2023年阿克蘇河流域水文特征分析報告

阿克蘇河流域水文特征分析報告溫泉水文化學(xué)特征分析文獻(xiàn)綜述

摘要。文章主要是通過對文獻(xiàn)的查閱來分析溫泉的水文化學(xué)特征，主要從兩個方面來說明溫泉的地下水循環(huán)的規(guī)律及分析溫泉地下水化學(xué)的成因。第

一、對八大陰陽離子（鉀、鈣、鈉、鎂、碳酸根離子、碳酸氫根離子、氯離子、硫酸根離子）的成分及濃度的測定說明地下水的的形成時間，來源，補給，水質(zhì)分析等。第

二、根據(jù)對溫泉水化學(xué)成分與二氧化硅的分析估算出溫泉地下熱儲溫度從而計算出溫泉的地下循環(huán)深度。

關(guān)鍵詞：溫泉；水文化學(xué)；熱儲溫度；循環(huán)深度

引言

地?zé)釡厝且环N特殊的自然資源，因其分布范圍廣、儲存量大、運營成本低、對環(huán)境的負(fù)面影響小且易于開發(fā)等優(yōu)點，越來越受到人們的重視，現(xiàn)也被世界各國列為重點開發(fā)的新能源之一。我國地?zé)豳Y源豐富且儲存條件較好，開發(fā)潛力占全球的7.9%，是世界上利用地?zé)豳Y源較早的國家之一，但是我國較大規(guī)模的開發(fā)利用地?zé)豳Y源是在二十世紀(jì)的七十年代。比美國晚10年，比日本晚4年[吳振祥等，2002]。目前除了西藏的羊八井地?zé)嵊糜诎l(fā)電以外，其他的地?zé)釡厝加糜谥苯邮褂?，利用的方式主要有供熱取暖、洗浴、醫(yī)療、溫室種植等[陶慶發(fā)等，2007]。近年來，我國在地?zé)豳Y源開發(fā)利用上取得了很大的進(jìn)步，但是我國在對溫泉地?zé)豳Y源勘察評價程度還較低，以及對地?zé)豳Y源的開發(fā)和利用水平較低，從而造成了資源的嚴(yán)重浪費和過度開發(fā)引發(fā)的環(huán)境問題。

因此對溫泉的地?zé)豳Y源作出評價變得越來越重要，主要分析溫泉地下水的水文化學(xué)成因、補給來源、地層巖性、構(gòu)造、熱儲溫度、循環(huán)深度等。

1.熱儲溫度與循環(huán)深度

地下熱儲溫泉是指賦存于地下的熱儲層中的地下熱水的天然露頭，循環(huán)深度是地下水到達(dá)地下最深處距地表的高度，研究這兩者的特征對于了解溫泉的開發(fā)潛力、地?zé)岬V產(chǎn)資源的利用等具有重要作用。目前計算地下熱儲溫度的主要方法有地球化學(xué)溫標(biāo)法目前地?zé)釡貥?biāo)方法主要有4大類：sio2地?zé)釡貥?biāo)、陽離子地?zé)釡貥?biāo)、同位素地?zé)釡貥?biāo)和氣體溫標(biāo)（王瑩等，2000，劉亞平等，2015）。其中最常用的方法是地球化學(xué)溫標(biāo)法，地球化學(xué)溫標(biāo)法是指利用地下熱水的化學(xué)組分質(zhì)量濃度或質(zhì)量濃度比計算地下熱儲溫度的方法。其原理在于深部熱儲中礦物與水達(dá)到平衡，在熱水上升至代表過程中，溫度下降，但化學(xué)組分的質(zhì)量濃度幾乎不變，可用來估算深部的熱儲溫度。目前國內(nèi)外主要運用的地?zé)釡貥?biāo)方法有四種硅溫標(biāo)、陽離子地?zé)釡貥?biāo)、同位素地?zé)釡貥?biāo)及氣體溫標(biāo)，其中氣體溫標(biāo)很少利用。通過對近幾年的文章閱讀總結(jié)出以下幾種溫標(biāo)方法。

1.1二氧化硅地?zé)釡貥?biāo)

二氧化硅地?zé)釡貥?biāo)利用熱水中的二氧化硅溶解度與溫度的關(guān)系估算地下熱儲溫度，許多情況下誤差僅有±3℃[汪集旸等，2000年]。其理論基礎(chǔ)是二氧化硅礦物在熱水中的溶解--沉淀平衡理論，二氧化硅溶解度隨溫度升高而增加。

1977年fournier提出了玉髓法溫標(biāo)估算公式[fournier，1977]：t=1032/［4.69－log（csio2）］－273.15式中：t為熱儲溫度（℃）;csio2為泉水中二氧化硅的濃度（mg/l）鐘響等（2015）在“貴州思南溫泉成因分析”一文中利用了二氧化硅地?zé)釡貥?biāo)的研究方法對思南溫泉的熱儲溫度與循環(huán)深度進(jìn)行了估算，發(fā)現(xiàn)思南溫泉較靠近玉髓曲線，故采用玉髓法來估算其熱儲溫度。并且得出了與實際較為相符的結(jié)果。

1.2陽離子地?zé)釡貥?biāo)

陽離子地?zé)釡貥?biāo)是基于熱水與固相物質(zhì)間的k、na、ca、mg等陽離子的交換與溫度的關(guān)系建立起來的。所有陽離子溫標(biāo)方法都是經(jīng)驗性的近似方法，多用于熱儲溫度的評價。常用的有na-k溫標(biāo)、k-mg溫標(biāo)等。

王瑩等（2006）在”利用地?zé)釡貥?biāo)估算地下熱儲溫度”一文中對以下幾種方法都分別在不同的鉆井中采樣得出了較為詳細(xì)的說明。柴蕊（2010）在對平頂山八礦的熱儲溫度的研究中也利用了陽離子地?zé)釡貥?biāo)法以平頂山八礦地?zé)嵯到y(tǒng)為例，討論了地球化學(xué)溫標(biāo)的應(yīng)用條件；通過na-k-mg三角圖及以watch程序建立的多礦物平衡法在該礦的應(yīng)用，證實玉髓地?zé)釡貥?biāo)最適合估算該XX縣區(qū)深部熱水溫度，該XX縣區(qū)深部熱水溫度約為50℃。

1.2.1na-k溫標(biāo)

na-k地?zé)釡貥?biāo)是基于鈉長石和鉀長石在一定溫度條件下達(dá)到平衡而建立的，即在具備鈉、鉀長石平衡環(huán)境的天然水中，na、k質(zhì)量濃度的比值是溫度的函數(shù)，這一比值不受以后溫度降低的影響。適合的溫度是25~250（柳春暉2006）。

na-k溫標(biāo)t＝，（giggenbachwf.1988）

式中、分別代表水中鈉、鉀離子的質(zhì)量濃度，mg/l。

1.2.2k-mg溫標(biāo)

k-mg溫標(biāo)是基于鉀長石轉(zhuǎn)變?yōu)榘自颇负托本G石的離子交換反應(yīng)，它對于溫度的變化反應(yīng)非常迅速，在溶液中達(dá)到平衡也最為快速，因此，它適用于低溫?zé)崴到y(tǒng)。k-mg地?zé)釡豻

（giggenbachwf.1988）式中代表水中鎂離子的質(zhì)量濃度，mg/l。

1.2.3na-k-ca溫標(biāo)

na-k-ca地?zé)釡貥?biāo)的建立基于、、3種離子的堿性長石的離子交換反應(yīng)，它是中低溫地?zé)嵯到y(tǒng)中常用的溫標(biāo)。適合的溫度是0~250℃。

na-k-ca溫標(biāo)：

（giggenbachwf.1988）式中當(dāng)t100℃時，β=1/3。cca代表水中鈣離子的質(zhì)量濃度，mg/l。

1.3同位素地?zé)釡貥?biāo)

地下熱水中保留了某些化學(xué)成分或同位素組分，用來指示深部熱儲在決定性反應(yīng)到達(dá)平衡時的溫度。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)化學(xué)價態(tài)變化的低原子能的元素會表現(xiàn)出大量自然的相似的分餾。這些元素中研究最多的一直是氫，碳、氧和硫。（truesdellah，hulstonjr.1980）

王瑩等（2006）利用6省區(qū)49個熱水樣品的測試數(shù)據(jù)，分4類方法估算熱儲溫度，以天津地區(qū)為例，討論區(qū)域地質(zhì)背景下熱儲溫度的估算，并且對天津地區(qū)的8個地?zé)峋臒醿囟冗M(jìn)行估算在80-120°c之間。

1.4循環(huán)深度計算

據(jù)計算的的熱儲溫度由地溫梯度公式：（giggenbachwf.1988）式中：估算的熱儲深度（即溫泉的循環(huán)深度）h（m），地溫梯度r/km）一般為25~45°c/km恒溫帶溫度（°c）恒溫帶深度h（m）

鐘響（2015）對貴州思南溫泉的成因分析中利用該公式計算出了思南溫泉的循環(huán)深度為1500米左右。

2.水文化學(xué)特征

通過閱讀近幾年的文章發(fā)現(xiàn)地下熱水的水化學(xué)特征主要與地層巖性、水溫、成因和水循環(huán)條件密切相關(guān)，局部地段人為因素也有影響。根據(jù)水文化學(xué)特征可以判斷溫泉地下水的主要補給來源，冷熱水的混合比例，水化學(xué)類型以及地下水的循環(huán)規(guī)律。大部分人在分析水化學(xué)特征過程中都主要對泉水中主要離子濃度的測定來分析地下水的類型，運移過程和循環(huán)規(guī)律。還通過對同位素的測定來分析地下水的補、徑、排條件。

2.1水化學(xué)類型

目前判斷地下水化學(xué)類型的主要方法為測定水主要離子（即八大陰陽離子）的濃度，根據(jù)離子濃度來分析判斷溫泉地下水在從補給區(qū)域到排泄區(qū)域過程中地下水化學(xué)類型的變化情況，同時說明水在流經(jīng)區(qū)域內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)作用。表示方法有（神照理等，1993）：

1、根據(jù)水質(zhì)分析資料，可以確定水化學(xué)類型。按離子含量＞25%者進(jìn)行劃分，陽離子在前，陰離子在后。

2、水化學(xué)式（庫爾洛夫式）是用毫克當(dāng)量%表示的，水化學(xué)式中含量是由大到小排列。大于10%的就需要列在其中，大于25%參與分類。前面是微量元素、氣體成分、礦化度，后面是溫度?，F(xiàn)在一般不用這種分類了，因為不再用當(dāng)量表示含量。

3、測定的離子的濃度投影到三線圖上，根據(jù)圖中的點讀出地下水的化學(xué)類型。

2.2同位素特征

熱水中的同位素成分，尤其是o、h、c、he等穩(wěn)定同位素，對理解地?zé)崴某梢蚣捌湓谏畈康責(zé)醿χ谐霈F(xiàn)、影響其上升到地表的各種作用起著十分重要的作用。

為研究地?zé)岬叵滤a、徑、排條件，對河水和不同層位的泉采集了h、o同位素和測年樣品送到相關(guān)單位進(jìn)行測定，得出測試的結(jié)果根據(jù)由dansgaard提出的氘過量參數(shù)，通過對d值和地下水的氚含量（t）值的相關(guān)性分析，理定地下水的相對滯留時間與相對徑流速度確定地下水的徑流方向，了解深部地下水徑流動力場的區(qū)域分布特點。

3.小結(jié)

總的來講目前對溫泉地下水的水文化學(xué)特征的分析為對八大陰陽離子（鉀、鈣、鈉、鎂、碳酸根離子、碳酸氫根離子、氯離子、硫酸根離子）的成分及濃度的測定說明地下水的的形成時間，來源，補給，水質(zhì)分析等。根據(jù)對溫泉水化學(xué)成分與二氧化硅的分析估算出溫泉地下熱儲溫度從而計算出溫泉的地下循環(huán)深度。根據(jù)閱讀前人的工作總結(jié)，發(fā)現(xiàn)目前在這方面的研究還存在許多不足的地方。首先是對離子濃度的測定，國內(nèi)可以精確的測定機構(gòu)還很有限，花費時間較長。其次各個機構(gòu)對資源數(shù)據(jù)共享的程度還明顯不夠。在以后的學(xué)習(xí)工作過程中盡量彌補不足，同時還可以增加對水中稀有氣體的測定來更好的分析溫泉地下水。

4.參考文獻(xiàn)

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