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福建省厦门市水热型地热系统地球化学特征及成因模式.pdf

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资源描述

1、第44卷第2 期2023年6 月DOI:10.16788/j.hddz.32-1865/P.2023.02.002引用格式:刘春雷,李亚松,曹胜伟,等.福建省厦门市水热型地热系统地球化学特征及成因模式 J.华东地质,2 0 2 3,44(2):128-140.(LIU C L,LI Y S,CAO S W,et al.Geochemical characteristics and genetic model of hydro-geothermal system inXiamen City,Fujian ProvinceJJ.East China Geology,2023,44(2):128-1

2、40.)福建省厦门市水热型地热系统地球化学特征及成因模式华东地质EAST CHINA GEOLOGYVol.44No.2Jun.2023刘春雷1.2,李亚松12,曹胜伟1.2,李剑锋1,2,王婉丽1,3(1.中国地质科学院水文地质环境地质研究所,河北石家庄0 50 0 6 1;2.福建省水循环与生态地质过程重点实验室,福建厦门36 10 0 0;3.自然资源部地热与干热岩勘查开发技术创新中心,河北石家庄0 50 0 6 1)摘要:福建省厦门市滨海地区海水补给型地热系统虽然补给资源量很大,但是存在水质咸化、温度较低、地热水开采可能诱发海水入侵等问题,因此,查明该区地热资源成因模式,对地热资源合理

3、开发、利用及保护具有重要意义。通过在厦门市地热田采集地热水、地下水及地表水样品,运用水化学及环境同位素分析方法,研究地热水化学特征及地热资源的成因机制。结果表明:厦门市山区及山前地带地热水的补给来源主要是山区降雨人渗,以TDS较低的HCO;SO4-CaNa型水为主;沿海地区地热水的补给来源主要是不同程度的海水混入,以TDS较高的CI-Na型水为主。根据CI-混合模型特征,发现该区13处地热田中有10 处地热田受到海水混人补给,其中浦边地热水的海水混入比达7 3.2 0%。地热水由低山区沿NW向断裂向深部运移,与区域NE向深大控热断裂交汇,接受深部传导热量后形成深部热储层,温度为18 52 2

4、5;地热水沿断裂带上升过程中有海水或地下冷水混入,混人后的浅层热储温度为8 0 139。综合分析认为,厦门沿海地区海水是地热水的重要补给资源,地热水化学组分受海水混合作用影响明显,存在两次或多次地下冷水或海水的混入,降低了地下热储温度。关键词:地热水;环境同位素;地球化学地热温标;海水补给;福建省厦门市中图分类号:P592文献标识码:A文章编号:2 0 96-18 7 1(2 0 2 3)0 2-12 8-13地热水的成因机制与其补给来源、围岩的岩性特征、水岩作用、冷水混入比、热储温度等密切相关 1-3。水热型地热系统中的地热水与围岩发生物质交换,决定了地热水的水化学同位素特征 4,已被广泛应

5、用于水热型地热系统成因模式研究 5。东南沿海地区部分地热水具有明显咸化及重同位素富集的特征,存在不同程度的海水混入补给现象 6-7 。地下水和海水是滨海地区地热系统的主要补给因子,其相互作用关系的改变将直接影响地热资源的数量和质量,海水混人量增大可能造成地热水TDS大幅提高,导致部分医疗矿泉水成分被稀释、热水温度降低。海水混人量的减少可能造成地热资源枯竭,大量开采地热水可能导致海水入侵现象。因此,开展中低温热水系统形成条件及地热水循环模式研究,深入认识中低温对流型地热系统的形成过程和演变规律,可有效预防东南沿海地区地热资源枯竭、水质恶化等资源环境问题。东南沿海中生代火山岩和花岗岩广泛分布 8

6、,具有“酸性岩体放射性生热-断裂导热-盖层保热”的三元聚热模式 。地热异常区均位于地势较低洼的山间盆地、溪谷,地温场和构造裂隙特征显示地热田主要分布于NNW向与NE向、NEE向断裂交汇*收稿日期:2 0 2 2-0 5-12基金项目:中国地质调查局 厦漳泉同城化地区综合地质调查(编号:12 12 0 112 2 0 944)项目资助。第一作者简介:刘春雷,198 4年生,男,副研究员,硕士,主要从事水文地质、环境地质研究。Email:c h u n l e i l i u-d n 16 3.c o m。通信作者简介:李亚松,198 3年生,男,研究员,博士,主要从事区域地下水污染、环境地质研究

7、。Email:。修订日期:2 0 2 2-0 8-14责任编辑:谭桂丽第44卷第2 期区域 10-12 ,其中NE向深大断裂是区域性控热构造,NW向和EW向张性断裂是区域性导水构造 13。区域性NW向和EW向张性断裂构成了由山区向沿海的径流通道,同时也构成了海水由沿海向陆地的运移通道。漳州地区地热水同位素特征表明,沿海地区深部地热水和海水发生了混合作用,导致地热水TDS大幅增加,形成热咸水。海水的混人使与海水成分关系密切的阳离子温标法失去了必不可少的应用条件 14。在沿海地热田的热储温度计算中,二氧化硅温标法具有较好的适用性,利用石英温标(无蒸汽损失)估算的漳州一厦门温泉热储温度为10 6 1

8、49,循环深度为340 0 510 0 m15。东南沿海地区地热水补给条件和地热水咸化成因一直存在争议,目前围绕地热田区域构造、水化学同位素特征和热储层温度估算等方面开展了地热资源成因相关研究,但缺乏对地热热储特征和地热流体补径排条件分析,尤其是海水补给对地热资源形成的贡献还不清晰。本文利用地热水和冷水的水化学和同位素特征揭示地热系统的形成和演化过程,分析了厦门市地热水化学特征及地热资源成因,对进一步认识东南沿海地区海水补给型地热系统的形成及演变具有重要意义。1研究区概况福建省厦门市位于中国东南沿海地区,大地构造上位于欧亚板块东南缘,太平洋板块俯冲导致欧亚板块东南缘产生左移滑动或压扭性NE向深

9、大断裂,在NW向产生一组引张性或张扭性断裂 16 。区内燕山期岩浆活动强烈且频繁,形成多期次岩体,其中以早白垩世岩浆活动规模最大,发育高放射性酸性花岗岩 17 ,广泛分布于研究区北部和西部山区。受燕山期大规模的岩浆活动影响,政和一大埔深大断裂带及东山一南澳深大断裂带呈NE向、NNE向延伸,长度达10 0 0 km以上,具有多期造山运动叠加的复杂演化历史,并且越靠近海岸活动性越强烈 18-19。研究区地下水主要接受大气降水补给,经较短的径流后即排泄入海。地下水分为松散岩类孔隙水、风化带网状裂隙水和基岩裂隙水。松散岩类孔隙水、风化带网状裂隙水主要分布在浅层冲洪积层和风化残积层;基岩裂隙水主要赋存于

10、燕山期花岗刘春雷,等:福建省厦门市水热型地热系统地球化学特征及成因模式129岩和火山岩节理裂隙和构造裂隙中 2 0。区内地热异常区的热储以带状热储为主,分布在NW向、NE向、NS向或EW向单组、多组断裂交汇部位,形成了由张性断裂、张性节理裂隙组成的地热水赋存、径流和排泄的有利空间。各地热异常区断裂构造带宽度、裂隙流通性能及水文地质条件存在差异,从而导致各地热异常区的地热资量有所不同。2样品采集与实验测试2.1样品采集在研究区典型地热井采集地热水样品13组,地热井深48.6 50 0.8 m。依据地下水径流方向,在地热井所在的水文地质单元采集地下冷水样品34组,包括:松散岩类孔隙水样品2 6 组

11、,井深325m;基岩裂隙水样品8 组,井深3112 0 m。在地下水主要补给区和排泄区河流采集地表水样品8组,海水样品4组,具体采样位置如图1所示。2.2实验测试水温、pH值、电导率均使用便携式水质分析仪(M a n t a 2)现场测试,水样采用0.45m的微孔滤膜过滤后,储存在洁净的聚乙烯瓶中,分别测试了阴离子和阳离子、氢氧同位素和14C同位素测年,测试单位为自然资源部地下水科学与工程重点实验室。阳离子测试仪器型号为ICP-OES(ICAP-6300),阴离子SO-和Br-测试仪器为离子色谱仪ICS1500,测试精度为1%,电荷平衡误差在3%以内。C1-测试采用滴定法,SiO2测试采用硅钼

12、黄分光光度法(仪器型号为UV2550)。氢氧同位素测试利用波长扫描-光腔衰荡光谱法,采用L2130-i同位素分析仪进行检测,18 0 测试精度为0.2%.8 2 H测试精度为2%。14C采用PE1220QUANTULUS型超低本底液体闪烁谱仪测定,以现代碳百分(pmc)表示,分析误差为0.3pmc。具体测试结果如表1所示。3结果与分析3.1水化学特征研究区出露的热水温度为37.6 8 8.9,地下冷水温度为2 3.42 6.8。地热水pH值为6.50 8.68,呈弱碱性;地下水pH值为4.557.92,呈中性偏酸性水;地表水pH值为7.40 9.41,呈弱碱性。130华东地质2023年NH03

13、H12H07H11莲花H01后溪灌口H10杏林东孚H05角美H04汀溪五显新民洪塘H02西柯H06马巷新店H13H09新圩纳厝大橙岛H08海仓鼓浪屿0地表水地热水堆积地貌残坡积地貌图1厦门市地貌概况及采样点分布图(据福建省厦门地区地热资源调查与评价修编)Fig.1 Landform and layout of sampling points in Xiamen CityTable 1Hydro-chemical results of water in Xiamen City样品井深/温度编号水样类型mpH值TDSK+Na+Ca2+Mg2+CI-SO元HCO3CO3BrSiO22H180年龄/年

14、G01地下冷水3.026.27.0255046.333.396.811.134.070.3285G02地下冷水10.024.5 6.404337.0652.050.117.461.335.2121G03地下冷水44.025.46.782484.68 14.359.64.1517.531.5170G04地下冷水24.025.95.8817912.927.711.52.4838.420.717.7G05地下冷水11.024.6 4.552220.8627.131.33.8340.314.16.07G06地下冷水10.024.77.141321.2810.725.72.228.7314.688.5G

15、07地下冷水10.024.85.351743.2019.6 21.84.0630.59.3618.2G08地下冷水10.025.97.415552.0164.211313.589.380.2309G09地下冷水38.026.8 6.7298.3 3.759.334.460.925.243.1330.5G10地下冷水10.0 25.75.501813.2211.829.34.1015.81.9154.6G11地下冷水25.0 25.96.1771.54.449.484.080.308.732.4718.3G12地下冷水25.025.46.824225.4745.574.78.0464.832.8

16、150G13地下冷水13.025.16.2824429.336.718.42.4441.948.355.510km地下冷水海水一二断裂基岩山区河流表1厦门市水化学测试结果含量/(mg L-1)含量/%14C表观00.1034.5-33一5.400.1029.0-416.500.1023.3-33一5.100.1028.300.107.8138一5.900.1019.6-33一4.700.1014.1-38一5.900.1022.3-32一5.200.1049.2一42一6.500.1020.6一43一6.600.1017.7一34一5.300.10 11.900.1019.2-37-5.8-4

17、2一6.4-36一5.6第44卷第2 期G14地下冷水10.024.86.3132452.9 41.3 18.33.2547.957.430.5G15地下冷水9.525.55.861076.0412.07.981.0915.44.8724.3G16地下冷水9.526.15.79843.537.36 9.351.4312.64.096.07G18地下冷水9.0256.613994.3233.6 69.89.2551.038.2101G19地下冷水31.025.86.353486.7860.7 30.17.1510217.948.8G20地下冷水11.325.97.083067.8836.145.

18、94.3946.541.9 82.4G21地下冷水9.524.57.5136615.647.641.19.1259.428.597.6G22地下冷水10.0 25.67.671325.7417.06.021.6316.13.52 31.7G23地下冷水15.024.55.352361.9847.117.73.2461.812.5 7.32G24地下冷水11.025.47.5941426.644.651.19.4560.435.198.9G26地下冷水10.025.96.7127910.7 33.5443.4840.2 33.299.5G27地下冷水8.025.76.887084.9686.51

19、3114.711487.9250G28地下冷水11.224.76.4233918.336.339.611.940.956.1104G29地下冷水14.4 24.86.303442.5347.337.515.264.654.664.1G30地下冷水100.024.37.232491.3722.549.05.38.038.46190G31地下冷水120.0256.901862.3917.329.34.069.436.48122G32地下冷水105.025.27.361720.9614.532.23.64.8913.9122G33地下冷水100.023.47.511710.8514.832.23.4

20、94.8914.5122G34地下冷水100.025.17.922510.7158.625.80.5421.733.5140H01地热水200.456.87.34230015.96192370.71121013033.6H02地热水140.051.77.3611008.6233253.90.23459108104H03地热水48.6488.913011.3685.22.840.0814.755.873.2180.1073.2517.79270H04地热水110.037.68.073261.7186.016.40.4756.66988.5H05地热水150.6807.11364033.48284

21、961.3195021648.8H06地热水151.1476.92800059.9183010604.17463029736.6H07地热水160.045.57.823912.8111214.80.2652.473.8142H08地热水202.038.26.941930086.4404029401851110086645.8H09地热水150.053.66.6517.6001274.32018701181040060984.8H10地热水500.888.96.861380095.335201.410129755069067.1H11地热水151.547.58.683451.431014.40.

22、3516.810155.5H12地热水51.848.57.174435.7299.216.21.911.2136110H13地热水151.068.36.50211002014650281054.91250044748.8S01地表水一33.18.2427912.536.543.15.38 40.944.8140S02地表水一34.99.4111001414799.12.7832149.6 85.4S03地表水一30.77.401215.7311.6182.3811.91173.2S04地表水一34.77.8933012.664.634.87.9288.739.6122S05地表水一34.17.

23、8094.94.079.08121.386.998.548.8S06地表水一32.68.041476.3715.519.82.8417.817.0 61.0S07地表水一33.49.0335914.248.950.87.3670.643.2177S08地表水一33.8 8.7338614.258.847.2 7.0769.245.0201SW01海水SW02海水一28.87.8732.700386101003691190174002390SW03海水一31.78.232400385100003511170178002480SW04海水一28.57.82988003529.33033611001

24、60002230注:“一”表示无测试数据。刘春雷,等:福建省厦门市水热型地热系统地球化学特征及成因模式0.104.4200.1026.0一37-5.8一00.1010.40.1019.0-355.6一00.1040.2-39-6.1一00.1021.6-34一5.300.1025.90.1047.6一42-6.4一00.1013.200.1022.0一406.2一00.10 11.100.10 7.7700.1020.3-32一5.200.1012.3一39-6.1一0.1052.1-42-6.300.10045.4-43-6.5一01.73 36.4-47-7.3一00.10 36.400.

25、1037.9-47-7.0一03.9464.1-487.31006001.1775.4-43-6.4121000.1049.3-436.5342006.483.442一6.2455016.584.7-40一5.9189400.1056.3-43-6.4.304035.365.9-29一4.210350038.779.1-29-4.29000027107一324.811 470180.1065.3-49-7.51139000.10114-47-7.0559049.298.926一3.81970000.1019.3-37一5.7一00.9227.9-36-5.300.122137一5.700.10

26、16.1365.500.1020.5-41-6.4.00.1020.7-37一5.9一00.1027.333-4.9一00.1033.4-32一4.8一一28.17.86313003859.9103531140172002330138133134132131续表039一5.9-40-6.1一一一5.9一一42一6.5一335.2一-36-5.6一一一-467.2一一一一055.72.92057.32.43059.2180值为0.000.000.006.972.580.230.2011.2926.9964.821037460.637.54544.0612 52273.20地下冷水和地热水的18

27、O值和2 H值分布在本地降水线两侧,表明其补给来源主要为大气降水。厦门湾区海水受九龙江和周边河流地表水及地下水影响较大,其中九龙江年径流量为144.4亿m251,大量的地表水和地下水在厦门湾内与海水混合,造成湾区海水富含较轻的 H和16 0 O,厦门湾海水18 0值为2.35%1.2 9%,2 H值为17.8%-10.2%,较公海富集轻质同位素(H和16 O)26)(表3)。1998-11-061.940.022.350.05180/%1998-12-061.290.03-1.530.02134一10.6 6%,且地下水14C数据显示地热水表观年龄为19.7 ka(表1),地热水淡水端存在冰川

28、期水源补给的可能性。-10地表水-15地垫水一地下冷水-20海水-25LMWL:8H=8.35S180+12.52-300%/Hz-35-40HO1-45H11-50H12-55H03-60-8图5厦门市水样氢氧同位素分布图Fig.5 Distribution of hydrogen and oxygen isotopes of water samples from Xiamen City厦门沿海地热水CI-与18 O分布呈显著正相关,越靠近海边,CI-浓度越高,同时18 O值越大(图6(a);地下冷水和山区地热水CI-与18 O相关性较差(图6(b)),滨海地区地热水循环不同程度地受海相沉积

29、古海水或现代海水的影响,海水中富含的C1-和H、18 O 重同位素补给地热水。厦门区域地质构造以地壳抬升为主,海相沉积地层分布较少且厚度较薄,不具备古海水的储存条件,推断沿海地热水海水补给源主要为现代海水。12.800地表水地热水地下冷水9.600海水(-7T.3u)/-1064003200H030-8华东地质4讨论4.1热储温度估算地球化学地热温标是利用地下热水的化学组分浓度计算地下热储温度的方法。在地热系统中,.-H13热水由深部向浅部运移过程中,总是伴随着各种矿H08H09H10H04-H06-H05GMWL:82H=8.178180+10.56-7-6H01H041A1-7-65180

30、/%0Fig.6Correlogram of the concentration of Cl-and a18 O2023年物相的溶解和沉淀反应,当某种矿物浓度在溶液中达到反应平衡时,若该矿物浓度与流体温度呈一定的关系,则可根据这一浓度反推矿物平衡时的温度,即当时的环境温度 2 7-2 8 。Na-K-Mg三角图可以从地热水平衡状态的角度区分不同类型水样,分为-5-4-3-2-15180/%0H13H08H09-?H10H06-H07-5图6 CI-浓度与18 0 相关图完全平衡水、部分平衡水、未平衡水3个区域,其应用原理为钾、钠含量的平衡调整较缓慢,但镁、钾含量的平衡调整较快 2 9。研究区地

31、热水处于部分平衡状态,仅水样(编号:H4和H12)处于未成熟状态,水岩作用均未达到完全平衡的状态,溶解作用还在继续。由厦门地区地热水Na-K-Mg三角图(图7)可知,研究区地下冷水均靠近Mg端元,反映水岩平衡的温度较低,热水中的钠、钾矿物均未达到饱和状态。部分地热水(编号:H01、H 0 2、H 0 5、H06、H 0 7、H 0 8、H 0 9、H 10、H 13)存在不同程度的海水混入,海水混入可分为两种情况:第一种情况是海水混人发生在深部热储,海水与地热水混合后重新达到了水岩平衡,适用于阳离子温标;第二种情况是海水混人发生在浅部热储,海水与地热水混120,(a)100806040H112

32、0H03-4-3(b)H04H07H12-8-7-65180/%0-5-4第44卷第2 期合后尚未达到水岩平衡,不适用于阳离子温标。已有的研究数据无法判定地热水是深部混人还是浅部混人,且部分平衡的地热水(编号:H03、H 11)较接近未平衡水,可能造成阳离子温标计算结果偏差较大。SiO2地热温标是根据矿物石英、玉髓和非晶质硅的溶解度建立的 15-16 ,在0 2 50 内,石英温标公式十分接近于溶液蒸汽压石英的溶解度 17-18 ,温标计算的结果比较准确。多矿物平衡法通过假设某种含铝矿物的水岩交互作用处于平衡状态,比较其余含铝矿物与不含铝矿物溶解系数(SI)随温度的变化曲线,取多种矿物共同达到

33、平衡状态(SI=0)的相交点,作为热储温度 30-31,多矿物平衡法估算热储温度受海水混入的影响较小,因此,本次研究采用石英地热温标和多矿物平衡法估算热储温度。Na/1 000完全平衡水180160140120,220200240260元K/1004图7 厦门市水样Na-K-Mg三角图Fig.7Na-K-Mg ternary diagram of water samplesfrom Xiamen City通过使用Phreeqc(V e r s io n 3.7.3)中的劳伦斯-利弗莫尔国家实验室(LLNL)热力学数据库,根据地热水的实测数据以及研究区地质背景,选取花岗岩中主要矿物钾微斜长石作为

34、平衡相,假设其处于溶解平衡状态,以5为步长,计算50 200时各主要矿物SI值。根据图中各矿物饱和曲线的收敛温度判断流体-岩石反应的平衡状态及流体在储层中达到的最高温度。在各地热田不同温度下矿物平衡指数的计算过程中,主要考虑钠长石、钾长石、三水铝石、高岭土以及伊利石等含铝矿物以及石英、玉髓、无水石膏及萤石等不含铝矿物 32 。矿物在50 2 0 0 均能实现较好的收刘春雷,等:福建省厦门市水热型地热系统地球化学特征及成因模式石英温标热样品编号出露温度/储温度H0156.8H0251.7H0348.0H0437.6地热水H05地下冷水H06海水H07H08100H09H10部分平衡水H11H12

35、未平衡水H13VMg4.2混合模型研究区地热水存在浅层冷水和海水混入的现象,利用硅-烩图解 33 对热水与浅部冷水的混合过程进行评价,并获得混合冷水前的储层温度。以地下冷水水样温度和SiO2含量的平均值作为冷水端元(T=21,SiO 含量为2 0.6 4mg/L)来计算深部热储的冷水混合比和热储温度。在该模型中,热水是由于深部热水与浅部冷水混合而产生的,假设没有蒸汽或热损失,将热水点及冷水端元投影到硅-恰图(图9)上,冷水点和热水点连线的延长线与石英、玉髓溶解度曲线的交点对应的温度即为深部储层温度,连线上热水点与冷水点、热水点与石英、玉髓溶解度曲线的交点间的距离所占的比值即为混入冷水的比例 3

36、41。由硅-烩图估算的厦门市地热深层热储热烩值为7 7 59 7 5kJ/kg,深部热储层温度为18 52 2 5,冷水混人比为6 3%9 1%。135敛,仅一甲地热水(编号:H03)在50 2 0 0 收敛较差(图8)。厦门市地热水热储温度估算结果(表4)表明,该区热储温度较低,石英温标的热储温度为10 1145,多矿物平衡法估算的热储温度为92139,显示多矿物平衡法估算的热储温度与单独使用石英温标估算的结果具有较好一致性。表4厦门市地热水热储温度估算结果Table4Estimated temperatures of geothermal reservoirs inXiamen City8

37、0.047.045.538.253.688.947.548.568.3多矿物平衡法热储温度/114110122119121801019612712212812810798115103125123141139115921451141371371363H01210-1-2-36080100120 140160180200温度/钠长石硬石3方解石H04玉髓2石英滑石10-1-2-36080100.120140160 180 200温度/钠长石3硬石H07方解2玉髓三水铝石1石英0-1-2-36080100 120 140温度/钠长石3硬石膏H10方解石2玉髓伊利石1石英0-1-2-360801001

38、20140160180200温度/钠长石3硬石膏H13方解石2玉雕伊利石1石英0-1-2-36080100 120 140 160 180200温度/Fig.8 SI values vs.temperatures of different minerals in various geothermal fields华东地质钠长石硬石膏钠长石3硬石章H02方解石2玉髓若英滑16018020012023年钠长石方解石3玉龍H03三水铝石2石英1滑石0-1-2-36080100 120140160180200温度/钠长石硬石膏方解石3玉髓H05石英2滑石10-1-2-36080100 120140 1

39、60温度/钠长石硬石膏3方解石H08玉髓2三水铝石高岭王1石英0-1-2-36080100 120 140温度/3H11210-1-2-36080100120140160180200温度/图8 地热水各种矿物SI-T图硬石膏方解石玉髓萤石1石英0-1-21-36080100120140160180200温度/钠长石3硬石H06一方解石2玉髓高岭土1石英0-1-2、-3180.2006080100120 140 160180 200温度/钠长石硬石膏3H09一方解石玉髓2伊利石石英10-11-2!-3160180 2006080100120140160180200温度/钠长石钠长石3硬石膏H12

40、方解石2玉髓伊利石石英硬石膏方解石玉髓伊利石1高岭王石英0-1-2-36080100120140160180 200温度/第44卷第2 期一石英溶解度曲线(无蒸汽损失)-石英溶解度曲线(最大蒸汽损失)800玉髓溶解度曲线700地下冷水地热水600(i-T.3ul)/o.S5004003002001000020040060080010001200 1 400热恰/(kJkgr)图9厦门市地热水硅-恰图Fig.9 Silicon-enthalpy diagram of geothermal water inXiamen City刘春雷,等:福建省厦门市水热型地热系统地球化学特征及成因模式/1374

41、.3地热成因研究区中低温地热系统受深层慢源物质影响有限,氮同位素比值表现出典型的地壳变质特性 35,热源主要为NE向深大断裂导热和花岗岩放射性生热。地热异常区周边浅层地下水或海水沿NW向构造裂隙下渗,下渗过程中不断吸收热量(加温、体积膨胀、比重变小)。当下渗达到一定深度(热源)时,地热水温度达到18 52 2 5,因其温度较外围高,形成压力差,推动地热水沿张性裂隙上升,并释放热能,周边低温地下水又源源不断渗入补给,形成浅层热储温度为7 1145。温度差继续推动地热水源源不断上涌,最后形成东南沿海滨海火成岩对流型地热系统(图10)。降雨俯冲变质带深大断裂冲洪积层地热井okm+V19.km32km

42、厦门湾Y+十十十居里面莫面.上地慢+太平洋板块局部熔融体工工工图10 东南沿海火成岩区地热成因模式示意图Fig.10 Genetic model of geothermal resources in coastal igneous rock areas of Southeast China能性。5结论(3)厦门市NE向深大断裂构成了深部热量上(1)厦门市地下水化学类型主要为 HCOs-CaNa型和HCO:Cl-CaNa型,由山前至沿海地区TDS不断增加。地热水温度为37.6 8 8.9,呈弱碱性,沿海地区地热水化学类型为Na-Cl型,富含Br-,与丘陵山区地热水和地下冷水化学特征存在明显的突变

43、。(2)厦门市地热水化学类型、同位素特征及地热水CI-/Br-值显示,地热水存在部分海水补给现象,沿海13个地热田中有10 个地热田存在不同程度的海水混入,其中浦边地热水海水混入比最大,且深层地热淡水补给端存在冰川期水源补给的可升通道,NW向和近EW向张性断裂构成了地热水补给、径流、排泄的循环通道。降雨下渗沿NW向和近EW向断裂径流至NE向断裂交汇处,深部热储温度为18 52 2 5,温度差形成压力差,地热水沿张性裂隙上升过程中周边冷水渗入补给,冷水混入比达6 3%91%,形成的浅层热储温度为7 1145。参考文献 1甘浩男,蔺文静,闫晓雪,等。粤中隐伏岩体区地热赋存特征及热异常成因分析 J.

44、地质学报,2 0 2 0,9 4138(7):2096-2106.GAN H N,LIN W J,YAN X X,et al.Analysis ofgeothermal occurrence characteristics and origin of thethermal anomalies in the hidden igneous rock area inthe central Guangdong J.Acta Geologica Sinica,2020,94(7):2096-2106.2ARMANNSSON H.The fluid geochemistry ofIcelandic hig

45、h temperature geothermal areas J.Applied Geochemistry,2016,66:14-64.3郭清海。岩浆热源型地热系统及其水文地球化学判据 J.地质学报,2 0 2 0,94(12):3544-3554.GUO Q H.Magma-heated geothermal systems andhydrogeochemical evidence of their occurrence J.Acta Geologica Sinica,2020,94(12):3544-3554.4沈照理,王焰新,郭华明水-岩相互作用研究的机遇与挑战 J.地球科学,2 0 1

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49、eothermal field and itsneighbourhood in the Fujian Province J.ChineseJournal of Geophysics,1991,34(1):55-63,9李亭昕,蔺文静,甘浩男,等.东南沿海干热岩资源成因模式探讨及勘查进展 J.地质力学学报,2 0 2 0,2 6(2):187-200.华东地质LI T X,LIN W J,GAN H N,et al.Research on thegenetic model and exploration progress of hot dry rockresources on the south

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