Hydrogeochemistry of Geothermal Waters from Xiongan New Area and Its Indicating Significance
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摘要: 地热流体水文地球化学研究是认识地热资源形成机制、赋存环境以及循环机理的有效手段.以我国华北平原典型的中低温地热系统——河北雄安新区为研究对象, 基于不同热储层和浅层地下冷水的水化学及同位素特征, 探讨地热流体中主要组分的地球化学起源, 评估深部地热流体的热储温度, 指示地热系统的深部热源及其成因机制.大气降水入渗、热储高温条件下的流体-岩石相互作用是雄安新区地热流体中主要组分的物质来源, 其中深层雾迷山组地热水中部分组分可能源于古沉积水蒸发浓缩过程中形成的蒸发岩盐的溶滤.雾迷山组地热水适宜利用Ca-Mg温标和石英温标计算其热储温度, 温度范围为76.4~90.6℃, 馆陶组地热水运用石英温标更为合理, 热储温度为66.2~71.3℃.雄安新区地热异常是深部放射性元素衰变热在特定的大地构造背景下聚集而形成.Abstract: Hydrogeochemical reaserch of geothermal fluids is an effective method to understand the formation mechanism, occurrence environment and circulation process of geothermal resources. Xiongan New Area, one of the typical low-temperature geothermal systems in the North China plain, is selected as the study area. In this study it is based on the analysis of water chemistry and isotopes, and aims: (1) to discuss the geochemical origin of main components in geothermal fluids, (2) to estimate the deep reservoir temperatures of geothermal waters, (3) to figure out the heat source beneath geothermal area and its genetic mechanism. The hydrochemical evidences imply that the main components in Xiongan geothermal waters are contributed by meteoric waters input and intense fluid-rock interactions at high reservoir temperatures, and several components of Wumishan Formation geothermal waters are from the dissolution of evaporation salt formed during the diagenetic process. The Ca-Mg and quartz geothermometer are suitable for estimating the reservoir temperature of Wumishan Formation geothermal waters, while that for Guantao Formation geothermal waters, the quartz geothermometer is much more appropriate. The calculated temperatures range from 76.4 to 90.6 ℃ and 66.2 to 71.3 ℃, respectively. The geothermal anomaly beneath Xiongan is likely to result from decay of radioactive elements in a specific tectonic setting.
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Key words:
- hydrogeochemistry /
- geochemical origin /
- geothermometer /
- geothermal anomaly /
- Xiongan New Area
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0. 引言
地热资源是一种集热、水、矿于一体的绿色新型能源, 具有资源量丰富、对环境污染小、运营成本低等特点.对地热资源进行科学合理地开发利用, 将具有十分可观的经济效益和环境效益(如地热发电、住房供暖、水产养殖、医疗保健、温泉洗浴等), 因此世界上许多国家目前都致力于研究与开发地热资源(Kaygusuz and Kaygusuz, 2004；Najafi and Ghobadian, 2011；Zhu et al., 2015).我国是世界上地热资源储量较为丰富的国家之一(蔺文静等, 2013), 高温地热资源主要分布于滇藏地热带的藏南、川西、滇西地区, 以及环太平洋地热带的台湾地区(陈墨香等, 1996)；而中低温地热资源遍布全国各地, 其中以华北盆地蕴藏的中低温地热资源最为丰富, 具有巨大的开发利用潜力(陈墨香等, 1990).20世纪90年代初期和“十二五”期间, 我国分别对华北盆地地热资源开展了两次详尽的系统研究, 总结了华北盆地地热场特征以及地热资源的成藏模式, 并评估了华北盆地地热资源的潜力(陈墨香, 1988；陈墨香等, 1990；王贵玲等, 2017).而在华北盆地的雄安新区, 河北省地质矿产局开展过河北地热研究以及牛驼镇地热田勘查(张德忠等, 2013), 中国地质调查局、中国石化集团新星公司等单位相关人员近年来也开展了部分地热研究工作(郭世炎和李小军, 2013；李卫卫等, 2014；庞忠和等, 2017；吴爱民等, 2018；杨吉龙等, 2018).整体而言, 这些工作取得了丰硕的成果, 并成功指导了雄安新区地热资源的开发利用.然而迄今为止, 对雄安新区地热资源的成因机制、赋存环境、运移规律以及各热储层之间的相互联系还远未充分认识, 导致地热资源未能合理、有效、可持续开发利用.地热流体水化学组分及其同位素特征往往保留着地热系统形成演化过程中详尽的地球化学信息, 常被用来分析地热流体的起源以及地热系统中相关的地球化学过程, 是认识地热资源形成机制、赋存环境以及循环机理的有效手段之一(Guo, 2012； Ármannsson, 2016；李常锁等, 2018；汪新伟等, 2019).
为此, 本次研究在雄安新区(包括雄县、容城和安新三县)采集了部分地热井水和浅层地下冷水样品, 综合分析了不同热储层和地下冷水的水化学特征及氢氧同位素特征, 探讨了地热流体地球化学起源, 评估了深部地热流体的热储温度, 并与笔者团队长期研究具有岩浆热源的西藏羊八井和搭格架地热系统水化学特征进行对比, 指示雄安新区地热系统的深部热源及其成因机制, 以期为雄安新区地热资源的合理开采提供借鉴思路和指导作用.
1. 研究区概况
雄安新区是2017年中共中央、国务院设立的国家级新区, 地处北京、天津、保定腹地, 行政区划包括河北省雄县、容城、安新三县及周边部分区域.新区在大地构造上位于华北渤海湾盆地冀中凹陷北部的容城凸起与牛驼镇凸起的交接部位, 北侧为廊坊-固安凹陷, 西侧为徐水凹陷, 东南为霸县凹陷, 南部分别为饶阳凹陷、高阳低凸起和保定凹陷(图 1).主要的断裂构造包括：牛南断裂、牛东断裂、大兴断裂、徐水断裂和容城断裂, 其中容城断裂将牛驼镇凸起和容城凸起分隔, 这些断裂作为导热、导水通道, 对雄安新区地热系统的形成具有重要作用(吴爱民等, 2018).
图 1 雄安地热区构造位置简图(改自Wang et al., 2013)Fig. 1. Simplified structural map of the Xiongan geothermal area (after Wang et al., 2013)研究区新生界地层包括第四系松散层和第三系砂砾岩, 下伏地层为石炭系、二叠系、奥陶系、寒武系、青白口系、蓟县系、长城系碳酸盐岩和太古界变质岩(陈墨香, 1988；李卫卫等, 2014)(图 2).第四系地层主要由粘土和砂岩交替组成, 结构松散, 热传导能力差, 具有较好的保温隔热作用, 作为地热系统的盖层.热储层主要分为四层, 从上往下依次为：新近系明化镇组砂岩热储、新近系馆陶组砂岩热储、蓟县系雾迷山组碳酸盐岩热储和长城系高于庄组碳酸盐岩热储(图 3).新近系明化镇组热储在研究区广泛分布, 岩性主要为粉砂岩、细砂岩、中砂岩, 埋深较浅, 约为380 ~ 470 m, 地层厚度130 ~ 650 m.新近系馆陶组热储主要分布于牛东断裂后缘, 岩性由粉砂岩、含砾砂岩和砂砾岩组成, 埋深约为800 ~ 1 100 m, 地层厚度200 ~ 400 m.蓟县系雾迷山组热储分布广泛, 岩性主要为灰岩、白云岩、灰质白云岩、泥质白云岩和泥岩, 岩溶裂隙发育, 埋深780 ~ 1 310 m, 地层厚度较大, 最高可达700 m, 是目前地热田开发利用最主要的热储层.长城系高于庄组热储层埋藏较深, 可达1800 m, 地层厚度300~ 500 m, 岩性主要为灰色白云岩夹泥质白云岩、硅质白云岩, 裂隙发育, 是后期地热开发利用的主要目标层(陈墨香, 1988；郭世炎和李小军, 2013；王永波等, 2016；吴爱民等, 2018).
图 2 雄安地热区前新生代地质简图及采样位置Fig. 2. Pre-Cenozoic geological map of the Xiongan geothermal area and sampling locations
2. 样品采集与分析
本次研究的采样区包括雄县、容城、安新三县, 共采集样品36件, 其中雾迷山组地热井水21件, 馆陶组地热井水9件, 第四系浅层地下冷水5件, 采样位置见图 2.另外, 为判断地热水是否具有古海水补给来源, 采集1件渤海海水样品进行对比分析.样品均在现场过滤0.22 μm滤膜, 并收集于250 mL耐高温聚四氟乙烯瓶, 采样前聚四氟乙烯瓶用待取水样润洗三次.各个采样点采集水样3瓶, 其中一瓶加入优级纯HNO3至pH低于1用于阳离子分析, 一瓶未经处理用于阴离子及D、18O同位素分析, 一瓶备用.采集后的样品运回实验室保存于4 ℃冷藏箱, 并于一周之内测试.不稳定的水化学参数, 如水样温度(T)、pH、电导率(EC)、总溶解性固体(TDS)和氧化还原电位(Eh)用经过校正后的便携式多参数测定仪(Hach LDOTM HQ10)在现场测定, 总硫化物用便携式比色计(Hach sension2)现场测定, 碱度在取样当天用0.025 mol/L稀盐酸滴定.阴离子(F-、Cl-、SO42-、Br-等)采用离子色谱仪(IC)(型号为DX-120)测定(检测限为0.01 mg/L), 阳离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、As、B、Si等)采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)(型号为IRIS Intrepid II XPS)测定(检测限为0.01 mg/L).阴阳离子测试分析在中国地质大学(武汉)环境学院实验中心完成, HCO3-和CO32-含量基于所测碱度以及阴阳离子浓度利用PHREEQC软件计算, 大部分样品的电荷平衡值都小于5%, 说明测试结果较为可靠.D、18O同位素采用同位素水分析仪(LGR IWA-35-EP)测定, 测试工作在中国地质调查局武汉地质调查中心完成.样品现场测试指标及主要水化学组分见附表 1和附表 2.
3. 结果与讨论
3.1 地热水水文地球化学特征
本次研究采集的雄安新区地下水样品主要来自于：蓟县系雾迷山组碳酸盐岩热储、新近系馆陶组砂岩热储和第四系浅层地下冷水.雾迷山组地热水样品井口温度范围为47 ~ 75 ℃, 平均值为62.2 ℃, 主要阳离子为Na+, 阴离子为Cl-和HCO3-, 水化学类型主要为Cl-Na和Cl·HCO3-Na型(图 4).馆陶组地热水样品井口温度范围为34 ~ 47 ℃, 平均值为40.9 ℃, 主要阳离子为Na+, 阴离子为HCO3-和Cl-, 水化学类型主要为HCO3·Cl-Na和Cl·HCO3-Na型(图 4).第四系浅层地下冷水温度范围为13.8 ~ 19.8 ℃, 平均值为17.4 ℃, 主要阳离子为Na+, Ca2+和Mg2+, 阴离子为HCO3-, SO42-和Cl-, 水化学类型主要为HCO3·Cl-Na·Ca, HCO3-Ca·Na和HCO3-Ca·Mg型(图 4).
图 4 雄安地热区样品Piper三线图Fig. 4. Piper diagram of water samples from Xiongan geothermal area对比分析浅层地下冷水、馆陶组地热水和雾迷山组地热水, TDS依次升高(图 5), 指示围岩的淋滤是地热水中主要组分的物质来源, 雾迷山组热储温度更高, 地热水与热储围岩的水-岩相互作用更为强烈, 因此水化学组分含量更高.而对于Ca2+、Mg2+和HCO3-, 雾迷山组地热水同样远高于馆陶组, 主要是由不同的热储岩性所控制, 雾迷山组岩性主要由厚层白云岩和灰质白云岩组成, 方解石和白云石等碳酸盐类矿物的溶解是其Ca2+、Mg2+和HCO3-的主要来源.然而, 值得注意的是, 从HCO3-与Ca2+、Mg2+的关系图(图 6)可以看出, 雾迷山组地热水基本都位于2(Ca2+ + Mg2+) = HCO3-线的上方, 说明除了碳酸盐类矿物的溶解以外, 还必然存在其他地球化学过程控制雾迷山组地热水中HCO3-、Ca2+和Mg2+浓度.其中最主要的过程应为脱硫酸作用, 具体反应为：
图 5 雄安地热区样品主要水化学组分箱型图Fig. 5. Box and whisker plots of major components of water samples from Xiongan geothermal area
图 6 雄安地热区样品HCO3-与Ca2+ + Mg2+关系Fig. 6. HCO3- vs. Ca2+ + Mg2+ concentrations of water samples from Xiongan geothermal areaSO2−4+2C(有机)+2H2O→H2S↑+2HCO−3, (1) 即在有机质和微生物参与条件下, 地热水中的SO42-被还原生成H2S, 从而造成雾迷山组地热水中HCO3-含量升高.地热水中SO42-和硫化物含量的相关关系(图 5), 同样也证实了热储层中脱硫酸作用的发生.与馆陶组砂岩热储相比, 以海相碳酸盐岩为主的雾迷山组热储层, 尽管存在石膏的可能性更大, 但是雾迷山组地热水中SO42-含量明显低于馆陶组, 并且检测到一定含量的硫化物, 即为脱硫酸作用造成SO42-含量降低并生成H2S.由此可见, 雾迷山组地热水处于偏还原环境, 地热水赋存空间比较封闭, 水力联系较弱.
此外, 还可能存在阳离子交换过程造成雾迷山组地热水中Ca2+、Mg2+含量降低, 反应方程为：
Ca2++2Nax→2Na++Cax, (2) Mg2++2Nax→2Na++Mgx. (3) 即地热水中溶解的Ca2+、Mg2+与岩土矿物中的Na+交换, 从而被岩土矿物所吸附, 造成地热水中Ca2+、Mg2+含量降低.然而, 由于地热水中Na+含量较高, 抑制了交换反应的发生, 因此热储层中阳离子交换程度不高.
3.2 热储平衡状态及热储温度的估算
地球化学温标常被用来估算深部地热流体的热储温度(李洁祥等, 2017), 然而, 在中低温碳酸盐岩热储地热系统中(如本次研究的雄安新区), 应用地球化学温标计算热储温度往往存在以下问题：(1)由于热储温度较低, 地热水相对于热液蚀变矿物难以达到平衡状态；(2)控制地热流体水化学组分的矿物组合往往比较局限(主要为方解石和白云石).本次研究首先运用不同地热温标(石英温标、玉髓温标、Na-K温标、K-Mg温标、Na-K-Ca温标和Ca-Mg温标)对雄安新区地热水热储温度进行估算(附表 3), 结果显示各种地热温标计算值相差较大, 因此需对各种地热温标进行适用性分析.研究区雾迷山组地热水样品均位于Na-K-Mg三角图未成熟水区, 馆陶组地热水虽然均位于部分成熟区, 但仍远离全平衡线(图 7), 因此研究区地热水(包括雾迷山组和馆陶组)相对于Na、K、Mg等长石类硅酸盐矿物均未达到水-岩平衡状态, 说明Na-K、K-Mg和Na-K-Ca等一般阳离子温标并不适用于研究区地热水热储温度的计算.
图 7 雄安和西藏地热水Na-K-Mg三角图羊八井和搭格架数据分别来源于Yuan et al.(2014)和Liu et al.(2019)Fig. 7. Na-K-Mg triangular diagram for Xiongan and Tibetan geothermal water samplesCa-Mg温标是基于地热水相对于方解石和白云石等碳酸盐类矿物达到平衡状态的基础上建立的一种地热温标, 常被用来估算中-低温碳酸盐岩热储地热流体温度(Chiodini et al., 1995；Blasco et al., 2017).研究区雾迷山组岩性主要为灰岩、白云岩、灰质白云岩, 并且夹有一定厚度的泥岩等碎屑岩, 地热水相对于碳酸盐类矿物(如方解石、文石和白云石等)和石英均达到平衡或过饱和状态(附表 4), 因此Ca-Mg温标和石英温标均适用于雾迷山组地热水热储温度的计算.取以上两种温标计算结果的平均值, 雾迷山组地热水热储温度范围为76.4 ~ 90.6 ℃, 略高于井口温度, 与实际情况相吻合.馆陶组热储岩性由粉砂岩、含砾砂岩和砂砾岩组成, 主要矿物类型为长石和石英, 地热水相对于长石类矿物和玉髓均未达到平衡状态, 而相对于石英达到平衡状态(图 7, 附表 4), 因此应用石英温标计算其热储温度更为合适, 热储温度范围为66.2 ~ 71.3 ℃.
3.3 地热水地球化学起源
大部分地热水样品位于当地大气降水线附近(图 8)(当地大气降水线方程及部分氘氧同位素数据来源于Wang et al.(2013), 指示其大气降水入渗补给, 山区和山前平原地带入渗的大气降水形成侧向径流补给研究区地热水.馆陶组地热水样品发生了微弱的18O漂移, 主要原因是由于馆陶组地热水埋深较浅, 发生了一定程度的蒸发作用.而雾迷山组地热水发生了较显著的18O漂移现象, 主要是由于大气降水与深部碳酸盐岩热储在高温环境下发生了强烈的水-岩相互作用使氧同位素值增大.Cl和Br是天然水环境中两种典型的易溶保守组分, 两者比值(Cl/Br摩尔比)常被用来判断地热流体的起源及相关的水文地球化学过程(Birkle et al., 2016；Cartwright et al., 2006).虽然蒸发作用或浅层冷水的混合等诸多过程都会造成一定程度地热水中Cl、Br含量的变化, 但这些过程都不会影响Cl和Br的比值.由于缺乏研究区大气降水的Cl/Br摩尔比, 可近似认为浅层地下冷水的Cl/Br摩尔比与大气降水相当.研究区地热水的Cl/Br摩尔比明显高于浅层冷水, 其中雾迷山组地热水样品基本都位于岩盐溶解1:1摩尔线附近(图 9), 说明岩盐的溶解是造成雾迷山组地热水Cl/Br摩尔比升高的主要原因.值得注意的是, 研究区地热水的补给区主要为北侧的燕山山脉和西侧的太行山脉(Wang et al., 2013), 地表主要以基岩为主, 由蒸发作用形成岩盐的可能性较小, 因此岩盐的来源可能与研究区的沉积环境相关.研究区漫长的地质历史时期, 经历了多期次的海侵、海退过程, 大部分的海相同生沉积水被后期的大气降水驱替, 形成岩溶裂隙型淡水, 少量残留的古沉积水埋藏于海相碳酸盐岩地层中, 经过蒸发浓缩过程, 过饱和的矿物组分(如岩盐、石膏等)即可从古海水中析出.因此, 深部碳酸盐岩热储雾迷山组地热水样品基本都分布在岩盐1:1摩尔线附近, 而浅部砂岩热储馆陶组地热水都偏离1:1摩尔线, 位于Na含量较高一侧(图 9), 可能与围岩中钠长石的水解有关.
图 8 雄安地热区样品氘氧同位素关系图Fig. 8. δD-δ18O plot of water samples from Xiongan geothermal area
图 9 雄安地热区样品Cl/Br与Na/Br关系图Fig. 9. Cl/Br vs. Na/Br molar ratios of water samples from Xiongan geothermal area3.4 地热水地球化学特征对其热源的指示
地热系统的热源一般包括：地壳内熔融的岩浆房、构造活动热(如地质体碰撞、挤压、摩擦生热等)、放射性元素衰变热等类型.雄安新区地处华北盆地, 远离板块边缘构造活动带, 附近也不发育大陆裂谷, 因此地壳内存在熔融岩浆房的可能性微乎其微.研究区地质历史时期经历了多期次的地壳沉降与抬升, 自中新世晚期以来, 本区已趋于稳定, 广泛沉积了第三系和第四系地层, 构成了地热区良好的盖层, 现今仍存在强烈构造活动产生摩擦热的可能性也不大.为了进一步分析研究区深部地热系统的热源, 对比分析了雄安新区与西藏羊八井和搭格架地热水的水化学特征.与已证实存在岩浆热源的西藏羊八井和搭格架相比(Brown et al., 1996；Chen et al., 1996；Kind et al., 1996；Makovsky et al., 1996；Nelson et al., 1996；Liu et al., 2019；Hoke et al., 2000), 雄安新区地热水与围岩水-岩相互作用程度更低(图 7), 显示热储温度也更低, 并且一些与岩浆热液活动相关的元素(如F、B、As、Li等)含量也要低得多(图 10), 同样并不指示雄安新区地下深部存在岩浆热源的可能.综上所述, 雄安新区乃至牛驼镇凸起地热异常与地壳内熔融的岩浆房无关, 而更可能是深部放射性元素(铀、钍、钾等)衰变生热的结果, 确凿的证据还需后期进一步测试深部岩体中放射性元素的含量.具体成热机制与研究区大地构造环境密切相关, 始新世末期喜山运动造就了牛驼镇凸起的形成, 形成的凸起为地热区提供了优质的热储层, 即新近系明化镇组、馆陶组砂岩地层和蓟县系雾迷山组、长城系高于庄组碳酸盐岩地层.来自地壳深部乃至于上地幔的均匀热流, 向热导率高、热阻小的基岩(热导率K=2.8 W/m·K)凸起区聚集, 而上覆的第三系、第四系盖层(热导率K=1.7 W/m·K)起到了良好的隔热效果, 从而形成了牛驼镇和容城凸起的热异常(陈墨香, 1988; 王贵玲等, 2017).来自山区和山前平原的大气降水入渗形成侧向径流补给研究区地下水, 地下水在循环过程中被深部的岩温加热, 具体成因模式见图 11.
图 10 雄安新区、西藏羊八井和搭格架地热水化学组分柱状图羊八井和搭格架数据分别来源于Yuan et al.(2014)和Liu et al.(2019)Fig. 10. Histograms of the average concentrations of major constituents in Xiongan, Yangbajain and Daggyai geothermal waters
图 11 雄安新区地热系统成因机制Fig. 11. Conceptual model of formation mechanism of Xiongan geothermal system4. 结论
(1) 本次研究采集的雄安新区地下水样品主要来自于蓟县系雾迷山组碳酸盐岩热储、新近系馆陶组砂岩热储和第四系浅层地下冷水.整体而言, 地热水水化学组分含量明显高于浅层地下冷水, 而其中雾迷山组地热水又明显高于馆陶组.雾迷山组地热水高含量的TDS、Ca2+、Mg2+、HCO3-等主要是由热储岩性和较高的热储温度所引起的；而SO42-含量偏低、硫化物含量偏高则主要是由于在深部封闭的还原环境下发生脱硫酸作用导致的, 指示雾迷山组地热水处于偏还原环境, 地热水赋存空间比较封闭, 水力联系较弱.
(2) 研究区地热水样品均远离Na-K-Mg三角图全平衡线, 表明地热水相对于含Na、K、Mg等硅酸盐类矿物均未达到水-岩平衡状态, 一般的阳离子温标(Na-K温标、K-Mg温标和Na-K-Ca温标)并不适合其热储温度的计算；雾迷山组地热水热储岩性以碳酸盐岩为主并夹有一定厚度的碎屑岩, 相对于碳酸盐类矿物和石英均达到平衡状态, 适宜利用Ca-Mg温标和石英温标计算其热储温度, 温度范围为76.4 ~ 90.6 ℃；馆陶组地热水热储岩性主要为砂岩, 相对于石英达到平衡状态, 运用石英温标更为合理, 热储温度为66.2 ~ 71.3 ℃.
(3) 大气降水入渗和热储高温条件下的流体-岩石相互作用是地热水中主要组分的物质来源, 其中深层雾迷山组地热水中部分组分(如Cl-、Br-等)可能源于古沉积水蒸发浓缩过程中形成的蒸发岩盐的溶滤.
(4) 与羊八井和搭格架地热系统相比, 雄安新区地热水深部热储温度、与岩浆热液活动相关的组分含量均更低, 指示其地热异常与地壳深部熔融的岩浆房无关, 而更可能是深部放射性元素衰变生热的结果, 并在特定的大地构造背景下形成局部热异常.
附表见本刊官网(http://www.earth-science.net).
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图 1 雄安地热区构造位置简图(改自Wang et al., 2013)
Fig. 1. Simplified structural map of the Xiongan geothermal area (after Wang et al., 2013)
图 2 雄安地热区前新生代地质简图及采样位置
Fig. 2. Pre-Cenozoic geological map of the Xiongan geothermal area and sampling locations
图 4 雄安地热区样品Piper三线图
Fig. 4. Piper diagram of water samples from Xiongan geothermal area
图 5 雄安地热区样品主要水化学组分箱型图
Fig. 5. Box and whisker plots of major components of water samples from Xiongan geothermal area
图 6 雄安地热区样品HCO3-与Ca2+ + Mg2+关系
Fig. 6. HCO3- vs. Ca2+ + Mg2+ concentrations of water samples from Xiongan geothermal area
图 7 雄安和西藏地热水Na-K-Mg三角图
羊八井和搭格架数据分别来源于Yuan et al.(2014)和Liu et al.(2019)
Fig. 7. Na-K-Mg triangular diagram for Xiongan and Tibetan geothermal water samples
图 8 雄安地热区样品氘氧同位素关系图
Fig. 8. δD-δ18O plot of water samples from Xiongan geothermal area
图 9 雄安地热区样品Cl/Br与Na/Br关系图
Fig. 9. Cl/Br vs. Na/Br molar ratios of water samples from Xiongan geothermal area
图 10 雄安新区、西藏羊八井和搭格架地热水化学组分柱状图
羊八井和搭格架数据分别来源于Yuan et al.(2014)和Liu et al.(2019)
Fig. 10. Histograms of the average concentrations of major constituents in Xiongan, Yangbajain and Daggyai geothermal waters
-
Ármannsson, H.2016.The Fluid Geochemistry of Icelandic High Temperature Geothermal Areas.Applied Geochemistry, 66:14-64. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2015.10.008 Birkle, P, Marín, E.P, Pinti, D.L, et al.2016.Origin and Evolution of Geothermal Fluids from Las Tres Vírgenes and Cerro Prieto Fields, Mexico-Co-Genetic Volcanic Activity and Paleoclimatic Constraints.Applied Geochemistry, 65:36-53. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2015.10.009 Blasco, M, Auqué, L.F, Gimeno, M.J, et al.2017.Geochemistry, Geothermometry and Influence of the Concentration of Mobile Elements in the Chemical Characteristics of Carbonate-Evaporitic Thermal Systems, the Case of the Tiermas Geothermal System (Spain).Chemical Geology, 466:696-709. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.07.013 Brown, L.D, Zhao, W, Nelson, K.D, et al.1996.Bright Spots, Structure, and Magmatism in Southern Tibet from INDEPTH Seismic Reflection Profiling.Science, 274(5293):1688-1690. https://doi.org/10.1126/science.274.5293.1688 Cartwright, I, Weaver, T.R, Fifield, L.K.2006.Cl/Br Ratios and Environmental Isotopes as Indicators of Recharge Variability and Groundwater Flow:An Example from the Southeast Murray Basin, Australia.Chemical Geology, 231(1-2):38-56. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2005.12.009 Chen, L, Booker, J.R, Jones, A.G, et al.1996.Electrically Conductive Crust in Southern Tibet from INDEPTH Magnetotelluric Surveying.Science, 274(5293):1694-1696. https://doi.org/10.1126/science.274.5293.1694 Cheng, M.X.1988.Geothermics in North China.Science Press, Beijing(in Chinese). Cheng, M.X, Wang, J.Y, Deng, X.1996.The Map of Geothermal System Types in China and Its Brief explaination.Scientia Geologica Sinica, 31(2):114-121 (in Chinese with English abstract). http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTotal-DZKX602.001.htm Cheng, M.X, Wang, J.Y, Wang, J.A, et al.1990.The Characteristics of the Geothermal Field and Its Formation Mechanism in the North China Down-Faulted Basin.Acta Geologica Sinica, 64(1):80-91 (in Chinese with English abstract). http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTotal-DZXE199001007.htm Chiodini, G, Frondini, F, Marini, L.1995.Theoretical Geothermometers and pCO2 Indicators for Aqueous Solutions Coming from Hydrothermal Systems of Medium-Low Temperature Hosted in Carbonate-Evaporite Rocks.Application to the Thermal Springs of the Etruscan Swell, Italy.Applied Geochemistry, 10(3):337-346.https://doi.org/10.1016/0883-2927(95)00006-6 Guo, Q.H.2012.Hydrogeochemistry of High-Temperature Geothermal Systems in China:A Review.Applied Geochemistry, 27(10):1887-1898. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2012.07.006 Guo, S.Y, Li, X.J.2013.Reservoir Stratum Characterstics and Geothermal Resources Potential of Rongcheng Uplift Geothermal Field in Baoding, Hebei.Chinese Journal of Geology, 48(3):922-9321 (in Chinese with English abstract). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dzkx201303026 Hoke, L, Lamb, S, Hilton, D.R, et al.2000.Southern Limit of Mantle-Derived Geothermal Helium Emissions in Tibet:Implications for Lithospheric Structure.Earth and Planetary Science Letters, 180(3-4):297-308.https://doi.org/10.1016/s0012-821x(00)00174-6 doi: 10.1016/S0012-821X(00)00174-6 Kaygusuz, K, Kaygusuz, A.2004.Geothermal Energy in Turkey:The Sustainable Future.Renewable and Sustainable Energy Reviews, 8(6):545-563. https://doi.org/10.1016/j.rser.2004.01.001 Kind, R, Ni, J, Zhao, W, et al.1996.Evidence from Earthquake Data for a Partially Molten Crustal Layer in Southern Tibet.Science, 274(5293):1692-1694. https://doi.org/10.1126/science.274.5293.1692 Li, C.S, Wu, X.C, Sun, B, et al.2018.Hydrochemical Characteristics and Formation Mechanism of Geothermal Water in Northern Ji'nan.Earth Science, 43(Suppl.1):313-325(in Chinese with English abstract). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqkx2018z1027 Li, J.X, Guo, Q.H, Yu, Z.Y.2017.Impact of Clay Mineral Formation in High-Temperature Geothermal System on Accuracy of Na-K and K-Mg Geothermometers.Earth Science, 42(1):142-154(in Chinese with English abstract). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dqkx201701011 Li, W.W, Rao, S, Tang, X.Y, et al.2014.The Drilling Temperature Measurement and Geothermal Field Characteristics of Geothermal Field in Xiong County, Hebei Province.Chinese Journal of Geology, 49(3):850-863 (in Chinese). Lin, W.J, Liu, Z.M, Wang, W.L, et al.2013.The Assessment of Geothermal Resources Potential of China.Geology in China, 40(1):312-321 (in Chinese with English abstract). http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTotal-DIZI201301023.htm Liu, M.L, Guo, Q.H, Wu, G, et al.2019.Boron Geochemistry of the Geothermal Waters from Two Typical Hydrothermal Systems in Southern Tibet (China):Daggyai and Quzhuomu.Geothermics, 82:190-202. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2019.06.009 Makovsky, Y, Klemperer, S.L, Ratschbacher, L, et al.1996.INDEPTH Wide-Angle Reflection Observation of P-Wave-to-S-Wave Conversion from Crustal Bright Spots in Tibet.Science, 274(5293):1690-1691.https://doi.org/10.1126/science.274.5293.169 doi: 10.1126/science.274.5293.1690 Najafi, G, Ghobadian, B.2011.Geothermal Resources in Iran:The Sustainable Future.Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(8):3946-3951. https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.07.032 Nelson, K.D, Zhao, W, Brown, L.D, et al.1996.Partially Molten Middle Crust beneath Southern Tibet:Synthesis of Project INDEPTH Results.Science, 274(5293):1684-1688. https://doi.org/10.1126/science.274.5293.1684 Pang, J.M, Pang, Z.H, Lü, M, et al.2018.Geochemical and Isotopic Characteristics of Fluids in the Niutuozhen Geothermal Field, North China.Environmental Earth Sciences, 77(1):12.https://doi.org/10.1007/s12665-017-7171-y doi: 10.1007/s12665-017-7171-y Pang, Z.H, Kong, Y.L, Pang, J.M, et al.2017.Geothermal Resources and Development in Xiongan New Area.Bulletin of the Chinese Academy of Science, 32(11):56-62 (in Chinese with English abstract). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgdz-e202001015 Tang, Y.P, Wang, G.J, Tang, J.H, et al.2017.The Application of Soil Gas Method to Delineation of the Most Favorable Enrichment Area of the Sedimentary Basin Type Geothermal System.Geophysical and Geochemical Exploration, 41(1):22-28(in Chinese with English abstract). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=wtyht201701004 Wang, G.L, Zhang, W, Lin, W.J, et al.2017.Research on Formation Mode and Development Potential of Geothermal Resources in Beijing-Tianjin-Hebei Region.Geology in China, 44(6):1074-1085 (in Chinese with English abstract). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zgdizhi201706004 Wang, S.F, Pang, Z.H, Liu, J.R, et al.2013.Origin and Evolution Characteristics of Geothermal Water in the Niutuozhen Geothermal Field, North China Plain.Journal of Earth Science, 24(6):891-902. https://doi.org/10.1007/s12583-013-0390-6 Wang, X.W, Wang, T.H, Zhang, X, et al.2019.Genetic Mechanism of Xiwenzhuang Geothermal Field in Taiyuan Basin.Earth Science, 44(3):1042-1056 (in Chinese with English abstract). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqkx201903029 Wang, Y.B, Ding, W.P, Tian, Y, et al.2016.Genetic Analysis on High-Temperature Geothermal Water in Niutuo Geothermal Field, Heibei Province.Urban Geology, 11(3):59-64(in Chinese with English abstract). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=csdz201603012 Wu, A.M, Ma, F, Wang, G.L, et al.2018.A Study of Deep-Seated Karst Geothermal Reservoir Exploration and Huge Capacity Geothermal Well Parameters in Xiongan New Area.Acta Geoscientica Sinica, 39(5):523-532(in Chinese with English abstract). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqxb201805002 Yang, J.L, Liu, F.T, Jia, Z, et al.2018.The Hydrochemical and δ2H-δ18O Characteristics of Two Geothermal Fields in Niutuozhen of Hebei Province and Tianjin and Their Environmental Significance.Acta Geoscientica Sinica, 39(1):71-78(in Chinese with English abstract). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dqxb201801008 Yuan, J.F, Guo, Q.H, Wang, Y.X.2014.Geochemical Behaviors of Boron and Its Isotopes in Aqueous Environment of the Yangbajing and Yangyi Geothermal Fields, Tibet, China.Journal of Geochemical Exploration, 140:11-22. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2014.01.006 Zhang, D.Z, Liu, Z.G, Lu, H.L.2013.Geothermics in Hebei.Science Press, Beijing (in Chinese). Zhu, J.L, Hu, K.Y, Lu, X.L, et al.2015.A Review of Geothermal Energy Resources, Development, and Applications in China:Current Status and Prospects.Energy, 93:466-483. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.08.098 陈墨香.1988.华北地热.北京:科学出版社. 陈墨香, 汪集旸, 邓孝.1996.中国地热系统类型图及其简要说明.地质科学, 31(2):114-121. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK199601035663 陈墨香, 汪集旸, 汪缉安, 等.1990.华北断陷盆地地热场特征及其形成机制.地质学报, 64(1):80-91. http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=229735 郭世炎, 李小军.2013.河北保定容城凸起地热田储层属性与资源潜力.地质科学, 48(3):922-931. doi: 10.3969/j.issn.0563-5020.2013.03.026 李常锁, 武显仓, 孙斌, 等.2018.济南北部地热水水化学特征及其形成机理.地球科学, 43(增刊1):313-325. doi: 10.3799/dqkx.2018.206 李洁祥, 郭清海, 余正艳.2017.高温地热系统中粘土矿物形成对Na-K和K-Mg地球化学温标准确性的影响.地球科学, 42(1):142-154. doi: 10.3799/dqkx.2017.011 李卫卫, 饶松, 唐晓音, 等.2014.河北雄县地热田钻井地温测量及地温场特征.地质科学, 49(3):850-863. doi: 10.3969/j.issn.0563-5020.2014.03.012 蔺文静, 刘志明, 王婉丽, 等.2013.中国地热资源及其潜力评估.中国地质, 40(1):312-321. doi: 10.3969/j.issn.1000-3657.2013.01.021 庞忠和, 孔彦龙, 庞菊梅, 等.2017.雄安新区地热资源与开发利用研究.中国科学院院刊, 32(11):56-62. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=674176908 汤玉平, 王国建, 唐俊红, 等.2017.应用壤中气方法圈定沉积盆地型地热田的地热最有利富集区.物探与化探, 41(1):22-28. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/wtyht201701004 王贵玲, 张薇, 蔺文静, 等.2017.京津冀地区地热资源成藏模式与潜力研究.中国地质, 44(6):1074-1085. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgdizhi201706004 汪新伟, 王婷灏, 张瑄, 等.2019.太原盆地西温庄地热田的成因机制.地球科学, 44(3):1042-1056. doi: 10.3799/dqkx.2018.387 王永波, 丁文萍, 田月, 等.2016.河北牛驼镇地热田高温地热水成因分析.城市地质, 11(3):59-64. doi: 10.3969/j.issn.1007-1903.2016.03.011 吴爱民, 马峰, 王贵玲, 等.2018.雄安新区深部岩溶热储探测与高产能地热井参数研究.地球学报, 39(5):523-532. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqxb201805002 杨吉龙, 柳富田, 贾志, 等.2018.河北牛驼镇与天津地热田水化学和氢氧同位素特征及其环境指示意义.地球学报, 39(1):71-78. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqxb201801008 张德忠, 刘志刚, 卢红柳.2013.河北地热.北京:地质出版社. 期刊类型引用(49)
1. 赵子锐，张薇，王贵玲，邢林啸，张汉雄，赵佳怡. 冀中坳陷高阳地热田水文地球化学特征及其对地热成因的约束. 中国地质. 2025(01): 246-263 . 
百度学术2. 郝明，高彦彦，王青，何鹏，张华. 证据理论融合多视角遥感信息的地热异常探测. 地球科学. 2024(01): 347-358 . 
本站查看3. 尚建波，卫兴，曹园园，师红杰，刘明亮. 不同类型地热水硼的地球化学特征及对地热系统成因机制的指示. 地质科技通报. 2024(01): 288-297 . 百度学术4. 何沛欣. 广东省粤中断裂型碳酸盐岩地热水的水文地球化学研究——以马星-隔陂地热系统为例. 广东化工. 2024(05): 67-71 . 百度学术5. 龚晓洁，田良河，冯园，王豫飞，尚茹. 郑州西南郊埋藏型岩溶热储水化学特征. 科学技术与工程. 2024(07): 2647-2656 . 百度学术6. 姬佳炎，宋先知，李根生. 孔隙—裂缝型岩溶热储热——流—化多场耦合作用机理. 天然气工业. 2024(03): 214-224 . 百度学术7. 白何领，陈丹利，行正松，潘飞飞，孙军胜，武佳鑫，雷万杉. 基于物探方法的中深层地热三维地质建模研究——以开封市为例. 能源与环保. 2024(03): 122-129 . 百度学术8. 王贵玲，岳高凡，蔺文静，马峰，刘彦广. 华北平原典型深部碳酸盐岩热储增产改造技术. 地球科学. 2024(04): 1470-1486 . 本站查看9. 卫兴，师红杰，陈松，尚建波，刘明亮. 水文地球化学方法在地热资源勘查中的应用：以湖北省应城市为例. 地质科技通报. 2024(03): 68-80 . 百度学术10. 李佳乐，孙占学，王驹，苏锐，周志超，董一慧，刘志宁. 水热型地热系统水文地球化学研究进展. 世界核地质科学. 2024(04): 765-779 . 百度学术11. 姬佳炎，宋先知，易俊琳，李根生，王高升. 岩溶型地热资源开采过程水岩反应对储层孔渗演变影响研究. 石油科学通报. 2024(05): 737-749 . 百度学术12. 杨超，屈文岗，任文豪，高世昌. 银川盆地地热水水化学特征及形成机理. 科学技术与工程. 2024(30): 12874-12884 . 百度学术13. 张云献，师红杰，卫兴，高志飞，周勇水，刘明亮. 东濮凹陷油田卤水地球化学特征及其指示意义. 西安石油大学学报(自然科学版). 2024(06): 10-20 . 百度学术14. 刘宏凯，张杰，侯贺晟，李洪强. 雄安新区牛驼镇凸起深部结构对浅层地热田影响——来自深地震反射剖面的约束. 地质通报. 2024(11): 2015-2027 . 百度学术15. 辛浩，宁艺武，平建华，冷伟，陈高凯，赵继昌. 内黄凸起河南段地热田水文地球化学特征及其成因. 科学技术与工程. 2024(34): 14537-14550 . 百度学术16. 黄国疏，胡祥云，刘亮，刘双，彭荣华，杨健. 雄安新区热储物性非均质条件下地热资源潜力评价. 地球科学. 2024(12): 4576-4593 . 本站查看17. 张梦昭，郭清海，刘明亮，刘强. 山西忻州盆地地热水地球化学特征及其成因机制. 地球科学. 2023(03): 973-987 . 本站查看18. 张晓博，郭清海，张梦昭，孙伟浩，李鑫. 碳酸盐岩热储中稀土元素的地球化学行为及其指示意义：以施甸地热系统为例. 地球科学. 2023(03): 908-922 . 本站查看19. 赵杰，郭清海. 基于三维地质建模的地热资源潜力评价：以施甸地热区为例. 地球科学. 2023(03): 1107-1117 . 本站查看20. 刘明亮，正安婷，尚建波，郭清海. 高温地热流体中硼的地球化学研究进展. 地球科学. 2023(03): 878-893 . 本站查看21. 姜颖，李捷，邢一飞，刘玉莲，王慧群，滕彦国，王贵玲. 基于钻孔测温的地球化学温度计适宜性评价：以雄安新区为例. 地球科学. 2023(03): 958-972 . 本站查看22. 高洪雷，胡志华，万汉平，郝伟林，张松，梁晓. 西藏谷露地热田地热地质特征. 地球科学. 2023(03): 1014-1029 . 本站查看23. 朱喜，王贵玲，马峰，蔺文静，张薇，张保建，贾小丰，张汉雄. 雄安新区地热资源潜力评价. 地球科学. 2023(03): 1093-1106 . 本站查看24. 余鸣潇，马峰，王贵玲，张薇，朱喜，张汉雄，王延欣. 雄安新区容东片区地热资源赋存特征及潜力评价. 地球学报. 2023(01): 180-190 . 百度学术25. 汪浩，黄少鹏. 冀中坳陷雄县地热开采区地热资源的成因机制. 科学技术与工程. 2023(17): 7203-7211 . 百度学术26. 马鹏鹏. 雄安新区中深层地热井钻完井难点分析及对策探讨. 中国矿业. 2023(09): 119-128 . 百度学术27. 孙玉芳，海晶，金晓媚，赵志鹏，李洪波，朱薇. 青铜峡灌区排水沟—地下水水化学特征及转换关系分析. 灌溉排水学报. 2023(09): 110-118 . 百度学术28. 张杰，陈陆望，侯晓伟，张苗，胡永胜. 华北型煤田奥陶系岩溶水水文地球化学特征及其对地热的指示意义. 煤炭学报. 2023(10): 3831-3844 . 百度学术29. 程正璞，连晟，魏强，胡文广，雷鸣，李戍. 雄安新区深部雾迷山组热储层时频电磁法探测研究. 物探与化探. 2023(06): 1400-1409 . 百度学术30. 江露露，隋海波，康凤新，李常锁，魏善明，于令芹，李越. 鲁中隆起北缘地热区岩溶热储水化学特征及形成机理. 中国岩溶. 2023(05): 1005-1026+1036 . 百度学术31. 刘高令，姜贞贞，刘高博，邬国栋，苏思强，周会东，卓玛曲西，胡亚燕，李明礼. 西藏地区羊八井地热水中胶体粒子分析与表征. 岩矿测试. 2023(06): 1156-1164 . 百度学术32. 严克涛，郭清海，罗黎. 腾冲热泉中砷的甲基化和巯基化过程. 地球科学. 2022(02): 622-632 . 本站查看33. 徐一鸣，郝文辉，方士琦，程立群，杜立新，谢吾，聂晨光. 河北四家地热异常特征及其成因. 地质通报. 2022(05): 873-885 . 百度学术34. 刘志明. 隧道地热发育特征分析及地温预测. 铁道科学与工程学报. 2022(05): 1364-1373 . 百度学术35. 邓俊祖，蔺文静，邢林啸，陈立，张卫民，张良. 冀中坳陷北部碳酸盐岩热储水化学特征及成因分析. 地下水. 2022(03): 1-4+12 . 百度学术36. 林海，陈薪文，曾一帆. 土工膜岩土力学性质的温度影响试验. 地球科学. 2022(06): 2165-2174 . 本站查看37. 仁增拉姆，罗珍，叶浠倩，德青曲桑，黄香. 西藏年楚河流域温泉水水化学特征及其环境意义. 水生态学杂志. 2022(05): 33-41 . 百度学术38. 王光凯，白云，刘波. 龙口市浅层地温能潜力评价及经济环境效益分析. 矿产勘查. 2022(10): 1533-1540 . 百度学术39. 邢一飞，王慧群，李捷，滕彦国，张保健，李燕燕，王贵玲. 雄安新区地热水的化学场特征及影响因素分析. 中国地质. 2022(06): 1711-1722 . 百度学术40. 卢丽，王喆，邹胜章，樊连杰，林永生，周长松. 四川昭觉县地热温度解析及成因模式. 地质通报. 2021(Z1): 434-441 . 百度学术41. 苏航，陈功新，邢林啸，孙占学，岑丽，陈诗峰. 冀中坳陷典型地热田前缘晕元素特征及其对地热学意义. 有色金属(矿山部分). 2021(03): 88-97 . 百度学术42. 朱喜，王贵玲，马峰，张薇，张庆莲，张汉雄. 太行山-雄安新区蓟县系含水层水文地球化学特征及意义. 地球科学. 2021(07): 2594-2608 . 本站查看43. 那金，姜雪，姜振蛟. 康定-老榆林地热系统氢氧同位素迁移数值模拟分析. 地球科学. 2021(07): 2646-2656 . 本站查看44. 梅博，张岩峰，杨云展，邢化庐，常林祯，刘普峰. 黄骅台陷（沧州段）馆陶组地热水地球化学特征及成因分析. 矿产勘查. 2021(06): 1366-1377 . 百度学术45. 许继影，桂和荣，葛春贵，倪建明，郭艳，庞迎春，胡杰，聂锋. 淮北青东煤矿深层地热水的水文地球化学特征与水源识别. 工程地质学报. 2021(04): 1037-1047 . 百度学术46. 王凯，张杰，白大为，吴新刚，岳航羽，张保卫，王小江，张凯. 雄安新区地热地质模型探究：来自地球物理的证据. 中国地质. 2021(05): 1453-1468 . 百度学术47. 田华，辛拓，李金芳，杨嘉懿，谢祖锋. 乌伦古河流域水体水化学与同位素特征及指示意义. 干旱区研究. 2021(06): 1497-1505 . 百度学术48. 张凌鹏，马宝强，范斌，孟华. 兰州市城区深层地热水的水化学成因及其指示意义. 水利水电技术. 2020(08): 129-139 . 百度学术49. 刘元晴，周乐，吕琳，李伟，王新峰，邓启军，宋绵，郑一迪，马雪梅. 山东鲁中山区地热地质特征及热水成因. 地质通报. 2020(12): 1908-1918 . 百度学术其他类型引用(27)
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