胶东半岛典型天然温泉地热流体与地下水的关系-矿业114网 
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胶东半岛典型天然温泉地热流体与地下水的关系
2019-05-13
为研究胶东半岛典型天然温泉地热流体的性质及其与地下水的关系,综合分析了温 泉水、第四系(浅井)水和基岩水化学特征,测试了温泉水中 δ 18 O与 δD值,并利用烟台雨水线方程 对胶东半岛典型天然温泉地热流体来源与地下水的关系进行了分析。结果表明:研究区温泉水化 学类型主要有 ClNa型、ClNa·Ca型、SO4·HCO3Na型、HCO3·SO4Na型及个别温泉为 SO4· ClNa型,天然温泉地热流体与温泉附近的区域地下水没有水力联系,温泉水的地热流体来源于大 气降雨的入渗补给
Serial No. 600 April. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 600期 2019 年 4 月第 4 期 胶东半岛典型天然温泉地热流体与地下水的关系 1 2 1 1 1 2 张ꢀ 杰 ꢀ 赵ꢀ 涵 ꢀ 史ꢀ 猛 ꢀ 袁ꢀ 芳 ꢀ 殷ꢀ 焘 ꢀ 杨婉秋 ( 1. 山东省第三地质矿产勘查院;2. 山东科技大学地球科学与工程学院) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 为研究胶东半岛典型天然温泉地热流体的性质及其与地下水的关系,综合分析了温 18 泉水、第四系(浅井)水和基岩水化学特征,测试了温泉水中 δ O 与 δD 值,并利用烟台雨水线方程 对胶东半岛典型天然温泉地热流体来源与地下水的关系进行了分析。 结果表明:研究区温泉水化 学类型主要有 Cl-Na 型、Cl-Na·Ca 型、SO4 ·HCO3 -Na 型、HCO3 ·SO4 -Na 型及个别温泉为 SO4 · Cl-Na 型,天然温泉地热流体与温泉附近的区域地下水没有水力联系,温泉水的地热流体来源于大 气降雨的入渗补给。 关键词ꢀ 温泉ꢀ 水质ꢀ 地热流体ꢀ 同位素ꢀ 胶东半岛 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 04. 013 Relationship between Typical Natural Hot Spring Geothermal Fluid and Groundwater in Jiaodong Peninsula 1 2 1 1 1 2 Zhang Jie ꢀ Zhao Han ꢀ Shi Meng ꢀ Yuan Fang ꢀ Yin Tao ꢀ Yang Wanqiu ( 1. Shandong Provincial No. 3 Institute of Geological and Mineral Survey;2. College of Earth Science & Engineering,Shandong University of Science and Technology) Abstractꢀ In order to understand the relationship between typical natural hot spring geothermal fluid and groundwater in Jiaodong Peninsula,the chemical characteristics of hot spring water,Quaternary (shal- 18 low well) water and bedrock water are analyzed comprehensively. The contents of δ O and δD in hot spring water are measured. The relationship between typical natural hot spring geothermal fluid and groundwater in Jiaodong Peninsula is analyzed by using Yantai rainline equation. The results show that the hydrochemical types of hot springs in the study area are Cl-Na、Cl-Na·Ca、SO4 ·HCO3 -Na、HCO3 · SO4 -Na and SO4 ·Cl-Na types,the natural hot spring geothermal fluid has no hydraulic connection with the regional groundwater near the hot spring,the geothermal fluids of hot springs come from infiltration re- charge of atmospheric rainfall. Keywordsꢀ Hot spring,Water quality,Geothermal fluid,Isotope,Jiaodong Peninsula ꢀ ꢀ 地热起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰 同位素法、 多元统计法等, 取得了一系列研究成 [5-8] 变,多集中于构造板块边缘一带,是在当前经济条件 和地质条件下,能够从地壳内科学、合理地开发出的 果 。 本研究在“山东省胶东半岛深部地热赋存 条件研究” 项目的支持下,根据胶东半岛地区地热 资源的相关技术成果,分析胶东半岛典型天然温泉 地热流体的来源及其与地下水之间的关系,为胶东 半岛地热资源的开发利用提供依据。 [ 1-3] 绿色低碳可再生能源 。 我国温泉资源十分丰富, [ 4] 类型齐全,分布广泛 。 大量学者针对地热资源的 特征、来源以及天然温泉的水化学和同位素特征进 行了研究,应用的方法主要有地热温标法、氢氧稳定 1 ꢀ 研究区水文地质概况 胶东地区隶属华北地层大区、鲁东地层分区,受 ꢀ ꢀ 张ꢀ 杰(1983—),男,高级工程师,264004 山东省烟台市芝罘区 机场路 271 号。 通信作者ꢀ 赵ꢀ 涵(1995—),男,硕士研究生,266590 山东省青 岛市黄岛区前湾港路 579 号。 多期构造变形的改造,发育有不同方位的脆性断裂 构造,均表现出多期性、继承性、力学性质不同等特 点。 根据含水层岩性及地下水赋存条件,研究区内 5 0 ꢀ ꢀ 张ꢀ 杰ꢀ 赵ꢀ 涵等:胶东半岛典型天然温泉地热流体与地下水的关系ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 4 月第 4 期 可划分为松散岩类孔隙含水岩组、碎屑岩类孔隙裂 隙含水岩组、碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组、基岩裂 隙含水岩组、喷出岩类孔洞裂隙含水岩组等。 胶东 半岛主要的地下水类型为岩浆岩和变质岩类的基岩 裂隙水。 含水带厚度一般为 10 ~ 25 m,地下水埋深 随地形起伏较大,一般为 3 ~ 10 m,富水性弱,水化 学类型为 HCO3 -Ca·Na 水,矿化度小于 0. 5 g / L。 前,半岛内已发现天然温泉 15 处,其中 10 处位于第 四系河流一级阶地,2 处位于河漫滩,1 处位于河床, 1 处位于滨海平原区,1 处位于低山丘陵区冲沟 [ 9-10] 内 。 区内枝状水系发育,河流季节性变化大,地 下水与地表水交替循环强烈,是构成温泉出露的重 要条件之一。 该类温泉大多出露于被第四系松散岩 层覆盖的构造破碎带上(表 1)。 2 ꢀ 天然温泉概况 ꢀ ꢀ 由表 1 可知:研究区内天然温泉除了栖霞艾山 汤出露海拔大于 100 m 外,其余全都出露于地势相 对较低洼的河床、河流一级阶地及滨海平原地区,出 2 . 1ꢀ 天然温泉所处地貌单元 胶东是山东省地热资源最丰富的地区,截至目 表 1ꢀ 胶东天然温泉出露地貌特征 编号 Q1 温泉名称 威海宝泉汤 威海温泉汤 洪水岚汤 出露区地貌 海滩 出露高程/ m 编号 Q9 温泉名称 出露区地貌 河流一级阶地 河漫滩 出露高程/ m 3 牟平龙泉汤 牟平于家汤 乳山兴村汤 即墨东温泉 栖霞艾山汤 蓬莱温石汤 招远东汤 24 42 Q2 河床 26 67 54 18 18 16 32 Q10 Q11 Q12 Q13 Q14 Q15 Q3 河漫滩 河流一级阶地 河流一级阶地 冲沟 53 Q4 文登七里汤 文登呼雷汤 文登汤村汤 文登大英汤 乳山小汤 河流一级阶地 河流一级阶地 河流一级阶地 河流一级阶地 河流一级阶地 21 Q5 156 99 Q6 河流一级阶地 河流一级阶地 Q7 64 Q8 露点高程普遍较低,主要是因为在地势低洼地区的 静水压力较小,有利于地下热水上涌溢出。 分,是水化学形成的物质基础。 研究区温泉水化学 类型主要有 4 种,即 Cl-Na、Cl-Na·Ca 型、HCO3 · SO4 -Na 型、SO4 ·HCO3 -Na 型及个别温泉为 SO4 · Cl-Na 型(表 2)。 2 . 2ꢀ 天然温泉热储水化学特征 地层岩性在很大程度决定了热水的水化学成 表 2ꢀ 胶东天然温泉地热水水质分析结果 mg/ L 各成分含量/ (g/ L) 热储温度 / ℃ 水化学 编号 温泉名称 2+ ꢁ 2ꢁ ꢁ ꢁ pH + TDS 偏硅酸 Ba Li Sr S Ca Cl SO4 HCO3 F 类型 Cl-Na Cl-Na Na Q1 威海宝泉汤 1 553 439 2 906 355 209 5 660 2. 39 215 1 221 3. 80 88 111 137 137 141 71 0. 13 1. 47 20. 4 67. 69 115. 16 7. 63 0. 07 0. 97 2. 0 85. 54 125. 50 7. 48 Q2 威海温泉汤 Q3 洪水岚汤 314 184 171 262 50 25 22 34 386 57 138 141 179 358 296 197 58 830 741 5. 23 8. 92 0. 09 0. 59 1. 5 105. 00 135. 02 7. 30 HCO3 ·SO4 -Na 0. 06 0. 31 1. 6 105. 00 135. 02 8. 46 SO4 ·HCO3 -Na Q4 文登七里汤 Q5 文登呼雷汤 46 173 1 014 5. 89 5 741 1. 52 1 760 2. 51 2 509 1. 90 <0. 05 0. 3 2. 2 108. 54 136. 60 8. 36 SO4·Cl-Na Q6 文登汤村汤 1 355 696 3 228 300 35 0. 12 1. 53 32. 5 54. 85 106. 32 7. 58 0. 09 0. 47 11. 3 58. 77 109. 18 7. 97 0. 11 1. 53 21. 0 60. 62 110. 47 7. 57 Cl-Na·Ca Cl-Na·Ca Cl-Na·Ca Q7 文登大英汤 Q8 乳山小汤 393 634 132 107 163 198 810 242 41 76 244 1 291 199 52 79 Q9 牟平龙泉汤 Q10 牟平于家汤 Q11 乳山兴村汤 12 11 6 45 41 78 87 66 194 131 67 542 445 8. 91 8. 55 77 0. 12 0. 08 1. 7 59. 00 109. 34 8. 23 HCO3 ·SO4 -Na 0. 01 0. 28 0. 4 69. 54 116. 33 8. 54 HCO3 ·SO4 -Na 0. 01 0. 04 1. 2 63. 77 112. 61 8. 63 SO4 ·Cl-Na 90 164 557 10. 95 7 686 4. 14 83 Q12 即墨东温泉 1 943 790 4 413 269 52 117 92 0. 29 1. 41 19. 3 82. 38 123. 80 7. 70 Cl-Na·Ca Q13 栖霞艾山汤 Q14 蓬莱温石汤 204 342 12 40 70 92 124 267 299 796 9. 29 0. 05 0. 18 0. 9 70. 77 117. 09 7. 99 HCO3 ·SO4 -Na 0. 04 0. 52 3. 2 98. 69 132. 09 7. 39 HCO3 ·SO4 -Na 572 1 435 5. 85 136 3 312 4. 14 128 117 Q15 东汤温泉 1 052 109 1 701 131 0. 29 1. 41 19. 3 89. 62 127. 63 7. 75 Cl-Na 3 ꢀ 天然温泉地热流体与区域地下水的关系 由表 2、图 1 分析可知:温泉水中的主要离子含 基岩裂隙水。 可见,天然温泉地热流体与温泉附近 的区域地下水没有水力联系或水力联系很微弱。 18 本研究采集了 15 件水样进行 δ O 与 δD 同位 量都明显高于基岩水与第四系水,特别是温泉水中 的 Cl、Ba、Li、Sr、偏硅酸等的含量明显高于温泉附近 第四系浅井与基岩深井中离子的含量,并且热水的 矿化度明显高于第四系浅井与基岩深井的矿化度, 表明温泉水的补给来源并非温泉附近的第四系水或 素分析,结果见表 3。 由表 3 可知:随着地下水埋藏 18 深度的增加,除了第一组威海市 3 个取样点的δ O 18 与 δD 值逐渐偏正外,其余水样的 δ O 与 δD 值逐渐 偏负,指示着地下水不同含水层段上水力联系微弱, 与上述分析得出的“天然温泉地热流体与温泉附近 5 1 总第 600 期 现代矿业 2019 年 4 月第 4 期 球深部,地下水在地球内部加热后,形成地热流体。 18 图 2ꢀ 天然温泉 δD-δ O 关系 5 ꢀ 结ꢀ 论 ( 1)温泉水的化学成分主要取决于循环过程中 图 1ꢀ 天然温泉与周围基岩深井、 第四系浅井的 piper 图(单位:%) 的围岩和构造环境,研究区水化学类型主要有 Cl- Na 型、 Cl-Na · Ca 型、 SO4 · HCO3 -Na 型、 HCO3 · SO4 -Na 型及个别温泉为 SO4 ·Cl-Na 型。 ■ ▲ ● —天然温泉; —第四系浅井; —基岩深井 的地下水没有水力联系或水力联系微弱”的结论相 ( 2)温泉水中的主要离子含量如 Cl、Ba、Li、Sr、 符。 偏硅酸等明显高于温泉附近第四系浅井与基岩深井 表 3ꢀ 天然温泉地热流体氘氧浓度 中对应离子的含量,矿化度也明显偏高,并且随着地 样品 编号 含量/ ‰ 18 取样地点 下水的埋藏深度的增加,δ O 与 δD 值逐渐偏负,有 1 8 δDvꢁsmow ꢁ48 δ Ovꢁsmow Q1ꢁ1 威海市宝泉汤区政府 威海市神道口村浅井 ꢁ6. 6 ꢁ7. 2 ꢁ7. 4 ꢁ9. 2 ꢁ8. 2 ꢁ7. 7 ꢁ7. 2 ꢁ3. 9 ꢁ7. 0 ꢁ8. 1 ꢁ8. 0 ꢁ7. 1 明显分层特点,说明天然温泉地热流体与温泉附近 的区域地下水没有水力联系或水力联系很微弱。 Q1ꢁ2 ꢁ52 Q1ꢁ3 威海市神道口村深井 ꢁ53 ( 3)采用烟台雨水线方程分析可知,研究区水 18 Q9ꢁ1 Q9ꢁ2 烟台市牟平区龙泉汤 ꢁ65 样的 δD 和 δ O 数据点都落在雨水线的附近,说明 烟台市牟平区龙泉镇宏磊石材场 烟台市牟平区龙泉镇汤西村水井 即墨市温泉镇东温泉村顺兴浴池 ꢁ56 Q9ꢁ3 ꢁ54 温泉水的地热流体来源于大气降雨的入渗补给。 Q12ꢁ1 ꢁ51 Q12ꢁ2 即墨市温泉镇温泉一路南新兴路东水井 ꢁ36 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 Q12ꢁ3 即墨市温泉镇何家屯东北何经海水井 ꢁ48 ꢁ61 ꢁ59 ꢁ54 [ 1]ꢀ 宋敬驰,牛作亮. 综合物探法在地热资源勘探中的应用[J]. 现 代矿业,2016(4):169-170. Q15ꢁ1 Q15ꢁ2 Q15ꢁ3 招远市东汤温泉大唐金汤圆 招远市北坞党村西水井 [2]ꢀ 王ꢀ 红. 邢台市东部后敖峪—朱庄一带地质特征及地热成因 J]. 现代矿业,2017(6):44-46. 招远市区西南赵家庵水井 [ 4 ꢀ 天然温泉地热流体来源与形成 不同来源的水分由不同的氢氧同位素组成,因 [ 3]ꢀ 周总瑛,刘世良,刘金侠. 中国地热资源特点与发展对策[ J]. 自然资源学报,2015,30(7):1210-1221. 此可利用地下水中氢氧同位素的组成研究地下水的 [ 4]ꢀ 黄尚瑶. 中国温泉资源(1 ∶600 万中国温泉分布图说明书) [M]. 北京:中国地图出版社,1993. 来源。 本研究采用烟台雨水线方程进行分析 18 [5]ꢀ 刘玉泉. 贵州平里河地区热水沉积成矿[ J]. 现代矿业,2015 (7):110-111. δD = 7. 27δ O + 2. 99 . 18 ꢀ 根据天然温泉水样品的 δD 和 δ O 数据点在 18 ꢀ [ 6]ꢀ 王基华,林元武,刘成龙,等. 张家口南部地区温泉形成的氢氧 稳定同位素及气体组成证据[ J]. 水文地质工程地质,2000 δD-δ O 关系图上的位置,可以判断地下水的来源。 18 如果 δD 和 δ O 数据点多落在大气降水线附近,说 ( 4):30-33. 明地下水起源于大气降水,但也可能存在一些地下 [7]ꢀ 胡海英,包为民,王ꢀ 涛,等. 氢氧同位素在水文学领域中的应 用[J]. 中国农村水利水电,2007(5):4-8. 18 水起源于大气降水却发生 δD 和 δ O 数据点偏离大 气降水线的情况,是由于发生了同位素交换作用或 其他原因所致。 [ 8]ꢀ 王ꢀ 莹,周ꢀ 训,于ꢀ 湲,等. 应用地热温标估算地下热储温度 J]. 现代地质,2007(4):605-612. [ [ 9]ꢀ 栾光忠,李桂群. 胶东温泉地质、地热背景及其控泉构造[ J]. 中国海洋大学学报(自然科学版),1993(1):79-86. 图 2 为本研究采集的 4 组天然温泉水样的 δD- 18 18 δ O 关系图。 由图 2 可知:δD 和 δ O 数据点都落 在雨水线附近,说明温泉水的地热流体来源于大气 降雨的入渗补给,大气降雨入渗后,地下水运移至地 [10]ꢀ 崔煜烽,张ꢀ 杰,殷ꢀ 焘,等. 鲁东地区地热资源分布规律及 勘查定井方法探讨[J]. 中国地质调查,2018(2):86-92. ( 收稿日期 2018-09-30ꢀ 责任编辑ꢀ 王小兵) 5 2
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