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2023年 48卷 第3期
2023, 48(3): 835-856.
doi: 10.3799/dqkx.2022.297
摘要
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摘要:
地热能是前景可期的清洁能源，深层地热能已被世界各国广泛关注和重点研究.现今地壳热状态是岩石圈热演化的最终结果，主要受最新一期构造‒热事件的影响.研究挽近重大构造‒热事件对地壳热状态的影响对深入理解及勘探深层地热能具有重要科学意义和应用价值.本文收集整理了国内外大量文献和资料，归纳阐述了挽近时期重大构造‒热事件如地幔柱、断层活动、岩石圈伸展及火山活动对深层地热能的潜在影响.结合我国的研究背景，指出了待解决的科学问题，强调深部动力学过程对浅部热结构研究的重要性，为未来深层地热资源勘查开发提供了理论依据.
地热能是前景可期的清洁能源，深层地热能已被世界各国广泛关注和重点研究.现今地壳热状态是岩石圈热演化的最终结果，主要受最新一期构造‒热事件的影响.研究挽近重大构造‒热事件对地壳热状态的影响对深入理解及勘探深层地热能具有重要科学意义和应用价值.本文收集整理了国内外大量文献和资料，归纳阐述了挽近时期重大构造‒热事件如地幔柱、断层活动、岩石圈伸展及火山活动对深层地热能的潜在影响.结合我国的研究背景，指出了待解决的科学问题，强调深部动力学过程对浅部热结构研究的重要性，为未来深层地热资源勘查开发提供了理论依据.
2023, 48(3): 857-877.
doi: 10.3799/dqkx.2022.351
摘要:
干热岩是指地下高温但由于低孔隙度和渗透率而缺少流体的岩石（体），储存于干热岩中的热量需要通过人工压裂形成增强地热系统（EGS）才能得以开采，赋存于干热岩中在当前技术经济条件下可以开采的地热能被称为干热岩型地热资源，它是人类未来的重要替代新能源之一.干热岩的研究始于20世纪70年代，经过近50年的不断发展，干热岩在理论和实践两方面都有了长足发展，美国、日本、法国、德国、澳大利亚等发达国家相继投入巨资进行干热岩勘查、评价和开发实验，并且初步形成了商业开发的成功范例.实践表明，干热岩地热资源是深层地热能的一部分，往往与高温水热系统共热源且存在共生关系，但其地质条件复杂，开采难度较大，应倡导“深层地热能”和“广义EGS”概念，即按照EGS技术着眼深层水热型和干热岩型地热能整体开发.为了克服诱发地震等环境安全问题，干热岩压裂造储技术研发方向正在从“刚性造储”向“柔性造储”发展.近几年来，我国分别在青海、西藏、四川、福建、广东、湖南、黑龙江、海南等高热流区域进行了干热岩地质勘查，并在青海共和、山东利津、广东惠州、四川康定、冀东马头营和琼北等地相继开展了干热岩初步钻探，但仅在青海共和的干热岩勘探与开发实验中取得突破.综合考虑全球高温地热带分布和中国陆区板块构造背景、现今大地热流分布格局、岩石圈热结构、Moho面深度及壳内热源、新生代火山活动、温泉分布、深大断裂分布与活动性，以及现有干热岩勘查结果，认为当前中国陆区最具前景的干热岩勘探靶区为东北新生代火山活动区、海南岛及雷州半岛和滇藏川地区——青藏高原东构造结.此外，高热背景条件下的中厚层碳酸盐岩应作为深层地热能开采的重点目标储层.
干热岩是指地下高温但由于低孔隙度和渗透率而缺少流体的岩石（体），储存于干热岩中的热量需要通过人工压裂形成增强地热系统（EGS）才能得以开采，赋存于干热岩中在当前技术经济条件下可以开采的地热能被称为干热岩型地热资源，它是人类未来的重要替代新能源之一.干热岩的研究始于20世纪70年代，经过近50年的不断发展，干热岩在理论和实践两方面都有了长足发展，美国、日本、法国、德国、澳大利亚等发达国家相继投入巨资进行干热岩勘查、评价和开发实验，并且初步形成了商业开发的成功范例.实践表明，干热岩地热资源是深层地热能的一部分，往往与高温水热系统共热源且存在共生关系，但其地质条件复杂，开采难度较大，应倡导“深层地热能”和“广义EGS”概念，即按照EGS技术着眼深层水热型和干热岩型地热能整体开发.为了克服诱发地震等环境安全问题，干热岩压裂造储技术研发方向正在从“刚性造储”向“柔性造储”发展.近几年来，我国分别在青海、西藏、四川、福建、广东、湖南、黑龙江、海南等高热流区域进行了干热岩地质勘查，并在青海共和、山东利津、广东惠州、四川康定、冀东马头营和琼北等地相继开展了干热岩初步钻探，但仅在青海共和的干热岩勘探与开发实验中取得突破.综合考虑全球高温地热带分布和中国陆区板块构造背景、现今大地热流分布格局、岩石圈热结构、Moho面深度及壳内热源、新生代火山活动、温泉分布、深大断裂分布与活动性，以及现有干热岩勘查结果，认为当前中国陆区最具前景的干热岩勘探靶区为东北新生代火山活动区、海南岛及雷州半岛和滇藏川地区——青藏高原东构造结.此外，高热背景条件下的中厚层碳酸盐岩应作为深层地热能开采的重点目标储层.
2023, 48(3): 878-893.
doi: 10.3799/dqkx.2022.235
摘要:
硼是高温地热流体中典型的特征元素之一，探讨其物质来源和富集规律，对认识地热系统的形成与演化以及地热资源的合理开发具有重要的指导意义.同时，硼也是一种典型的有害元素，伴随地热流体排放到地表后，会对地热区及周边环境造成严重的负面效应.近年来，在高温地热资源正在被大规模开发利用的背景下，高温地热流中硼的地球化学起源及其环境效应研究已引起国内外相关学者的广泛关注.本文综述了高温地热流体中硼的地球化学特征、物质来源以及环境地质效应，在此基础上总结了后期需要进一步加强的方向，以期为地热资源的合理开采、地热田周边地区的环境保护提供借鉴思路和指导作用.
硼是高温地热流体中典型的特征元素之一，探讨其物质来源和富集规律，对认识地热系统的形成与演化以及地热资源的合理开发具有重要的指导意义.同时，硼也是一种典型的有害元素，伴随地热流体排放到地表后，会对地热区及周边环境造成严重的负面效应.近年来，在高温地热资源正在被大规模开发利用的背景下，高温地热流中硼的地球化学起源及其环境效应研究已引起国内外相关学者的广泛关注.本文综述了高温地热流体中硼的地球化学特征、物质来源以及环境地质效应，在此基础上总结了后期需要进一步加强的方向，以期为地热资源的合理开采、地热田周边地区的环境保护提供借鉴思路和指导作用.
2023, 48(3): 894-907.
doi: 10.3799/dqkx.2022.222
摘要:
广东神灶温泉出露于海水之中，揭示其流体循环机制对地热资源的可持续开发利用具有重要意义.通过采集神灶温泉区地热水、地热气体和海水样品，测试其流体地球化学组成及主要同位素组成，得到以下认识：神灶温泉水化学类型为Cl-Na-Ca型，主要由大气降水补给；水中盐分主要来自硅酸盐矿物溶解和现代海水混入，海水混入比例为29%~32%.利用化学温度计估算热储温度为130 ℃，地热水循环深度约4 km.地热气体以大气起源N2为主要组分，CO2、CH4为壳内有机沉积物的热变质产物.此外，He同位素指示幔源组分占比不足5%，研究区大地热流值为67~69 mW/m2.综上，神灶温泉区是以壳内放射性生热为主要热源的中温对流型地热系统.
广东神灶温泉出露于海水之中，揭示其流体循环机制对地热资源的可持续开发利用具有重要意义.通过采集神灶温泉区地热水、地热气体和海水样品，测试其流体地球化学组成及主要同位素组成，得到以下认识：神灶温泉水化学类型为Cl-Na-Ca型，主要由大气降水补给；水中盐分主要来自硅酸盐矿物溶解和现代海水混入，海水混入比例为29%~32%.利用化学温度计估算热储温度为130 ℃，地热水循环深度约4 km.地热气体以大气起源N2为主要组分，CO2、CH4为壳内有机沉积物的热变质产物.此外，He同位素指示幔源组分占比不足5%，研究区大地热流值为67~69 mW/m2.综上，神灶温泉区是以壳内放射性生热为主要热源的中温对流型地热系统.
2023, 48(3): 908-922.
doi: 10.3799/dqkx.2022.323
摘要:
施甸中‒低温地热系统是滇‒藏‒川地热带的重要组成部分，强烈的构造运动使该地热系统热储结构复杂，当前对其地热水地球化学过程研究程度很低.通过分析施甸地热水中稀土元素(REEs)的地球化学行为，本文旨在揭示碳酸盐岩热储内的主导性水文地球化学过程.结果表明，施甸地热水大部分富集LREEs，显示其对围岩REEs特征的继承.地热水也表现出Ce、Eu和Y异常，其中Ce负异常因继承碳酸盐岩Ce负异常或保留地热水古氧化环境特征而形成，Eu正异常源于地热水对长石类矿物的溶解，Y正异常则是地热水运移过程中其中的Ho受碳酸盐矿物优先吸附造成.PHREEQC计算表明施甸地热水中REEs的主要形态为LnCO3+和Ln(CO3)2‒，在同一水样中，LnCO3+含量随原子系数增加依次递减，而Ln(CO3)2-则依次递增.此外，地热水中还存在少量Ln3+、LnF2+、LnHCO32+和LnSO4+，其含量均随原子系数增加依次减小，受地热水pH和F-、HCO3-、SO42-含量共同控制.REEs分析可为地热水地球化学过程研究提供重要证据.
施甸中‒低温地热系统是滇‒藏‒川地热带的重要组成部分，强烈的构造运动使该地热系统热储结构复杂，当前对其地热水地球化学过程研究程度很低.通过分析施甸地热水中稀土元素(REEs)的地球化学行为，本文旨在揭示碳酸盐岩热储内的主导性水文地球化学过程.结果表明，施甸地热水大部分富集LREEs，显示其对围岩REEs特征的继承.地热水也表现出Ce、Eu和Y异常，其中Ce负异常因继承碳酸盐岩Ce负异常或保留地热水古氧化环境特征而形成，Eu正异常源于地热水对长石类矿物的溶解，Y正异常则是地热水运移过程中其中的Ho受碳酸盐矿物优先吸附造成.PHREEQC计算表明施甸地热水中REEs的主要形态为LnCO3+和Ln(CO3)2‒，在同一水样中，LnCO3+含量随原子系数增加依次递减，而Ln(CO3)2-则依次递增.此外，地热水中还存在少量Ln3+、LnF2+、LnHCO32+和LnSO4+，其含量均随原子系数增加依次减小，受地热水pH和F-、HCO3-、SO42-含量共同控制.REEs分析可为地热水地球化学过程研究提供重要证据.
2023, 48(3): 923-934.
doi: 10.3799/dqkx.2022.164
摘要:
高温地热生产井碳酸钙结垢定量评价涉及到复杂的物理和化学过程，其中井筒中的两相流研究是评价的基础.本文首先基于质量守恒、能量守恒和动量守恒方程，建立了CO2-H2O体系井筒两相相变稳定流动模型，提出了稳健的求解方法，并验证了其计算结果的可靠性.然后，在西藏羊八井地热田典型井开展了静止和放喷状态下的井筒中的温度和压力测试，并结合放喷试验，采用开发的模型成功评价了高温地热生产井筒两相流动过程.结果显示：气相和液相之间的速度差对井筒中温度和压力的分布有决定性的影响，不考虑气相和液体之间的速度差，会使模型计算结果远远偏离测量值.在开采速率19.10 kg/s的条件下，计算的井口温度和压力分别约为128 ℃和2.6 bar；井口的气相质量分数在6%~7%之间，对应的井口气相饱和度约为0.84；从闪蒸点往上大概20~30 m气相和液相中CO2质量分数变化较为剧烈，也是碳酸钙结垢严重井段.
高温地热生产井碳酸钙结垢定量评价涉及到复杂的物理和化学过程，其中井筒中的两相流研究是评价的基础.本文首先基于质量守恒、能量守恒和动量守恒方程，建立了CO2-H2O体系井筒两相相变稳定流动模型，提出了稳健的求解方法，并验证了其计算结果的可靠性.然后，在西藏羊八井地热田典型井开展了静止和放喷状态下的井筒中的温度和压力测试，并结合放喷试验，采用开发的模型成功评价了高温地热生产井筒两相流动过程.结果显示：气相和液相之间的速度差对井筒中温度和压力的分布有决定性的影响，不考虑气相和液体之间的速度差，会使模型计算结果远远偏离测量值.在开采速率19.10 kg/s的条件下，计算的井口温度和压力分别约为128 ℃和2.6 bar；井口的气相质量分数在6%~7%之间，对应的井口气相饱和度约为0.84；从闪蒸点往上大概20~30 m气相和液相中CO2质量分数变化较为剧烈，也是碳酸钙结垢严重井段.
2023, 48(3): 935-945.
doi: 10.3799/dqkx.2022.163
摘要:
高温地热井井筒结垢是地热开发遇到的突出问题之一，其中涉及到复杂的水文地球化学过程.本文首先联合井筒两相流动、水‒气‒结垢物水文地球化学和井壁粘附模型，建立了井筒碳酸钙结垢定量评价的耦合模型.针对西藏羊八井地热田典型井开展了井口取样和分析，结果显示井筒结垢物为碳酸钙，地热流体中碳酸盐矿物过饱和，非凝结气体主要成分是CO2.利用建立的耦合模型及实测流体数据，定量评价了井筒碳酸钙的结垢位置和速率，并给出了其在井筒中的结垢形状.CO2分压对碳酸钙的析出有控制性的作用，最大结垢厚度位置发生在闪蒸面以上10~20 m位置，持续1年的开采最大结垢厚度在考虑井筒粘附动力学时为14~25 mm，假设完全粘附条件下为200 mm.流体中CO2含量越高，结垢厚度也越大.
高温地热井井筒结垢是地热开发遇到的突出问题之一，其中涉及到复杂的水文地球化学过程.本文首先联合井筒两相流动、水‒气‒结垢物水文地球化学和井壁粘附模型，建立了井筒碳酸钙结垢定量评价的耦合模型.针对西藏羊八井地热田典型井开展了井口取样和分析，结果显示井筒结垢物为碳酸钙，地热流体中碳酸盐矿物过饱和，非凝结气体主要成分是CO2.利用建立的耦合模型及实测流体数据，定量评价了井筒碳酸钙的结垢位置和速率，并给出了其在井筒中的结垢形状.CO2分压对碳酸钙的析出有控制性的作用，最大结垢厚度位置发生在闪蒸面以上10~20 m位置，持续1年的开采最大结垢厚度在考虑井筒粘附动力学时为14~25 mm，假设完全粘附条件下为200 mm.流体中CO2含量越高，结垢厚度也越大.
2023, 48(3): 946-957.
doi: 10.3799/dqkx.2022.310
摘要:
锑为典型有害元素，地热成因锑是天然水环境中溶解态锑的重要来源，富锑热泉排泄的负面环境效应不容忽视.本文在藏南和滇西选择典型地热区，分析了热泉中锑的形态分布及其地球化学成因.总体上，研究区排泄的地热水具有远高于天然水环境背景值的锑含量，最高可达2 128.7 μg/L.水文地球化学计算表明热泉中锑的主要存在形态为锑酸盐和亚锑酸盐，但部分热泉样品中硫代锑占总锑百分比可高达35%.硫化物浓度、S（-Ⅱ）/Sb摩尔比，以及砷锑之间的竞争巯基化作用是影响热泉中硫代锑含量的关键因素.在本研究所涉及地热系统中，西藏玛旁雍错曲色涌巴、门士、莫落江为岩浆热源型地热系统，其地热水中锑源自高温条件下热储围岩淋滤和作为热源的岩浆房所释出流体的输入，西藏曲卓木、朗久与云南邦腊掌则属于非岩浆热源型地热系统，其热泉中的锑主要来源于地热水‒围岩矿物相互作用.
锑为典型有害元素，地热成因锑是天然水环境中溶解态锑的重要来源，富锑热泉排泄的负面环境效应不容忽视.本文在藏南和滇西选择典型地热区，分析了热泉中锑的形态分布及其地球化学成因.总体上，研究区排泄的地热水具有远高于天然水环境背景值的锑含量，最高可达2 128.7 μg/L.水文地球化学计算表明热泉中锑的主要存在形态为锑酸盐和亚锑酸盐，但部分热泉样品中硫代锑占总锑百分比可高达35%.硫化物浓度、S（-Ⅱ）/Sb摩尔比，以及砷锑之间的竞争巯基化作用是影响热泉中硫代锑含量的关键因素.在本研究所涉及地热系统中，西藏玛旁雍错曲色涌巴、门士、莫落江为岩浆热源型地热系统，其地热水中锑源自高温条件下热储围岩淋滤和作为热源的岩浆房所释出流体的输入，西藏曲卓木、朗久与云南邦腊掌则属于非岩浆热源型地热系统，其热泉中的锑主要来源于地热水‒围岩矿物相互作用.
2023, 48(3): 958-972.
doi: 10.3799/dqkx.2022.385
摘要:
地球化学温度计是估算深部热储温度的常用方法，在没有钻孔或钻孔深度未达到地热储层时被广泛使用.但是过去地球化学温度计的计算结果主要用于与井口温度进行对比，而与钻孔实测温度之间的对比研究工作相对较少，这不利于温度计计算结果的可靠性评估.为此，本文选择勘探相对成熟的华北平原冀中坳陷雄安新区的12口地热井开展工作，通过现场水温测定、钻孔地温测量、地热水采集与测试的手段，在水岩相互作用程度判定和矿物化学热力学平衡模拟基础上，利用地球化学温度计估算地热水的热储温度，对比钻孔实测温度和温度计计算结果的误差，进而给出研究区不同热储的最适温度计方法.研究结果表明：（1）研究区内井口温度 < 70 ℃时，井口温度落在热储层顶底板钻孔实际温度的区间范围内.但井口温度超过100 ℃时，受降温、减压、相分离、CO2脱气、SiO2沉淀等因素影响，井口温度明显低于热储层顶板温度，更低于热储层底板温度，在地球化学温度计可靠性评估时需格外注意.（2）蓟县系岩溶热储地热水未达到水岩平衡，阳离子温度计不适用，新近系砂岩热储馆陶组地热水达到部分平衡，阳离子、SiO2温度计均具可行性；针对不同储层，通过与实测温度对比发现玉髓溶解度温度计最适合岩溶热储，平均误差6.2 ℃；Na-K温度计和玉髓温度计最适合砂岩热储，平均误差分别为6.0 ℃和3.4 ℃.（3）在使用地球化学温度计时建议结合地层信息或岩石特征及井口温度进行筛选；在无实测温度情况下，对于同一地质构造单元，可根据不同采样深度的地球化学温度计计算结果了解地下深部温度情况，指导地热资源勘探工作.研究成果对于流体温度计应用及地热资源可持续开发利用具有重要意义.
地球化学温度计是估算深部热储温度的常用方法，在没有钻孔或钻孔深度未达到地热储层时被广泛使用.但是过去地球化学温度计的计算结果主要用于与井口温度进行对比，而与钻孔实测温度之间的对比研究工作相对较少，这不利于温度计计算结果的可靠性评估.为此，本文选择勘探相对成熟的华北平原冀中坳陷雄安新区的12口地热井开展工作，通过现场水温测定、钻孔地温测量、地热水采集与测试的手段，在水岩相互作用程度判定和矿物化学热力学平衡模拟基础上，利用地球化学温度计估算地热水的热储温度，对比钻孔实测温度和温度计计算结果的误差，进而给出研究区不同热储的最适温度计方法.研究结果表明：（1）研究区内井口温度 < 70 ℃时，井口温度落在热储层顶底板钻孔实际温度的区间范围内.但井口温度超过100 ℃时，受降温、减压、相分离、CO2脱气、SiO2沉淀等因素影响，井口温度明显低于热储层顶板温度，更低于热储层底板温度，在地球化学温度计可靠性评估时需格外注意.（2）蓟县系岩溶热储地热水未达到水岩平衡，阳离子温度计不适用，新近系砂岩热储馆陶组地热水达到部分平衡，阳离子、SiO2温度计均具可行性；针对不同储层，通过与实测温度对比发现玉髓溶解度温度计最适合岩溶热储，平均误差6.2 ℃；Na-K温度计和玉髓温度计最适合砂岩热储，平均误差分别为6.0 ℃和3.4 ℃.（3）在使用地球化学温度计时建议结合地层信息或岩石特征及井口温度进行筛选；在无实测温度情况下，对于同一地质构造单元，可根据不同采样深度的地球化学温度计计算结果了解地下深部温度情况，指导地热资源勘探工作.研究成果对于流体温度计应用及地热资源可持续开发利用具有重要意义.
2023, 48(3): 973-987.
doi: 10.3799/dqkx.2022.087
摘要:
地热水地球化学研究对于认识各类水热型地热资源的成因机制有重要意义.以山西忻州盆地为研究区，开展了系统的地球化学研究.结果显示，忻州盆地地热系统的形成与地壳浅部岩浆房和浅部岩石放射性元素衰变热异常无关，而是正常热流背景下地下水深循环的结果.地热水的水化学和氢氧同位素特征均指示区内地热水补给来源于西部云中山区大气降水，大气降水由补给区入渗并向东部忻州盆地运移，循环深度为1 618.3~3 451.5 m，热储温度达48.4~91.8 ℃.地热水上升至第四系孔隙热储后普遍混入浅层地下冷水，最高混合比可达78%.
地热水地球化学研究对于认识各类水热型地热资源的成因机制有重要意义.以山西忻州盆地为研究区，开展了系统的地球化学研究.结果显示，忻州盆地地热系统的形成与地壳浅部岩浆房和浅部岩石放射性元素衰变热异常无关，而是正常热流背景下地下水深循环的结果.地热水的水化学和氢氧同位素特征均指示区内地热水补给来源于西部云中山区大气降水，大气降水由补给区入渗并向东部忻州盆地运移，循环深度为1 618.3~3 451.5 m，热储温度达48.4~91.8 ℃.地热水上升至第四系孔隙热储后普遍混入浅层地下冷水，最高混合比可达78%.
2023, 48(3): 988-1001.
doi: 10.3799/dqkx.2022.070
摘要:
岩石圈热结构是了解大陆岩石圈构造变形及演化等大陆动力学问题的重要基础，更是地热田热源机理研究的核心问题，尤其对于深部地热资源开发具有重要的科学指导意义.沧县隆起中部地热资源丰富，地热地质条件较好，但该地区岩石圈热结构尚不明确，制约着区域地热资源勘查开发.本文以沧县隆起中部献县地热田为研究区，开展了4 000 m深井测温、精细的岩土热物性测试，查明了该区大地热流特征及热结构特征，填补了大地热流测量空白区，建立了研究区岩石圈热结构概念模型，估算了其深部温度及岩石圈厚度.结果表明，献县地热田大地热流值为70.58 mW/m2，居里面埋深约为24 km，莫霍面温度约为749 ℃，热岩石圈厚度约为85~96 km.
岩石圈热结构是了解大陆岩石圈构造变形及演化等大陆动力学问题的重要基础，更是地热田热源机理研究的核心问题，尤其对于深部地热资源开发具有重要的科学指导意义.沧县隆起中部地热资源丰富，地热地质条件较好，但该地区岩石圈热结构尚不明确，制约着区域地热资源勘查开发.本文以沧县隆起中部献县地热田为研究区，开展了4 000 m深井测温、精细的岩土热物性测试，查明了该区大地热流特征及热结构特征，填补了大地热流测量空白区，建立了研究区岩石圈热结构概念模型，估算了其深部温度及岩石圈厚度.结果表明，献县地热田大地热流值为70.58 mW/m2，居里面埋深约为24 km，莫霍面温度约为749 ℃，热岩石圈厚度约为85~96 km.
2023, 48(3): 1002-1013.
doi: 10.3799/dqkx.2022.134
摘要:
英雄岭构造带是柴达木盆地油气最为富集的地区之一，地温场对油气成藏过程有重要影响，也是油田开发工程实施的重要参考.利用试油静温数据，结合激光扫描法开展岩心热导率及放射性生热测试，对研究区地温场进行了研究.英东地区地温梯度为31.8~35.3 ℃/km，平均为33.6 ℃/km，新近系热导率为1.8~2.4 W/m/K，平均为2.07 W/m/K，大地热流值为65~74 mW/m2，平均为69 mW/m2.热流呈“西高东低”特征，昆北、南翼山及一里坪等地热流值超过65 mW/m2，而阿尔金山前、冷湖构造带及涩北等地较低，咸水泉和冷湖等地普遍低于50 mW/m2.新近系实测平均生热率为2.84 μW/m3，对热流的贡献约20%.研究区具有“热壳温幔”特征，其影响因素包括地壳放射性生热、蚀源区高U中酸性侵入岩、印度板块汇聚引起的构造热及热岩石圈厚度较薄等.
英雄岭构造带是柴达木盆地油气最为富集的地区之一，地温场对油气成藏过程有重要影响，也是油田开发工程实施的重要参考.利用试油静温数据，结合激光扫描法开展岩心热导率及放射性生热测试，对研究区地温场进行了研究.英东地区地温梯度为31.8~35.3 ℃/km，平均为33.6 ℃/km，新近系热导率为1.8~2.4 W/m/K，平均为2.07 W/m/K，大地热流值为65~74 mW/m2，平均为69 mW/m2.热流呈“西高东低”特征，昆北、南翼山及一里坪等地热流值超过65 mW/m2，而阿尔金山前、冷湖构造带及涩北等地较低，咸水泉和冷湖等地普遍低于50 mW/m2.新近系实测平均生热率为2.84 μW/m3，对热流的贡献约20%.研究区具有“热壳温幔”特征，其影响因素包括地壳放射性生热、蚀源区高U中酸性侵入岩、印度板块汇聚引起的构造热及热岩石圈厚度较薄等.
2023, 48(3): 1014-1029.
doi: 10.3799/dqkx.2022.150
摘要:
西藏谷露地热田于2020年成功揭露到189.2 ℃的高温地热资源，研究谷露地热田地热地质特征，对西藏地热资源勘查开发和揭示高温地热系统成因机理都具有重要的科学与指导意义.本文以构造地质调查为基础，结合最新物探、钻探、水文资料，通过解析构造‒水‒热循环系统内在联系，总结构造控热规律，并建立了谷露地热田地热系统概念模型.谷露地热田内主要发育N-S向（F1、F3）、E-W向（F2、F4）和NE向3组断裂.大气降水与冰山融水沿盆地西侧九子拉‒桑雄断裂下渗，经深循环加热以盆地西缘F1断裂为导热通道向上运移，由于受到南北两侧F2、F4断裂的阻隔作用，热水在F1和F3断裂组成的“Y”字型断裂系统内汇聚集中，形成热储，并在地表沿NE向和N-S向断裂构成的通道系统中运移排泄；盆地基底花岗岩之上覆盖的泉胶砾岩层对热储起到了良好的隔水保温作用；热田内第四系沉积很薄，热储主要赋存于基岩裂隙中，为基岩裂隙型热储.F1与F3构成的“Y”字型断裂系统是热储赋存的主要场所，谷露地热田地热资源勘查开发要以这两条断裂为重点勘查目标.
西藏谷露地热田于2020年成功揭露到189.2 ℃的高温地热资源，研究谷露地热田地热地质特征，对西藏地热资源勘查开发和揭示高温地热系统成因机理都具有重要的科学与指导意义.本文以构造地质调查为基础，结合最新物探、钻探、水文资料，通过解析构造‒水‒热循环系统内在联系，总结构造控热规律，并建立了谷露地热田地热系统概念模型.谷露地热田内主要发育N-S向（F1、F3）、E-W向（F2、F4）和NE向3组断裂.大气降水与冰山融水沿盆地西侧九子拉‒桑雄断裂下渗，经深循环加热以盆地西缘F1断裂为导热通道向上运移，由于受到南北两侧F2、F4断裂的阻隔作用，热水在F1和F3断裂组成的“Y”字型断裂系统内汇聚集中，形成热储，并在地表沿NE向和N-S向断裂构成的通道系统中运移排泄；盆地基底花岗岩之上覆盖的泉胶砾岩层对热储起到了良好的隔水保温作用；热田内第四系沉积很薄，热储主要赋存于基岩裂隙中，为基岩裂隙型热储.F1与F3构成的“Y”字型断裂系统是热储赋存的主要场所，谷露地热田地热资源勘查开发要以这两条断裂为重点勘查目标.
2023, 48(3): 1030-1039.
doi: 10.3799/dqkx.2022.314
摘要:
为深入了解浙江区域地热背景，本文整理了浙江53眼中深层地热井的连续测温资料，并实测、收集相关岩石热导率数据110组，最终筛选并计算了23个新的大地热流值，取值区间在61.7~87.9 mW/m2，平均值73.7 mW/m2，高于全国均值. 结果表明，在北东向和北西向深大断裂的控制下，形成了浙东北嘉兴‒慈溪‒宁波、浙西南遂昌‒兰溪‒浦江高热流值地热单元和浙中安吉‒新昌‒温岭低热流值地热单元. 上述地热单元的分布与浙江莫霍面、居里面等地壳结构的特征面分布特征基本一致，与浙江大型白垩纪断陷盆地和新生代沉积盆地在空间上吻合度较高，与现代地壳运动和构造活动性密切相关.
为深入了解浙江区域地热背景，本文整理了浙江53眼中深层地热井的连续测温资料，并实测、收集相关岩石热导率数据110组，最终筛选并计算了23个新的大地热流值，取值区间在61.7~87.9 mW/m2，平均值73.7 mW/m2，高于全国均值. 结果表明，在北东向和北西向深大断裂的控制下，形成了浙东北嘉兴‒慈溪‒宁波、浙西南遂昌‒兰溪‒浦江高热流值地热单元和浙中安吉‒新昌‒温岭低热流值地热单元. 上述地热单元的分布与浙江莫霍面、居里面等地壳结构的特征面分布特征基本一致，与浙江大型白垩纪断陷盆地和新生代沉积盆地在空间上吻合度较高，与现代地壳运动和构造活动性密切相关.
2023, 48(3): 1040-1057.
doi: 10.3799/dqkx.2023.044
摘要:
岩石圈热结构的研究不仅可以了解岩石圈深部动力学演化机制，也是含油气区油气资源评价的重要组成部分.由于南黄海盆地生热率数据的匮乏，阻碍了岩石圈热结构的研究进展.本文通过GR（伽马值）-A（岩石生热率）的经验关系，计算了南黄海盆地沉积地层的生热率；在大地热流、地层生热率、南北向贯穿盆地的二维多道地震剖面及OBS2013地壳速度结构剖面的约束下，建立了南黄海盆地地壳生热模型，计算了盆地的岩石圈热结构.岩石圈热结构计算结果表明：（1）南黄海盆地北部坳陷、中部隆起及南部坳陷3个次级单元的平均莫霍面温度依次为602.2±15.25 ℃、592.7±2.56 ℃、650.6±20.24 ℃；（2）平均热岩石圈厚度依次为99.7±2.20 km、101.7±0.51 km、88.2±2.49 km；（3）壳幔热流比分别为0.76±0.02、0.88±0.01、0.71±0.15，具有“冷壳热幔”的特征.研究结果表明，南黄海盆地现今具有与全球新生代拉张构造区相似的较高热流，处于构造活动区向构造稳定区转换的过渡阶段.此外，现今南黄海盆地3个次级单元展现的不同岩石圈热结构特征，可能与印支期至早燕山期扬子块体与华北块体的俯冲碰撞，在苏鲁造山带南侧（现今北部坳陷的位置）形成类前陆盆地的构造背景有关.
岩石圈热结构的研究不仅可以了解岩石圈深部动力学演化机制，也是含油气区油气资源评价的重要组成部分.由于南黄海盆地生热率数据的匮乏，阻碍了岩石圈热结构的研究进展.本文通过GR（伽马值）-A（岩石生热率）的经验关系，计算了南黄海盆地沉积地层的生热率；在大地热流、地层生热率、南北向贯穿盆地的二维多道地震剖面及OBS2013地壳速度结构剖面的约束下，建立了南黄海盆地地壳生热模型，计算了盆地的岩石圈热结构.岩石圈热结构计算结果表明：（1）南黄海盆地北部坳陷、中部隆起及南部坳陷3个次级单元的平均莫霍面温度依次为602.2±15.25 ℃、592.7±2.56 ℃、650.6±20.24 ℃；（2）平均热岩石圈厚度依次为99.7±2.20 km、101.7±0.51 km、88.2±2.49 km；（3）壳幔热流比分别为0.76±0.02、0.88±0.01、0.71±0.15，具有“冷壳热幔”的特征.研究结果表明，南黄海盆地现今具有与全球新生代拉张构造区相似的较高热流，处于构造活动区向构造稳定区转换的过渡阶段.此外，现今南黄海盆地3个次级单元展现的不同岩石圈热结构特征，可能与印支期至早燕山期扬子块体与华北块体的俯冲碰撞，在苏鲁造山带南侧（现今北部坳陷的位置）形成类前陆盆地的构造背景有关.
2023, 48(3): 1058-1079.
doi: 10.3799/dqkx.2022.179
摘要:
松辽盆地具有高大地热流、高地温梯度特点，是我国地热资源有利远景区.前人对松辽盆地干热岩研究取得了系列认识，但部分地热评价中缺乏重要参数（如大地热流、地温梯度），评价数据以收集资料为主，造成预测的地热有利区存在争议.本文通过处理分析大量实测地球物理数据，获得了壳内高导层埋深、居里等温面埋深、莫霍面埋深和中生界基底岩性等分布特征，结合大地热流、地温梯度等信息，利用模糊数学法开展松辽盆地深层地热资源评价，结果表明：松辽盆地深层地热资源具有“中部优、东南部良好、西部和北部差”的分布格局；大庆‒松原和肇东‒哈尔滨是两大深层地热资源有利区，其干热岩总资源量为6.236×1022 J，折合为2.128×1012 tce（吨标准煤当量），指示了深层巨大的干热岩资源潜力.
松辽盆地具有高大地热流、高地温梯度特点，是我国地热资源有利远景区.前人对松辽盆地干热岩研究取得了系列认识，但部分地热评价中缺乏重要参数（如大地热流、地温梯度），评价数据以收集资料为主，造成预测的地热有利区存在争议.本文通过处理分析大量实测地球物理数据，获得了壳内高导层埋深、居里等温面埋深、莫霍面埋深和中生界基底岩性等分布特征，结合大地热流、地温梯度等信息，利用模糊数学法开展松辽盆地深层地热资源评价，结果表明：松辽盆地深层地热资源具有“中部优、东南部良好、西部和北部差”的分布格局；大庆‒松原和肇东‒哈尔滨是两大深层地热资源有利区，其干热岩总资源量为6.236×1022 J，折合为2.128×1012 tce（吨标准煤当量），指示了深层巨大的干热岩资源潜力.
2023, 48(3): 1080-1092.
doi: 10.3799/dqkx.2022.324
摘要:
地热是一种绿色低碳的清洁能源，其规模化开发利用对减少碳排放量与改善大气环境意义重大，为促进中低温水热型地热流体发电技术在实现“双碳”目标中的应用，本文在揭示梁村古潜山潜凸起岩溶热储聚热机制、评价资源潜力的基础上，对10 MW地热电站示范工程的资源保证能力进行了论证.通过地温梯度、大地热流值与构造格架、岩石热导率相关性对比分析，岩溶发育特征、热储富水性与构造、岩性、水动力条件组合关系研究，揭示了梁村古潜山潜凸起岩溶热储的四元聚热机制：一元为华北克拉通破坏、岩石圈减薄导致的高大地热流传导聚热，二元为凸起区高热导率分流聚热，三元为深大断裂带对流聚热，四元为成岩压密水对流聚热；计算出梁村古潜山潜凸起寒武系-奥陶系裂隙岩溶热储中蕴藏的可利用热资源量为2.218 3×1019 J、地热水资源量为6.34×109 m3.在四元聚热驱动下，形成了梁村古潜山潜凸起高地温梯度岩溶热储地热田，其热能量与地热流体资源量满足10 MW地热电站建设需求.
地热是一种绿色低碳的清洁能源，其规模化开发利用对减少碳排放量与改善大气环境意义重大，为促进中低温水热型地热流体发电技术在实现“双碳”目标中的应用，本文在揭示梁村古潜山潜凸起岩溶热储聚热机制、评价资源潜力的基础上，对10 MW地热电站示范工程的资源保证能力进行了论证.通过地温梯度、大地热流值与构造格架、岩石热导率相关性对比分析，岩溶发育特征、热储富水性与构造、岩性、水动力条件组合关系研究，揭示了梁村古潜山潜凸起岩溶热储的四元聚热机制：一元为华北克拉通破坏、岩石圈减薄导致的高大地热流传导聚热，二元为凸起区高热导率分流聚热，三元为深大断裂带对流聚热，四元为成岩压密水对流聚热；计算出梁村古潜山潜凸起寒武系-奥陶系裂隙岩溶热储中蕴藏的可利用热资源量为2.218 3×1019 J、地热水资源量为6.34×109 m3.在四元聚热驱动下，形成了梁村古潜山潜凸起高地温梯度岩溶热储地热田，其热能量与地热流体资源量满足10 MW地热电站建设需求.
2023, 48(3): 1093-1106.
doi: 10.3799/dqkx.2022.200
摘要:
分析地热资源的形成、准确评估地热资源量是实现雄安新区地热资源可持续开发利用、推进碳中和的重要途径之一.本文通过研究雄安新区26口地热勘探井及水质分析、试采试验等数据，对地热田内馆陶组、寒武系、蓟县系雾迷山组、高于庄组热储的空间分布范围及热储特征进行了分析，采用可采系数法和采灌均衡法评价了雄安新区地热资源量.结果表明，采灌均衡法计算的可采资源量和热量远大于开采系数法.采灌均衡法更贴近实际开发条件，且可靠性经过了比拟法验证.采灌均衡条件下全区地热流体可开采资源量为401.77×106 m3/a，地热流体可开采热量为1 013.2×1014 J/a，折合标准煤346.99×104 t/a.以上研究可优化新区地热资源区划，推动“碳达峰、碳中和”目标实现.
分析地热资源的形成、准确评估地热资源量是实现雄安新区地热资源可持续开发利用、推进碳中和的重要途径之一.本文通过研究雄安新区26口地热勘探井及水质分析、试采试验等数据，对地热田内馆陶组、寒武系、蓟县系雾迷山组、高于庄组热储的空间分布范围及热储特征进行了分析，采用可采系数法和采灌均衡法评价了雄安新区地热资源量.结果表明，采灌均衡法计算的可采资源量和热量远大于开采系数法.采灌均衡法更贴近实际开发条件，且可靠性经过了比拟法验证.采灌均衡条件下全区地热流体可开采资源量为401.77×106 m3/a，地热流体可开采热量为1 013.2×1014 J/a，折合标准煤346.99×104 t/a.以上研究可优化新区地热资源区划，推动“碳达峰、碳中和”目标实现.
2023, 48(3): 1107-1117.
doi: 10.3799/dqkx.2022.343
摘要:
传统热储法进行地热资源评价虽简便，但评价结果误差通常较大，本研究以施甸地热田为研究区，基于区内地质和地热地质条件，结合地球物理和钻孔资料，用GMS软件建立了三维地质模型，展示了研究区地热储层和盖层的展布情况.考虑到研究区内地热资源评价参数的差异，按照热储温度将研究区划分为9个子区，结合已建立的三维地质模型计算热储体积，利用改进的热储法来准确、动态评价研究区的地热资源量，计算出研究区地热水中储存的热量为1.38×1017 J，热储岩石中储存的热量为1.49×1019 J，地热资源总量为1.5×1019 J.根据地热水可开采量计算结果，若合理开发利用施甸地热水资源，每年可节约4.36×107 t标准煤.本研究为施甸地热资源的科学、合理评价提供了新的模式.
传统热储法进行地热资源评价虽简便，但评价结果误差通常较大，本研究以施甸地热田为研究区，基于区内地质和地热地质条件，结合地球物理和钻孔资料，用GMS软件建立了三维地质模型，展示了研究区地热储层和盖层的展布情况.考虑到研究区内地热资源评价参数的差异，按照热储温度将研究区划分为9个子区，结合已建立的三维地质模型计算热储体积，利用改进的热储法来准确、动态评价研究区的地热资源量，计算出研究区地热水中储存的热量为1.38×1017 J，热储岩石中储存的热量为1.49×1019 J，地热资源总量为1.5×1019 J.根据地热水可开采量计算结果，若合理开发利用施甸地热水资源，每年可节约4.36×107 t标准煤.本研究为施甸地热资源的科学、合理评价提供了新的模式.
2023, 48(3): 1118-1137.
doi: 10.3799/dqkx.2022.448
摘要:
地热水可更新能力及采灌均衡可持续开采量计算评价是地热能可持续开采的关键核心问题.为更科学地开展评价研究，以菏泽潜凸起岩溶热储地热田为例，以地热水循环富集、开采动态、水化学条件、同位素特征等为主控评价因子，建立评价指标体系，综合评价岩溶热储地热资源可更新能力；提出了地热水采灌均衡——保证地热水量均衡和热能均衡条件下可持续开采量的计算方法，评价了地热田集中开采区采灌均衡条件下地热水的可持续开采量.菏泽潜凸起地热田地热水可更新能力分为强、较强、较差和差4个区.强区分布于地热田东北部靠近梁山和嘉祥补给山区一带；差区分布于地热田中南部定陶‒菏泽城区地热水排泄区一带；补给区和断裂带附近裂隙岩溶发育、富水性较好，远离补给区和断裂带的则岩溶发育度程度差、热储富水性差.集中开采区岩溶地热水采灌均衡条件下可持续开采量为122 600 m3/d，是自然条件下的2.49倍.
地热水可更新能力及采灌均衡可持续开采量计算评价是地热能可持续开采的关键核心问题.为更科学地开展评价研究，以菏泽潜凸起岩溶热储地热田为例，以地热水循环富集、开采动态、水化学条件、同位素特征等为主控评价因子，建立评价指标体系，综合评价岩溶热储地热资源可更新能力；提出了地热水采灌均衡——保证地热水量均衡和热能均衡条件下可持续开采量的计算方法，评价了地热田集中开采区采灌均衡条件下地热水的可持续开采量.菏泽潜凸起地热田地热水可更新能力分为强、较强、较差和差4个区.强区分布于地热田东北部靠近梁山和嘉祥补给山区一带；差区分布于地热田中南部定陶‒菏泽城区地热水排泄区一带；补给区和断裂带附近裂隙岩溶发育、富水性较好，远离补给区和断裂带的则岩溶发育度程度差、热储富水性差.集中开采区岩溶地热水采灌均衡条件下可持续开采量为122 600 m3/d，是自然条件下的2.49倍.
2023, 48(3): 1138-1145.
doi: 10.3799/dqkx.2022.250
摘要:
地热水中的砷含量常远超过其他类型天然水体，其形态分析具有重要环境地球化学意义；甲基硫代砷酸盐在特定水环境条件下可能成为砷的一种不可忽视的形态，但其环境地球化学研究几为空白.本研究合成了甲基硫代砷酸盐标准，建立了可同时定量测试天然水中多种甲基硫代砷酸盐（包括一甲基一硫代砷酸盐、一甲基二硫代砷酸盐、一甲基三硫代砷酸盐、二甲基一硫代砷酸盐、二甲基二硫代砷酸盐）及砷的其他常见形态的离子色谱‒电感耦合等离子体质谱联用系统（IC-ICP-MS）及其方法，并分析了典型地热水样品中砷的形态分布，可为今后不同类型水环境中甲基硫代砷酸盐的地球化学研究奠定分析方法基础.
地热水中的砷含量常远超过其他类型天然水体，其形态分析具有重要环境地球化学意义；甲基硫代砷酸盐在特定水环境条件下可能成为砷的一种不可忽视的形态，但其环境地球化学研究几为空白.本研究合成了甲基硫代砷酸盐标准，建立了可同时定量测试天然水中多种甲基硫代砷酸盐（包括一甲基一硫代砷酸盐、一甲基二硫代砷酸盐、一甲基三硫代砷酸盐、二甲基一硫代砷酸盐、二甲基二硫代砷酸盐）及砷的其他常见形态的离子色谱‒电感耦合等离子体质谱联用系统（IC-ICP-MS）及其方法，并分析了典型地热水样品中砷的形态分布，可为今后不同类型水环境中甲基硫代砷酸盐的地球化学研究奠定分析方法基础.
2023, 48(3): 1146-1155.
doi: 10.3799/dqkx.2022.342
摘要:
地热水常富集多种有害组分，以热泉形式非集中排泄时将威胁周边居民饮用水安全.本文制备了5种铁基阴离子黏土（Fe-LDH）改性材料，用于云南典型地热区热泉的处理中.结果显示Fe-LDH对砷的去除最佳，氟、钨次之，对锑、硼的去除受共存离子影响较大；而改性材料可有效缩小不同有害组分间的竞争吸附差距，表现为乳酸根插层的Fe-LDH能显著提高离子交换能力，对氟、硼的去除提升较大，而分层的Fe-LDH因暴露更多活性位点、增加层间接触面积，对与铁络合为主的砷、钨去除和离子交换为主的氟、硼去除均有明显提升；最后静态吸附表现最佳的吸附剂——L-天冬酰胺分层的Fe-LDH，作为小型水处理装置填充材料能动态、有效地去除热泉中多种有害组分.为地热水污染修复提供了切实可行的方法.
地热水常富集多种有害组分，以热泉形式非集中排泄时将威胁周边居民饮用水安全.本文制备了5种铁基阴离子黏土（Fe-LDH）改性材料，用于云南典型地热区热泉的处理中.结果显示Fe-LDH对砷的去除最佳，氟、钨次之，对锑、硼的去除受共存离子影响较大；而改性材料可有效缩小不同有害组分间的竞争吸附差距，表现为乳酸根插层的Fe-LDH能显著提高离子交换能力，对氟、硼的去除提升较大，而分层的Fe-LDH因暴露更多活性位点、增加层间接触面积，对与铁络合为主的砷、钨去除和离子交换为主的氟、硼去除均有明显提升；最后静态吸附表现最佳的吸附剂——L-天冬酰胺分层的Fe-LDH，作为小型水处理装置填充材料能动态、有效地去除热泉中多种有害组分.为地热水污染修复提供了切实可行的方法.
2023, 48(3): 1156-1178.
doi: 10.3799/dqkx.2022.264
摘要:
我国西部高寒山区是亚洲水塔，是重要的生态屏障区.随着环境同位素测试技术的发展和相关理论的成熟，稳定同位素技术已成为集示踪、整合和指示等多项功能于一体的技术.本文基于前人的研究结果，对我国西部高寒山区同位素生态水文研究进行了梳理和总结，表明西部高寒山区大气降水线为δD=7.44δ18O+5.23（R2=0.86）.降水稳定同位素的温度效应从南向北呈现增加趋势，而降水量效应呈现相反的变化趋势.研究区水汽来源复杂，当温度效应小于0时，水汽来源由西南季风主导；温度效应为0~0.3时，水汽来源由西南季风和西风共同主导；温度效应大于0.3时，水汽来源由西风主导.不同水体受水源补给、环境作用等的影响存在差异性，使得各水体稳定同位素局地蒸发线的斜率大小依次为：河水 > 冰雪融水 > 地下水.西部高寒山区降水中δ18O海拔效应为-1.3‰/100m，河水δ18O海拔效应为-0.17‰/100m.研究区植被水分来源主要是土壤水，对水分的利用率与植被类型及区域环境密切相关.水汽再循环已成为区域降水水汽来源的重要组成部分.然而，随着生态文明建设这一国家重大战略的纵深推进，作为国家重要生态屏障的西部高寒山区，变化环境下生态水文过程正在发生深刻而又剧烈的改变，已对区域水资源安全、生态安全和可持续发展带来极大挑战，为寒区同位素生态水文学的发展提供了广阔舞台，未来亟需从观测、采样、模型和理论4个方面全面创新.
我国西部高寒山区是亚洲水塔，是重要的生态屏障区.随着环境同位素测试技术的发展和相关理论的成熟，稳定同位素技术已成为集示踪、整合和指示等多项功能于一体的技术.本文基于前人的研究结果，对我国西部高寒山区同位素生态水文研究进行了梳理和总结，表明西部高寒山区大气降水线为δD=7.44δ18O+5.23（R2=0.86）.降水稳定同位素的温度效应从南向北呈现增加趋势，而降水量效应呈现相反的变化趋势.研究区水汽来源复杂，当温度效应小于0时，水汽来源由西南季风主导；温度效应为0~0.3时，水汽来源由西南季风和西风共同主导；温度效应大于0.3时，水汽来源由西风主导.不同水体受水源补给、环境作用等的影响存在差异性，使得各水体稳定同位素局地蒸发线的斜率大小依次为：河水 > 冰雪融水 > 地下水.西部高寒山区降水中δ18O海拔效应为-1.3‰/100m，河水δ18O海拔效应为-0.17‰/100m.研究区植被水分来源主要是土壤水，对水分的利用率与植被类型及区域环境密切相关.水汽再循环已成为区域降水水汽来源的重要组成部分.然而，随着生态文明建设这一国家重大战略的纵深推进，作为国家重要生态屏障的西部高寒山区，变化环境下生态水文过程正在发生深刻而又剧烈的改变，已对区域水资源安全、生态安全和可持续发展带来极大挑战，为寒区同位素生态水文学的发展提供了广阔舞台，未来亟需从观测、采样、模型和理论4个方面全面创新.
2023, 48(3): 1179-1194.
doi: 10.3799/dqkx.2022.319
摘要:
长江源区作为亚洲第一长河的发源地，探究其氮沉降特征，对于保护我国水源地安全具有十分重要的意义.本文在野外采样、数理分析的基础上，利用氮源分析及后向轨迹模型判断氮沉降的环境意义.结果表明：（1）2016年4月-2018年7月，NO2--N、NO3--N、NH4+-N的平均浓度分别为1.01 mg/L、2.45 mg/L、1.30 mg/L；NO2--N、NO3--N、NH4+-N的平均沉降量分别为0.02 kg/hm2、0.09 kg/hm2、0.30 kg/hm2.曲麻莱氮浓度占源区比重最高，沱沱河次之，直门达最小，且春、夏季氮沉降量高于秋、冬季.（2）氮沉降浓度与降水量之间呈对数函数关系，沉降量与降水量之间呈正向幂函数关系；NO2--N、NO3--N沉降量与温度呈负相关性，NH4+-N与温度呈正相关性.（3）长江源区夏季NH4+-N沉降增加主要源于牧民放牧，冬季NOx--N沉降增加主要源于煤炭燃烧，且污染物传递还受到西风环流及局地环流影响，境外来源更多集中在西亚地区.
长江源区作为亚洲第一长河的发源地，探究其氮沉降特征，对于保护我国水源地安全具有十分重要的意义.本文在野外采样、数理分析的基础上，利用氮源分析及后向轨迹模型判断氮沉降的环境意义.结果表明：（1）2016年4月-2018年7月，NO2--N、NO3--N、NH4+-N的平均浓度分别为1.01 mg/L、2.45 mg/L、1.30 mg/L；NO2--N、NO3--N、NH4+-N的平均沉降量分别为0.02 kg/hm2、0.09 kg/hm2、0.30 kg/hm2.曲麻莱氮浓度占源区比重最高，沱沱河次之，直门达最小，且春、夏季氮沉降量高于秋、冬季.（2）氮沉降浓度与降水量之间呈对数函数关系，沉降量与降水量之间呈正向幂函数关系；NO2--N、NO3--N沉降量与温度呈负相关性，NH4+-N与温度呈正相关性.（3）长江源区夏季NH4+-N沉降增加主要源于牧民放牧，冬季NOx--N沉降增加主要源于煤炭燃烧，且污染物传递还受到西风环流及局地环流影响，境外来源更多集中在西亚地区.
2023, 48(3): 1195-1204.
doi: 10.3799/dqkx.2022.238
摘要:
研究土壤粒径分形特征，可为地区土壤质量评价提供科学依据.利用分形理论分析了黄河北岸兰州段荒漠‒草原过渡带土壤粒径分形特征.（1）区域土壤颗粒主要为粉粒和极细砂粒，随荒漠化加重和土壤深度增加，土壤粗粒化，质地均匀性降低，粒径分布（PSD）频率曲线异质程度增大；（2）荒漠化加重和土壤深度增加降低了单重分形维数Dv和多重分形谱参数D1、D1/D0、D2、△α、△f；（3）Dv、D1、D2、D1/D0、△α和△f同黏粒、粉粒呈正相关，同砂粒呈负相关；黏粒、粉粒、Dv、D1、D2、D1/D0、△α和△f与荒漠化减弱程度呈正相关，砂粒与其呈负相关.土壤分形维数能反映区域土壤结构和变化，可为地区生态治理与巩固提升提供技术指导.
研究土壤粒径分形特征，可为地区土壤质量评价提供科学依据.利用分形理论分析了黄河北岸兰州段荒漠‒草原过渡带土壤粒径分形特征.（1）区域土壤颗粒主要为粉粒和极细砂粒，随荒漠化加重和土壤深度增加，土壤粗粒化，质地均匀性降低，粒径分布（PSD）频率曲线异质程度增大；（2）荒漠化加重和土壤深度增加降低了单重分形维数Dv和多重分形谱参数D1、D1/D0、D2、△α、△f；（3）Dv、D1、D2、D1/D0、△α和△f同黏粒、粉粒呈正相关，同砂粒呈负相关；黏粒、粉粒、Dv、D1、D2、D1/D0、△α和△f与荒漠化减弱程度呈正相关，砂粒与其呈负相关.土壤分形维数能反映区域土壤结构和变化，可为地区生态治理与巩固提升提供技术指导.
2023, 48(3): 1205-1216.
doi: 10.3799/dqkx.2022.056
摘要:
白乃庙岛弧带位于华北克拉通北缘，其与华北克拉通北缘的拼贴时限，是理解华北克拉通北缘增生过程的关键. 为了限定弧‒陆碰撞的时限，对白乃庙岛弧与华北克拉通拼合带的早古生代沉积地层——查干哈布组开展了锆石U-Pb定年和锆石Lu-Hf同位素测试. 结果显示，查干哈布组中3颗最年轻锆石的加权平均年龄为393.5± 4.9 Ma. 综合锆石年龄和前人化石资料，限定查干哈布组最大沉积年龄为早泥盆世晚期. 碎屑锆石U-Pb年龄谱和Hf同位素组成显示查干哈布组的物源为白乃庙岛弧带，基本没有来自华北克拉通的物源. 研究结果结合区域资料表明，白乃庙岛弧带与华北克拉通北缘在早泥盆世可能仍未发生弧‒陆碰撞.
白乃庙岛弧带位于华北克拉通北缘，其与华北克拉通北缘的拼贴时限，是理解华北克拉通北缘增生过程的关键. 为了限定弧‒陆碰撞的时限，对白乃庙岛弧与华北克拉通拼合带的早古生代沉积地层——查干哈布组开展了锆石U-Pb定年和锆石Lu-Hf同位素测试. 结果显示，查干哈布组中3颗最年轻锆石的加权平均年龄为393.5± 4.9 Ma. 综合锆石年龄和前人化石资料，限定查干哈布组最大沉积年龄为早泥盆世晚期. 碎屑锆石U-Pb年龄谱和Hf同位素组成显示查干哈布组的物源为白乃庙岛弧带，基本没有来自华北克拉通的物源. 研究结果结合区域资料表明，白乃庙岛弧带与华北克拉通北缘在早泥盆世可能仍未发生弧‒陆碰撞.
2023, 48(3): 1217-1231.
doi: 10.3799/dqkx.2022.354
摘要:
利用地幔橄榄岩包体中平衡矿物对的氧逸度计可以有效限定岩石圈地幔的氧化-还原状态.本文使用中国地质大学（武汉）新购置的WSS-10型常温穆斯堡尔光谱仪对华北地块西北部狼山地区橄榄岩包体的四相矿物开展了铁价态的直接测定.结果显示，斜方辉石Fe3+/∑Fe为0.05~0.11，单斜辉石的为0.16~0.25，尖晶石的为0.16~0.22，橄榄石为0.利用橄榄石-斜方辉石-尖晶石氧逸度计，获得狼山地区岩石圈地幔氧逸度为FMQ-0.82至FMQ-0.39（均值为FMQ-0.65）.该值略高于依据电子探针测试数据计算获得的氧逸度值（FMQ-1.49至FMQ-0.8，均值为FMQ-1.25），造成这一差异的原因可能是后者忽略了尖晶石晶格中Fe3+过剩和阳离子空位导致的非化学计量比.与全球克拉通岩石圈地幔氧逸度值（均值为FMQ-0.35）相比，华北地块西北缘狼山地区岩石圈地幔整体表现为较还原状态，推测与深部地幔低fO2熔体上升交代有关.
利用地幔橄榄岩包体中平衡矿物对的氧逸度计可以有效限定岩石圈地幔的氧化-还原状态.本文使用中国地质大学（武汉）新购置的WSS-10型常温穆斯堡尔光谱仪对华北地块西北部狼山地区橄榄岩包体的四相矿物开展了铁价态的直接测定.结果显示，斜方辉石Fe3+/∑Fe为0.05~0.11，单斜辉石的为0.16~0.25，尖晶石的为0.16~0.22，橄榄石为0.利用橄榄石-斜方辉石-尖晶石氧逸度计，获得狼山地区岩石圈地幔氧逸度为FMQ-0.82至FMQ-0.39（均值为FMQ-0.65）.该值略高于依据电子探针测试数据计算获得的氧逸度值（FMQ-1.49至FMQ-0.8，均值为FMQ-1.25），造成这一差异的原因可能是后者忽略了尖晶石晶格中Fe3+过剩和阳离子空位导致的非化学计量比.与全球克拉通岩石圈地幔氧逸度值（均值为FMQ-0.35）相比，华北地块西北缘狼山地区岩石圈地幔整体表现为较还原状态，推测与深部地幔低fO2熔体上升交代有关.
2023, 48(3): 1232-1245.
doi: 10.3799/dqkx.2022.388
摘要:
含铀岩系沉积时的古气候条件对铀成矿起着重要的控制作用，但是长期以来未引起人们足够重视.以松辽盆地西南部HLJ地区含矿目的层姚家组下段为研究对象，通过对代表性钻孔岩心的泥岩样品进行全岩主、微量元素和TOC测试，采用K/Na、aAlNa、CPA、CIX、PIA、CIW、CIA等多项化学风化指标来判断样品化学风化作用强度，重建其沉积时期古气候条件.同时，结合U和TOC含量及Fe2+/Fe3+比值来探讨含铀岩系沉积时的古气候条件对铀成矿的制约.结果表明，目的层碎屑岩经历了由弱-强-弱的化学风化作用，显示其沉积时的古气候由相对寒冷干旱-相对温暖潮湿-相对寒冷干旱的演变规律.这种古气候变化导致了铀储层砂体中TOC含量低（平均值0.05%），层间氧化带发育规模大，铀矿体主要形成于远离蚀源区的盆地腹部；形成于潮湿气候条件下的暗色泥岩具有更高TOC（平均值0.61%）和U含量（最高可达885×10-6），其沉积时发生了强烈的预富集作用而成为后期成矿过程中重要铀来源之一，其成岩期排泄出还原性孔隙水可能是铀储层砂体中构建氧化-还原屏障的主要因素.沉积时的温暖潮湿气候增强了蚀源区化学风化作用强度，有利于母岩铀元素活化和淋漓及沉积区泥岩铀的预富集作用.
含铀岩系沉积时的古气候条件对铀成矿起着重要的控制作用，但是长期以来未引起人们足够重视.以松辽盆地西南部HLJ地区含矿目的层姚家组下段为研究对象，通过对代表性钻孔岩心的泥岩样品进行全岩主、微量元素和TOC测试，采用K/Na、aAlNa、CPA、CIX、PIA、CIW、CIA等多项化学风化指标来判断样品化学风化作用强度，重建其沉积时期古气候条件.同时，结合U和TOC含量及Fe2+/Fe3+比值来探讨含铀岩系沉积时的古气候条件对铀成矿的制约.结果表明，目的层碎屑岩经历了由弱-强-弱的化学风化作用，显示其沉积时的古气候由相对寒冷干旱-相对温暖潮湿-相对寒冷干旱的演变规律.这种古气候变化导致了铀储层砂体中TOC含量低（平均值0.05%），层间氧化带发育规模大，铀矿体主要形成于远离蚀源区的盆地腹部；形成于潮湿气候条件下的暗色泥岩具有更高TOC（平均值0.61%）和U含量（最高可达885×10-6），其沉积时发生了强烈的预富集作用而成为后期成矿过程中重要铀来源之一，其成岩期排泄出还原性孔隙水可能是铀储层砂体中构建氧化-还原屏障的主要因素.沉积时的温暖潮湿气候增强了蚀源区化学风化作用强度，有利于母岩铀元素活化和淋漓及沉积区泥岩铀的预富集作用.
2023, 48(3): 1246-1258.
doi: 10.3799/dqkx.2022.389
摘要:
随着煤层气产业的规模化发展，煤层气井产出水的环境效益备受重视.以贵州西部松河井组8口煤层气试验井为例，动态跟踪了2018年5批次产出水的地球化学数据，采用模糊综合评价法和单因素分析法进行了产出水环境效应评价并进行成因分析，得出以下结论：松河井组煤层气产出水地球化学特征主要表现为Na+、HCO3‒、Cl‒浓度高，矿化度较高，产出水型为Na-Cl和Na-HCO3-Cl.本文采用模糊综合评价法计算得出8口煤层气试验井产出水均属于Ⅴ级重度污染，并得出主要污染指标为TDS、Na+以及Cl‒，F元素、Mn元素轻微超标，在此基础上进行单因子分析，评价结果为重度污染.综合2种评价方法得出主要污染指标为TDS、Na+、Cl‒以及Ba2+.污染程度在一定范围内随时间变化表现出轻微波动且具有微弱的降低趋势，研究区煤层气井产出水污染等级高且随时间变化而波动变化，是地质因素、工程因素叠加影响的耦合结果.煤系地层中各种元素富集的高地质背景为根本影响因素，控制着微量元素的种类和含量，其次压裂液返排率的变化对其有显著影响作用，季节性降水则加强水岩作用，促进了元素的溶出.
随着煤层气产业的规模化发展，煤层气井产出水的环境效益备受重视.以贵州西部松河井组8口煤层气试验井为例，动态跟踪了2018年5批次产出水的地球化学数据，采用模糊综合评价法和单因素分析法进行了产出水环境效应评价并进行成因分析，得出以下结论：松河井组煤层气产出水地球化学特征主要表现为Na+、HCO3‒、Cl‒浓度高，矿化度较高，产出水型为Na-Cl和Na-HCO3-Cl.本文采用模糊综合评价法计算得出8口煤层气试验井产出水均属于Ⅴ级重度污染，并得出主要污染指标为TDS、Na+以及Cl‒，F元素、Mn元素轻微超标，在此基础上进行单因子分析，评价结果为重度污染.综合2种评价方法得出主要污染指标为TDS、Na+、Cl‒以及Ba2+.污染程度在一定范围内随时间变化表现出轻微波动且具有微弱的降低趋势，研究区煤层气井产出水污染等级高且随时间变化而波动变化，是地质因素、工程因素叠加影响的耦合结果.煤系地层中各种元素富集的高地质背景为根本影响因素，控制着微量元素的种类和含量，其次压裂液返排率的变化对其有显著影响作用，季节性降水则加强水岩作用，促进了元素的溶出.
