地热流体化学及同位素特征

深部热储层中地热流体化学特征的研究， 对于合理判断地热流体来源和分析不同热储层之间水力联系程度具有重要意义。 以沧县台拱带深部热储层为研究对象， 首先通过综合利用Durov 图解法、 piper 三线图法、 主要离子Schoeller 图和主要化学指标及特征离子相关关系等方法， 对区内浅部地热井水和深部热储的水化学特征进行分析。 研究结果为: 研究区内地热水pH 值在7.2 ～8.2， 偏碱性；TDS 主要分布范围为5 ～7 g／L， 水化学类型以Cl -Na 型为主， 表明长城系和蓟县系主要离子特征差异较小， 其他特征离子含量差异较大， 但二者与新近系和古近系的差异较为明显。 其次根据氘(D)、 氚(3H)、 氧(18O) 等同位素、 地热气体测试的结果分析得出: 长城系热储层δD = -70‰， δ18O = -7.2‰， 氚的含量小于1.0T.U， 氮气含量为96.10%。 由此表明研究区基岩热水水源都来自古降水， 地下水在循环过程中与岩石中的18O 发生了同位素交换。 综合上述研究结果分析可得: 长城系地热水长期处于封闭的还原环境中， 未参与近代的地球水循环； 长城系与上部热储层之间水力联系较差， 且高于庄组地热流体循环条件较差。

地热流体水文地球化学、 气体地球化学及同位素地球化学指标蕴含着有关深部地质环境丰富的信息， 是了解地热流体系统最为经济有效的手段。 地热流体化学时空特征分布是长期地质演变下的产物， 利用这些特征可以研究不同热储层之间的水力联系程度、 分析深部地下水的循环， 在此方面， 许多国内外专家学者做了大量的研究分析工作， Bowers 等在一系列条件下， 研究了矿物、 气体和溶解态组分的热力学参数， 建立了相应的相图达600 余种； White 从四个方面论述了经典的水热系统模型。 赵慧通过对关中盆地热水水化学特征的研究分析， 得出了区内地热水富含SiO2 和F 元素。 王东升对羊八井地热水同位素研究认为， 地热水并非都来源于大气降水， 还有可能源于盆地深部含水层； 于津生通过在羊八井温泉处发现的氧漂移现象， 认为该区域温泉热水及其地下热水主要来自大气降水。

目前， 河北省针对浅部热储(3 km 以浅) 开展了大量地质勘查工作， 对浅部地质、 水文地质条件有了较为深刻的认识， 而对深部热储的赋存特征研究不足。 究其原因， 深部钻探勘查风险大、 成本高是深部地热开发的最大障碍， 致使深部热储研究程度较低， 也是阻碍地热发电产业发展的主要因素。 沧县台拱带位于河北省中部平原， 属于地热异常区， 且物探、 钻探、 测温等资料都显示研究区内岩溶热储较为发育。 为查明研究区内4 km 以深的深部热储分布情况和开发利用潜力， 在沧州市内钻取了华北地区第一口4 km 以深的地热井， 查明了参数孔4 km 以浅的地层层序， 揭穿了蓟县系地层， 终孔层位为长城系高于庄组， 发现了长城系中温热储层， 取得深部温度场一系列物性参数。(www.xing528.com)

基于上述钻孔取得的水化学、 同位素和气体组分数据和周边地热井资料， 研究区域内地热流体的化学及同位素特征， 判断地热流体来源， 分析各热储层之间的水力联系， 为华北地区深部地热资源的开发利用提供理论依据。