水化學方法在地熱資源勘查中的應用綜述

李皓婷

摘 要：地熱資源作為一種清潔可再生的能源，資源量極大且可以被廣泛應用于各行各業，對于我國的能源結構調整具有重要意義。通過水化學方法可以了解地熱流體的補徑排條件，進而分析地熱流體水化學演變規律及成因模式，為地熱流體的可持續開發利用提供科學依據。本文通過總結、分析水化學方法、工具以及其在國內外地熱資源勘查中的實際應用情況，旨在為今后合理開發利用區域地熱資源提供科學依據。

關鍵詞：水化學;地球化學;地熱資源;地熱勘查

中圖分類號：S-1 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200530048

水化學方法是研究地熱系統地熱流體時采用最為廣泛的方法之一，下面介紹這種方法的國內外現狀及發展趨勢。

1 國外研究現狀

White提出了經典的水熱系統的模型，從熱源、水源、熱儲層及蓋層4方面進行了概述[1]。水化學數據常用來估算地熱系統深部的熱儲溫度，常用的地球化學溫度計有二氧化硅地球化學溫度計、陽離子地熱溫度計等。20世紀80年代，Fournier等建立了地熱溫度計計算公式，用于估算地熱系統的熱儲層溫度[2]。Nieva等提出利用Na、K、Ca、Mg 4種離子來計算熱儲溫度的陽離子組合溫度計[3]。1988—1992年，Giggenbach建立了Na-K-Mg、Cl-SO4-HCO3等一系列的三角圖，這些也成為之后研究地熱系統形成機制的重要工具[4]。Arnórsson等對地熱資源勘探開發和利用中的水化學技術在實際中的應用進行了相關論述[5]。2008年，Verma等對已有的地球化學溫度計計算公式進行歸納總結，開發了SolGeo軟件，隨后Pandarinath將該軟件用于Mexico地熱田，取得了較好的結果[6]。

2 國內研究現狀

趙平基于冰島部分地熱田的實際資料，選擇不同溫度的典型地熱田，應用CO2、H2S、H2、CO2/H2和H2S/H2氣體地熱溫度計計算熱儲溫度，深入探討了影響溫度計準確性的各種因素，并提出CO2和H2S溫度計具有良好的實用價值[7]。1995年，陳墨香等對我國地熱研究歷程進行了總結，認為我國地下熱水水化學方法的發展過程分為2個階段，20世紀70年代以前，焦點主要放在中、低溫地熱水資源上，研究地熱水主要的特征組分，并且將其作為尋找地下熱水的主要標志，利用特征組分的分散暈，發現和圈定地熱水異常范圍，判定地熱水的可能通道;20世紀70年代以后，開始對高溫地熱田開展水文地球化學研究，除了尋找地熱水并圈定地熱水異常范圍和判定地熱水的可能通道外，還用于判定地熱水的類型和熱儲性質[8]。西藏作為我國地熱活動最為強烈的地區，自然也成為眾多學者研究最多的典型地區。1981年，佟偉等將中國科學院組織的青藏高原科學考察地熱專題部分資料進行總結、分析并于《西藏地熱》中進行論述，為初步認識西藏地區地熱資源提供了基礎資料。隨后眾多學者在羊八井、谷露、那曲等典型高溫地熱田進行了大量的勘查工作，在各區域形成了較為完善的地熱系統成因機制[9-11]。于湲通過水化學三角圖和Piper圖，玉髓地球化學溫度計，硅-焓曲線結合散點圖以及Schoellor圖的混合模型，闡明北京城區熱田的地下熱水的化學特性及成因[12]。在關中盆地，覃蘭麗運用水化學方法結合其特殊的地質背景推測出該盆地地下熱水形成機制[13]。宋凱在西藏沃卡溫泉，結合區域地熱地質條件及地球化學特征，探討了泉的成因模式及熱害對隧道工程的影響[14]。孫紅麗等利用陰陽離子三角圖，氟離子與水樣高程、水溫、pH的關系圖結合聚類分析、主因子分析的方法對西藏高溫地熱顯示區內12個典型地熱田的水化學特征及氟元素的相關性進行了研究，得出了西藏高溫地熱顯示區氟的富集特征[15]。王鵬等采用多種地球化學溫度計估算區內眾多溫泉點的熱儲溫度情況，揭示了西藏地區地熱異常的空間分布規律[16]。許鵬等通過對西藏南部特提斯喜馬拉雅地熱帶10處代表性溫泉的熱儲溫度、水化學類型及水體中溶解的典型稀有分散性元素濃度分析，討論了水體中異常富集元素的物源機制[17]。嚴克濤等運用PHREEQC對間歇性噴泉搭格架高溫熱泉中的砷形態進行模擬，指出砷元素的存在形態及控制因素[18]。馬月花等對地熱流體中各種主要離子進行圖解分析，揭示了青海共和盆地地熱流體地球化學特征及熱儲水-巖相互作用過程[19]。

3 總結及展望

通過在國內外眾多地熱顯示區的探索和研究，水化學方法在地熱資源勘查中已經形成一套較為完整的體系。水文地球化學勘查技術的成本較低且在識別地熱流體物源屬性、估算深部熱儲情況、評價結垢及腐蝕趨勢等方面都占據十分重要的作用，因此在地熱資源勘查中被廣泛運用。但其也存在一定的局限性，由于深部地熱系統組分的復雜性，使得直接套用已知地熱顯示區的模式并不適用，影響因素多樣就需采用多種方法進行綜合考量，而各種方法本身的多解性也較強，很難得出各種方法相互支撐的統一結果。因此，此方法在實際運用中還有待進一步深化。

參考文獻

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（責任編輯 周康）