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發(fā)布時(shí)間:2024-04-08

簡(jiǎn)介:

贛西北武功山地區是典型中低溫地熱資源聚集區,地熱資源開(kāi)發(fā)潛力巨大。然而,對該地區地熱系統的成因機制缺乏系統的研究和認識,尤其是對武功山西部地熱資源的勘探和調查十分匱乏,阻礙了地熱資源的開(kāi)發(fā)利用。為解決這一問(wèn)題,中國地質(zhì)科學(xué)院劉凱團隊應用地球化學(xué)和同位素方法,探究武功山西部地區地熱水演化過(guò)程,識別地熱水補給來(lái)源、分析水巖相互作用、估算地熱水滯留時(shí)間。相關(guān)成果在A(yíng)cta Geologica Sinica (English Edition)上發(fā)表。

為應對全球人口膨脹、能源短缺和環(huán)境污染等嚴峻問(wèn)題,以碳達峰、碳中和為目標的能源結構轉型已成為各國共識。地熱資源作為緩解能源危機和氣候變化最具競爭力的清潔能源之一,越來(lái)越受到人們關(guān)注。地熱流體地球化學(xué)及其同位素特征往往保留著(zhù)地熱系統形成演化過(guò)程中詳盡的地球化學(xué)信息,常被用來(lái)分析地熱流體的起源以及地熱系統中相關(guān)的地球化學(xué)過(guò)程。贛西北武功山地區是典型中低溫地熱資源聚集區,地熱資源開(kāi)發(fā)潛力巨大(圖1)。

Fig. 1 Simplified geological map (modified after Wang et al., 2023), elevation map and distribution of sampling sites in the study area.

研究結果表明,武功山西部地區地熱水為低焓、低礦化度、弱堿性水。地熱水的水化學(xué)特征主要以HCO3-Na和SO4-Na水為主(圖2),且地熱水中F-和H2SiO3含量均達到了醫療價(jià)值濃度標準,可作為醫療熱礦水開(kāi)發(fā)利用(圖3)。氫氧同位素指示地熱水的補給來(lái)源為大氣降水(圖3),補給高程為503.1~1375.6 m。根據區域和水文地質(zhì)條件,補給區域為武功山最高峰金頂及附近山區。

水化學(xué)離子比例關(guān)系和87Sr/86Sr同位素組成表明,硅酸鹽巖風(fēng)化溶解以及陽(yáng)離子交換作用是控制研究區地熱水化學(xué)組分的主要作用(圖4-5),且地下熱水在上升到地表的過(guò)程中受到不同程度冷水的混合。

地熱水δ13C值表明,地熱水碳元素主要為生物成因和有機物成因,生物成因和有機物降解產(chǎn)生的CO2促進(jìn)了花崗巖儲層的水-巖相互作用。3H和14C含量表明,地熱水滯留時(shí)間普遍大于1 kaBP。δ34S值表明,地熱水中的SO42-來(lái)源于花崗巖中的硫化物礦物(圖6)。

Fig. 2. Piper plot of thermal water and non-thermal water samples.

Fig. 3. δD vs. δ18O Diagram of water samples from study area.

Fig. 4. Gibbs plot of water samples from the study area.

 

Fig. 5. Relationships between (a) Na+ + K+ and Cl?; (b) Ca2+ + Mg2+ and HCO3?; (c) Ca2+ + Mg2+ and HCO3? + SO42?; (d) Ca2+ and SO42?; (e) log (SiO2) and log (Na+/H+); (f) log (SiO2) and log (K+/H+).

Fig. 6. δ34S isotopic composition of water samples from the study area.

 

研究成果對于完善武功山地區的地球化學(xué)和同位素數據庫,明晰整個(gè)武功山地區地熱水的成因機制及促進(jìn)地熱資源開(kāi)發(fā)利用具有重要意義。

 

引用格式:WANG Luyao, LIU Kai, MA Yan, ZHANG Yaoyao, TONG Jue, JIA Wuhui, ZHANG Shouchuan and SUN Junliang. 2024. Geochemical and Isotopic Techniques Constraints on the Origin, Evolution, and Residence Time of Low-enthalpy Geothermal Water in Western Wugongshan, SE China. Acta Geologica Sinica (English Edition).