地球化學溫標方法在地熱資源評價中的應用

王瑞娟

（陜西企科環境技術有限公司，西安 710003）

地球化學溫標方法在地熱資源評價中的應用

王瑞娟

（陜西企科環境技術有限公司，西安 710003）

當前，主要有三種合理估算地熱田熱儲層溫度的方法，分別為直接測量法、地球化學溫標計算法以及地溫梯度推算法。本文運用地球化學溫標計算法對青海省共和盆地恰卜恰地熱區的熱儲溫度進行估算，推斷出該區第四系地下熱水的熱儲溫度范圍，然后以第四系地下熱水熱儲溫度區域分布情況對第三系的相關情況進行分析，認為研究區域東部和南部的熱儲溫度會更高，這為該地區地下熱水資源的開采提供了基礎資料和科學依據。

共和盆地；恰卜恰地熱區；地下熱水；地球化學溫標

在研究和開發利用地熱田的過程中，必須合理估算深部熱儲層的溫度，當前對熱儲層溫度進行合理估算的方法主要有三種，分別為直接測量法、地球化學溫標計算法以及地溫梯度推算法[1]。其中，地熱溫標細分為兩類：礦物溶解度體現溫度函數、決定熱水內溶解組分比例的反應取決于溫度，其主要通過相關組分比值來達到展現地熱溫標的效果，典型的有Na-K-Ca、Na/K 等[2]。

1 地球化學溫標的依據與應用條件

1.1 地球化學溫標依據

地球化學溫標經細分有兩種：陽離子化學溫標和SiO2溫標，其中的陽離子化學溫標在計算上還以溫度與K+、Mg2+、Na+以及Ca2+濃度的比值為條件，而SiO2溫標則是依照水溶態SiO2礦物溶解度的控制情況進行計算。綜合而言，地球化學溫標就是以地熱流體與礦物二者于熱儲溫度下達到化學平衡為基本前提，雖隨后地熱流體溫度持續降低，但以上“記憶”依舊會被保存。

1.2 地球化學溫標應用條件

采用地熱溫標的前提：地熱溫標的一種氣體或溶質和熱儲內礦物二者達到平衡，其實質就是人們常說的水-巖平衡。換句話說，任何溫標均需當水-巖呈平衡狀態方可獲取。綜上，溫標方法的使用離不開三個條件：一是有足夠反應物；二是水-巖要實現平衡；三是水或氣在運移至取樣點時并未出現再平衡。

2 地球化學溫標在熱儲溫度估算中的應用

2.1 SiO2地熱溫標在熱儲溫度估算中的應用

2.2 Na/K地熱溫標在熱儲溫度估算中的應用

恰卜恰地熱區地下熱水溫度較低，從水－巖平衡中可得出，水里Na+、K+含量比值不受堿性長石偶的離子交換平衡的控制，即此種交換反應未達到平衡。因此，應用此種溫標來估算熱礦水的熱儲溫度，結果普遍偏高，故此溫標不能使用。

2.3 Na-K-Ca地熱溫標在熱儲溫度估算中的應用

應用Na-K-Ca地熱溫標估算熱儲溫度，計算過程如下[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℃。計算時先帶入β值為4/3，若計算結果大于100℃就需帶入β值為1/3再計算；若計算結果小于100℃，那么計算結果就是要求的溫度值。通過計算可知，多數溫度值均偏高，但與Na/K的估算結果相比稍低，原因在于此溫標在HCO3離子含量多的熱礦水里不適用。此外，低溫熱水系統水-巖反應緩慢，遠未達到Na-K-Ca地熱溫標有關反應的離子交換平衡，估算結果也會偏高。

2.4 K/Mg地熱溫標在熱儲溫度估算中的應用

在水-巖系統中，K/Mg到達平衡最為快速，對于溫度的變化，其相對含量的調整比Na/K要快得多，甚至在低溫下也是如此。因此，據此建立的K/Mg溫標是一種適用于低溫熱水系統的溫標。根據理論分析和恰卜恰地熱區的實際情況，這種溫標比較合適。應用K/Mg地熱溫標：

其中T表示熱儲溫度，K表示水里鉀離子濃度，Mg表示水里鎂離子濃度[6]。利用該公式來計算恰卜恰地熱區熱儲溫度，由結果可知，K/Mg地熱溫標的結果一般低于石英溫標的計算結果，而高于玉髓溫標的計算結果。但是，有個別熱礦水的K/Mg溫標計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+濃度的調整都來不及的不平衡混合水。

3 結論

（1）利用Na/K等地熱溫標對熱儲溫度進行估算，結果溫度值偏高，這就表示礦物沒有和水達到平衡狀態，故估算結果缺乏可靠性；（2）通過與其他溫標估算溫度的對比，K/Mg溫標的水-巖平衡調整得較充分，可在熱儲溫度的估算中推廣使用；（3）只要是水樣點K/Mg溫標溫度比較低，則很大程度上受潛水或地表水的影響，上述溫標計算的熱儲溫度結果均不可靠，對熱儲溫度不能作出推斷。

因此，恰卜恰地熱區第四系地下熱水的熱儲溫度范圍約為40℃～75℃，以此為基礎，能推斷出研究區域的第三系地下熱水熱儲溫度東部和南部會偏高，并且普遍比第四系地下熱水熱儲溫度要高。

1 任戰利.地熱資源評價與利用[M].大慶：大慶油田有限責任公司勘探部，2001.

2 鄭西來，劉鴻俊.地熱溫標中的水-巖平衡狀況研究[J].地球科學與環境學報，1996，（1）：74-79.

3 陳崇成，黃振光.地熱系統溫標的建立與應用[J].福州大學學報，1997，25（4）：122-126.

4 汪集湯，熊亮萍，龐忠和.中低溫對流地熱系統[M].北京：科學出版社，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.貴州熱礦水熱儲溫度的估算[J].貴州地質，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，從事環境影響評價及環保工程咨詢工作。