雄安新区中深层热储水文地球化学特征及成因模式分析

作     者：张良 

作者单位：东华理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙占学;马峰

授予年度：2022年

学科分类：070801[理学-固体地球物理学] 07[理学] 0708[理学-地球物理学] 

主      题：雄安新区 水文地球化学特征 同位素特征 地热温标 成因模式 

摘      要：雄安新区是我国中东部地热开发利用条件最好的地区之一,具有20多年的开发历史。雄安新区地热成因研究对地热资源的勘探、开发具有重要的指导作用,但目前对该区中深层热储成因仍有待进一步研究。深部地热流体在运移过程中携带了大量关于来源、通道以及热储层的信息,因此,本论文主要针对雄安新区馆陶组与雾迷山组热储层地热水进行水文地球化学特征研究,通过水化学方法、同位素技术、地热温标,结合地质与地热地质背景分析,从源、通、盖、储的角度建立热储成因模式,为该区地热资源后续勘探与开采利用提供理论支撑。主要认识如下:(1)雄安新区不同热储层地下热水水文地球化学特征差异明显。馆陶组地下热水主要离子为Na、Cl以及HCO,雾迷山组主要离子为Na与Cl,浅表冷水水化学类型主要为HCO-Ca·Mg型,深层地热水则以Cl·HCO-Na型为主,其中馆陶组水化学类型较多样,表明其补给来源与雾迷山组并不完全一致。浅表水TDS为410-629 mg/L,馆陶组地热水TDS为451-1998 mg/L,雾迷山组地热水TDS为2678-2982 mg/L,水化学特征参数及常量组分浓度特征表明雾迷山组热储层环境更为封闭、水岩作用更强烈、径流更加缓慢;而馆陶组则为半封闭、半开放环境。(2)研究区地热水在入渗过程中受地热增温等作用导致水岩同位素交换较为强烈,地下热水“氧漂移现象明显,经计算区内地热水补给高程为512-1065 m,与太行山高程吻合,补给来源应为太行山区大气降水;地下热水C同位素特征表明雾迷山组热储层地下水年龄在30 ka以上,而馆陶组在20-30 ka之间,也反映出研究区深部地下水径流途径长、速度慢的特点。(3)Na-K-Mg三角图表明雾迷山组地热水均处于未平衡状态,不适宜使用阳离子地热温标计算热储温度;馆陶组地热水处于部分平衡状态,Na-K温标计算结果较为接近实测值。Si O溶解曲线图表明,雾迷山组与馆陶组地热水均可使用石英温标进行温度计算,部分雾迷山组地热水可以使用玉髓温标进行计算。通过对各热储层地适宜的地热温标结果取平均值,馆陶组热储温度为52-65℃,循环深度范围为1.1-1.5 km;雾迷山组热储温度为68-95℃,循环深度范围为1.6-2.4 km。(4)雄安新区内部热能主要以岩层间的热传导,热储层中的热对流方式进行传递。中深层热储成因模式为太行山区大气降水经过山前断裂下渗,在深部缓慢径流过程中受到地幔与地壳放射性元素生热的加热,途径凸起区断裂带进行垂向运移进入雾迷山碳酸盐岩热储层与馆陶组砂岩热储层中,在上部第四系与新近系地层隔水保温作用下,热与水在凸起区得到富集。馆陶组热储补给来源具有多元性,除了深部热水上移补给外,还在断裂处接受到浅表冷水的补给;雾迷山组热储地热水更新能力较弱,开发利用中更应该注重回灌,以免地热水大量损失。