發(fā)布時(shí)間：2020-03-24所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：熱儲(chǔ)溫度是劃分地?zé)嵯到y(tǒng)成因類型和評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源潛力的重要參數(shù)。文章在采集分析渝東南13個(gè)地?zé)崴畼拥幕A(chǔ)上，利用無(wú)蒸汽損失石英和有蒸汽損失石英溫標(biāo)法、玉髓法a和玉髓法b，修正的SiO2溫標(biāo)法，K-Mg、Na-Li、Na-K、Na-K-Ca等陽(yáng)離子溫標(biāo)法計(jì)算渝東南深
摘要：熱儲(chǔ)溫度是劃分地?zé)嵯到y(tǒng)成因類型和評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源潛力的重要參數(shù)。文章在采集分析渝東南13個(gè)地?zé)崴畼拥幕A(chǔ)上，利用無(wú)蒸汽損失石英和有蒸汽損失石英溫標(biāo)法、玉髓法a和玉髓法b，修正的SiO2溫標(biāo)法，K-Mg、Na-Li、Na-K、Na-K-Ca等陽(yáng)離子溫標(biāo)法計(jì)算渝東南深部熱儲(chǔ)溫度，并利用Na-K-Mg三角圖解法和礦物飽和指數(shù)法檢驗(yàn)所用方法的可靠性，結(jié)果表明：研究區(qū)利用SiO2(無(wú)蒸汽損失)溫標(biāo)法和修正后的SiO2溫標(biāo)法計(jì)算所得出的熱儲(chǔ)平均溫度更適用，各地?zé)崴c(diǎn)熱儲(chǔ)溫度范圍在62.78~124.81℃，平均熱儲(chǔ)溫度88.98℃。
關(guān)鍵詞：渝東南;熱儲(chǔ);地?zé)釡貥?biāo);SiO2溫標(biāo)法
0引言
重慶作為“世界溫泉之都”，以其地?zé)豳Y源豐富、品質(zhì)優(yōu)良、類型多樣、覆蓋面廣而著稱。目前，重慶主城周邊地?zé)豳Y源勘查、開發(fā)程度較高，并在地?zé)嵝纬蓹C(jī)理、水巖作用、資源評(píng)價(jià)、開發(fā)等方面開展了一系列研究工作[1-3]，但渝東南地區(qū)地?zé)豳Y源研究程度顯著滯后。加強(qiáng)渝東南地區(qū)地?zé)?a href='http://www.tonyclavelli.com/qikan/szy/' target='_blank'>水資源的調(diào)查，開展渝東南地區(qū)地?zé)豳Y源的熱儲(chǔ)模式、賦存規(guī)律、水化學(xué)特征研究，有助于完善類似地區(qū)地?zé)豳Y源勘查研究理論體系，并可有效指導(dǎo)該地區(qū)地?zé)豳Y源的勘查，降低勘查風(fēng)險(xiǎn)、提高勘查成功率，帶動(dòng)該區(qū)旅游和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)精準(zhǔn)扶貧和“世界溫泉之都”的建設(shè)。
熱儲(chǔ)溫度即位于熱儲(chǔ)層的地?zé)崴臏囟萚4]。在地下熱水研究和開發(fā)利用中，熱儲(chǔ)溫度是劃分地?zé)嵯到y(tǒng)的成因類型和評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源潛力所不可缺少的重要參數(shù)[5]。本文在調(diào)查基礎(chǔ)上，對(duì)渝東南多個(gè)溫泉水進(jìn)行采樣分析，采用不同理論方法計(jì)算了渝東南深部熱儲(chǔ)溫度，并利用不同方法對(duì)計(jì)算結(jié)果可靠性進(jìn)行了檢驗(yàn)。
1研究區(qū)概況
研究區(qū)為渝東南地區(qū)，包括武隆縣、彭水縣、黔江區(qū)、酉陽(yáng)縣、秀山縣5個(gè)區(qū)縣。區(qū)內(nèi)多年平均氣溫17.5~18.5℃，冬季極端最低氣溫-3.7℃，夏季極端氣溫達(dá)42.2℃，多年平均降水量為1160mm，最大年降水量1544.8mm，最小年降水量740mm。境內(nèi)水系多屬長(zhǎng)江水系，部分屬沅江水系，長(zhǎng)江水系主要支流烏江于涪陵城區(qū)匯入長(zhǎng)江;沅江水系主要支流酉水河，流經(jīng)酉陽(yáng)、秀山、于湖南匯入洞庭湖。研究區(qū)位于四川盆地東南部大婁山和武陵山兩大山系交匯的盆緣山地，地貌上以中、低山為主，間有少量丘陵。
在構(gòu)造上，研究區(qū)位于上揚(yáng)子陸塊渝鄂湘黔隆起褶皺帶，構(gòu)造特征是背、向斜平行排列，兩翼傾角不對(duì)稱，軸向一般為N15°~30ºE，呈“S”形彎曲現(xiàn)象，且背斜開闊，由下古生代地層組成，向斜緊湊，以二疊系、三疊系為主。背、向斜形成中伴生有斷裂，特別是背斜軸部附近有與軸線一致的大型斷裂及與軸線斜交的中小型斷裂構(gòu)造出現(xiàn);從地層巖性上講，區(qū)內(nèi)除缺失第三系地層外，從青白口系板溪群至第四系地層皆有出露，主要為沉積巖。地層巖性以三疊系、二疊系、奧陶系、寒武系碳酸鹽巖為主，巖性致密堅(jiān)硬。區(qū)內(nèi)地下水按地層巖性特征、地下水的理化特征，分為淺層地下水和深層地下水。該類地下水水化學(xué)類型多屬HCO3-Ca型，水溫多在20℃以下，礦化度低(一般小于1g⋅L-1)，是優(yōu)良的飲用水源。深層地下水埋藏深度一般為500~2500m，局部開闊地段埋深小于500m，主要賦存于奧陶系下統(tǒng)和寒武系上統(tǒng)，以及二疊系碳酸鹽巖含水層中，具承壓水的水動(dòng)力特征。本次所研究的地?zé)崴饕x存于這些地層中。
研究區(qū)內(nèi)地?zé)崴c(diǎn)分布有16處(圖1)，其中天然溫泉11個(gè)，地?zé)徙@井5個(gè)，以天然溫泉為主。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，水溫為34~62℃，水量為90~2000m3∙d-1(表1)。
2樣品采集與分析
采樣時(shí)間為2017年11-12月，所有樣品均為一次性取樣。水樣的采集、預(yù)處理嚴(yán)格按照《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T11615-2010)，測(cè)試方法按照《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法》(DZ/T0064-1993)等方法進(jìn)行。
地?zé)崴瘜W(xué)成分全分析指標(biāo)包括：pH值、TDS、溶解氧、主要陰離子(HCO3、SO2-4、Cl-、CO2-3)、陽(yáng)離子(Ca2+、Mg2+、K+、Na+)、微量元素和特殊組分(F、Br、SiO2、B、Sr、Fe、Mn、Al、Pb、Cs、Li、Cu、Zn等)。
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定使用Multi3430便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀(德國(guó)WTW公司)，測(cè)定指標(biāo)包括水溫、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧等4個(gè)參數(shù)，測(cè)量精度分別達(dá)到0.1℃、0.001pH單位、1μS·cm、0.01mg·L-1。陰陽(yáng)離子分別取500mL和50mL水樣裝于純水潤(rùn)洗過(guò)的聚乙烯瓶中，為盡量減小誤差，所有樣品采樣前先用待采水樣(需過(guò)濾的使用過(guò)濾后水樣)潤(rùn)洗樣瓶3次。
3方法選取與計(jì)算結(jié)果
地球化學(xué)溫標(biāo)是研究熱儲(chǔ)溫度的重要工具之一[6-7]。在地?zé)嵯到y(tǒng)中水溶液和礦物趨于平衡狀態(tài)，利用這個(gè)特性可以預(yù)測(cè)深部熱儲(chǔ)的溫度，即所謂的地?zé)釡貥?biāo)方法[8]。其原理是深部熱儲(chǔ)中礦物與水達(dá)到平衡，在熱水升至地表的過(guò)程中，溫度下降，但化學(xué)組分含量幾乎不變，可以用來(lái)估算反應(yīng)的平衡溫度，也就是深部熱儲(chǔ)的溫度，目前地?zé)釡貥?biāo)方法主要有4大類：SiO2地?zé)釡貥?biāo)、陽(yáng)離子地?zé)釡貥?biāo)、同位素地?zé)釡貥?biāo)和氣體溫標(biāo)，陽(yáng)離子地?zé)釡貥?biāo)又包括Na-K溫標(biāo)、Na-K-Ca溫標(biāo)、多礦物平衡化學(xué)溫標(biāo)等[2]。目前國(guó)內(nèi)外研究較多的是SiO2地?zé)釡貥?biāo)和陽(yáng)離子地?zé)釡貥?biāo)，而同位素地?zé)釡貥?biāo)和氣體溫標(biāo)，國(guó)外研究的很少，國(guó)內(nèi)尚沒有見到研究實(shí)例。本次研究選用SiO2地?zé)釡貥?biāo)和陽(yáng)離子地?zé)釡貥?biāo)計(jì)算地?zé)釡貥?biāo)。SiO2法選擇無(wú)蒸汽損失石英、有蒸汽損失石英、玉髓法a和玉髓法b四個(gè)公式進(jìn)行比較。
理論上，受溫度控制的化學(xué)反應(yīng)組分都可以用來(lái)作為地?zé)釡貥?biāo)，但必須滿足以下5個(gè)基本假設(shè)：
(1)深部發(fā)生的反應(yīng)只與溫度相關(guān);
(2)反應(yīng)物充足;
(3)在熱儲(chǔ)溫度下水-巖間的反應(yīng)達(dá)到平衡;
(4)當(dāng)水從熱儲(chǔ)流向地表時(shí)，在較低的溫度下，組分間不發(fā)生再平衡，或者變化很小;
(5)來(lái)自系統(tǒng)深部的熱水沒有和淺部地下冷水相混合[5]。
在某些情況下，由于熱儲(chǔ)溫度低、與淺部冷水混合作用或可能的化學(xué)反應(yīng)，某些作為地?zé)釡貥?biāo)的化學(xué)組分并沒有真正和礦物達(dá)到平衡，所以必須通過(guò)相關(guān)理論方法研究熱水和礦物的平衡狀態(tài)，檢驗(yàn)所使用地?zé)釡貥?biāo)的可靠性。本文擬選用Na-K-Mg三角圖和礦物飽和指數(shù)法進(jìn)行礦物平衡檢驗(yàn)，為地?zé)釡貥?biāo)的選取提供科學(xué)依據(jù)。
3.3熱儲(chǔ)溫度估算
依據(jù)表2中渝東南13個(gè)地?zé)崴c(diǎn)熱儲(chǔ)溫度分析結(jié)果，將渝東南地?zé)崴c(diǎn)實(shí)測(cè)溫度與SiO2溫標(biāo)法所得熱儲(chǔ)溫度進(jìn)行比較，可得圖3，由圖可以明顯觀察出，石英溫標(biāo)法和修正的SiO2溫標(biāo)法計(jì)算所得出的熱儲(chǔ)溫度顯著高于野外實(shí)測(cè)溫度，而玉髓溫標(biāo)法計(jì)算所得溫度與實(shí)測(cè)溫度相差不大，但是由于地?zé)崴谏仙^(guò)程中可能接受大氣降水補(bǔ)給或與冷熱水發(fā)生混合作用，所以石英溫標(biāo)法和修正的SiO2溫標(biāo)法相對(duì)于玉髓溫標(biāo)法來(lái)說(shuō)，更適合于本研究區(qū)地?zé)釡貥?biāo)的計(jì)算。而研究區(qū)鉆井地?zé)崴疅o(wú)沸騰氣化現(xiàn)象，pH值為中性偏堿性，所以不適合選用石英(有蒸汽損失)地?zé)釡貥?biāo)。
綜上，就渝東南各地?zé)崴c(diǎn)而言，利用Na-K和Na-Li溫標(biāo)計(jì)算出來(lái)的熱儲(chǔ)溫度均不合理，不可采用;利用K-Mg和Na-K-Ca溫標(biāo)法計(jì)算出來(lái)的熱儲(chǔ)溫度，除個(gè)別地?zé)崴c(diǎn)熱儲(chǔ)溫度偏低外，其他地?zé)崴c(diǎn)熱儲(chǔ)溫度比較合理。利用SiO(無(wú)蒸汽損失)溫標(biāo)法2和修正后的SiO2溫標(biāo)法所計(jì)算得出的熱儲(chǔ)平均溫度更適用。各地?zé)崴c(diǎn)熱儲(chǔ)溫度范圍在62.78～124.81℃，平均熱儲(chǔ)溫度88.98℃。
4討論
事實(shí)上，地?zé)崴暮畬又饕獮樘妓猁}巖，因埋深變化較大，在巖溶和構(gòu)造的雙重作用下，含水層極易與淺部含水層溝通，從而發(fā)生冷水與熱水混合的現(xiàn)象，這在巖溶區(qū)應(yīng)該較為常見，也與應(yīng)用地?zé)釡貥?biāo)法的理論前提——來(lái)自系統(tǒng)深部的熱水沒有和淺部地下冷水相混合并不相符。因此，應(yīng)加強(qiáng)前期水文地質(zhì)、地球化學(xué)調(diào)查及地球物理勘探工作，確定是否存在冷熱水混合。對(duì)可能發(fā)生混合的地?zé)崴c(diǎn)，建議采用硅—焓模型進(jìn)行修正，該模型可以確定混合水中熱水組分的溫度和冷熱水份額[15]，該模型假設(shè)：熱水在混合前沒有蒸汽損失和熱損耗，混合后也沒有發(fā)生熱損耗，深部熱水中的SiO2含量只受石英溶解度的控制，混合前后也沒有發(fā)生SiO2的溶解和沉淀。王瑩等[3]利用該模型計(jì)算了廣州三元里井地?zé)崴旌锨皽囟葹?9.3℃，混入的冷水比例占83%，提高了地?zé)釡貥?biāo)法的可靠性。
5認(rèn)識(shí)
(1)Na-K-Mg三角圖結(jié)果表明，大部分水樣未達(dá)到平衡，說(shuō)明研究區(qū)地?zé)崴谏仙倪^(guò)程中可能接受大氣降水補(bǔ)給或冷熱水發(fā)生混合作用，因此，陽(yáng)離子溫標(biāo)法計(jì)算出的結(jié)果不合理。
(2)本區(qū)地?zé)崴惺⒑陀袼栾柡椭笖?shù)>0，屬于過(guò)飽和，所以，SiO2溫標(biāo)法可以用來(lái)進(jìn)行研究區(qū)熱儲(chǔ)溫度計(jì)算。
(3)經(jīng)礦物平衡檢驗(yàn)和與實(shí)測(cè)溫度對(duì)比，認(rèn)為本區(qū)利用SiO(無(wú)蒸汽損失)溫標(biāo)法和修正后的2SiO2溫標(biāo)法所計(jì)算得出的熱儲(chǔ)平均溫度更適用。各地?zé)崴c(diǎn)熱儲(chǔ)溫度范圍在62.78~124.81℃，平均熱儲(chǔ)溫度88.98℃。
(4)目前地?zé)釡貥?biāo)方法在地?zé)崴碧脚c研究中應(yīng)用較廣，但受到礦物平衡與冷水混合等條件的限制，必須通過(guò)相關(guān)理論方法檢驗(yàn)其可靠性，并進(jìn)行校正。
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