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1、地热地球化学在地热资源勘查开发利用中的意义,内 容 提 要,地热地球化学组分的来源,温泉疗养作用,地热开发利用的环境保护,地热地球化学在勘查中的作用,一、化学组分的来源,火山活动,热传导,花岗岩类,碳酸盐岩,沉积盆地型,火山活动,冰岛火山,日本樱岛,火山活动,由岩浆岩挥发的气体成分和高温喷气孔喷出的气体大致相同，火山气体在喷发过程中，和岩石发生作用，在温度下降的时候，火山气体成分之间要发生化学平衡移动，遇到地下水后又有一部分被溶解。像这种火山气体化学成分发生差异的现象叫做火山气体的分化作用,火山气体成分化学分类表,气体温度下降，SO2和水发生作用生成硫化氢。SO2+3H2=H2S+2H2O所以
2、一般在温泉涌出地区，因HCl、HF、及SO2极易溶解于水或消失，变成了H2S及CO2为主成分的气体。此外，当气体温度继续下降，气体中的SO2和H2S发生作用，析出硫磺。SO2+2H2S3S+2H2O,对流型地热资源,岩浆气体中的氯化物进入并停留在热储层中，而储层中的水不断被加热挥发，如此周而复始，就形成了氯化钠型水。另一个特点是可溶SiO2含量高，多数都超过200mg/L，有的还含砷和硼。,当热储层远离热源,形成HCO3-Na型泉和碳酸泉,当岩浆房上部存在热储层：,日本栗驹地区矿水化成分形成示意图,火山活动,当这种类型的地热流体以泉的形式岀露地表时，由于温度和压力下降，水中的硅硫析出形成硅华、
3、硫华和明矾石。当温度更低时，形成钙析出，形成钙华。当这种类型地热流体在想地表运移过程中，发生水热蚀变，形成水热蚀变矿物，如高岭石、绿泥石、沸石等。,对于CO2，美国张伯伦（1908年）将岩石和水作加温试验，并得出气体体积百分比，表中显示释放CO2的最佳温度为360，而H2释放最佳温度为850。目前国内发现的CO2异常（60mg/L）绝大部分为起源于火山（岩浆）活动和构造活动。H2S是在有机物处于还原环境下脱硫而成，其生成环境是有合适的温度（4050），水化学类型的Cl-Na型，Nacl含量180g/L，（最佳含量2070g/L）。有机成因H2S分布在沉积盆地内，也有变质作用生成H2S的。,张伯
4、伦试验结果一览表,氩氮的比值可判断CO2、H2S是否是生物化学（有机物）成因空气中的氩氮比为0.018。公式=Ar（气体）100/N2（气体）1.18当温泉起源于大气降水：=1当有生物起源的氮混入：1,热传导,碳酸盐岩,花岗岩类,沉积盆地型,花岗岩类,多为HCO3-Na型、HCO3-SO4-Na型和SO4-Na型。在沿海地区，有的为Cl-Na型水。,特点：1）氟高。2）含氡。氡是镭衰变时产生的一种射气或。镭在不同岩石中的含量决定了氡的产量。3）在温度相同或相近时，花岗岩的热水中的可溶SiO2的含量比碳酸盐岩的热水高。,岩石中的镭含量表,氡浓度的计量单位,1马海（赫）：1升气体或液体，由射线在电
5、离室产生30亿分之一安培的电流。1居里：1克纯镭产生的镭射气量，居里分毫居里（10-3Ci）、微居里（10-6Ci）、毫微居里（10-9Ci）、微微居里（10-12Ci）。1埃曼=10-10居里1贝克勒尔=27微微居里（2710-12 Ci）1马赫=3.64埃曼=3.6410-10居里1埃曼=3.7贝克勒尔,碳酸盐岩,水化学类型：HCO3-Na、HCO3-Ca、HCO3-Na Ca、HCO3.SO4-Na Ca、SO4.HCO3-Ca Na型水。共同特点：锶含量普遍偏高。,当碳酸盐岩热储氟含量及可溶SiO2含量明显偏高时，说明花岗岩热储内的热水补给了碳酸盐岩热储。当碳酸盐岩与花岗岩作为基底分布
6、在沉积盆地时，其化学特征与沉积盆地的化学特征相同。,在水温相同或相近的情况下，产自碳酸盐岩热水的可溶SiO2含量低于产自花岗岩热水的含量。,碳酸盐岩,碳酸盐岩及花岗岩矿水F、SiO2对比表,沉积盆地型,沉积盆地型矿水系指有巨厚的中、新生代沉积物堆积的盆地或平原地区，在地质构造上被称为沉降区、坳陷、凹陷等。在坳陷中往往形成次一级隆起、凸起，这些隆起或凸起，地温梯度大于3/100m，最高可达11/100m，是寻找矿水的最佳地区。由盆地边缘到盆地中心，从上到下，水化学类型由重碳酸盐或硫酸盐逐渐过渡为氯化钠型，矿化度逐渐增加。,京津冀地区基岩热储水化学图,二、地热地球化学在地热资源勘查中的作用,气体,
7、泉华,水热蚀变矿物,气体,气体主要项目有氮、汞、氡、二氧化碳等。He来源于上地幔或岩浆房，He的出现反映该地区的断裂深度达到了上地幔，而且通道仍然存在。氦与Rn、CO2以及其它其体组合，可进行如下地热地质判断：1.1 He与Hg、He与As异常，表明地下有高温热储；1.2 He与CO2异常，表明深部有热储存在；1.3 CO2与Rn异常，有断裂带存在；1.4 Rn和Ar异常，表明基岩埋藏较浅。,矿水气体含氦一览表,泉华,地热流体在向上运移至地表或近地表处，由于温度、压力下降，热流体内的硅、钙、硫从热流体中析出沉淀，形成硅华、钙华、硫华，这些沉淀物反映当时热流体在深处的温度。硅华150钙华150硫
8、华100（或当地沸点）,水热蚀变矿物,在地热（温泉）区，地热流体上升至地表时，和岩石相互作用而形成新的矿物，反映当时地热区的地温状况。高岭石 150绿泥石 150浊沸石 100200怀腊开沸石 200对蚀变同位素年龄进行测定，越年轻越有前景。,三、温泉的疗养作用,从地下自然涌出或人工钻孔取得的地下水，含有1克/升以上的可溶性固体成分，一定的特殊的气体成分与一定的微量元素，或具有34以上的温度，可供医疗与卫生保健应用者，称为医疗矿泉。,中国医疗矿泉水划分标准,A类（气体成分泉）,B类（活性离子成分泉）,C类（盐类成分泉，总固体成分1g/L）,氡水：氡3nCi/L,碳酸水：碳酸气1g/L,硫化氢水
9、：总S量2mg/L,铁水：铁离子10mg/L,碘水：碘离子5mg/L,溴水：溴离子25mg/L,砷水：砷离子0.7mg/L,硅酸水：硅酸50mg/L,重碳酸盐水,硫酸盐水,氯化物水,成分划分,（根据阳离子含量超过25mg/L当量%可分钠水、钙水、镁水）,中国医疗矿泉水划分标准,冷泉 25,微温泉 2633,温泉 3437,高热泉 43,酸性泉 24,弱酸性泉 46,中性泉 67.5,弱碱性泉 7.58.5,碱性泉 8.510,低渗泉 可溶性固体18g/L,酸碱度,中等渗泉 可溶性固体810g/L,高渗泉 可溶性固体在10g/L以上,温度划分,渗透压划分,中国医疗矿泉分类修订方案（1981年）,
10、日本医疗矿泉水标准,定义：从地下涌出的温水、矿水、水蒸气及其它气体（以碳氢化合物为主的天然气例外），当水中化学成分达到表中所规定的一项指标者即称为温泉；如泉水温大于25，化学组分未达到表中规定；或水中有一项化学指标达到表中规定而水温小于25者均称温泉，人工揭露的地下水达到上述要求者也称为温泉。,日本医疗矿泉水标准,中日标准氡的单位换算日本规定的氡标准5.5马海/公升5.5马海=20埃曼=2010-10居里=74贝克勒尔中国规定氡标准3nCi/l3毫微居里=30埃曼=8.24马海=111贝克勒尔,医疗矿水对健康的作用,医疗矿水规定的化学组分本身就是药物名称，如中碳酸钠（又名碳酸氢钠、小苏打）、氯
11、化钠、硫酸钠（芒硝）、硫酸钠（石膏）、硫酸镁、硫酸铁、硫酸铝（明矾）、硫磺（硫化氢）、碘、溴化锂、砷（雄黄）、偏硅酸（三硅酸镁、中药麦饭石、云母中的主要成分就是硅）对于氡有两种观点：一种人认为是致癌物质。日本对鸟取县氡泉附近洗浴和饮用居民调查的发现，癌症死亡率更低，没有发现先天畸形和白血病患者。,四、地热开发利用中的环境保护,地热水中有的溶解性总固体含量过高（10g/l以上），有的含有某种化学组分，（如氟、砷等）超过排放标准，地热之所以被称为清洁能源，在国外，如法国和日本将供暖、发电后的地热水，全部回灌到地下。如果超过排放标准还进行排放，必然会造成环境污染。我国氟中毒的人口超过五千万（1986年统计），轻者患氟斑牙，重者患氟骨症，造成短寿。饮用适量含氟（0.5mg/l）水，对健康有益。长期饮用含氟量大于1mg/l的水，对健康有害，国家标准污水综合排放标准（GB8978-1996）规定，氟含量超过10mg/l，不经处理不能排放，含氟量高的水是可以处理的，其方法有稀释、化学过滤等。二氧化碳是无毒气体。但在二氧化碳富集地段，也会危害健康。在上世纪60年代初，云南广通一钻孔喷出二氧化碳气窒息死一名工人，在云南有一名叫扯雀塘的二氧化碳泉，凡是到该泉饮水的鸟都被窒息而亡。因此，在室内洗浴时应注意通风换气。同样，对氡水和硫化氢水也应如此。,
