北京—河北北部中低温温泉的特征和流量、温度变化的模型研究

论文摘要

中低温温泉由地下水深循环中地热增温加热。为了可持续开发利用地热资源,需要了解掌握地热流体形成和循环等方面的信息。定性分析中低温温泉的特征,定量讨论流量和温度的变化规律,有助于地下水深循环的机理和热水分布及开发利用的研究。本文以北京-河北北部分布的14个中低温温泉为主要研究对象,阐明研究区温泉出露的地热地质背景,分析和总结地下热水水化学特征和同位素特征,估算地下热水的补给来源、补给高程、热水年龄、循环深度、热储温度等,建立描述流量和温度变化的数学模型。在开展研究区温泉野外调查的基础上,收集研究区中低温温泉前人研究成果并进行分析总结。研究区位于燕山山区西南部山间盆地和东南部丘陵地区,多数温泉出露于山前地带及盆地边缘,附近地层岩性为第四系松散沉积物、灰岩、花岗岩、片麻岩等,受断裂或基岩裂隙影响。热水温度为37～85℃,流量为0.11～13.9 L/s。热水水化学特征分析表明,研究区地下热水中主要阳离子为Na+、K+、Ca2+、Mg2+,主要阴离子为HCO3-、Cl-、SO42-,次要离子有NH4+、CO32-、NO3-,水化学类型以SO4·HCO3- Na型为主。热水矿化度为0.189-1.3 g/L,pH值为7.73-9.35,H2SiO3为26.1-96.3 mg/L,F-为1.6-1.7 mg/L。同位素特征分析表明,研究区地下热水都来源于大气降水,估算地下热水的补给高程为140-1850 m或200-1530 m,补给区温度为4.5～11.6℃或-1～8.7℃,多数温泉地下热水年龄为12-68 a。研究区地下热储温度为62～121℃,热水循环深度为1700-3700 m或2100-5300 m。怀来和崔庄温泉冷水混合比例分别为0.7和0.82。应用Log （Q/K）图解法分析热储平衡情况,几乎所有水样中的特征矿物（萤石、石英、无水石膏、温石棉、玉髓、无定形硅、滑石）都没有很好地在某一特定温度下同时接近平衡。利用达西定律和热传导理论可以建立描述温泉流量和温度变化的数学模型。本文在前人圆弧形管道模型和槽型管道模型的基础上建立了单U型管道模型和双U型管道模型,分别用4种数学模型对研究区温泉的实测流量和温度进行验证,并讨论了影响温泉流量和温度变化的因素。结果表明,温泉温度随流量增加先上升后下降,多数温泉流量和温度的关系与数学模型的结果总体上相符合,说明满足断裂-深循环模式的中低温温泉的流量和温度可以由数学模型近似模拟。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题依据
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究目的与意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 温泉流量和温度间关系的定性分析
• 1.2.2 同位素
• 1.2.3 循环深度
• 1.2.4 热储温度
• 1.2.5 热水深部循环动力学和热学机制
• 1.2.6 温泉流量和温度间关系的定量讨论
• 1.3 研究内容与方法
• 1.3.1 定性分析温泉流量和温度的变化关系
• 1.3.2 分析地下热水的补给来源
• 1.3.3 计算地下热水循环深度
• 1.3.4 应用地热温标估算地下热储温度
• 1.3.5 温泉流量数学模型的建立
• 1.3.6 温泉流量数学模型的验证和影响因素的讨论
• 1.4 技术路线与研究方法
• 1.4.1 技术路线
• 1.4.2 研究方法
• 第2章 研究区概况
• 2.1 白庙温泉（A1）
• 2.2 赤城温泉（A2）
• 2.3 塘子庙温泉（A3）
• 2.4 松山温泉（A4）和松山自流孔（A4K）
• 2.5 怀来暖泉（A5）
• 2.6 温泉村温泉（A6）
• 2.7 小汤山温泉（A7）
• 2.8 遵化汤泉（A8）
• 2.9 洪汤寺温泉（A9）
• 2.10 汤杖子温泉（A18）
• 2.11 崔庄温泉（A19）
• 2.12 温泉堡温泉（A20）
• 2.13 澡洗塘温泉（A21）
• 2.14 后郝窑温泉（A22）
• 第3章 温泉水文地球化学特征
• 3.1 研究区水化学概况
• 3.2 离子含量
• 3.2.1 主要离子
• 3.2.2 次要离子
• 3.2.3 微量成分
• 3.2.4 特征组分
• 3.3 矿化度
• 3.4 pH
• 3.5 水化学类型
• 3.6 混合作用
• 3.7 多矿物Log （Q/K）图解法
• 第4章 同位素应用
• 4.1 补给来源
• 4.2 补给高程
• 4.3 补给区温度
• 4.4 热水年龄
• 第5章 热储温度与热水循环
• 5.1 热储温度估算
• 2 地热温标'>5.1.1 SiO₂地热温标
• 5.1.2 阳离子地热温标
• 5.1.3 同位素地热温标
• 5.1.4 矿物-流体化学平衡判断
• 5.1.5 热储温度计算
• 5.2 循环深度
• 第6章 流量模型
• 6.1 圆弧形圆管含水层模型
• 6.2 槽型管道模型
• 6.3 单U 型圆管含水层模型
• 6.4 双U 型圆管含水层模型
• 6.5 模型验证
• 第7章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历