粒斑状黑云母石英正长岩细粒斑状黑云母石英正长岩细粒斑状黑云母正长花岗岩中粗粒巨斑黑云母二长花岗岩正长花岗岩石细粒花岗岩石粗中粒巨斑黑云母正长花岗岩粗中粒巨斑黑云母正长花岗岩正长花岗岩石图 水样采样图.云 南 地 质 卷表 水化学类型分布特征表.组数水类型 值电导率(/)含有离子化学类型第一组地热水 、型海水、型第二组地热水 、型井水 、型第三组温泉水、型第四组地下冷水、河水、雨水 、型、型、型、型、型、型 各区水化学类型对比第一组地热水和第二组地热水的水化学类型相似 表明这两组地热水补给、循环等过程相似 而且地热水与海水的水化学特征比较相似 其中 数量大于、和 数量之和 数量大于 和 数量之和 海水对地下水的化学组成具有明显影响与海水相比 地热水中含有大量的 说明地热水化学特征还受到其他因素影响与地下冷水相比 地热水中主要离子除 和 外 其他离子浓度都要高于冷水 主要原因是受到地热水沿断裂带循环运动带来水岩相互作用影响 不同区域地下冷水主要离子浓度不同是受地热水和地下冷水之间不同程度的混合影响 与地下冷水相比 地热水 值、电导率和总溶解固体值高 溶解氧低 氧化还原电位影响因素是水中溶解氧的含量 其数值随地热水在对流时发生溶解氧的不断损耗而不断降低 此外 溶解氧随着温度升高而降低 地热水化学演变途径分析由于地下冷水在循环过程中被不断加热 会增强围岩淋滤作用和阳离子交换作用 造成不同地区地热水化学类型具有较大的不同 从冷水区到热水区 水化学类型按照、顺序进行水化学类型转换 其矿化度逐渐增加 含量基本不变 含量部分降低 其他主要离子含量逐渐增加 主要是从冷水区到热水区过程中 水动力条件逐渐降低 造成地下水变质程度提高 在横向方向沿海向内陆地区地热水化学类型由 型向 型变化 在纵向方向 地热水随深度的不同 补给来源和循环深度存在差别 造成温度、离子特征具有明显差别 断裂带型地热水化学特征及形成条件分析.水岩作用程度地热水根据、离子相对含量 分为完全平衡区、部分平衡区和未成熟区三个区域 其反应过程为:()长石长石()长石 云母 绿泥石()长石 长石 云母 绿泥石 将采集的地热水和地下冷水中、离子含量进行转换 地下冷水处于未成熟区域 水岩溶解作用还在进行阶段 地热水处于部分成熟区域 水岩作用程度还未达到平衡状态 热水池的成熟 第 期吴广翩 广东阳江地区断裂带型地热水化学特征及形成条件度小于地热水 主要是地热水向地表上升过程中受地下冷水混合 对比与沿海与靠近内陆地区地热水靠近沿海地区存在明显海水混入想象 部分处于非平衡区域 研究区所取的地热水都处于部分平衡区说明地热水受到地下冷水混合作用较大.矿物饱和指数矿物平衡计算是用化学反应平衡原理 通过计算水体中各种离子的平衡状态 预测水体中某些矿物质的溶解度和生成潜力的计算方法 可以预测水体中某些矿物质的溶解度和生成潜力 从而分析水体的化学特征和水质问题 矿物饱和指数是指水中某种矿物质的溶解度与水中该矿物质的实际含量的比值简单来说 矿物饱和指数是衡量水体中是否过饱和或欠饱和的量化指标 如果水中某种矿物质的饱和指数为正 表示水中该矿物质已经饱和 并可能形成沉淀 如果饱和指数为负 则表示水中该矿物质欠饱和 并可能溶解更多的矿物质 矿物饱和指数的计算公式:(/)式中 为矿物饱和指数 为水中某种矿物质活度积 为该矿物质平衡常数活度积是指水中各组分活度之积 是一个与浓度有关的指标 平衡常数是指矿物质在溶液中达到平衡状态时的溶解度常数 使用 水化学软件对地热水样相对各种矿物潜在饱和指数计算 第一组地热水中硬石膏、萤石、天青石饱和指数小于 表明这类矿物还未达到饱和状态 方解石、文石饱和指数大于 表明这类矿物达到饱和状态 白云石、石英、玉髓饱和指数在 之间波动 表明这类矿物为平衡状态 第二组地热水中硬石膏、天青石饱和指数小于 表明这类矿物还未达到饱和状态 方解石、白云石、文石饱和指数大于 表明这类矿物达到饱和状态 萤石、石英、玉髓饱和指数在 之间波动 表明这类矿物为平衡状态 研究区内地热水中 硬石膏和石膏为未饱和状态表明硫酸盐溶解是持续过程 方解石、文石、白云石、石英、玉髓为过饱和或平衡状态 表明硅酸盐岩和碳酸盐岩矿物产生明显的沉淀.主要离子形成的水文化学过程()矿物的沉淀溶解作用地热水中主要离子的水文化学过程主要是碳酸盐岩、硫酸盐岩和硅酸盐岩矿物的沉淀溶解作用地下冷水中 离子和 离子主要来自碳酸盐岩、硅酸盐岩矿物的溶解 地热水中 离子浓度含量高于 离子浓度含量 说明在地热水中 离子还有其他的来源 在地热水中 随着 离子浓度含量增加 离子浓度含量减少 甚至比地下冷水中 离子浓度含量要小 原因是在高温度环境下 离子与 离子结合生成 沉淀 造成地热水中 离子浓度含量减小 白云石等碳酸盐岩矿物为过饱和状态 不会再产生溶解现象地热水和地下冷水中 离子和 离子比值小于 表明在径流过程中受到贫镁矿物较大影响 由于方解石等贫镁矿物在深层含量较少 对于深层地热水化学组分影响较小 在地热水中 离子和 离子比值较大 表明硅酸盐岩溶解作用影响了地热水水化学组分 碳酸盐沉淀作用增加地下冷水中 离子和 离子之和与 离子和 离子之和比值基本为 表明地下冷水矿物溶解主要是碳酸盐岩和硅酸盐岩矿物溶解 在地热水中 离子和 离子之和与 离子和离子之和的比值大于 表明地热水离子组分主要受到碳酸盐岩、硅酸盐岩和硫酸盐岩矿物沉淀溶解平衡的共同作用 在大部分地下冷水中 离子和 离子之和与 离子比值基本为 表明在地下冷水中相关离子来源主要是岩盐溶解 在部分地下冷水中 离子和 离子之和与 离子比值大于 表明地下冷水中相关离子来源初除了岩盐溶解外 还受到硅酸盐岩矿物溶解影响 在大部分地热水中 离子和 离子之和与 离子比值小于 表明地热水中 还有海水混合作用等来源云 南 地 质 卷从地下冷水到地热水 离子和 离子浓度含量随着总溶解固体增加而明显增加 与总溶解固体之间是正相关关系 地热水中石膏矿物处于未饱和状态 表明地热水的水化学组分受到石膏矿物溶解作用影响较大 因为石膏矿物在地热水中溶解度要高于地下冷水中溶解度 地热水中 离子和离子浓度含量要高于地下冷水 离子来源除石膏矿物外 还来自其他的硫化物的氧化()水热蚀变作用研究区地热水中含主要矿物为硅酸盐和铝硅盐 含有多种水热蚀变矿物类型 在地热系统中按照从浅到深主要有高岭石、蒙脱石、混层黏土、伊利石和白云母等黏土矿物 在相互转化过程中 对于地热水在各离子的含量带来影响 使用 模拟软件 在假定固相和液相活度系数相同情况下 计算钠贝得石、三水铝石、方沸石、白云母、钾长石、高岭石、钠长石、叶蜡石等 种典型矿物之间任意化学方应在 和 下的平衡常数 进行低温和高温环境下地热水和矿物之间平衡关系研究 为了对实际的水岩作用做出正确的计算和评价 需要校正温度对 值的影响 地下冷水中钾长石没有达到饱和还处于溶解状态 风化进入高岭石阶段 钠长石风化进入高岭石阶段 地热水中钾长石和钠长石都比较稳定 与次生矿物都过饱和 为矿物的形成提供有利条件地热水经历过程:最初时 地热水在深循环过程中 与岩石中铝硅酸盐矿物形成溶滤作用 增加了地热水中 浓度 生成三水铝石 随着岩石中石英溶解 地热水中 浓度增加 三水铝石逐渐转化为高岭石 随着、浓度升高 生成云母类矿物 最终生成稳定的长石矿物 此外 随着温度的升高 钾长石和钠长石逐渐变得不稳定 深度越深 矿物风化程度越快 结语本文通过对广东阳江地区断裂带型地热水的水化学特征和组分含量分布特征研究 及对水岩作用过程形成条件的分析 更加深入地了解地热资源产生和分布规律 为地热资源开发和利用提供更加科学的依据 为清洁能源的发展做出贡献 并且为地质构造和地下水循环研究提供参考参 考 文 献 许红 张海洋 张德润 等.下扬子区海陆盆地构造分割的深大断裂证据与地质构造意义.海洋地质前沿 ():.任镇寰 叶秀薇 等.珠江三角洲地区重力资料解释的深部断裂系统.四川地震 ():.余琴 杨平恒 王长江等.重庆市统景温泉水化学特征及混合作用.中国岩溶 ():.袁建飞.广东沿海地热系统水文地球化学研究.中国地质大学.王双.广东阳江新洲地热田地热资源特征及其开发利用建议.地下水 ():.严克涛 等.温泉流量变化反映固体潮对深大断裂导水性的影响.地质科技情报 ():.杨明波 等.冷水源井水温固体潮现象及其机理研究以黄村井为例.地震学报 ():.袁建飞 毛绪美 王焰新.珠江口东北部地下水稀土元素的无机形态.水文地质工程地质 ():.孙恺.西宁盆地地下热水循环机制与资源评价.西北大学.胡飞.综合物探在广东地热勘查中的应用探讨.西部探矿工程 ():.田春艳.广东省新洲地热田水化学特征及流体质量评价.地下水 ():.王贵玲 张薇 梁继运 等.中国地热资源潜力评价.地球学报 ():.第 期吴广翩 广东阳江地区断裂带型地热水化学特征及形成条件 ():.:云 南 地 质 卷