贵州息烽温泉水文地球化学特征及地质成因研究

摘要

地热资源作为一种清洁能源，已有上千年的开发利用史，近年来随着社会经济的不断发展，环境压力增加，加上近年碳汇等因素，使得地热的市场开发变得活跃起来，地热能开发利用的范围越来越广。息烽温泉位于贵州省息烽县温泉镇天台山脚下，素有“天下第一汤”之称，泉水呈3眼出露于黑滩河右岸，泉口标高695m，水温53-56℃，水量1080m3/d，为贵州最出名的天然出露温泉，为我国著名的八大温泉之一，距今已有百年的开发史，1989年4月经国家饮用矿泉水技术评审组鉴定为“含偏硅酸和锶的重碳酸钙型氡泉”，为亚洲第一氡泉。然而近年来，随着工业的发展，在温泉北东、南东、南西等方位，不断有磷矿勘查、开采等活动，对温泉形成包围之势，如果不及时采取措施的话，可能会对温泉水资源产生不可逆的影响和破坏。
　　为了可持续开发利用地热资源，需要了解掌握地热流体形成和循环等方面的信息。本文以贵州息烽温泉为研究对象，在野外调查与资料收集的基础上，研究温泉出露区的地质环境背景条件，分析和总结温泉水水化学特征和同位素特征，估算温泉水的补给来源、补给高程、补给区温度、热水年龄、循环深度、热储温度等，利用可控源音频大地电磁法测深(CSAMT)、米地温测量、α射线测量及钻探验证等综合方法，对息烽温泉的地质成因及热水系统特征进行定性与定量分析，最后总结出温泉的循环特征，对温泉的保护提出意见及建议。
　　研究区地质构造复杂，区域上位处凤冈北北东向多字型构造变形区、遵义南北向构造带和黔中东西向构造带的交接复合地区。特别是息烽温泉附近地质构造极为复杂，以北东、北北东向挽近期活动断裂（F14朝阳断裂、F4岩脚断裂）在温泉附近区域由F1黑滩河断裂、F3枫香沟断裂等横向断层与之结环，形成复杂的地垒式地质构造。褶皱构造总体为北东向兴隆场-铁厂复式背斜，出露前震旦系Ptbnbq至三叠系地层，岩性以灰岩、白云岩、变质岩、页岩、炭质页岩为主。
　　温泉水水化学特征研究表明，温泉水为富含偏硅酸、锶、氡、氟等微量元素的优质天然水，水化学类型为HCO3-、SO42—Ca2+、Mg2+型水，矿化度330.94-439.3mg/l，主要阳离子含量分别为:Ca2+含量53.86～60.97mg/l、Mg2+含量18.13～26.26mg/l、K+含量3.00～5.56mg/l、Na+含量14.00～21.52mg/l，主要阴离子含量分别为:SO42-含量84.15～101.13mg/l、HCO3-含量175.91～193.74mg/l、Cl-含量1.64～13.08mg/l。具有碳酸盐岩水化学特征的温泉水化学类型表明，部分热流体来自于Zbdn硅质白云岩地层;而同时水中Ca2+、Mg2+离子含量偏低而K+、Na+离子含量偏高的特征反映出地热流体相当部份来自元古界的Ptbnbq地层中。高含量的偏硅酸、Si、F及较高的放射性，反映出热流体成份与强烈硅化蚀变的断裂带有关，而水中较高的H2s则反映出温泉流体来自于一个相对封闭较好的还原环境。
　　温泉水同位素特征研究表明，热水补给源为形成于1954年以前的大气降水，其相对年龄大于57.68年，14C测定年代为9466+473a，估算补给高程1200m，补给区温度12.88℃，结合温泉周边的地势、地热地质条件分析，温泉补给区位于温泉西南方向的开阳白马洞热水至双水洋桥一带。
　　通过Na-K-Mg三角图解法判断出息烽温泉水为未成熟水，进而采用无蒸汽损失的石英温标法计算出温泉水热储温度达97.10℃，结合研究区钻孔的井温测井资料、地温梯度、多年平均气温、常温层厚度等参数，求得温泉水热流体循环深度在2889.29-2929.29m，从而进一步证明息烽温泉地热水是经长时间、长距离、深循环而出露地表的特征。
　　通过地质调查、CSAMT物探、米地温测量、α射线测量及钻探验证的综合方法对控制温泉深部循环的F4岩脚断裂及控制温泉出露条件的F1黑滩河断裂开展的定性、定量的分析研究认为:息烽温泉地热水赋存、循环于受北北东向挽近期活动的F4岩脚断裂控制的深埋于洋水背斜西翼的Zbdn、 Ptbnbq地层中，补给大面积出露的Zbdn白云岩地层及断裂切割成的菱形网络地块成为息烽温泉接受大气降水补给的良好通道，接受补给的热流体沿F4断裂下盘从南西向北东径流，并在息烽温泉处受F1断裂阻隔而沿断层下盘上升出露成泉。
　　结合温泉水成因条件，建议对温泉采取控制开采量、设立保护区、循环利用温泉水资源、加强研究工作等保护措施。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地热水地球化学

1．2．2 同位素

1．2．3 热储深度

1．2．4 热储温度

1．3 论文研究思路及方法

第2章 研究区地质环境条件

2．1 自然地理

2．1．1 交通位置

2．1．2 气象水文

2．2 地形地貌

2．3 人类工程活动

2．4 地层岩性及地质构造

2．4．1 地层岩性

2．4．2 地质构造

第3章 研究区温泉水水文地球化学特征

3．1 水样采集与测试

3．2 常量组分及其地球特征

3．3 微量组分及其地球特征

3．4 小结

第4章 研究区氢、氧、14C、3H同位素特征分析

4．1 同位素技术概述

4．2 数据采集与测试

4．3 数据分析

4．3．1 热水补给源分析

4．3．2 热水补给高程分析

4．3．3 热水补给区温度分析

4．3．4 热水年龄分析

4．4 小结

第5章 研究区热储温度与循环深度

5．1 热储温度

5．1．1 SiO2地热温标

5．1．2 阳离子地热温标

5．1．3 矿物-流体化学平衡判断

5．1．4 热储温度计算

5．2 循环深度

5．3 小结

第6章 研究区温泉热水系统特征研究及保护建议

6．1 系统边界条件研究

6．1．1 地质调查认识

6．1．2 综合地球物理勘探成果分析

6．1．3 钻探验证

6．2 系统热储结构及埋藏条件研究

6．3 热矿水循环条件研究

6．4 温泉保护措施及建议

6．5 小结

结论

致谢

参考文献