地球化學(xué)溫標(biāo)方法在地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

王瑞娟

（陜西企科環(huán)境技術(shù)有限公司，西安 710003）

地球化學(xué)溫標(biāo)方法在地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

王瑞娟

（陜西企科環(huán)境技術(shù)有限公司，西安 710003）

當(dāng)前，主要有三種合理估算地?zé)崽餆醿?chǔ)層溫度的方法，分別為直接測(cè)量法、地球化學(xué)溫標(biāo)計(jì)算法以及地溫梯度推算法。本文運(yùn)用地球化學(xué)溫標(biāo)計(jì)算法對(duì)青海省共和盆地恰卜恰地?zé)釁^(qū)的熱儲(chǔ)溫度進(jìn)行估算，推斷出該區(qū)第四系地下熱水的熱儲(chǔ)溫度范圍，然后以第四系地下熱水熱儲(chǔ)溫度區(qū)域分布情況對(duì)第三系的相關(guān)情況進(jìn)行分析，認(rèn)為研究區(qū)域東部和南部的熱儲(chǔ)溫度會(huì)更高，這為該地區(qū)地下熱水資源的開采提供了基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)。

共和盆地；恰卜恰地?zé)釁^(qū)；地下熱水；地球化學(xué)溫標(biāo)

在研究和開發(fā)利用地?zé)崽锏倪^程中，必須合理估算深部熱儲(chǔ)層的溫度，當(dāng)前對(duì)熱儲(chǔ)層溫度進(jìn)行合理估算的方法主要有三種，分別為直接測(cè)量法、地球化學(xué)溫標(biāo)計(jì)算法以及地溫梯度推算法[1]。其中，地?zé)釡貥?biāo)細(xì)分為兩類：礦物溶解度體現(xiàn)溫度函數(shù)、決定熱水內(nèi)溶解組分比例的反應(yīng)取決于溫度，其主要通過相關(guān)組分比值來達(dá)到展現(xiàn)地?zé)釡貥?biāo)的效果，典型的有Na-K-Ca、Na/K 等[2]。

1 地球化學(xué)溫標(biāo)的依據(jù)與應(yīng)用條件

1.1 地球化學(xué)溫標(biāo)依據(jù)

地球化學(xué)溫標(biāo)經(jīng)細(xì)分有兩種：陽(yáng)離子化學(xué)溫標(biāo)和SiO2溫標(biāo)，其中的陽(yáng)離子化學(xué)溫標(biāo)在計(jì)算上還以溫度與K+、Mg2+、Na+以及Ca2+濃度的比值為條件，而SiO2溫標(biāo)則是依照水溶態(tài)SiO2礦物溶解度的控制情況進(jìn)行計(jì)算。綜合而言，地球化學(xué)溫標(biāo)就是以地?zé)崃黧w與礦物二者于熱儲(chǔ)溫度下達(dá)到化學(xué)平衡為基本前提，雖隨后地?zé)崃黧w溫度持續(xù)降低，但以上“記憶”依舊會(huì)被保存。

1.2 地球化學(xué)溫標(biāo)應(yīng)用條件

采用地?zé)釡貥?biāo)的前提：地?zé)釡貥?biāo)的一種氣體或溶質(zhì)和熱儲(chǔ)內(nèi)礦物二者達(dá)到平衡，其實(shí)質(zhì)就是人們常說的水-巖平衡。換句話說，任何溫標(biāo)均需當(dāng)水-巖呈平衡狀態(tài)方可獲取。綜上，溫標(biāo)方法的使用離不開三個(gè)條件：一是有足夠反應(yīng)物；二是水-巖要實(shí)現(xiàn)平衡；三是水或氣在運(yùn)移至取樣點(diǎn)時(shí)并未出現(xiàn)再平衡。

2 地球化學(xué)溫標(biāo)在熱儲(chǔ)溫度估算中的應(yīng)用

2.1 SiO2地?zé)釡貥?biāo)在熱儲(chǔ)溫度估算中的應(yīng)用

2.2 Na/K地?zé)釡貥?biāo)在熱儲(chǔ)溫度估算中的應(yīng)用

恰卜恰地?zé)釁^(qū)地下熱水溫度較低，從水－巖平衡中可得出，水里Na+、K+含量比值不受堿性長(zhǎng)石偶的離子交換平衡的控制，即此種交換反應(yīng)未達(dá)到平衡。因此，應(yīng)用此種溫標(biāo)來估算熱礦水的熱儲(chǔ)溫度，結(jié)果普遍偏高，故此溫標(biāo)不能使用。

2.3 Na-K-Ca地?zé)釡貥?biāo)在熱儲(chǔ)溫度估算中的應(yīng)用

應(yīng)用Na-K-Ca地?zé)釡貥?biāo)估算熱儲(chǔ)溫度，計(jì)算過程如下[5]：

其中Na+、Ca2+、K+單位均為mg/L，該公式適用的溫度范圍為0℃～250℃。計(jì)算時(shí)先帶入β值為4/3，若計(jì)算結(jié)果大于100℃就需帶入β值為1/3再計(jì)算；若計(jì)算結(jié)果小于100℃，那么計(jì)算結(jié)果就是要求的溫度值。通過計(jì)算可知，多數(shù)溫度值均偏高，但與Na/K的估算結(jié)果相比稍低，原因在于此溫標(biāo)在HCO3離子含量多的熱礦水里不適用。此外，低溫?zé)崴到y(tǒng)水-巖反應(yīng)緩慢，遠(yuǎn)未達(dá)到Na-K-Ca地?zé)釡貥?biāo)有關(guān)反應(yīng)的離子交換平衡，估算結(jié)果也會(huì)偏高。

2.4 K/Mg地?zé)釡貥?biāo)在熱儲(chǔ)溫度估算中的應(yīng)用

在水-巖系統(tǒng)中，K/Mg到達(dá)平衡最為快速，對(duì)于溫度的變化，其相對(duì)含量的調(diào)整比Na/K要快得多，甚至在低溫下也是如此。因此，據(jù)此建立的K/Mg溫標(biāo)是一種適用于低溫?zé)崴到y(tǒng)的溫標(biāo)。根據(jù)理論分析和恰卜恰地?zé)釁^(qū)的實(shí)際情況，這種溫標(biāo)比較合適。應(yīng)用K/Mg地?zé)釡貥?biāo)：

其中T表示熱儲(chǔ)溫度，K表示水里鉀離子濃度，Mg表示水里鎂離子濃度[6]。利用該公式來計(jì)算恰卜恰地?zé)釁^(qū)熱儲(chǔ)溫度，由結(jié)果可知，K/Mg地?zé)釡貥?biāo)的結(jié)果一般低于石英溫標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，而高于玉髓溫標(biāo)的計(jì)算結(jié)果。但是，有個(gè)別熱礦水的K/Mg溫標(biāo)計(jì)算溫度低于表層水的溫度，反映了這些水是受淺層地下水或者地表水混合，連K+、Mg2+濃度的調(diào)整都來不及的不平衡混合水。

3 結(jié)論

（1）利用Na/K等地?zé)釡貥?biāo)對(duì)熱儲(chǔ)溫度進(jìn)行估算，結(jié)果溫度值偏高，這就表示礦物沒有和水達(dá)到平衡狀態(tài)，故估算結(jié)果缺乏可靠性；（2）通過與其他溫標(biāo)估算溫度的對(duì)比，K/Mg溫標(biāo)的水-巖平衡調(diào)整得較充分，可在熱儲(chǔ)溫度的估算中推廣使用；（3）只要是水樣點(diǎn)K/Mg溫標(biāo)溫度比較低，則很大程度上受潛水或地表水的影響，上述溫標(biāo)計(jì)算的熱儲(chǔ)溫度結(jié)果均不可靠，對(duì)熱儲(chǔ)溫度不能作出推斷。

因此，恰卜恰地?zé)釁^(qū)第四系地下熱水的熱儲(chǔ)溫度范圍約為40℃～75℃，以此為基礎(chǔ)，能推斷出研究區(qū)域的第三系地下熱水熱儲(chǔ)溫度東部和南部會(huì)偏高，并且普遍比第四系地下熱水熱儲(chǔ)溫度要高。

1 任戰(zhàn)利.地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)與利用[M].大慶：大慶油田有限責(zé)任公司勘探部，2001.

2 鄭西來，劉鴻俊.地?zé)釡貥?biāo)中的水-巖平衡狀況研究[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，1996，（1）：74-79.

3 陳崇成，黃振光.地?zé)嵯到y(tǒng)溫標(biāo)的建立與應(yīng)用[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，25（4）：122-126.

4 汪集湯，熊亮萍，龐忠和.中低溫對(duì)流地?zé)嵯到y(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，1993.

5 Zhang Weimin.Origin Analysis Of Geothermal Water And Evaluation Of Geothermal Reservoir Temperrature In The HenjingArea，South Jiangxi Province，China[J].Geotectonica et Metallogenia，1999，2（23）：155-165.

6 陳履安.貴州熱礦水熱儲(chǔ)溫度的估算[J].貴州地質(zhì)，1995，12（1）：69-77.

The Application of Geochemical Standard Method in the Evaluation of Geothermal Resources

Wang Ruijuan
(Shanxi Qike Environmental Technology Co., Ltd., Xi'an 710003, China)

At present, there are three main methods to estimate the thermal temperature of geothermal field, namely, direct measurement method, geochemical thermometer algorithm and geothermal gradient algorithm. In this paper, the geothermal temperature scale algorithm is used to estimate the thermal storage temperature of the Qibaqi geothermal zone in the Gonghe basin of Qinghai Province, and the thermal storage temperature range of the Quaternary underground hot water is deduced. Then, The distribution of temperature region is analyzed, and it is concluded that the thermal storage temperature in the eastern and southern areas of the study area will be higher, which provides the basic data and scientific basis for the exploitation of underground hot water resources in the area.

Gonghe basin; Qiabuqia geothermal area; underground hot water; geochemical temperature scale

P592

A

1008-9500(2017)09-0130-02

2017-07-15

王瑞娟（1984-），女，陜西周至人，碩士研究生，工程師，從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)及環(huán)保工程咨詢工作。