Geochemical Signature and Genesis of Geothermal Water in Minghuazhen Formation, Luohe, Henan Province

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.049

Abstract

Abstract:

Global environmental pollution remains severe, and the development of renewable energy such as geothermal has become a consensus in modern society. By combining systematically the geothermal and geological conditions of Luohe in Henan Province, and taking the Neogene Minghuazhen Formation geothermal water as a case study, we sampled and analyzed the hydrochemical field, temperature field, and isotopes. We proposed a geothermal-geological genetic model for Luohe. Our data indicate that the chemical types of local geothermal water are complex, including mainly Cl-Na, Cl-Na·Ca, Cl·SO₄-Na types, followed by Cl·HCO₃-Na and SO₄·Cl-Na types. The geothermal water is sourced mainly from pore water of the Neogene Minghuazhen Formation with minor lateral recharge. The replenishment source comes mainly from atmospheric precipitation in the western and northwestern hilly areas. The circulation depth is 1,320 m, typical of a conductive geothermal system.

Key words: geothermal geology, water chemistry type, conductive geothermal system

CLC Number:

ZHAO Mingkun, SUN Yajun, DUAN Zhongfeng, SHEN Quanwei, LU Guijing. Geochemical Signature and Genesis of Geothermal Water in Minghuazhen Formation, Luohe, Henan Province[J]. Geoscience, 2022, 36(02): 507-514.

Figures/Tables 7

Fig.1 Distribution map of geological structures in the study area

Fig.2 Distribution map of samples

Table 1 Water chemistry characteristics of the study area

井名	井深/ m	温度/ ℃	总硬度/ (mg/L)	H₂SiO₃/ (mg/L)	溶解性总固体/(mg/L)	Sr/ (mg/L)	K⁺/ (mg/L)	Na⁺/ (mg/L)	Ca²⁺/ (mg/L)	Mg²⁺/ (mg/L)	Cl^-/ (mg/L)	S $O 4 2 -$ / (mg/L)	HC $O 3 -$ / (mg/L)	资料来源
TM1	1 402.46	61	1 289.03	41.18	5 370.00	15.05	23.03	1 449.80	380.28	82.49	2 738.10	552.49	112.28	本文
R57	994.80	56	994.80	35.88	3 820.00	11.68	16.03	965.17	230.62	41.13	1 756.90	532.46	149.68	本文
TM2	1 406.66	61	1 340.92	38.48	5 425.00	14.09	23.22	1 477.60	397.85	84.44	2 778.20	622.37	111.61	本文
R27	1 230.90	56	811.90	38.17	3 399.00	8.22	15.56	919.71	246.71	47.59	1 488.30	512.34	139.06	本文
R48	1 203.20	54	135.06	27.46	1 314.00	1.36	3.70	365.59	32.52	13.08	274.63	374.11	228.89	本文
R35	1 100.00	50	84.27	32.71	1 213.00	0.67	3.87	367.01	21.96	7.15	349.04	232.51	205.82	本文
R44	1 267.00	54	130.10	34.89	1 675.00	1.23	5.82	504.41	36.93	9.21	376.69	529.10	185.87	本文
R79	1 100.00	45	109.64	33.75	1 163.00	0.60	4.91	336.69	28.94	9.08	363.93	126.75	266.90	本文
R19	1 133.00	52	204.31	33.44	1 531.00	1.62	6.63	423.52	57.47	14.77	393.71	438.66	170.86	本文
R29	1 211.00	56	721.68	32.92	3 551.00	7.54	13.12	1 020.40	218.56	42.75	1 546.80	534.81	149.68	本文
R66	1 088.00	51	786.48	29.80	3 360.00	8.97	12.21	835.76	285.43	17.92	1 451.10	541.06	193.31	本文
R77	1 118.00	53	232.50	32.50	1 643.25	2.41	6.94	439.52	62.61	18.65	372.56	555.71	158.65	文献[14]
R82	1 174.82	54	926.50	35.10	3 440.76	10.56	20.81	830.18	299.00	43.86	1 527.19	559.07	126.92	文献[14]
R65	1 132.80	54	603.00	39.00	2 788.78	1.89	13.10	764.29	163.70	47.30	1 216.64	404.41	144.01	文献[14]
R76	1 101.70	52	205.00	28.60	1 609.64	1.69	4.35	475.08	58.68	14.22	345.28	518.72	170.86	文献[14]
R31	1 158.00	55	254.00	39.00	1 694.04	2.43	8.34	440.00	74.44	16.61	411.93	542.74	167.80	文献[14]
R60	1 055.30	49	460.50	36.40	1 900.50	1.74	7.40	421.94	127.80	34.44	370.81	746.39	161.09	文献[14]
C8	1 100.00	52	727.78	47.01	3 084.40		15.50	830.00	222.56	41.81	1 297.30	570.02	138.03	文献[14]
R71	1 069.00	56	326.96	41.08	1 669.00		11.00	435.67	95.23	21.67	426.07	557.77	177.93	文献[14]
T1	1 100.00	45	222.90	35.74	1 448.00	2.50	6.20	390.00	87.90	15.70	371.60	378.80	196.10	文献[14]
R23	1 132.40	56	214.50	35.10	1 980.17	2.09	6.85	579.82	63.97	13.31	580.67	540.34	164.75	文献[14]
R17	1 016.20	50	235.74	47.32	1 575.50		6.25	435.00	69.28	15.20	380.02	548.36	169.21	文献[14]

Table 1 Water chemistry characteristics of the study area

井名	井深/ m	温度/ ℃	总硬度/ (mg/L)	H₂SiO₃/ (mg/L)	溶解性总固体/(mg/L)	Sr/ (mg/L)	K⁺/ (mg/L)	Na⁺/ (mg/L)	Ca²⁺/ (mg/L)	Mg²⁺/ (mg/L)	Cl^-/ (mg/L)	S $O 4 2 -$ / (mg/L)	HC $O 3 -$ / (mg/L)	资料来源
TM1	1 402.46	61	1 289.03	41.18	5 370.00	15.05	23.03	1 449.80	380.28	82.49	2 738.10	552.49	112.28	本文
R57	994.80	56	994.80	35.88	3 820.00	11.68	16.03	965.17	230.62	41.13	1 756.90	532.46	149.68	本文
TM2	1 406.66	61	1 340.92	38.48	5 425.00	14.09	23.22	1 477.60	397.85	84.44	2 778.20	622.37	111.61	本文
R27	1 230.90	56	811.90	38.17	3 399.00	8.22	15.56	919.71	246.71	47.59	1 488.30	512.34	139.06	本文
R48	1 203.20	54	135.06	27.46	1 314.00	1.36	3.70	365.59	32.52	13.08	274.63	374.11	228.89	本文
R35	1 100.00	50	84.27	32.71	1 213.00	0.67	3.87	367.01	21.96	7.15	349.04	232.51	205.82	本文
R44	1 267.00	54	130.10	34.89	1 675.00	1.23	5.82	504.41	36.93	9.21	376.69	529.10	185.87	本文
R79	1 100.00	45	109.64	33.75	1 163.00	0.60	4.91	336.69	28.94	9.08	363.93	126.75	266.90	本文
R19	1 133.00	52	204.31	33.44	1 531.00	1.62	6.63	423.52	57.47	14.77	393.71	438.66	170.86	本文
R29	1 211.00	56	721.68	32.92	3 551.00	7.54	13.12	1 020.40	218.56	42.75	1 546.80	534.81	149.68	本文
R66	1 088.00	51	786.48	29.80	3 360.00	8.97	12.21	835.76	285.43	17.92	1 451.10	541.06	193.31	本文
R77	1 118.00	53	232.50	32.50	1 643.25	2.41	6.94	439.52	62.61	18.65	372.56	555.71	158.65	文献[14]
R82	1 174.82	54	926.50	35.10	3 440.76	10.56	20.81	830.18	299.00	43.86	1 527.19	559.07	126.92	文献[14]
R65	1 132.80	54	603.00	39.00	2 788.78	1.89	13.10	764.29	163.70	47.30	1 216.64	404.41	144.01	文献[14]
R76	1 101.70	52	205.00	28.60	1 609.64	1.69	4.35	475.08	58.68	14.22	345.28	518.72	170.86	文献[14]
R31	1 158.00	55	254.00	39.00	1 694.04	2.43	8.34	440.00	74.44	16.61	411.93	542.74	167.80	文献[14]
R60	1 055.30	49	460.50	36.40	1 900.50	1.74	7.40	421.94	127.80	34.44	370.81	746.39	161.09	文献[14]
C8	1 100.00	52	727.78	47.01	3 084.40		15.50	830.00	222.56	41.81	1 297.30	570.02	138.03	文献[14]
R71	1 069.00	56	326.96	41.08	1 669.00		11.00	435.67	95.23	21.67	426.07	557.77	177.93	文献[14]
T1	1 100.00	45	222.90	35.74	1 448.00	2.50	6.20	390.00	87.90	15.70	371.60	378.80	196.10	文献[14]
R23	1 132.40	56	214.50	35.10	1 980.17	2.09	6.85	579.82	63.97	13.31	580.67	540.34	164.75	文献[14]
R17	1 016.20	50	235.74	47.32	1 575.50		6.25	435.00	69.28	15.20	380.02	548.36	169.21	文献[14]

Fig.3 Piper diagram of water samples from the study area (unit:%; data of some samples from ref.[14])

Fig.4 Map showing water chemistry characteristics of the study area

Table 2 Geothermal water deuterium-oxygen isotope data and recharge elevation

地热井/水样	高程/m	孔深/m	δ¹⁸O/‰	δD/‰	补给高程/m	资料来源
沙河水样			-4.67	-36.92		本文
雨水水样(周口)			-9.20	-62.00		文献[15]
浅层井水样	81.00	100.00	-9.65	-67.84		本文
R66	61.50	1 088.00	-10.41	-76.83	439.63	本文
R79	59.70	1 100.00	-10.36	-73.77	422.20	本文
T1	59.10	1 100.00	-10.12	-73.80	346.60	文献[15]
R57	59.00	1 130.10	-9.98	-74.29	302.75	本文
C4	59.50	1 186.50	-9.86	-70.40	265.75	文献[15]
C5	59.30	1 188.92	-9.64	-71.20	196.80	文献[15]
双龙小区	59.00		-10.25	-62.50	387.13	文献[15]
R44	64.00		-10.44	-76.18	451.50	本文
R19	59.00	1 133.00	-10.43	-75.41	443.38	本文
R29	56.50	1 211.00	-10.39	-77.01	428.38	本文
R27	58.30	1 230.90	-10.39	-76.69	430.18	本文
C11	59.00	1 387.50	-10.09	-65.20	337.13	文献[15]
R35	55.00	1 400.00	-10.45	-75.28	445.63	本文
TM1	80.98	1 402.48	-10.14	-76.70	374.73	本文

Fig.5 Diagram of δD-δ18O for atmospheric precipitation and geothermal water in the study area

References 20

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