藏南高温地热水锂资源及其提取利用技术经济性探讨

这是一篇地球科学领域的论文。基于藏南高温地热水锂资源分布特征、成因机制、锂提取技术和经济性研究不足。本文通过板块构造分析、地热水组分测试、盐湖锂提取技术的适用性对比分析和建立地热水提取锂的经济评价模型,取得了如下成果:(1)藏南地热水锂主要分布在雅鲁藏布江深大断裂带两侧及其南部,富含锂花岗岩围岩淋滤和岩浆热液,为富锂地热水的形成提供了丰富的锂来源;(2)根据地热水锂具有低浓度和低镁/锂比的特性,选择了萃取法和沉淀法两种技术用来提取地热水锂元素;(3)以古堆地热田某地热井,其地热水锂浓度为23.5mg/L,采用萃取法工艺提锂为例,建立经济评价模型,采用现金流量法对经济性进行评估,经济评估结果表明,当碳酸锂价格不低于25万元/t情况下,地热水提锂项目具有良好的经济效益。

承德北部茅荆坝地热田地热流体的水化学和同位素特征及其成因

承德北部茅荆坝地区地表出露的地热水温度高达98.7℃,赋存于裂隙较发育的侏罗世中粗粒二长花岗岩热储,SO_(4)^(2-)含量较高,但关于该区地热流体的补给来源、循环演化过程与成因机制研究尚少。为了认识该基岩山区地热系统的成因以合理开发利用地热资源,在区域地热地质调查的基础上,测试分析了不同水体的水化学组分、地下水年龄(^(3)H和^(14)C)、硫酸盐硫、氧同位素(δ^(34) S-SO_(4)^(2-)和δ^(18) O-SO_(4)^(2-))、碳酸盐碳同位素(δ^(13)C-HCO_(3)^(-))、锶同位素(^(87)Sr、^(86)Sr)等特征值。结果表明:(1)茅荆坝地区地热水化学类型以SO_(4)-Na型为主,硅酸盐矿物的溶解及阳离子交换作用促进了地热水中Na^(+)、K^(+)和SiO_(2)的富集,水中SO_(4)^(2-)并非来源于硫酸盐岩矿物溶解,推测为H_(2)S气体从深部还原环境上升到浅部氧化后生成SO_(4)^(2-),也可能来源于高温地热水与硫反应形成的硫酸盐;(2)地热水n(^(87)Sr)/n(^(86)Sr)均值为0.7092,与海相碳酸盐岩比值接近,揭示热储深部可能存在海相碳酸盐岩储层;(3)地热水属于古地下水,^(14)C校正年龄为11.9~14.9 ka,循环更新能力差,由周边山区的大气降水补给,补给高程在1532~1632 m;(4)地热系统深部热储温度为142~144℃,高温中心位于热田北部。研究结果对冀北山地地热资源的可持续开发利用具有重要意义。

川西磨西断裂湾东地热水化学特征及成因机制

【目的】地热能开发是实现碳达峰、碳中和的重要途径。磨西断裂位于川西鲜水河断裂南段,拥有丰富的地热资源,是未来地热能开发的重点区域。【方法】对四川磨西断裂湾东地热区开展水文地球化学研究,通过水化学相关性分析其水-岩作用过程,利用地热温标、硅-焓混合模型等方法计算其热储温度、冷热水混合比例,采用氢氧同位素探明补给来源和补给高程。【结果和结论】结果显示:磨西断裂地热水的水化学类型包括HCO_(3)·Cl-Na型和HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg型。地热水的水化学组分主要受水-岩作用(泥盆系大理岩方解石矿物溶解)影响,其中HCO_(3)·Cl-Na型地热水在磨西断裂深部受岩浆水混合和CO_(2)脱气作用影响。HCO_(3)·Cl-Na型地热水热储温度较高(159.16~228.57℃),沿磨西断裂循环深度较大;HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg型地热水的热储温度较低(111.02~138.04℃),沿次级构造草科断裂运移,循环深度较小。地热水的补给来源均为大气降水和深部岩浆水,补给区为湾东地热区西部贡嘎山,补给高程在2 382~2 981 m。本次研究探明了湾东地热区存在2种不同成因模式,其水化学特征和热储温度差异显著,可为该区地热能开发提供更具针对性的理论依据。

海南省陵水县高峰地热田水文地球化学特征与成因分析

利用研究区水化学、同位素和地温场数据,分析浅层地下冷水、地表水和地热水的水化学特征、地热水的补给来源和年龄,估算地热水的热储温度、冷水混入比例和循环深度。结果表明:高峰地热田地热水为溶滤型陆相沉积水,补给来源为大气降水,补给高程介于1133~1215.8 m之间。热源为大地热流,大气降水入渗沿断裂带深循环运移,在大地热流背景下,不断被加热,形成高温地热水,赋存于裂隙发育的构造破碎带,热储沿断裂带展布,呈带状。地热水主要在F1、F2断裂带交汇处附近沿断裂作垂向上涌。在上涌的过程中混入冷水而降温,以自流热水井或热泉的形式排泄于地表。地热水的水化学类型有Cl-Na型、Cl∙HCO_(3)-Na型和Cl∙HCO_(3)∙SO_(4)-Na型;地热水中Cl^(-)和Na^(+)含量最高,反映其具有深部高温热水来源的特征;热水中的Sr、Na^(+)、Li^(+)、Mg^(2+)、Br、K^(+)与Cl^(-)具有显著相关性,说明了Sr、Na^(+)、Li^(+)、Mg^(2+)、Br、K^(+)与Cl^(-)具有相同的来源。热水中偏硅酸和氟含量均达到理疗热矿水水质标准,称为氟硅理疗热矿水。地热水样品3H含量小于2 TU,属于1953年以前形成的“古水”,14C测年测定年龄介于9530~10830 a之间,利用Vogel校正模型得出14C测年校正年龄介于8462~9802 a之间。利用硅-焓模型图解法分析得出地热水中混入冷水比例为0.82。利用多矿物平衡图解法、SiO_(2)地热温标法估算地热水的热储温度为154℃。地热水的循环深度为3705 m。通过地温场特征分析,得出测温曲线斜率突变处构造裂隙发育,岩性破碎,透水性好,为良好的热储场所,对流活动较恒温段强烈,高峰地热田属中低温对流型地热系统。

四川白玉县拉龙措温泉水文地球化学特征及热水来源

拉龙措温泉位于白玉县拉龙措国家湿地公园,其开发有利于提升旅游品质与环境保护。本文通过采集温泉水样2组,以水化学、同位素、地热温标等研究方法,分析拉龙措温泉的水文地球化学特征、补给来源、热储温度以及循环深度等。研究显示:拉龙措天然温度为71~73℃,p H值为6.35~6.22,TDS值范围为916~957 mg/L,水化学类型为HCO_(3)^(-)—Na型,属于未成熟水,补给来源主要为北侧与东侧高程4539~4702 m处的大气降水和冰雪融水。利用二氧化硅地热温标法和硅-焓图解法分别计算出浅部冷水混合后热储温度75.3~120.9℃,深部热储温度154.2~194.4℃,冷水混合比例66.44%~73.12%,深部循环深度为3072~3876 m,浅部冷水混合后热储温度75.3~120.9℃,循环深度为1496~2406 m。本文研究成果有望为拉龙措温泉资源的开发利用提供有力支撑。

秦岭山前眉县低温地热水及伴生氦气成因机制

秦岭山前眉县地热水资源丰富,伴生气中氦气丰度较高,专门针对该区地热流体特征及成因的研究尚未开展。通过对地热流体的化学组分、同位素地球化学分析,结合区域构造断裂分析地热流体特征及成因机制。研究发现:地热水矿化度为638.96~1026.83 mg/L,水化学类型为HCO_(3)-Na型;地热水变质程度低,属于未平衡或部分平衡水,溶质主要来自硅酸盐类岩石风化;地热水δD为-77.3‰~-70.8‰,δ^(18)O为-10.9‰~-9.8‰,均位于大气降水线附近;地热水平均补给高程约为1030 m,补给水源温度4.9~7.0℃,最大循环深度约为3200 m。地热水伴生气以氮气为主,烃类气体含量低,氦气丰度相对较高;地热水伴生气中甲烷δ^(13)C平均值为-52.8‰,δD平均值为-247‰,伴生气具有较小的R/Ra值和较大的^(4)He/^(20)Ne值。研究揭示:秦岭山区的大气降水通过大断裂及其次生断裂下渗并储存于断裂裂隙和砂岩孔隙中,经地温加热后形成地热水;地热水水源近且充足,封闭性差,循环速度快且深度浅,是秦岭山前眉县地热水低温量大的主要原因;地热水伴生气中的氦主要来自壳源,由地壳岩石中铀、钍元素放射性衰变形成。研究成果为开发利用秦岭山前眉县地区的地热资源提供了重要的地球化学证据。

江西洪江—钱山断裂带中低温高氟地热水水文地球化学特征与成因机制

江西洪江—钱山断裂沿线中低温地热资源较为丰富,但地热水中氟离子浓度较高,长期使用影响人体健康,探究高氟地热水循环演化机制对合理开发、利用区域地热资源具有重要意义。前人针对本区域地热水的研究仅局限于单一地热田水文地球化学特征分析,未系统分析区域尺度高氟地热水水文地球化学特征和成因机制。为揭示研究区高氟地热水成因机制,本文在洪江—钱山断裂共采集20组水样,基于水化学和氢氧同位素测试结果,结合地热水分布规律及其水文地球化学特征,应用水文地球化学图解法和离子比例关系法探究深大断裂沿线中低温高氟地热水循环演化机制和成藏模式。结果表明:研究区地表水、地下水和地热水中阳离子以钙离子和钠离子为主,阴离子以重碳酸盐为主,水体呈碱性,高氟水主要存在于HCO_(3)-Na型地热水中,氟浓度超过国家标准2~12倍,地表水和地下水中氟含量均未超标。地热水主要接受大气降水补给,补给高程为797~2186m,循环深度为893~1893m,基于石英温标估算热储温度为79.4~113.1℃。高氟地热水化学特征受多种水文地球化学作用叠加影响,富氟矿物风化、溶解是高氟地热水中氟的主要来源,碱性地热水环境和阳离子交换作用也间接影响氟富集过程。

河北平泉低温地热资源水文地球化学特征及成因

河北承德地热资源丰富,然而平泉地区地热资源的研究几乎处于空白状态,从水化学角度系统研究地热水的演化机理,对该地区地热资源的开发利用具有重要意义。根据地热水和冷水的水质指标,运用离子比率、同位素分析、地球化学温标以及硅-焓模型等方法,圈定地热水的水化学特征、分析地热水的储存条件和补给来源、定量评估研究区热储温度、冷水混合比例和循环深度。结果表明:该区地热水的水化学类型为HCO3-Ca·Mg;地热水的补给来源是大气降水,其为古地下水和现代水的混合产物,经历深循环且循环速度较慢;该区的热储温度介于65.9~74.5℃之间,冷水混合比例为79%,未混入冷水时深部热储温度为125℃。该区地热水接受大气降水补给,沿风化裂隙和断裂进入地下深部,在大地热流背景下不断被加热,赋存于裂隙发育的断裂破碎带中,在静水压力和热动力驱动下沿断裂破碎带和岩性接触带上升,在浅部与冷水混合,形成低温地热资源。

河北承德地区地下热水地球化学特征及热储温标应用

在河北省承德地区采用水化学分析、特征系数、同位素分析的方法研究了其地下热水的地球化学特征。结果显示,地下热水为微咸水、呈微碱性,水化学类型以Na-SO_(4)-HCO_(3)为主,富含F和偏硅酸等特殊组分,且温度越高,地热流体中SiO_(2)含量越多。地下热水特征系数表明地下热水受到浅部或地表水的影响,封闭条件差,还原作用不彻底,地层水的浓缩程度较低。地下热水的氢氧同位素特征表明补给来源主要为大气降雨;根据Na-K-Mg三角图,大部分水样点落于部分平衡区,热储温度为94℃~158℃,属于中低温水热型资源。

浅层地温能岩土热物理性质及地温场特征——以山东省莒县为例

本文以山东莒县为例,采用野外调查、岩土样品热物理测试、水样测试、现场热响应试验、地温监测的方法,利用现场数据及实验室测试数据,总结了莒县浅层地温能不同岩土体热物理参数特征,岩土体的热扩散率、比热容与其密度呈负相关性,导热系数与其密度呈正相关性。浅层地热水与岩石之间的化学作用没有达到平衡状态,水-岩反应微弱。浅层地温空间分布特征为北部第四系厚度较大,地温较高,西南部以红土崖组和田家楼组为主则地温较低。对莒县浅层地温能换热方式适宜性评价及概算浅层地温能资源量提供了依据,对于地源热泵系统的设计和运行具有重要的参考价值。

京北地区热水水文地球化学特征与地热系统的成因模式

京北地热田包括小汤山和沙河2个次级地热田,呈三角形展布,东南部边界为黄庄-高丽营断裂,西南部边界为南口-孙河断裂,北部边界为阿苏卫-小汤山断裂。热储层为蓟县系雾迷山组、铁岭组和寒武系—奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层,热储盖层为青白口系页岩、石炭系—二叠系砂页岩和侏罗系火山岩隔水层。该地热田地温场的平面特征是在小汤山镇和汤11井区出现2个高温区;垂向特征是随埋深加大,地温升高,但热储层内垂向增温率较低,热储盖层垂向增温率较高。该区雨水、地下冷水和热水的氢氧同位素组成基本上都落在克雷格降水线上,表明区内热水来源于大气降水。在地下水化学三线图解中,该区热水位于城区热水的下方,说明京北热水比城区热水更靠近冷水补给区。热水的3H值表现出北高南低的特点,14C年龄也由北往南逐渐增大,说明热水自北向南流动。由此认为,由北部山区渗入地下的大气降水,经小汤山以北的十三陵—桃峪口岩溶水分布区,跨过阿苏卫-小汤山断裂后发生深循环并被地热加温,流入京北地区后在该地区赋存,形成热田。根据上述特征,建立了京北地热田地热系统的成因模式并定义为京北中低温对流型地热系统。

井孔水温异常与2007年宁洱6．4级地震关系分析

井孔水温观测是地热观测网中主要的地震前兆观测方法。2007年宁洱6．4级地震前云南地区出现了群体性水温异常变化，包括中期趋势异常、短期异常和短临异常，短临异常出现在震前2个月以内，多数表现为温度升高，异常变化幅度在0．005～0．25℃之间；短期异常多数为震前温度下降，变化幅度在0．01～0．04℃之间；中期趋势异常中，既有上升型异常，也有上升转折型异常，变化幅度在0．03-0．4℃之间。这种配套性前兆异常有利于震前异常的识别和地震预测意见的提出。

新疆曲曼高温地热田水文地球化学特征研究

介绍了新疆曲曼高温地热田的地热地质背景,利用水质测试结果分析了地热田及其邻区一带地热水、浅表冷水及冷-热过渡水的基本化学组分和地热水标性组分特征,并研究了热水化学组分来源及其运移规律。在此基础上分析了深部热储的水岩平衡状态,计算了热储温度。研究表明:地热水的化学成分以Na^+、Cl^-和SO_4^(2-)为主,Ca^(2+)和HCO_3^-次之,为典型的高温地热流体化学类型;地热流体在热田中部呈垂向上涌,在热田南部、东部及北部地热流体经深部垂向上涌后发生了明显的侧向径流;曲曼地热田深部热储为还原环境,渗透性较强,具中强的地热活动背景,计算热储温度在114~186℃之间,温度背景中等偏高。

藏北温泉盆地地热田水文地球化学特征研究

藏北温泉盆地地热资源丰富,但研究程度较低。为查明温泉盆地地热资源赋存状态及热源来源,揭示热循环机理,定量评估研究区热储温度、冷水混入比例、热循环深度等,利用温泉盆地地热田共18组温泉水样进行水化学分析,进行定量计算。结果表明:温泉盆地温泉水水化学类型主要为Ca-HCO3·SO4型。温泉盆地地下热水在向上运移过程中,受浅层地下水的混合作用影响,使得热水变为“未成熟水”。温泉水中文石、方解石等钙质热液的饱和度指数大于0。热储温度60.93~96.52℃,热循环深度3238.06~5215.28 m,冷水混入比例在20.97%~70.19%之间。硅-焓模型计算出未混入冷水时深部热储温度在81.94~167.26℃之间,热储循环深度4405.56~9145.56 m。

咸阳地热田钻孔温度测量及水动力系统

地热田温度场分析，不仅为地热田类型划分和热源机理研究提供科学根据，而且可以为确定地热田有利开采区域和深度提供直接依据。本文报道了咸阳地热田13口钻孔的系统（准）稳态测温数据，对研究区温度的垂向分布特征做了初步分析，并据此划分了地热田水动力系统。结果表明，咸阳地热田属于以传导为主的沉积盆地型地热田，地温梯度为26．2～40．1℃／km，平均为32．4℃／km。然而，与典型的传导型地热田相比，咸阳地热田的地温场特征又存在特殊性，表现为钻孔温度-深度曲线分段性明显：浅部受地表水流动对温度场的影响，地温曲线呈现出锯齿形波动；钻孔中上部受地表水和深部水热活动影响较小，温度曲线为传导性地热特征；井孔中下部测温曲线明显“下凹”，揭示了地下水沿渭河断裂侧向补给的同时使地层温度降低；井孔下部温度随深度异常增大，表明存在异常压力流体封存箱。测温资料揭示了咸阳地热田水动力系统在垂向上存在多层结构：浅部为垂向重力驱动型，中上部为正常压实型，中下部为侧向重力驱动型，下部为封闭型。基于咸阳地热田水动力系统的多层结构，建议将各系统赋存的地热资源分别进行规划和开发。

北京开凿出最热的地热井

1998年，在北京西南四环拐角之内的宝隆温泉公寓，开凿出了目前北京地区最热的地热井。井深3608．88m，出水温度88℃，水量2163m^3／d。北京地热的开发对填补平原区基岩地质研究的空白和促进首都经济的发展意义重大。

模拟地热水温度对镀锌钢管腐蚀与结垢的影响

针对地热水环境中金属管道常见的腐蚀与结垢问题,采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪等研究了不同温度的模拟地热水中镀锌钢管的腐蚀与结垢行为.结果表明:实验前期镀锌钢管的表面出现两种形貌("球"状和"针"状),不同温度的地热水中腐蚀与结垢产物的晶体形状不同,产物成分主要为Zn(OH)2,ZnO,CaCO3和MgCO3;镀锌钢管表面产物的分布对镀锌钢管在模拟地热水中的进一步腐蚀有一定程度的抑制;50℃地热水中的镀锌钢管表面的腐蚀坑面积较小,而在65℃和80℃地热水中腐蚀坑面积较大,镀锌钢管的腐蚀与结垢速度随地热水温度的升高而增大.

青海贵德盆地高砷低温地热水水化学特征

文章以青海贵德盆地为研究区,在分析研究区水文地质条件基础上,采集21组水样,进行了常规化学组分、砷及氢氧同位素的分析。结果表明:(1)高砷低温地热水的水温由于受到中生代印支期花岗岩岩浆余热通过基底隐伏断裂供给的影响,达到16.3～68.5℃,远高于盆地多年平均气温,其砷含量在10.4～35.4μg/L,主要赋存于新近系贵德群承压自流水中;(2)盆地高砷地热水的pH较高,均大于8.2,氧化还原电位显示负值,为还原环境,水化学类型复杂,占主导的阳离子是(Na++K+)和Ca2+,阴离子是HCO3-;(3)高砷地热水δ18O和δD的范围分别为-10.90‰～-12.32‰和-70.1‰～-84.4‰,氘盈余(d)值为12.78‰～15.02‰,说明主要接受大气降水补给;(4)相较于内蒙河套平原高砷地下水和云南腾冲地区高砷高温地下水,贵德盆地高砷低温地热水也赋存于碱性还原环境,但TDS较低,水化学类型不同,这与当地的地质背景有关;(5)盆地的地热异常不仅促进了地下水中砷水平和垂直迁移,与高温伴生的偏碱性的还原环境也加剧了地热水中砷的释放,最终导致水中砷浓度增加。

天津市深层基岩地下热水系统数值模拟中若干问题的处理

天津市基岩地下热水具有密度随温度变化显著、存在水岩之间热交换的特点 ,采用适合于描述深层地下热水水流和热量运移的压力场和温度场控制方程 ,通过对渗流场、边界条件的合理概化和对初始条件、热储层缺失区域及倾斜断层等的合理处理 ,使所建立的三维数值模型变得更为有效和实用 .

徐州三河尖矿深井高温热害机制研究

徐州三河尖矿是国内高温热害最严重的矿井之一，-700m水平以下的岩温高达40℃以上，巷道气温达到33℃～34℃，其高地温异常机制已经引起专家学者们的高度关注。目前关于三河尖矿热害机制的研究主要集中在岩浆活动和地质构造2个方面，有关高温地下水对地温场影响的研究至今尚未报道。首先对三河尖矿21102工作面奥陶水突水机制进行分析，对高温奥陶水上涌引起地温场变化的规律进行数值模拟，在此基础上，对三河尖矿地温场进行区划分析，提出相应的降温措施。研究表明：（1）三河尖矿高温奥陶水上涌对地温场产生重要影响，是该矿高温热害的主要原因之一；（2）三河尖矿高温奥陶水的导水通道为孙氏店断层，补给水源来自滕县背斜轴部的奥陶系隐伏露头区域，补给端与涌出端的水头差高达795m，为高温奥陶水的上涌提供了动力；（3）当高温奥陶水沿破碎带上涌的过程中，引起地层温度不同程度升高，地层埋深越浅，地温升高程度越大，即升温指数与地层埋深呈负相关；（4）将奥陶水上涌后的地温场划分为Ⅱa（37℃～45℃），Ⅱh（45℃～50℃），Ⅱc（50℃～55℃）三类热害区。研究结果对于三河尖矿高温热害控制具有重要的理论意义和实用价值。