基于氫、氧、鍶同位素的武功山東部地熱水循環演化特征

發布時間：2025-01-29 02:08:42 來源：與虎謀皮網 作者：焦點

簡介

地熱水循環演化模式研究對地熱資源的可持續開發利用至關重要。江西武功山地區具有豐富的中低溫地熱水資源，但地熱水的循環演化模式尚不清楚。針對這一問題，中國地質科學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演化模式。相關成果在《Applied Geochemistry》期刊2024年第161期發表。

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、經濟可行和環境友好等特點，其開發利用規模逐漸增加。然而，過量的地熱水開采會導致地下水位和儲層溫度的持續下降，科學界面臨著地熱水可持續利用的新挑戰。近年來，江西武功山地區發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發潛力。同時，武功山地區旅游業的日益增長極大地推動了該地區對地熱水的需求。因此亟須開展地熱水循環演化特征研究，為武功山東部地區地熱水資源的合理開發利用提供科學依據。

針對這一問題，中國地質科學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源、補給高度、冷熱水混合模式、水巖相互作用以及循環深度等特征，初步揭示了武功山東部地區地熱水的循環演化模式。

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附近，表明武功山東部地熱水主要來自于大氣降水補給，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）。水循環過程中與圍巖的鋁硅酸鹽礦物發生反應，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始沿斷裂帶向淺層運移，并與淺層冷水發生不同程度的混合，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，表明兩個斷裂的地熱水循環時間由東北向西南逐漸增大。基于以上分析，初步建立了武功山東部地區地熱水循環演化模式（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.

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