广东沿海典型深大断裂带地热水系统形成条件及水文地球化学特征

发布时间：2020-08-01 08:36

【摘要】：广东省地处欧亚大陆的东南边缘,境内断裂构造发育,岩浆侵入、火山喷发、地震、新构造活动剧烈,特别是在深大断裂反复活动、岩浆多期次侵入(喷发)的背景下,为广东中低温地热资源的形成与赋存、温泉出露创造了有利的地质环境。本研究选择广东沿海典型深大断裂地热田—新洲地热田为研究区,对区内地下冷、热水进行了全面的调查,深入分析了新洲地下热水系统的形成条件及成因机制,为后期该类地热水资源的勘探及合理开发利用具有重要的指导意义。论文首先分析了研究区地壳热结构及深部地温场特征,借助物探、热红外遥感、钻探测温等技术,将地表温度异常分布特征、布格重力场特征及航磁异常特征作为属性判别因子,完成了对地热异常分布区范围的圈划。研究发现:(1)地热水异常区分布规律明显受到北东向深大断裂的控制;(2)地热点出露与岩浆岩侵入活动密切相关,且大部分出露于岩浆岩体边缘、后期入侵岩脉或岩体与其他地层的接触带上;(3)沉积厚度大的中、新生代沉积盆地,往往蕴藏丰富的沉积盆地传导型地热区。在充分总结热水形成条件的“四要素”组合模式的基础上,利用各种地球化学温标、多矿物平衡模拟以及Fix Al法估算了热储温度和循环深度,并剖析深部水热动力条件,从而构建了新洲地下热水成因模式概念模型。深大断裂是地下热水形成的关键;深大断裂迫使区域地下水流向深处径流,在基底热流作用下不断加热;北东向、东西向深大断裂互相切割带产生汇水汇热效应,成为地热水上升的主要通道。深部地下热水高温高压是水热上涌的重要驱动力。基于上述热水成因模式概念模型,通过提取一系列地球化学信息系统分析了热水形成的水文地球化学演化过程及径流循环特征。地热水由区域地下水经深循环形成,以高Na+、Cl-离子,TDS,贫氢氧同位素和长滞留时间为特征,来源于晚更新世末期至全新世早期温度较低的古大气降水入渗补给,补给区位于东北部紫罗山高海拔地区。地下热水的水化学特征具有明显分带性,地下水水化学类型由HCO3→HCO3-SO4→SO4-Cl→Cl顺序依次转换,矿化度逐渐升高,Na+,K+,Ca2+,SO42-,Cl-含量逐渐增大,HCO3-,Mg2+含量减小;随热水温度升高,Sr、Li、Rb、Cs和F等微量元素含量不断增大。通过分析不同水样的水化学组与温度、离子比及δ18O、δD、Sr、C、B同位素变化关系,反映了水-岩相互作用的不同程度和与海水的明显混合趋势,地下热水在其形成过程中经历了两次主要的混合过程:深循环地热水与埋藏很深或亦经过深循环海水的第一次混合,以及由深部上涌的热咸水与浅部含水层冷水的第二次混合。混合比例在热田不同地段各不相同,在热田相对高温中心为深部上来的高温、高矿化度热咸水,在热田外围则为温度不同的较中-低温热水。通过地下热水的动态特征,分析了深部地下水动力条件及水力联系,来间接反映深大断裂的导水性能和深层地下热水的状态,并对深大断裂带控制的水动力场和温度场进行了水-热耦合模拟,揭示了深大断裂带地下热水运移特征。深大断裂带及紧邻围边形成了一个高温、低压、密度低的柱状带,从而使得断裂带四周地下水流下沉并往热源方向流动,这种深大断裂的区域效应使得侵入内陆的海水深循环进入地下深部;北东向和北西向断裂一起构成了研究区热异常分布的主要控制构造,断裂交汇区存在强烈的垂直热对流作用。在北东向断裂区存在两个高温热柱刺穿基岩顶部形成高温中心,而在高温热柱带外围是衍生的相对低温区域;盆地热流值由热田中心区向周围迅速降低。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P641.3;P314.1
【图文】：

深大断裂带,概念模型,地热系统

图 1.1 深大断裂带深部地热系统概念模型。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 地热水系统成因模式研究 Muffle 最早提出中低温对流型地热系统概念，即热储温度低于 150 ℃，受隙网络或断裂破碎带导水控制，在正常或略高的大地热流背景下不断升温的具深循环径流特征的地下热水环流系统[30]。其在自然界比高温地热系统的分布要泛的多，尤其是在我国东南沿海一带广泛出露的温泉大多数均为这类地热系统与藏南，川西，滇西等地区不同，这类地热系统主要受地质构造条件，特别是大断裂构造的控制，区域热源背景值也不如高温地热带高。与高温水热系统的浆房或冷却岩浆岩热源不同，其深部不存在特殊的附加热源，主要依靠区域大

技术路线图,地下热水,热水,水热活动

图 1.2 技术路线图创新点）运用多学科交叉方法，综合物探、热红外遥感和钻探成果，分场分布特征；综合地表温度异常、布格重力异常和航磁异常特征为，以已出露的温泉和地热钻孔为先验点，圈划地热水异常区，并结质条件，确定地下热水的成因类型及控制因素。）利用地下热水化学常量、微量元素指标，综合多种同位素指标、13C、7Sr/86Sr、δ11B），辅助非冷凝地热气体成分，系统的刻画热水水文地球化学演化特征，分析了地下热水的补给、径流和排深部构造条件和深循环特征揭示热水的形成条件及深大断裂对地水热活动的控制作用，为分析热水的成因机制提供佐证。）系统分析研究区热储性质，同时将固体潮理论运用至地下热水通过数值模拟手段研究深大断裂带对地热水动力场和温度场的控大断裂内水动力机制及温度分布状态等深部地热系统中的新规律

丘陵,平原,地势,地壳活动

有着非常高的利用价值（见图 2.1）。图 2.1 研究区交通位置图2.1.1 地形地貌研究区位于我国东南丘陵南缘，在一系列岩浆运动、地壳活动的长期影响下形成了复杂的地形地貌特征，主要有山地、台地、平原和丘陵。地势西高东低，海岸线曲折，呈北东东向延伸，镇海湾在中部通过，将研究区分为东、西两侧，东侧以平原、丘陵为主；西侧以丘陵、山地为主，属阳东县管辖。研究区中心为新洲盆地区，地势总体为北高南低，东高西低，东西两侧向腹部倾斜，依山傍海。

【参考文献】