摘要
随着全球化石能源的日益减少,生态环境保护的形势日趋严峻,世界各国对于能源的需求量仍居高不下。能源危机的加剧,使世界各国对可再生能源的需求也不断增长。地热资源作为一种重要的可再生清洁能源,其社会、经济和环境效益均很显著。中国的地热资源储量巨大,而且主要以中低温地热资源为主,几乎遍布全国各地,开发利用条件较好。早在上个世纪70年代,我国就认识到地热资源的重要性,曾经历大规模的勘查和开发阶段,但与其他的可再生能源相比,从理论到技术都尚未成熟,仍面临以下问题:(1)对地热资源成因和赋存环境的基础科学研究有待进一步加强。在开展温泉资源勘查的同时,全方面地收集并积累与温泉相关的地球物理、地球化学信息(如地热场、元素分布特征等),既有助于完善有关基础理论,又对今后的地下热水勘查有指导意义。(2)用于地热资源勘查的方法技术研究需要深化。一方面,单一的勘查方法有时具有多解性,不能满足深部地热和隐伏温泉勘查的需要;另一方面,从地质矿产勘查角度,每一种勘查方法有着自身的局限性。不同的地热田,其区域地质条件、地热结构、地热成因、地热水水化学类型等不同,其物化探异常揭示的规律也必然有所差异,不能照搬某一种模式。对此,综合运用多种手段,充分发挥每种方法的优势,能够起到相互补充、相互验证。(3)在实际的地热资源勘查工作中,受地形或环境条件限制,某些常规物化探方法难以开展。对此,引入新的、非常规的勘探技术有助于取得好的成果。(4)急需发展针对深层地热资源的勘查技术。深部地热资源的勘查,技术难度大,主要表现在:向深部探测区域建立地球物理场难度大;探测区域建立的地球物理场强度小,不利于观察与研究;信号易受干扰等。对此,引入一些在获取深部信息方面有优势的先进勘查技术,建立深部探测方法技术组合和综合解释方法技术平台,可以为钻探定位提供辅助,减小风险。鉴于以上问题,本文拟通过在多个已探明的构造控制的隐伏温泉上进行地气采样及测量,积累与隐伏温泉有关的地气场信息并研究其规律,探究利用地气场中造岩元素、多种金属元素浓度异常幅度和其他地气场元素组成来指示隐伏温泉的可行性。在此基础上建立一套利用地气测量探测隐伏温泉或含热水断裂构造的新技术。论文选题来源于国家自然科学基金项目《隐伏温泉地气场及勘查方法研究》(NO.41274131)。论文首次开展了地气测量勘查隐伏温泉的机理、方法技术及应用示范研究。以采集的汤里、仓石及四川巴塘县德达乡查清卡三处温泉水样及对比水样,构建并完成了8组温泉地气模型的地气迁移模拟实验,并与铅锌矿地气模型的实验结果进行了对比;研究了温泉水储集区地气弱信息提取的探测技术问题;选择江西武宁县汤里、广东韶关市重阳镇暖水村、广东南雄市仓石三个已知深循环渗入型温泉为地气信息采集研究区,通过大比例尺剖面测量,系统采集了温泉上方及其相邻区域的地气信息;依据温泉地气迁移模型实验资料、已知温泉研究区地气测量资料,结合现代数学方法将微量元素示踪、稀土配分模式等手段引入地气场研究,系统研究了温泉水储集区上方地气场中元素的组成、分布规律,提取地气场中温泉的有效指示元素,探索其与温泉水储集区的空间关联规律;初步建立了一套可以满足温泉勘查要求的地气采样、分析、资料处理与分析解释的地气勘查技术,并选择四川省巴塘县德达乡查清卡区域,开展了温泉勘查初步应用示范研究工作。本研究取得以下认识与成果:(1)温泉模型地气迁移模拟实验表明,在地气流作用下,温泉中多种元素存在迁出行为,且迁移活性远大于隐伏矿体,这对利用地气场来指示隐伏温泉提供了指导意义。(2)可以用于温泉勘查的地气指示元素主要有:Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Cd、Sc、Cr、Li、Y等,不同地区温泉略有差异。(3)采用串联捕集器、预浓缩地气样品、然后再采用ICP-MS分析的样品采集与分析程序,可以检测出温泉迁移来的弱地气信息,可靠捕获温泉地气异常。(4)论文提出了基于水文地球化学法确立温泉水的成因模式,利用地气的特征元素异常分布厘定温泉隐伏通道,利用地气测量的微量元素特征圈定温泉靶位的地气勘查模式。(5)将建立的温泉地气场与温泉间关联关系模型应用到四川省巴塘县德达乡查清卡温泉勘查区,为当地的温泉勘查提出了进一步工作建议。本研究将地气探测技术从固体矿产勘查成功拓展到新的应用领域,为探测隐伏温泉提供了一种新的思路与新的技术支撑。