青海省共和盆地恰卜恰地热区地下热水地球化学特征与资源评价

摘要

地热能是近一个世纪以来人类开发利用的一种新能源，分布广泛，能量丰富。本文针对青海省共和盆地恰卜恰地热区，在详细分析现有资料及前人研究成果的基础上，系统地研究了恰卜恰地热区地下热水的化学特征及其区域分布特点，重点应用地球化学温标法对热储温度进行估算；同时，从医疗矿水功能及地热水的腐蚀性等方面对研究区地热水水质进行了评价；最后论文利用地下水流数值模拟方法对研究区第四系下更新统地下热水的允许开采量进行了评价，采用类比法对第三系地下热水的允许开采量进行了估算。为该地区地下热水资源的开采提供了基础资料和科学依据。论文的主要研究内容及结论如下： (1)通过对恰卜恰地热区21个采样点地下热水化学组分的分析，得出结论：第四系地下热水的主要阳离子为Na+，其次是Ca2+和Mg2+，主要阴离子是HCO3-和Cl-，其次是SO42-；第三系地下热水主要的阳离子和阴离子都呈现与第四系一致的规律。研究区以Cl·HCO3-Na型水为主，亦有Cl·SO4-Na和HCO3-Na·Mg·Ca型水。 (2)探讨了研究区第四系地下热水的TDS、硬度、宏量组分含量、水化学类型的区域变化规律，结果表明：恰卜恰地热区第四系地下热水TDS的区域分布规律明显，从北到南TDS逐渐增加，南部的TDS最大；地下热水的硬度较小，以软水和弱硬水为主；Na+、Cl-、HCO3-从北向南逐渐增大，而Ca2+、SO42-在北部和南部较大，中部地区较小，Mg2+北部和东部较大，中部和南部较小；区内阴离子分区明显，北部、南部和东部为氯化物、重碳酸盐复合型水；西部地区为氯化物、硫酸盐复合型水；中部地区水化学类型复杂多样，出现多种复合型水。阳离子分区较简单，总体上Na型水遍布整个研究区域，只是中部和东南部的小片区域内分别出现了Na-Mg复合型水和较复杂的Na-Ca-Mg复合型水。由北向南，水化学类型由HCO3·Cl-Na型→Cl-Na型→Cl·SO4-Na型→Cl·HCO3·SO4-Na型→HCO3·Cl-Na型→HCO3-Na型→HCO3·Cl-Na型水，中部的水化学类型比较复杂。 (3)概述了常用的地球化学温标及其应用条件，利用PHREEQC对水化学分析数据进行了水文地球化学模拟。对地下热水中各类矿物的饱和指数进行计算，同时介绍了如何应用SI-T图来判断矿物与地下热水的平衡状态。并以研究区泉水、地下热井水为例，根据其化学成分分析结果，进行了水-岩平衡的判断；应用常用的石英、玉髓、Na/K，Na-K-Ca、K/Mg地球化学温标估算了热矿水的热储温度；根据地热温标的使用条件和恰卜恰地热区地下热水资源的实际情况，讨论了化学温标适用性和估算结果的可靠性，最后得出恰卜恰地热区第四系地下热水的热储温度范围在40℃～75℃之间；第三系地下热水的热储温度大约在70℃左右。 (4)对研究区地下热水水质及热水资源进行了评价。根据中华人民共和国国家标准-地热资源地质勘查规范(GB11615-89)，从医疗矿水功能、对碳钢的腐蚀性以及作为饮用水水质三个方面对研究区地下热水水质作出评价，得出结论：第四系地下热水中位于东南地区的地热水达到具有医疗价值浓度及医疗矿水命名浓度的项目相对最多，北部次之，中部地区相对较少；地热水主要属于轻微腐蚀与严重腐蚀两种类型；地下热水的主要超标组分是NO2-、Fe；TDS、F-、Cl-等项目也有部分超标。第三系地下热水的氟含量和偏硅酸含量都达到了命名矿水浓度；属于轻微腐蚀；主要超标组分是Fe和F-。应用地下水流数值模拟，通过模型预报方案的对比，得出区内第四系下更新统地下热水资源的允许开采量为43500m3/d，并通过类比法估算出区内第三系地下热水的允许开采量为6301.35m3/d。

目录

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第一章绪论

1.1 选题依据和意义

1.2 国内外研究现状

1.3论文研究思路及内容

第二章研究区概况

2.1 地理位置

2.2气候特征

2.3水文特征

2.4地形地貌

第三章地质及水文地质条件

3.1 地质

3.1.1 区域地质构造背景

3.1.2地层

3.2区域水文地质条件

3.2.1地下水的赋存条件与分布

3.2.2地下水的类型

第四章地下热水化学成分的区域分布特征

4.1地下热水化学特征

4.2地下热水化学成分区域分布特征

4.2.1地下热水TDS区域变化

4.2.2地下热水硬度的区域变化

4.2.3宏量组分的区域变化

4.2.4水化学类型的区域变化

第五章地球化学温标方法在地热资源评价中的应用

5.1地球化学温标的依据及应用条件

5.2 常用的地球化学温标简介

5.2.1 二氧化硅地热温标

5.2.2阳离子地热温标

5.3水—岩平衡分析

5.4恰卜恰地热区热储温度的估算

5.4.1 利用饱和指数法判断水—岩平衡

5.4.2利用地球化学温标估算热储温度

第六章地下热水资源评价

6.1地下热水水质评价

6.1.1地热水医疗矿水功能评价

6.1.2地热水对碳钢的腐蚀性评价

6.1.3地热水作为饮用水的水质评价

6.2地下热水允许开采量的评价

6.2.1水文地质概念模型

6.2.2地下水流数学模型

6.2.3模型参量的赋值

6.2.4模型校正及检验

6.2.5模型预报

6.2.6方案优选

6.2.7第三系地下热水允许开采量的估计

结论

参考文献

致谢