水文地球化学课程设计

1. 水文地球化学课程设计 赣南横径地区地热水成因分析 张卫民

2. 水文地球化学课程设计 1 课程设计的目的与要求 水文地球化学课程具有很强的理论性和实践性。通过课堂理论教学、课堂实验教学、习题练习，大家已掌握了水文地球化学的基本知识和基本理论，如何将这些所学的知识综合运用于解决实际问题，这是本课程最重要的实践性环节。 　　通过本课程设计要求大家掌握如何将水文地球化学调查所获得的资料运用于温泉热水的成因分析。 　　下面要求大家根据所给的水文地球化学资料，分析赣南横径地区地热水成因。

3. 水文地球化学课程设计 2 地热地质背景 （1）地层：主要有震旦──寒武系浅变质岩系，侏罗系上统火山──沉积碎屑岩系和白垩系上统沉积碎屑岩系。出露的岩浆岩主要是燕山早期花岗岩，分布面积广。 （2）构造：主要是北东向和东西向两组断裂及其伴生的次级断裂。这些断裂规模大，切割深，且具多期、多阶段活动的特点。区内数十年来发生了数次中小地震，反映了这些构造仍处于活动之中。 （3）温泉分布:区内有10多处温泉出露。这些温泉沿近期活动的NE向断裂分布，并受NW向断裂构造控制（见图1）。

4. 水文地球化学课程设计 图1 横径地区温泉分布图

5. 水文地球化学课程设计 2 地热地质背景 （4）地热背景：江西省实测大地热流表明，全省大地热流平均值为69.79±13.4(SD)mW/m2，而赣南地区大地热流平均值为74.10±13.68(SD)mW/m2，明显高于全省平均值，属于偏高的地热背景。 可见，本区活动的断裂构造和偏高的地热背景为区内温泉水的形成创造了有利条件。

6. 水文地球化学课程设计 3 地热水的成因分析 3.1 水化学分析 地热水成因的定性分析时常从温泉水化学成分的简单分类开始，依据主要的阴离子Cl-、SO42-和HCO3-可以对地热水的成因进行定性分析。横径地区水化学成分分析结果列于表1。 （1）对比热水与冷水水化学区别：水化学类型，特殊组分等。 （2）使用图解法进行定性分析

7. 水源水源水温pH CO2 SiO2 Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Cl- SO42- HCO3- 日期 号类型（°C） 2 温泉25 6.52 1263 99 138.5 15.73 84.6 698.6 81.18 325.0 1886.1 97.9.24 3 温泉48 6.67 725.3 94 117.1 10.95 71.8 679.1 70.19 764.9 1004.2 97.9.24 5 温泉37 6.74 22 78 29.12 0.09 4.42 93.63 8.51 26.5 216.95 97.9.24 6 温泉73 7.30 8.8 81 9.85 0.09 3.09 71.47 8.51 17.0 106.14 97.9.26 9 温泉27 6.50 547 43 106.9 10.4 81.97 969.8 50.69 350.0 2253.1 97.9.26 11 温泉48 6.77 722 135 107.8 6.74 43.17 711.2 35.1 300.0 1428.1 97.9.27 12 温泉44 6.63 250 82 52.25 0.33 6.85 154.4 28.71 115.0 276.83 97.9.27 7 冷泉18 6.72 21 19 0.09 0.36 3.67 1.25 2.20 0.00 7.99 97.9.26 8 冷泉18 6.92 16 17 0.00 0.01 1.49 1.95 2.20 0.00 25.2 97.9.26 10 冷泉22 6.18 16 15 33.41 4.46 3.4 11.08 21.98 12.0 63.44 97.9.26 水文地球化学课程设计 表1 横径地区水化学成分（单位mg/l）

8. 1 0 0 Legend 0 hotspring M A coldspring T U 5 7 R 5 2 E S R W E A T T A E W R S 0 5 5 0 C I N A C L P O E V R I P 5 2 H 7 5 10 E 7 R A L W 8 A 12 6 T 3 2 5 0 E 11 9 0 R 0 1 STEAM HEATED WATERS S 0 25 50 75 100 水文地球化学课程设计 S=[Cl-]+[SO42-]+[HCO3-] Cl- [Cl-]%=100 [Cl-]/S [SO42-] %=100 [SO42-] /S [HCO3-] %=100 [HCO3-] /S SO42- HCO3- 图2 水中相对的Cl-、SO42-和HCO3-含量

9. 水源号水源类型N2 CO2 CH4 Ar He 2 温泉未检测99.84 0.04 0.115 0.0047 3 温泉未检测97.96 1.86 0.117 0.0016 9 温泉2.01 96.47 1.28 0.211 0.0234 11 温泉1.91 97.92 0.06 0.095 0.0137 水文地球化学课程设计 3 地热水的成因分析 3.2气体化学分析 热水中的气体化学成分，尤其是惰性气体He 、Ar和相对稳定的气体N2对分析地热水中气体组份的成因是很有用的。与表1热水相应的气体成分见表2。 表2 与表1热水排泄相应的气体成分（单位体积%）

10. 水文地球化学课程设计 S=[N2/100]+[Ar]+[10He] [N2/100] %=100 [N2/100] /S [Ar] %=100 [Ar] /S [10He] %=100 [10He] /S 图3 热水中气体相对的N2, He 和 Ar含量

11. 水文地球化学课程设计 3 地热水的成因分析 3.3 同位素化学分析 3.2.1氧和氢同位素 利用表3中冷泉水的 D 和18O 数据，可以近似得到当地大气降水线方程： Y=A+BX D=A+B 18O

12. D 18O 3H 13Cco23He/4He 水源号水源类型水温SMOW SMOW (TU) PDB (E-6) 日期 （°C）(‰) (‰) (‰) 1 冷泉20 -55 -7.4 13.14 97.9.24 2 温泉25 -57 -7.2 4.08 -4.96 1.90 0.06 97.9.24 3 温泉48 -53 -6.9 2.4 -4.43 2.740.12 97.9.24 4 温泉40 -49 -6.7 1.05 97.9.24 5 温泉37 -53 -7.2 1.92 97.9.24 6 温泉73 -47 -6.1 3.44 97.9.26 7 冷泉18 -46 -6.5 97.9.26 8 冷泉21 -39 -5.6 97.9.26 9 温泉27 -48 -5.9 0.5 -5.50 2.950.10 97.9.26 10 冷泉22 -49 -7.0 97.9.26 11 温泉48 -48 -5.9 2.03 -5.06 2.300.08 97.9.27 12 温泉44 -49 -7.0 1.66 97.9.27 13 冷泉20 -48 -6.9 97.9.27 14 冷泉19 -45 -6.6 97.9.27 水文地球化学课程设计 表3 横径地区水中同位素成分

13. 水文地球化学课程设计 D（‰） 18O（‰） 图4 横径地区水的D 和18O图

14. 水文地球化学课程设计 3 地热水的成因分析 3.2.1氧和氢同位素 为了确定地热水的补给高程和补给区，利用赣中地区D 和18O同位素高程效应方程： 18O=-4.82-0.0032H D=-25.11-0.047H （H是高程，单位为米），计算的地热水补给高程。

15. 水文地球化学课程设计 3 地热水的成因分析 3.2.2碳和氦同位素 　　热水中气体的13Cco2 和3He/4He资料对探讨气体组份的成因十分有用。温泉水中气体的13Cco2 和3He/4He分析结果见表3。把13Cco2和3He/4He资料投到13Cco2 --Log(R)图上（见图5），其中R=（3He/4He）样品/（3He/4He）空气。 （3He/4He）空气=1.4╳10-4 （3He/4He）地幔=10-5 （3He/4He）地壳=10-8

16. 水文地球化学课程设计 　　　　　13Cco2（‰） （13Cco2）地壳＝-8～-4 ‰ （13Cco2）地幔＝-8～-1 ‰ （13Cco2）空气＝-8～-6 ‰ Log(R) 图5 横径地区气体的13Cco2和 Log(R)图

17. 水文地球化学课程设计 4 结论 综上所述，横径地区水、气体和同位素化学成分研究表明： 参考文献