喜马拉雅东构造结地热资源赋存特征与开发利用潜力

喜马拉雅东构造结地热资源丰富,未来开发利用前景较好,对西藏地区的高质量发展、助力实现国家“双碳”目标具有重要意义。本文通过对喜马拉雅东构造结典型温泉开展野外调查、水化学同位素分析、地温温标与硅-焓模型计算等方法,分析了地下热水水文地球化学与地热资源赋存特征,评价了地热资源储量与开发利用潜力。研究结果表明,喜马拉雅东构造结地热资源分布受活动断裂控制,地下热水主要赋存于雅鲁藏布江缝合带、通麦-通灯断裂、嘉黎-察隅活动断裂带三个水热活动区,地热资源丰富。区内地下热水具有高温度、高TDS、高偏硅酸和偏硼酸含量等典型特征,符合理疗矿泉水认定标准,可作为理疗矿泉水开发应用。区内地下热水为大气降水起源,补给高程为4309~4988 m,循环深度为1403~7202 m,热储温度为65.5~303.2℃,受热对流影响,沿构造薄弱部位向上径流,接受72%~96%比例的冷水混合,于地表形成不同类型地热显示。区内地热能资源总量为173.42×10^(18)J,可采地热能资源量为26.013×10^(18)J;地热水资源总储量为2.191×10^(10)m^(3),可采地热水资源量为3.286×109m^(3),现状开采系数仅0.86%~27.84%,极具开采潜力。地热资源的梯级利用和集成应用措施与技术是该地区未来重点研究的方向。

碎裂钻井技术及其在地热钻井中的应用前景分析

地热资源储量丰富,分布广泛,开发前景广阔。但是在现有地热钻井技术条件下进行地热开发的周期长、成本高,所以亟待钻井技术的突破使巨大的地热资源得到经济有效地开发。碎裂钻井技术是一种采用了新的钻井原理的钻井技术,其能够有效地解决常规钻井过程中经常遇到的诸如在坚硬地层中进尺慢等棘手问题,一旦得到商业化应用,将会对地热资源经济有效地开发产生革命性的影响。在分析常规钻井技术存在的问题的基础上,介绍了碎裂钻井技术的工作原理及碎岩机理,阐明了其优缺点,为该技术在地热钻井中的应用研究提供参考。

世界EGS项目进展及其对中国的启示

EGS资源丰富,具有环保和可靠的特性,世界上一些发达国家开展了许多示范性研究开发工作。文章从EGS项目性质(研究、研发和商业开发)、关键技术(选址和激发)以及开发策略等几个方面,介绍了世界EGS项目的进展及发展趋势,对比了美国和中国的EGS资源,进而介绍了EGS资源的经济、环境和可靠性,最后提出了对中国EGS资源勘探开发的启示。指出,中国EGS资源巨大,如果将资源评估和项目示范相结合开展EGS关键技术的研究且能获得国家政策扶持和市场支持将有益于我国EGS的资源开发与利用。

控压钻井及其在高温地热勘探开发中的应用

控压钻井包括管理压力钻井、欠平衡钻井和空气钻井。控压钻井可以减少非钻进时间和事故、提高机械钻速、预防漏失、消除压差卡钻、保护低压产层以提高产能。地热井具有温度高、地层硬度高、裂隙发育、地层压力低伴随浅部地层压力变化大等特点。在地热勘探开发中应用控压钻井技术有利于提高钻进速度、预防漏失、提高产能。介绍了控压钻井及其关键技术,同时阐述控压钻井在地热勘探开发中的应用。

川藏铁路格聂山和察雅段构造岩溶发育规律及岩溶地下水循环模式研究

川藏铁路建设面临高原构造岩溶高压突水突泥重大地质安全风险,开展高原构造岩溶发育规律与岩溶地下水循环模式研究对隧道突水突泥灾害早期预测具有重要意义。文章分析研究了川藏铁路格聂山和察雅段构造岩溶发育规律及岩溶地下水循环模式。研究表明,研究区构造岩溶发育具有明显的层序规律和高程分带性,一至四级岩溶发育区分别形成于中新世之前、中新世晚期至上新世、上新世和上新世至更新世,高程依次为4900~5300 m、4000~4300 m、3700~3800 m和2900~3200 m。活动断裂对岩溶水分布、富集具有明显控制作用,晚更新世以来的活动断裂沟通岩溶发育区段,形成特有的高原岩溶蓄水构造条件。岩溶地下水系统可分为高位补给区、远程管道径流区和集中排泄区,高位补给区位于一级岩溶发育区,三、四级岩溶发育区为岩溶水集中排泄区,常出露流量大于100 L/s的岩溶大泉。岩溶水流系统可分为浅部水流系统和深部水流系统。岩溶大泉主要接受冰雪融水补给,具有水压高、流程长和深循环的动力特征。低温状态下冰雪融水高CO_(2)饱和浓度和SO_(4)^(2-)产生的盐效应促进了高TDS硫酸型岩溶水的形成。

基于水化学及稳定同位素的西藏察雅地下热水成因研究

西藏察雅分布有两处地下热水,其中娘曲热水流量达23356 m3/d,温度达36℃,掌握其成因以及地下水循环模式对铁路隧道的规划建设具有重要意义。为查明地下热水水化学特征及其成因模式,采用同位素水文地球化学方法进行研究。结果表明:两处地下热水主要阳离子为Ca^(2+)和Mg^(2+),主要阴离子为SO_(4)^(2-)和HCO3^(-),溶解性总固体含量为1255~2051mg/L,水化学类型分别为SO_(4)·HCO3^(-)Ca·Mg型和SO_(4)-Ca·Mg型。氢氧同位素分析结果表明,地下热水补给来源主要为大气降水,并具有18O漂移现象,反映了热水与围岩的氧同位素交换效应。地下热水的补给高程为4146~4185 m,热储温度为53.1~61.0℃,循环深度为1409~2020 m。其成因模式为:地下水在东北部高山区接收大气降水入渗补给,沿岩溶裂隙管道径流,经深循环获得大地热流加热,受构造及岩层阻水影响沿断层上升,在上升过程中与份额达0.79~0.91的浅层地下水混合,于沟谷等地势切割处出露成泉。综合水文地质条件与隧道位置分析,隧道穿越的两处岩溶富水条带,东部岩溶富水区对隧道突涌水威胁较小;西部岩溶富水区对隧道存在构造岩溶水高压突涌水风险,后期应注意防范。

窟野河流域中游煤矿区地下水质量及补给来源研究

为查明神东矿区地下水质量状况和补给来源,分析测试了不同含水层(第四系松散层、白垩系洛河组、侏罗系直罗组和延安组含水层)的一般化学指标、毒理学指标和环境同位素(D、18O、3H)的值,利用环境同位素(D、18O、3H)分析该区地下水的补给来源和更新能力,利用单指标综合评价和影响因素识别相结合的方法研究了区内地下水的质量现状和影响因素,采用四步法计算出毒理学指标的饮水途径健康风险值。结果表明:(1)第四系松散层地下水、白垩系洛河组地下水和侏罗系风化带水主要为现代大气降水补给,更新快。侏罗系深层基岩裂隙水主要为晚更新世冰期降水补给,与现代降水基本无水力联系;(2)侏罗系延安组地下水水质较差,Ⅳ-Ⅴ类水所占比例较高,达到47.9%,其他含水层地下水水质较好。总体上,对Ⅳ-Ⅴ类水单指标贡献率较大的指标为钠>氟化物>TDS>氯化物>硫酸盐;(3)毒理学指标中氟化物的健康风险值最大,其他毒理学指标健康风险基本都在可接受范围内。因此,氟化物应作为水污染监测和防治中的优先控制物。本次研究成果将为矿区水源地的选择和污染物防控提供科学依据。

西藏波密冰川覆盖区大型河流与断裂带地下水转化关系

川藏铁路波密段穿越冰川覆盖区,分布多条与断裂复合发育的大型河流,水量丰富,可与断裂共同构成构造高压涌水突泥灾害风险源。本文通过多期测流和对大气降水、冰川、河流和地下水水化学、同位素特征分析,研究了大型河流的流量变化特征和地表水与断裂带裂隙水的转化关系。结果表明:西藏波密冰川覆盖区河水主要接受冰川融水和大气降水补给。雨季河水的δ^(18)O和δD值小于旱季,说明河水雨季和旱季的补给源结构不同。旱季气温低,以大气降水补给为主;雨季冰川融水量陡增,为主要补给源。断裂影响范围内的古乡沟、比通曲和龙冲曲河水流量较大,均超过4×10^(4) m^(3)/d,但年内流量波动幅度小于非断裂带影响范围的河流。河流可渗漏补给断裂带水。浅层循环断裂带水年龄5~10 a,中深层断裂带水年龄超过4000 a,水岩作用较充分。非断裂带影响范围的河流与基岩风化裂隙水存在较密切的水力联系和较频繁的相互转化。研究成果可为青藏高原东部冰川覆盖区铁路隧道高压涌水突泥灾害的早期识别和灾害防范措施制定提供参考。

康定北部高原构造岩溶发育特征与地下水径流带识别

受自然环境和技术方法制约,青藏高原岩溶发育演化和岩溶地下水循环特征研究相对薄弱,制约了青藏高原碳酸盐岩区的经济发展、民生设施建设和地质灾害防治。通过野外地质测量,岩溶地下水、地表水和大气降水水化学和同位素特征分析,泉水流量动态,水均衡计算和物探等技术方法,系统分析了四川省康定市北郊碳酸盐岩分布区的岩溶发育特征,识别了岩溶径流通道和岩溶大泉主要补给来源。结果表明:康定市北郊碳酸盐岩分布于高山峡谷地貌类型区,可溶岩地层分布、岩溶发育程度和岩溶水补给、径流、排泄均受构造控制,可溶岩与非可溶岩接触带和活动断裂附近的岩溶发育程度较强。岩溶水呈管道流径流,主要以岩溶大泉形式集中排泄,泉流量约1.5×10^(4) m^(3)/d且动态较为稳定。通过水文地质条件分析,识别出研究区存在通化组岩溶水径流带和雅拉河断裂岩溶水径流带。水化学-同位素数据、岩溶泉流量动态和水均衡计算结果显示,雅拉河河水是岩溶大泉的主要补给源,岩溶地下水主要沿雅拉河断裂岩溶水径流带径流并集中排泄。

不同碳酸盐岩岩性试片的溶蚀速率研究——以三姑泉域为例

评价岩性对溶蚀速率的影响以及查清不同的溶蚀模式,有助于提高岩溶碳汇强度估算精度,对于研究全球气候变化具有重大意义。采用溶蚀试片法及称重法,在山西晋东煤炭基地南部的三姑泉域干旱-半干旱岩溶区开展4种不同岩性、不同地貌单元以及不同埋藏深度的溶蚀试验研究。结果表明:对于不同的地貌单元,随着海拔的升高,溶蚀量呈现出逐渐减小的特征;对于不同的岩性试片,溶蚀量为石炭系生物碎屑灰岩>奥陶系泥灰岩>奥陶系灰岩>寒武系白云岩;对于不同埋藏深度的试片溶蚀量,从地上、表层到埋藏深度为0. 2 m处,溶蚀量逐渐减小;埋藏深度0. 2~0. 5 m溶蚀量增加。在酸性矿坑水的作用下,4种碳酸盐岩试片的溶蚀量显著变大。总结了区内两种溶蚀模式:水蚀过程会消耗一部分的CO2,属于碳汇过程;酸蚀过程会释放出一定量的CO2,增加了一部分碳源,这对于提高区内碳酸盐岩的碳汇强度计算精度具有重要意义。

金沙江断裂带中段岩溶发育和地下水循环特征

金沙江断裂带中段碳酸盐岩分布区水文地质结构复杂、岩溶水量丰富,是工程地质安全的重要威胁之一。文章在岩溶地貌和水文地质调查的基础上,采用水化学和新型同位素测年与示踪的方法,研究了金沙江断裂带中段岩溶发育特征,分析了岩溶水补给、径流和排泄过程。结果表明:岩溶空间分布和地下水补给、径流、排泄均受构造控制;在垂向上主要存在3个高程级别的岩溶发育分区,其中二级和三级顶部岩溶的发育时间分别为晚中新世至晚更新世和上新世至晚更新世;岩溶水补给区海拔4400~4600 m,主要补给源为大气降水和冰湖水,水中^(228)Ra/^(226)Ra数据显示非定曲断裂控制范围内水源难以形成跨断裂影响范围的补给;岩溶水循环速度快,岩溶大泉的^(85)Kr年龄<15 a,且基本没有年龄较大的地下水混合;径流过程中碳酸盐岩溶蚀和阳离子交换作用不充分。在工程中应充分考虑活动断裂影响下岩溶水径流通道空间分布、高水压影响和特殊天气条件带来的地质灾害威胁。

动荷载下深圳前海软土变形及微结构特征研究

为探讨轨道交通动荷载作用下软土变形特征,对深圳前海地区软土进行动三轴试验,并对土样进行电镜扫描,借助多种结构参数从微观角度解释动三轴试验中土样的变形机理。结果表明:围压为100~150 kPa、频率为0.5~1.0 Hz时,临界动应力比为0.2~0.3,但围压为100 kPa、振动频率为0.5 Hz时,临界动应力比为0.15~0.20。低于临界循环应力比的情况下,轴向应变的发展速率随动应力比增加而呈指数增加,围压越小、振动频率越小,轴向应变发展速率越大。通过对微观结构参数进行分析,发现围压的增加使得颗粒更加紧凑,颗粒更多地是被压密;动应力比和频率的增加则会使得土体颗粒更易发生破碎,孔隙更容易被较小的颗粒充填。