基于水文地球化学特征的辽宁丹东地区地热水成因模式研究

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.017

现代地质 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (02): 474-483.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.017

基于水文地球化学特征的辽宁丹东地区地热水成因模式研究

杨峰田¹^,²(), 石宇佳¹^,², 李文庆³^,⁴()

1. 吉林大学新能源与环境学院,吉林长春 130021
2. 吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室,吉林长春 130021
3. 吉林大学地球科学学院,吉林长春 130021
4. 自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室,吉林长春 130021

收稿日期:2021-08-06 修回日期:2022-03-02 出版日期:2022-05-10 发布日期:2022-06-14
通讯作者: 李文庆
作者简介:李文庆,男,高级工程师,博士,1985年出生,数字地质科学专业,主要从事数字地质和地质测试方面的研究。Email:lwq@jlu.edu.cn。
杨峰田,男,副教授,博士,1983年出生,地质工程专业,主要从事地热系统成因和水岩相互作用等方面的研究。Email:yangfengtian@jlu.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(41202167)

Genesis Model of Geothermal Water in Dandong Area of Liaoning Province Based on Hydrogeochemical Characteristics

YANG Fengtian¹^,²(), SHI Yujia¹^,², LI Wenqing³^,⁴()

1. College of New Energy and Environment, Jilin University, Changchun, Jilin 130021, China
2. Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment, Ministry of Education, Jilin University, Changchun, Jilin 130021, China
3. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun, Jilin 130021, China
4. Key Laboratory of Northeast Asia Mineral Resources Evaluation, Ministry of Natural Resources, Changchun, Jilin 130021, China

Received:2021-08-06 Revised:2022-03-02 Online:2022-05-10 Published:2022-06-14
Contact: LI Wenqing

摘要/Abstract

摘要：

辽宁丹东地区地热资源丰富,阐明其地热田的成因模式对于区域热水资源的可持续开发利用具有重要意义。以区内北汤、东汤、五龙背地热田为研究对象,进行水化学和同位素分析。结果表明,北汤、东汤、五龙背地热水的水化学类型分别为SO₄·Cl-Na·Ca型、HCO₃·SO₄-Na型、 HCO₃-Na·Ca、HCO₃·SO₄-Na和HCO₃·Cl-Na型。研究区的热水来源为大气降水,北汤、东汤地热田的补给高程分别为678 m和376 m。根据¹⁴C测年方法,得出北汤、东汤和五龙背地热田地热水年龄分别为2 000~3 300 a B.P.、2 200~7 200 a B.P.和700~2 900 a B.P.。根据二氧化硅地温计和lg(Q/K)方法,北汤、东汤和五龙背地热田的热储温度分别为92 ℃、120 ℃和100~101 ℃,相应的地热水循环深度分别为1 900 m、3 000 m和800~1 800 m。地热水接收大气降水入渗补给,经断裂带深循环加热,于NNE和NW向两组断裂交汇处上涌进入浅部含水层或出露地表成泉,属中低温对流型地热系统。

关键词: 丹东, 地热田, 成因模式, 中低温对流型地热系统

Abstract:

Geothermal resources are abundant in Dandong. It is of great significance to establish the genesis model of the geothermal fields for sustainable utilization and further development. The geothermal fields of Bei-tang, Dongtang and Wulongbei were investigated for hydrochemical and isotopic analysis. The results show that the hydrochemical types of Beitang, Dongtang and Wulongbei geothermal water are SO₄·Cl-Na·Ca, HCO₃·SO₄-Na and HCO₃-Na·Ca, HCO₃·SO₄-Na and HCO₃·Cl-Na, respectively. The source of the thermal water is atmospheric precipitation. The recharge elevations of Beitang and Dongtang geothermal fields are 678 and 376 m, respectively. According to ¹⁴C dating methods, the ages of the thermal waters in Beitang, Dongtang and Wulongbei geothermal fields are 2,000-3,300 and 2,200-7,200 and 700-2,900 a B.P., respectively. The reservoir temperatures of Beitang, Dongtang and Wulongbei geothermal fields are predicted to be 92, 120, and 100-101 ℃, respectively according to the silica and lg(Q/K) geothermometer. The thermal water circulation depth of Beitang, Dongtang and Wulongbei geothermal fields are ca. 1,900, 3,000 and 800-1,800 m, respectively. The thermal water is heated up during deep circulation through the fault zone, and then upwelled into shallow aquifers or outcrops as springs at the intersection of NNE and NW trending faults, which belong to low to medium temperature geothermal system of convective type.

Key words: Dandong, geothermal field, genesis model, low to medium temperature geothermal system of convective type

中图分类号:

杨峰田, 石宇佳, 李文庆. 基于水文地球化学特征的辽宁丹东地区地热水成因模式研究[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 474-483.

YANG Fengtian, SHI Yujia, LI Wenqing. Genesis Model of Geothermal Water in Dandong Area of Liaoning Province Based on Hydrogeochemical Characteristics[J]. Geoscience, 2022, 36(02): 474-483.

图/表 14

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编号	样品名称	水样类型		纬度 (N)		经度 (E)			温度/ ℃		TDS (mg/L)	pH		Ca²⁺/ (mg/L)		Mg²⁺/ (mg/L)		K⁺/ (mg/L)		Na⁺/ (mg/L)		Sr²⁺/ (mg/L)		N0₃^-/ (mg/L)		S0₄^2-/ (mg/L)
1	B01-W	温泉水		40°36'37″		124°04'29″			47.0		850	7.27		130.82		0.59		9.51		282.13		9.62		2.39		714.95
2	B02-H	河水		40°36'33″		124°04'34″			25.0		170	7.27		45.27		10.83		3.21		44.05		0.04		15.05		48.41
3	B03-H	河水		40°36'33″		124°04'12″			25.5		200	7.18		48.45		11.51		3.77		169.65		0.89		15.04		75.80
4	B04-D	浅层地下水		40°36'53″		124°04'12″			15.0		190	6.33		39.04		9.83		25.24		96.02		0.48		108.49		25.90
5	D01-W	温泉水		40°25'07″		124°18'01″			48.0		120	5.90		12.21		1.30		7.82		83.12		0		6.96		56.44
6	D02-D	浅层地下水		40°24'48″		124°18'33″			20.1		70	6.60		13.37		1.99		1.80		55.22		1.17		0		11.65
7	D03-D	浅层地下水		40°25'23″		124°17'57″			13.0		90	6.44		18.44		3.25		2.62		86.70		0.33		33.15		10.81
8	W01	地热井水		40°14'58″		124°16'37″			31.1		230	8.02		32.21		5.63		4.72		62.30		2.02		29.17		38.14
9	W02	地热井水		40°14'58″		124°16'37″			58.0		230	8.20		33.49		4.89		4.98		57.87		1.29		30.38		36.04
10	W03	地热井水		40°15'25″		124°15'55″			59.0		210	8.96		9.77		<0.4		4.64		85.98		0.71		2.90		34.26
11	W04	地热井水		40°15'28″		124°15'55″			59.5		240	8.26		14.27		<0.4		5.42		92.61		1.93		7.86		57.71
样品编号	样品名称	HC0₃^-/ (mg/L)	C0₃^2-/ (mg/L)		F^-/ (mg/L)		Cl^-/ (mg/L)	Br^-/ (mg/L)		SiO₂/ (mg/L)			H₂SiO₃/ (mg/L)		δ¹⁸O /‰		δ¹⁸O 标准偏差		δ²H/ ‰		δ²H 标准偏差		³H/ TU		¹⁴C/ pMC		δ¹³C/ ‰
1	B01-W	39.66	0		6.00		161.04	0.21		73.18			95.130		-9.77		0.10		-68.79		0.19		0		60.3		-17.7
2	B02-H	129.36	0		0.18		3.75	0		3.28			4.264		-8.59		0.15		-59.89		0.24		10.3		ND		ND
3	B03-H	124.49	0		0.55		9.26	0		6.48			8.424		-8.73		0.14		-60.16		0.30		10.4		ND		ND
4	B04-D	54.31	0		0.07		11.32	0		12.38			16.090		-8.40		0.22		-58.79		0.65		8.3		ND		ND
5	D01-W	95.19	0		7.88		13.35	0		115.43			150.059		-9.02		0.07		-61.34		0.50		1.0		37.6		-11.3
6	D02-D	36.61	0		0.14		3.96	13.20		19.98			25.970		-8.01		0.14		-55.40		0.23		8.9		ND		ND
7	D03-D	36.61	0		0.09		7.68	0		18.03			23.440		-8.39		0.24		-57.98		0.35		9.8		ND		ND
8	W01	167.67	0		1.57		31.80	0.02		56.28			73.160		-8.08		0.09		-55.90		0.48		7.9		ND		ND
9	W02	148.20	0		1.49		32.25	0.02		83.70			108.810		-8.04		0.07		-55.79		0.27		1.5		ND		ND
10	W03	95.19	7.05		8.91		19.28	0		85.33			110.929		-8.81		0.20		-59.68		0.40		1.8		ND		ND
11	W04	152.60	0		3.79		25.66	0.03		86.05			111.865		-8.50		0.15		-58.88		0.35		0		63.2		-15.8

编号	样品名称	水样类型		纬度 (N)		经度 (E)			温度/ ℃		TDS (mg/L)	pH		Ca²⁺/ (mg/L)		Mg²⁺/ (mg/L)		K⁺/ (mg/L)		Na⁺/ (mg/L)		Sr²⁺/ (mg/L)		N0₃^-/ (mg/L)		S0₄^2-/ (mg/L)
1	B01-W	温泉水		40°36'37″		124°04'29″			47.0		850	7.27		130.82		0.59		9.51		282.13		9.62		2.39		714.95
2	B02-H	河水		40°36'33″		124°04'34″			25.0		170	7.27		45.27		10.83		3.21		44.05		0.04		15.05		48.41
3	B03-H	河水		40°36'33″		124°04'12″			25.5		200	7.18		48.45		11.51		3.77		169.65		0.89		15.04		75.80
4	B04-D	浅层地下水		40°36'53″		124°04'12″			15.0		190	6.33		39.04		9.83		25.24		96.02		0.48		108.49		25.90
5	D01-W	温泉水		40°25'07″		124°18'01″			48.0		120	5.90		12.21		1.30		7.82		83.12		0		6.96		56.44
6	D02-D	浅层地下水		40°24'48″		124°18'33″			20.1		70	6.60		13.37		1.99		1.80		55.22		1.17		0		11.65
7	D03-D	浅层地下水		40°25'23″		124°17'57″			13.0		90	6.44		18.44		3.25		2.62		86.70		0.33		33.15		10.81
8	W01	地热井水		40°14'58″		124°16'37″			31.1		230	8.02		32.21		5.63		4.72		62.30		2.02		29.17		38.14
9	W02	地热井水		40°14'58″		124°16'37″			58.0		230	8.20		33.49		4.89		4.98		57.87		1.29		30.38		36.04
10	W03	地热井水		40°15'25″		124°15'55″			59.0		210	8.96		9.77		<0.4		4.64		85.98		0.71		2.90		34.26
11	W04	地热井水		40°15'28″		124°15'55″			59.5		240	8.26		14.27		<0.4		5.42		92.61		1.93		7.86		57.71
样品编号	样品名称	HC0₃^-/ (mg/L)	C0₃^2-/ (mg/L)		F^-/ (mg/L)		Cl^-/ (mg/L)	Br^-/ (mg/L)		SiO₂/ (mg/L)			H₂SiO₃/ (mg/L)		δ¹⁸O /‰		δ¹⁸O 标准偏差		δ²H/ ‰		δ²H 标准偏差		³H/ TU		¹⁴C/ pMC		δ¹³C/ ‰
1	B01-W	39.66	0		6.00		161.04	0.21		73.18			95.130		-9.77		0.10		-68.79		0.19		0		60.3		-17.7
2	B02-H	129.36	0		0.18		3.75	0		3.28			4.264		-8.59		0.15		-59.89		0.24		10.3		ND		ND
3	B03-H	124.49	0		0.55		9.26	0		6.48			8.424		-8.73		0.14		-60.16		0.30		10.4		ND		ND
4	B04-D	54.31	0		0.07		11.32	0		12.38			16.090		-8.40		0.22		-58.79		0.65		8.3		ND		ND
5	D01-W	95.19	0		7.88		13.35	0		115.43			150.059		-9.02		0.07		-61.34		0.50		1.0		37.6		-11.3
6	D02-D	36.61	0		0.14		3.96	13.20		19.98			25.970		-8.01		0.14		-55.40		0.23		8.9		ND		ND
7	D03-D	36.61	0		0.09		7.68	0		18.03			23.440		-8.39		0.24		-57.98		0.35		9.8		ND		ND
8	W01	167.67	0		1.57		31.80	0.02		56.28			73.160		-8.08		0.09		-55.90		0.48		7.9		ND		ND
9	W02	148.20	0		1.49		32.25	0.02		83.70			108.810		-8.04		0.07		-55.79		0.27		1.5		ND		ND
10	W03	95.19	7.05		8.91		19.28	0		85.33			110.929		-8.81		0.20		-59.68		0.40		1.8		ND		ND
11	W04	152.60	0		3.79		25.66	0.03		86.05			111.865		-8.50		0.15		-58.88		0.35		0		63.2		-15.8

温泉名称	温度/℃	水量/(t/h)	TDS/(mg/L)	水化学类型
北汤温泉	40	1.0	1 300	SO₄-Na·Ca
东汤温泉	70	30.0	500	HCO₃·SO₄-Na

温泉名称	温度/℃	水量/(t/h)	TDS/(mg/L)	水化学类型
北汤温泉	40	1.0	1 300	SO₄-Na·Ca
东汤温泉	70	30.0	500	HCO₃·SO₄-Na

样品编号	位置	水样类型	t/a B.P. (Vogel 模型)	t/a B.P. (Tamers 模型)	t/a B.P. (Pearson 模型)
B01-W	北汤	温泉水	3 310	/	2 016
D01-W	东汤	温泉水	7 215	6 089	2 210
W04	五龙背	地热井水	2 920	/	690

基于水文地球化学特征的辽宁丹东地区地热水成因模式研究

Genesis Model of Geothermal Water in Dandong Area of Liaoning Province Based on Hydrogeochemical Characteristics

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