簡(jiǎn)介

地熱水循環(huán)演化模式研究對地熱資源的可持續開(kāi)發(fā)利用至關(guān)重要。江西武功山地區具有豐富的中低溫地熱水資源，但地熱水的循環(huán)演化模式尚不清楚。針對這一問(wèn)題，中國地質(zhì)科學(xué)院劉凱正高級工程師團隊基于地熱水的氫、氧、鍶同位素特征分析，初步揭示了武功山東部地區地熱水循環(huán)演化模式。相關(guān)成果在《Applied Geochemistry》期刊2024年第161期發(fā)表。

地熱能是緩解全球變暖最具成本效益的清潔能源之一。地熱水資源具有分布廣泛、經(jīng)濟可行和環(huán)境友好等特點(diǎn)，其開(kāi)發(fā)利用規模逐漸增加。然而，過(guò)量的地熱水開(kāi)采會(huì )導致地下水位和儲層溫度的持續下降，科學(xué)界面臨著(zhù)地熱水可持續利用的新挑戰。近年來(lái)，江西武功山地區發(fā)現了豐富的中低溫地熱水，區內兩條主斷裂帶附近分布有溫湯、文家等地熱田十余處（圖1），具有較大的地熱水資源開(kāi)發(fā)潛力。同時(shí)，武功山地區旅游業(yè)的日益增長(cháng)極大地推動(dòng)了該地區對地熱水的需求。因此亟須開(kāi)展地熱水循環(huán)演化特征研究，為武功山東部地區地熱水資源的合理開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據。

針對這一問(wèn)題，中國地質(zhì)科學(xué)院劉凱正高級工程師團隊結合武功山東部地區30余組地熱水、地表水和冷泉的氫、氧和鍶同位素數據，利用統計分析和端元混合模型等技術(shù)手段，深入分析了同位素的豐度變化及其指示意義，闡明了地熱水的補給來(lái)源、補給高度、冷熱水混合模式、水巖相互作用以及循環(huán)深度等特征，初步揭示了武功山東部地區地熱水的循環(huán)演化模式。

圖1 研究區概況圖

結果顯示，地熱水氫、氧同位素均分布在全球大氣降水線(xiàn)附近，表明武功山東部地熱水主要來(lái)自于大氣降水補給，同位素高程效應顯示地熱水的補給高程約為1500~2000 m。降水經(jīng)斷裂帶入滲后由地殼熱源加熱，溫度約為86~101℃，使得地熱水表現出殼源鍶同位素特征（圖2）。水循環(huán)過(guò)程中與圍巖的鋁硅酸鹽礦物發(fā)生反應，富集了δ¹⁸O、Sr²⁺等離子，因此部分水樣出現了δ¹⁸O漂移現象。

圖2 武功山東部（a）F1斷裂和（b）F2斷裂的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和Sr²⁺特征 

由于深部的高溫高壓作用，地熱水積累到一定程度后開(kāi)始沿斷裂帶向淺層運移，并與淺層冷水發(fā)生不同程度的混合，形成了不同的氫、氧同位素豐度特征（圖3），結合端元混合模型分析得到武功山東部不同區域地熱水與冷水的混合比例為17% ~ 74%。此外，兩條斷裂帶地熱水的氘盈余由東北向西南遞減，指示水巖相互作用逐漸增加，表明兩個(gè)斷裂的地熱水循環(huán)時(shí)間由東北向西南逐漸增大?；谝陨戏治?，初步建立了武功山東部地區地熱水循環(huán)演化模式（圖4）。

圖3 武功山東部（a）F1斷裂和（b）F2斷裂的δ¹⁸O和δD特征

圖4 武功山東部地熱水循環(huán)演化模式圖

文章出版信息

Jia Wuhui, Liu Kai, Yan Jinkai, et al. Characteristics of geothermal waters in eastern Wugongshan based on hydrogen, oxygen, and strontium isotopes[J]. Applied Geochemistry, 2024, 161: 105874.