發布時間：2020-03-24所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：熱儲溫度是劃分地熱系統成因類型和評價地熱資源潛力的重要參數。文章在采集分析渝東南13個地熱水樣的基礎上，利用無蒸汽損失石英和有蒸汽損失石英溫標法、玉髓法a和玉髓法b，修正的SiO2溫標法，K-Mg、Na-Li、Na-K、Na-K-Ca等陽離子溫標法計算渝東南深
摘要：熱儲溫度是劃分地熱系統成因類型和評價地熱資源潛力的重要參數。文章在采集分析渝東南13個地熱水樣的基礎上，利用無蒸汽損失石英和有蒸汽損失石英溫標法、玉髓法a和玉髓法b，修正的SiO2溫標法，K-Mg、Na-Li、Na-K、Na-K-Ca等陽離子溫標法計算渝東南深部熱儲溫度，并利用Na-K-Mg三角圖解法和礦物飽和指數法檢驗所用方法的可靠性，結果表明：研究區利用SiO2(無蒸汽損失)溫標法和修正后的SiO2溫標法計算所得出的熱儲平均溫度更適用，各地熱水點熱儲溫度范圍在62.78~124.81℃，平均熱儲溫度88.98℃。
關鍵詞：渝東南;熱儲;地熱溫標;SiO2溫標法
0引言
重慶作為“世界溫泉之都”，以其地熱資源豐富、品質優良、類型多樣、覆蓋面廣而著稱。目前，重慶主城周邊地熱資源勘查、開發程度較高，并在地熱形成機理、水巖作用、資源評價、開發等方面開展了一系列研究工作[1-3]，但渝東南地區地熱資源研究程度顯著滯后。加強渝東南地區地熱水資源的調查，開展渝東南地區地熱資源的熱儲模式、賦存規律、水化學特征研究，有助于完善類似地區地熱資源勘查研究理論體系，并可有效指導該地區地熱資源的勘查，降低勘查風險、提高勘查成功率，帶動該區旅游和經濟發展，促進精準扶貧和“世界溫泉之都”的建設。
熱儲溫度即位于熱儲層的地熱水的溫度[4]。在地下熱水研究和開發利用中，熱儲溫度是劃分地熱系統的成因類型和評價地熱資源潛力所不可缺少的重要參數[5]。本文在調查基礎上，對渝東南多個溫泉水進行采樣分析，采用不同理論方法計算了渝東南深部熱儲溫度，并利用不同方法對計算結果可靠性進行了檢驗。
1研究區概況
研究區為渝東南地區，包括武隆縣、彭水縣、黔江區、酉陽縣、秀山縣5個區縣。區內多年平均氣溫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。境內水系多屬長江水系，部分屬沅江水系，長江水系主要支流烏江于涪陵城區匯入長江;沅江水系主要支流酉水河，流經酉陽、秀山、于湖南匯入洞庭湖。研究區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。
在構造上，研究區位于上揚子陸塊渝鄂湘黔隆起褶皺帶，構造特征是背、向斜平行排列，兩翼傾角不對稱，軸向一般為N15°~30ºE，呈“S”形彎曲現象，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造出現;從地層巖性上講，區內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，巖性致密堅硬。區內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和寒武系上統，以及二疊系碳酸鹽巖含水層中，具承壓水的水動力特征。本次所研究的地熱水主要賦存于這些地層中。
研究區內地熱水點分布有16處(圖1)，其中天然溫泉11個，地熱鉆井5個，以天然溫泉為主。據現場測量，水溫為34~62℃，水量為90~2000m3∙d-1(表1)。
2樣品采集與分析
采樣時間為2017年11-12月，所有樣品均為一次性取樣。水樣的采集、預處理嚴格按照《地熱資源地質勘查規范》(GB/T11615-2010)，測試方法按照《地下水質檢驗方法》(DZ/T0064-1993)等方法進行。
地熱水化學成分全分析指標包括：pH值、TDS、溶解氧、主要陰離子(HCO3、SO2-4、Cl-、CO2-3)、陽離子(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)。
現場測定使用Multi3430便攜式多參數水質分析儀(德國WTW公司)，測定指標包括水溫、pH值、電導率、溶解氧等4個參數，測量精度分別達到0.1℃、0.001pH單位、1μS·cm、0.01mg·L-1。陰陽離子分別取500mL和50mL水樣裝于純水潤洗過的聚乙烯瓶中，為盡量減小誤差，所有樣品采樣前先用待采水樣(需過濾的使用過濾后水樣)潤洗樣瓶3次。
3方法選取與計算結果
地球化學溫標是研究熱儲溫度的重要工具之一[6-7]。在地熱系統中水溶液和礦物趨于平衡狀態，利用這個特性可以預測深部熱儲的溫度，即所謂的地熱溫標方法[8]。其原理是深部熱儲中礦物與水達到平衡，在熱水升至地表的過程中，溫度下降，但化學組分含量幾乎不變，可以用來估算反應的平衡溫度，也就是深部熱儲的溫度，目前地熱溫標方法主要有4大類：SiO2地熱溫標、陽離子地熱溫標、同位素地熱溫標和氣體溫標，陽離子地熱溫標又包括Na-K溫標、Na-K-Ca溫標、多礦物平衡化學溫標等[2]。目前國內外研究較多的是SiO2地熱溫標和陽離子地熱溫標，而同位素地熱溫標和氣體溫標，國外研究的很少，國內尚沒有見到研究實例。本次研究選用SiO2地熱溫標和陽離子地熱溫標計算地熱溫標。SiO2法選擇無蒸汽損失石英、有蒸汽損失石英、玉髓法a和玉髓法b四個公式進行比較。
理論上，受溫度控制的化學反應組分都可以用來作為地熱溫標，但必須滿足以下5個基本假設：
(1)深部發生的反應只與溫度相關;
(2)反應物充足;
(3)在熱儲溫度下水-巖間的反應達到平衡;
(4)當水從熱儲流向地表時，在較低的溫度下，組分間不發生再平衡，或者變化很小;
(5)來自系統深部的熱水沒有和淺部地下冷水相混合[5]。
在某些情況下，由于熱儲溫度低、與淺部冷水混合作用或可能的化學反應，某些作為地熱溫標的化學組分并沒有真正和礦物達到平衡，所以必須通過相關理論方法研究熱水和礦物的平衡狀態，檢驗所使用地熱溫標的可靠性。本文擬選用Na-K-Mg三角圖和礦物飽和指數法進行礦物平衡檢驗，為地熱溫標的選取提供科學依據。
3.3熱儲溫度估算
依據表2中渝東南13個地熱水點熱儲溫度分析結果，將渝東南地熱水點實測溫度與SiO2溫標法所得熱儲溫度進行比較，可得圖3，由圖可以明顯觀察出，石英溫標法和修正的SiO2溫標法計算所得出的熱儲溫度顯著高于野外實測溫度，而玉髓溫標法計算所得溫度與實測溫度相差不大，但是由于地熱水在上升過程中可能接受大氣降水補給或與冷熱水發生混合作用，所以石英溫標法和修正的SiO2溫標法相對于玉髓溫標法來說，更適合于本研究區地熱溫標的計算。而研究區鉆井地熱水無沸騰氣化現象，pH值為中性偏堿性，所以不適合選用石英(有蒸汽損失)地熱溫標。
綜上，就渝東南各地熱水點而言，利用Na-K和Na-Li溫標計算出來的熱儲溫度均不合理，不可采用;利用K-Mg和Na-K-Ca溫標法計算出來的熱儲溫度，除個別地熱水點熱儲溫度偏低外，其他地熱水點熱儲溫度比較合理。利用SiO(無蒸汽損失)溫標法2和修正后的SiO2溫標法所計算得出的熱儲平均溫度更適用。各地熱水點熱儲溫度范圍在62.78～124.81℃，平均熱儲溫度88.98℃。
4討論
事實上，地熱水的含水層主要為碳酸鹽巖，因埋深變化較大，在巖溶和構造的雙重作用下，含水層極易與淺部含水層溝通，從而發生冷水與熱水混合的現象，這在巖溶區應該較為常見，也與應用地熱溫標法的理論前提——來自系統深部的熱水沒有和淺部地下冷水相混合并不相符。因此，應加強前期水文地質、地球化學調查及地球物理勘探工作，確定是否存在冷熱水混合。對可能發生混合的地熱水點，建議采用硅—焓模型進行修正，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：熱水在混合前沒有蒸汽損失和熱損耗，混合后也沒有發生熱損耗，深部熱水中的SiO2含量只受石英溶解度的控制，混合前后也沒有發生SiO2的溶解和沉淀。王瑩等[3]利用該模型計算了廣州三元里井地熱水混合前溫度為79.3℃，混入的冷水比例占83%，提高了地熱溫標法的可靠性。
5認識
(1)Na-K-Mg三角圖結果表明，大部分水樣未達到平衡，說明研究區地熱水在上升的過程中可能接受大氣降水補給或冷熱水發生混合作用，因此，陽離子溫標法計算出的結果不合理。
(2)本區地熱水中石英和玉髓飽和指數>0，屬于過飽和，所以，SiO2溫標法可以用來進行研究區熱儲溫度計算。
(3)經礦物平衡檢驗和與實測溫度對比，認為本區利用SiO(無蒸汽損失)溫標法和修正后的2SiO2溫標法所計算得出的熱儲平均溫度更適用。各地熱水點熱儲溫度范圍在62.78~124.81℃，平均熱儲溫度88.98℃。
(4)目前地熱溫標方法在地熱水勘探與研究中應用較廣，但受到礦物平衡與冷水混合等條件的限制，必須通過相關理論方法檢驗其可靠性，并進行校正。
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