基于水化學(xué)特征的“奧灰”地?zé)崃黧w水文地球化學(xué)演化機(jī)制研究
——以濟(jì)南東部章寧1地?zé)峋疄槔?/h1>
2019-07-25 08:48:58程洪柱成世才王振濤
山東國(guó)土資源 2019年8期
程洪柱，成世才，王振濤
(1.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，山東 濟(jì)南 250014)
0 引言
濟(jì)南地區(qū)地?zé)豳Y源儲(chǔ)量豐富、水質(zhì)優(yōu)良，開發(fā)利用程度較高[1]，2014年濟(jì)南市被中國(guó)礦業(yè)聯(lián)合會(huì)授予“中國(guó)溫泉之都”稱號(hào)。地?zé)豳Y源的開發(fā)利用直接減少了利用常規(guī)能源所產(chǎn)生的廢氣、懸浮顆粒物、煤灰渣等的排放量，對(duì)于城市治污減霾作用巨大，有利于生態(tài)文明城市的建設(shè)，符合黨中央“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念。
隨著地?zé)豳Y源的開發(fā)利用規(guī)模日益加大，盲目擴(kuò)大地?zé)釡厝_采所產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題也隨之而來(lái)，該文通過(guò)研究地?zé)崴乃瘜W(xué)特征，分析地?zé)崴瘜W(xué)演變機(jī)制，為濟(jì)南東部地區(qū)溫泉的合理開發(fā)利用提供依據(jù)。
1 地?zé)崴x存環(huán)境
區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)層為奧陶紀(jì)馬家溝群，巖性以灰?guī)r、白云巖為主，區(qū)內(nèi)奧灰頂板埋深一般387～1200m，分布規(guī)律由南向北頂板埋深逐漸變大。
章寧1地?zé)峋?，位于?jì)南市章丘區(qū)寧家埠鎮(zhèn)，處于濟(jì)南泉群中的白泉流域內(nèi)，為濟(jì)南東部地?zé)崽锏囊徊糠帧５責(zé)峋o鄰東部地?zé)崽镂鬟吔缥淖鏀嗔?，位于文祖斷裂西?cè)構(gòu)造破碎帶中，熱儲(chǔ)層為奧陶紀(jì)馬家溝群，巖性以灰?guī)r、白云巖為主，地?zé)豳Y源類型為Ⅱ-3型(圖1)。
圖1 工作區(qū)區(qū)域構(gòu)造圖
地?zé)峋删疃?511.1m。地?zé)峋^高于地面23.97m，自流量83.6m3/h，降壓試驗(yàn)最大降深50.74m，涌水量126.8m3/h，井口水溫45.5℃。
2 地?zé)崴乃牡厍蚧瘜W(xué)特征
濟(jì)南東部寧家埠地?zé)崴煞值男纬墒呛橘|(zhì)的化學(xué)成分、水化學(xué)作用、沉積環(huán)境及水循環(huán)等諸多因素共同作用的結(jié)果，地下熱水水化學(xué)特征反映了地下熱水同圍巖之間的溶解與溶濾作用，同時(shí)體現(xiàn)了巖漿活動(dòng)、大氣降水、含水層之間的補(bǔ)給等因素[4-5]。該區(qū)地下熱水水化學(xué)特征如下：
2.1 主要離子
2.2 微量元素
地?zé)崴墟J(15.37～16.48mg/L，平均15.925mg/L)、氟(2.30～2.51mg/L，平均2.405mg/L)達(dá)到命名礦水濃度，可命名為鍶水、氟水；鋰(0.90～2.15mg/L，平均1.525mg/L)達(dá)到了礦水濃度；偏硼酸(1.28～2.51mg/L，平均1.895mg/L)達(dá)到了有醫(yī)療價(jià)值濃度；偏硅酸(19.26～28.74mg/L，平均24.00mg/L)已接近醫(yī)療價(jià)值濃度。
3 地?zé)崴牡厍蚧瘜W(xué)演化
3.1 地?zé)崴乃牡厍蚧瘜W(xué)環(huán)境
地?zé)崴牡厍蚧瘜W(xué)特征反映了地下熱水的水文地球化學(xué)環(huán)境[6]，主要包括含水介質(zhì)的巖性、水動(dòng)力條件、氧化—還原環(huán)境及酸堿度等內(nèi)容，研究區(qū)地下熱水系統(tǒng)含水介質(zhì)為海相沉積的奧陶紀(jì)灰?guī)r、白云巖，在遠(yuǎn)離山前地段，隨著奧陶紀(jì)石灰?guī)r頂板埋藏深度不斷增大，地下水補(bǔ)、徑、排條件逐漸變差，遇弱透水構(gòu)造或受巖漿巖體阻擋，則形成相對(duì)封閉的含水系統(tǒng)，經(jīng)深部傳導(dǎo)熱能長(zhǎng)期加熱后形成熱儲(chǔ)含水層。地?zé)崴嗜鯄A性，地?zé)崴腡DS為6.6g/L，變質(zhì)系數(shù)γNa/γCl為0.92，這既不同于氧化環(huán)境水交替較強(qiáng)的低TDS(TDS<3g/L)，低變質(zhì)，又不同于還原環(huán)境水交替滯緩區(qū)的高TDS(TDS>10g/L)，高變質(zhì)，這反映了研究區(qū)地下熱水系統(tǒng)為較封閉的弱氧化--還原環(huán)境水交替滯緩區(qū)[7]。
3.2 地?zé)崴瘜W(xué)成分的形成
寧家埠地區(qū)地下熱水化學(xué)成分的形成和演化是含水介質(zhì)的化學(xué)成分、水化學(xué)作用、沉積環(huán)境及水循環(huán)等諸多因素共同作用的結(jié)果。
(1)易溶鹽溶解：易溶鹽溶解是地下熱水水化學(xué)成分形成的主要水化學(xué)作用。海相沉積的奧陶紀(jì)灰?guī)r、白云巖熱儲(chǔ)層含有鹽巖等易溶鹽類，在熱儲(chǔ)溫度作用下，鹽巖等易溶鹽溶解度增大，這是地下熱水中Na+,K+,Cl-,Br-,F-等離子含量較高的原因。
Na(K)Cl(Br-,F-)=Na+(K+)+Cl-(Br-,F-)
根據(jù)濟(jì)南巖體巖石化學(xué)成分及微量元素分析資料(表1)，巖石中部分化學(xué)成分及微量元素含量較灰?guī)r明顯偏高，鉆探驗(yàn)證章寧1地?zé)峋@遇地層中經(jīng)常出現(xiàn)閃長(zhǎng)巖侵入體，侵入體中的礦物如輝石、角閃石、黑云母、方柱石等含有大量的F，Sr，HiSO3，Li等微量元素，地下水在深部徑流過(guò)程中，由于徑流速度慢，水—巖作用充分，礦物的微量元素受平衡流體的成分、溫壓條件以及自身的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)等復(fù)雜因素影響大量溶于地下水中；同時(shí)，巖溶水與沿文祖斷裂上升的深部熱液混合，導(dǎo)致該處地?zé)崴形⒘吭睾匡@著升高[10]。
黑云母轉(zhuǎn)變?yōu)榫G泥石時(shí)，釋放F-進(jìn)入水中[11]。
[K(Mg·Fe2+)(AlSi3O10)(F·OH)2]→[(Mg·Fe2+)5(Al·Fe3+)2(SiO4O10)(OH)]+2F-
[KMg3(AlSi3O10)(F·OH)2]→K∠1Mg3[AlSi3(O·OH) ∠12]·NH2O+2F-[5]
表1 濟(jì)南巖體巖石化學(xué)成分及微量元素含量
3.3 地下熱水的變質(zhì)及演化
地下水的變質(zhì)是指水化學(xué)成分之間相互反應(yīng)引起離子組合比例變化的過(guò)程。強(qiáng)酸根與弱酸根的比例系數(shù)(K)和溶液的離子強(qiáng)度(I)定量表征了水化學(xué)成分變質(zhì)過(guò)程。
為查明地?zé)崴瘜W(xué)類型的演化過(guò)程，該次工作從補(bǔ)徑排的角度，通過(guò)收集徑流區(qū)章桃1地?zé)峋?地?zé)峋?.5km)和補(bǔ)給區(qū)(地?zé)峋?8km)北曹范村巖溶水水質(zhì)分析結(jié)果，主要離子分析結(jié)果見表2。
表2 主要離子分析結(jié)果(mg/L)
圖2 主要離子Schoeller圖
根據(jù)礦化度分析結(jié)果：北曹范(493.35mg/L)→章桃1(5064.44mg/L)→章寧1(6697.91mg/L)，與上述原因吻合。
淮委組織開展的引江濟(jì)淮規(guī)劃水資源論證，科學(xué)分析了跨流域調(diào)水工程與當(dāng)?shù)厮Y源之間的匹配性和協(xié)調(diào)性，提出了規(guī)劃方案調(diào)整和優(yōu)化的意見，進(jìn)一步提高了規(guī)劃編制的科學(xué)性和規(guī)劃實(shí)施的可行性。長(zhǎng)江委通過(guò)開展?jié)h江干流、烏江干流梯級(jí)水電規(guī)劃水資源論證，為梯級(jí)水電站選址提出提供了優(yōu)化方案?？缌饔蛘{(diào)水工程規(guī)劃水資源論證是跨流域調(diào)水工程規(guī)劃的重要技術(shù)支撐，可為規(guī)劃的科學(xué)編制提供重要技術(shù)依據(jù)。
圖3 主要離子piper三線圖
圖4 北曹范、章寧1、章桃1主要離子玫瑰花圖對(duì)比
從章桃1到沿徑流方向4.5km的章寧1，地下水水化學(xué)類型由SO4·Cl-Na·Ca型轉(zhuǎn)變?yōu)镃l·SO4-Na·Ca型，Cl-含量由814.14mg/L上升為1809.72mg/L，分析原因，氯離子主要來(lái)源于沉積巖中巖鹽和其他鈉鹽的溶解以及海相沉積巖中埋藏的海水，其次來(lái)自火成巖中一些含氯礦物，以及結(jié)晶格架中有分散狀態(tài)分布的氯的硅酸鹽的風(fēng)化和分解。從章桃1至章寧1，隨著地?zé)崴^續(xù)沿?cái)嗔严蛏畈垦h(huán)，易溶解的氯化物巖類增多，使地?zé)崃黧w中氯離子含量不斷上升；其次章寧1地?zé)峋诓煌疃榷加虚W長(zhǎng)巖侵入體，侵入體中的礦物如輝石、角閃石、黑云母、方柱石等含有大量的Cl-，地下水流經(jīng)侵入巖體時(shí)，礦物的氯含量受平衡流體的成分、溫壓條件以及自身的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)等復(fù)雜因素影響大量溶于地下水中，導(dǎo)致章寧1地?zé)崴蠧l-含量顯著升高。
圖5 地?zé)岣拍钅Ｐ蛨D
4 地?zé)崴蔁崮Ｊ教接?/h2>
章寧1地?zé)崽飳贉責(zé)崴偷蜏氐責(zé)崽?。熱?chǔ)層巖性為奧陶紀(jì)馬家溝群灰?guī)r，屬碳酸鹽巖類巖溶裂隙熱儲(chǔ)。
熱儲(chǔ)：巖性為奧陶紀(jì)馬家溝群灰?guī)r，屬碳酸鹽巖類巖溶裂隙熱儲(chǔ)，屬層狀兼帶狀熱儲(chǔ)。該層裂隙、巖溶發(fā)育，富水性中等(章寧1地?zé)峋畄=0.73L/s·m<1.0L/s·m)。鉆孔揭露頂板埋深954.0m，測(cè)井解譯熱儲(chǔ)厚度287.90m，溫度45.5℃。
蓋層：奧陶系熱儲(chǔ)上覆有巨厚的第四系、三疊系、二疊系、石炭系，根據(jù)章寧1地?zé)峋@孔柱狀圖，蓋層累計(jì)厚度954.0m。結(jié)構(gòu)較致密，熱導(dǎo)率較低，可視為熱儲(chǔ)保溫蓋層。
通道：文祖斷裂在深部起到導(dǎo)水、導(dǎo)熱作用；地?zé)崃黧w沿巖溶裂隙和斷裂破碎帶對(duì)流，溝通了與南部補(bǔ)給區(qū)的水力聯(lián)系，構(gòu)成了賦水空間及導(dǎo)水通道。
熱源：大地?zé)崃鳛榈責(zé)崽锏闹苯訜嵩?，次為放射性元素衰變釋放的熱量。熱傳?dǎo)能力的差異和地溫梯度是形成該地?zé)崽锏闹饕蛩亍?/p>
華北地區(qū)熱流值一般為1.0～2.0HFU[15]，其中，以1.2～1.8HFU頻度最高。根據(jù)濟(jì)南東部鴨旺口地?zé)崽镌敳閳?bào)告，該區(qū)內(nèi)熱流值達(dá)到2.137HFU。章寧1地?zé)峋衣秺W灰前，觀測(cè)循環(huán)液(泥漿)溫度36℃，鉆進(jìn)至1097m自流水溫43℃，終孔后物探測(cè)井井底溫度46℃。
水源：熱儲(chǔ)含水層以接受奧陶紀(jì)巖溶水的深循環(huán)的側(cè)向徑流補(bǔ)給為主。
5 結(jié)論
(1)濟(jì)南東部章寧1地?zé)峋疅醿?chǔ)層為奧陶紀(jì)馬家溝群，受文祖斷裂構(gòu)造控制的深循環(huán)低溫地?zé)崴?/p>
(2)地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl·SO4-Na·Ca型，地?zé)崴疁?5.5℃，鍶(15.37～16.48mg/L，平均15.925mg/L)、氟(2.30～2.51mg/L，平均2.405mg/L)達(dá)到命名礦水濃度，可命名為溫水、鍶水、氟水。
(4)章寧1地?zé)峋瓹l-含量為1809.72mg/L，較章桃1的Cl-含量814.14mg/L有較大幅度的上升，分析認(rèn)為，該地?zé)峋@遇地層中在不同深度都有閃長(zhǎng)巖侵入體，侵入體中的礦物含有大量的Cl元素，礦物的氯含量受平衡流體的成分、溫壓條件以及自身的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)等復(fù)雜因素影響大量溶于地下水中；另一方面，章寧1位于文祖斷裂西側(cè)并在1150m處穿過(guò)斷裂，巖溶水與沿文祖斷裂上升的深部熱液混合，導(dǎo)致該處地?zé)崴蠧l-含量含量顯著升高。
(5)綜上，導(dǎo)致補(bǔ)給區(qū)到徑流區(qū)地下水化學(xué)類型發(fā)生變化的主要原因是由地下水對(duì)侵入巖體含氯礦物的溶解形成的，流經(jīng)地層中的礦物成分一定程度上決定了地下水的化學(xué)組分；沿深大斷裂上升的深部熱液與地下水的混合是地下水化學(xué)類型轉(zhuǎn)變的次要原因。
(6)沿深大斷裂上升的深部熱液的化學(xué)成分難以獲得，故該次未對(duì)其與巖溶水的混合比例進(jìn)行對(duì)比分析，混合機(jī)理有待進(jìn)一步研究。
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程洪柱，成世才，王振濤
(1.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，山東 濟(jì)南 250014)
0 引言
濟(jì)南地區(qū)地?zé)豳Y源儲(chǔ)量豐富、水質(zhì)優(yōu)良，開發(fā)利用程度較高[1]，2014年濟(jì)南市被中國(guó)礦業(yè)聯(lián)合會(huì)授予“中國(guó)溫泉之都”稱號(hào)。地?zé)豳Y源的開發(fā)利用直接減少了利用常規(guī)能源所產(chǎn)生的廢氣、懸浮顆粒物、煤灰渣等的排放量，對(duì)于城市治污減霾作用巨大，有利于生態(tài)文明城市的建設(shè)，符合黨中央“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念。
隨著地?zé)豳Y源的開發(fā)利用規(guī)模日益加大，盲目擴(kuò)大地?zé)釡厝_采所產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題也隨之而來(lái)，該文通過(guò)研究地?zé)崴乃瘜W(xué)特征，分析地?zé)崴瘜W(xué)演變機(jī)制，為濟(jì)南東部地區(qū)溫泉的合理開發(fā)利用提供依據(jù)。
1 地?zé)崴x存環(huán)境
區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)層為奧陶紀(jì)馬家溝群，巖性以灰?guī)r、白云巖為主，區(qū)內(nèi)奧灰頂板埋深一般387～1200m，分布規(guī)律由南向北頂板埋深逐漸變大。
章寧1地?zé)峋?，位于?jì)南市章丘區(qū)寧家埠鎮(zhèn)，處于濟(jì)南泉群中的白泉流域內(nèi)，為濟(jì)南東部地?zé)崽锏囊徊糠帧５責(zé)峋o鄰東部地?zé)崽镂鬟吔缥淖鏀嗔?，位于文祖斷裂西?cè)構(gòu)造破碎帶中，熱儲(chǔ)層為奧陶紀(jì)馬家溝群，巖性以灰?guī)r、白云巖為主，地?zé)豳Y源類型為Ⅱ-3型(圖1)。
圖1 工作區(qū)區(qū)域構(gòu)造圖
地?zé)峋删疃?511.1m。地?zé)峋^高于地面23.97m，自流量83.6m3/h，降壓試驗(yàn)最大降深50.74m，涌水量126.8m3/h，井口水溫45.5℃。
2 地?zé)崴乃牡厍蚧瘜W(xué)特征
濟(jì)南東部寧家埠地?zé)崴煞值男纬墒呛橘|(zhì)的化學(xué)成分、水化學(xué)作用、沉積環(huán)境及水循環(huán)等諸多因素共同作用的結(jié)果，地下熱水水化學(xué)特征反映了地下熱水同圍巖之間的溶解與溶濾作用，同時(shí)體現(xiàn)了巖漿活動(dòng)、大氣降水、含水層之間的補(bǔ)給等因素[4-5]。該區(qū)地下熱水水化學(xué)特征如下：
2.1 主要離子
2.2 微量元素
地?zé)崴墟J(15.37～16.48mg/L，平均15.925mg/L)、氟(2.30～2.51mg/L，平均2.405mg/L)達(dá)到命名礦水濃度，可命名為鍶水、氟水；鋰(0.90～2.15mg/L，平均1.525mg/L)達(dá)到了礦水濃度；偏硼酸(1.28～2.51mg/L，平均1.895mg/L)達(dá)到了有醫(yī)療價(jià)值濃度；偏硅酸(19.26～28.74mg/L，平均24.00mg/L)已接近醫(yī)療價(jià)值濃度。
3 地?zé)崴牡厍蚧瘜W(xué)演化
3.1 地?zé)崴乃牡厍蚧瘜W(xué)環(huán)境
地?zé)崴牡厍蚧瘜W(xué)特征反映了地下熱水的水文地球化學(xué)環(huán)境[6]，主要包括含水介質(zhì)的巖性、水動(dòng)力條件、氧化—還原環(huán)境及酸堿度等內(nèi)容，研究區(qū)地下熱水系統(tǒng)含水介質(zhì)為海相沉積的奧陶紀(jì)灰?guī)r、白云巖，在遠(yuǎn)離山前地段，隨著奧陶紀(jì)石灰?guī)r頂板埋藏深度不斷增大，地下水補(bǔ)、徑、排條件逐漸變差，遇弱透水構(gòu)造或受巖漿巖體阻擋，則形成相對(duì)封閉的含水系統(tǒng)，經(jīng)深部傳導(dǎo)熱能長(zhǎng)期加熱后形成熱儲(chǔ)含水層。地?zé)崴嗜鯄A性，地?zé)崴腡DS為6.6g/L，變質(zhì)系數(shù)γNa/γCl為0.92，這既不同于氧化環(huán)境水交替較強(qiáng)的低TDS(TDS<3g/L)，低變質(zhì)，又不同于還原環(huán)境水交替滯緩區(qū)的高TDS(TDS>10g/L)，高變質(zhì)，這反映了研究區(qū)地下熱水系統(tǒng)為較封閉的弱氧化--還原環(huán)境水交替滯緩區(qū)[7]。
3.2 地?zé)崴瘜W(xué)成分的形成
寧家埠地區(qū)地下熱水化學(xué)成分的形成和演化是含水介質(zhì)的化學(xué)成分、水化學(xué)作用、沉積環(huán)境及水循環(huán)等諸多因素共同作用的結(jié)果。
(1)易溶鹽溶解：易溶鹽溶解是地下熱水水化學(xué)成分形成的主要水化學(xué)作用。海相沉積的奧陶紀(jì)灰?guī)r、白云巖熱儲(chǔ)層含有鹽巖等易溶鹽類，在熱儲(chǔ)溫度作用下，鹽巖等易溶鹽溶解度增大，這是地下熱水中Na+,K+,Cl-,Br-,F-等離子含量較高的原因。
Na(K)Cl(Br-,F-)=Na+(K+)+Cl-(Br-,F-)
根據(jù)濟(jì)南巖體巖石化學(xué)成分及微量元素分析資料(表1)，巖石中部分化學(xué)成分及微量元素含量較灰?guī)r明顯偏高，鉆探驗(yàn)證章寧1地?zé)峋@遇地層中經(jīng)常出現(xiàn)閃長(zhǎng)巖侵入體，侵入體中的礦物如輝石、角閃石、黑云母、方柱石等含有大量的F，Sr，HiSO3，Li等微量元素，地下水在深部徑流過(guò)程中，由于徑流速度慢，水—巖作用充分，礦物的微量元素受平衡流體的成分、溫壓條件以及自身的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)等復(fù)雜因素影響大量溶于地下水中；同時(shí)，巖溶水與沿文祖斷裂上升的深部熱液混合，導(dǎo)致該處地?zé)崴形⒘吭睾匡@著升高[10]。
黑云母轉(zhuǎn)變?yōu)榫G泥石時(shí)，釋放F-進(jìn)入水中[11]。
[K(Mg·Fe2+)(AlSi3O10)(F·OH)2]→[(Mg·Fe2+)5(Al·Fe3+)2(SiO4O10)(OH)]+2F-
[KMg3(AlSi3O10)(F·OH)2]→K∠1Mg3[AlSi3(O·OH) ∠12]·NH2O+2F-[5]
表1 濟(jì)南巖體巖石化學(xué)成分及微量元素含量
3.3 地下熱水的變質(zhì)及演化
地下水的變質(zhì)是指水化學(xué)成分之間相互反應(yīng)引起離子組合比例變化的過(guò)程。強(qiáng)酸根與弱酸根的比例系數(shù)(K)和溶液的離子強(qiáng)度(I)定量表征了水化學(xué)成分變質(zhì)過(guò)程。
為查明地?zé)崴瘜W(xué)類型的演化過(guò)程，該次工作從補(bǔ)徑排的角度，通過(guò)收集徑流區(qū)章桃1地?zé)峋?地?zé)峋?.5km)和補(bǔ)給區(qū)(地?zé)峋?8km)北曹范村巖溶水水質(zhì)分析結(jié)果，主要離子分析結(jié)果見表2。
表2 主要離子分析結(jié)果(mg/L)
圖2 主要離子Schoeller圖
根據(jù)礦化度分析結(jié)果：北曹范(493.35mg/L)→章桃1(5064.44mg/L)→章寧1(6697.91mg/L)，與上述原因吻合。
淮委組織開展的引江濟(jì)淮規(guī)劃水資源論證，科學(xué)分析了跨流域調(diào)水工程與當(dāng)?shù)厮Y源之間的匹配性和協(xié)調(diào)性，提出了規(guī)劃方案調(diào)整和優(yōu)化的意見，進(jìn)一步提高了規(guī)劃編制的科學(xué)性和規(guī)劃實(shí)施的可行性。長(zhǎng)江委通過(guò)開展?jié)h江干流、烏江干流梯級(jí)水電規(guī)劃水資源論證，為梯級(jí)水電站選址提出提供了優(yōu)化方案?？缌饔蛘{(diào)水工程規(guī)劃水資源論證是跨流域調(diào)水工程規(guī)劃的重要技術(shù)支撐，可為規(guī)劃的科學(xué)編制提供重要技術(shù)依據(jù)。
圖3 主要離子piper三線圖
圖4 北曹范、章寧1、章桃1主要離子玫瑰花圖對(duì)比
從章桃1到沿徑流方向4.5km的章寧1，地下水水化學(xué)類型由SO4·Cl-Na·Ca型轉(zhuǎn)變?yōu)镃l·SO4-Na·Ca型，Cl-含量由814.14mg/L上升為1809.72mg/L，分析原因，氯離子主要來(lái)源于沉積巖中巖鹽和其他鈉鹽的溶解以及海相沉積巖中埋藏的海水，其次來(lái)自火成巖中一些含氯礦物，以及結(jié)晶格架中有分散狀態(tài)分布的氯的硅酸鹽的風(fēng)化和分解。從章桃1至章寧1，隨著地?zé)崴^續(xù)沿?cái)嗔严蛏畈垦h(huán)，易溶解的氯化物巖類增多，使地?zé)崃黧w中氯離子含量不斷上升；其次章寧1地?zé)峋诓煌疃榷加虚W長(zhǎng)巖侵入體，侵入體中的礦物如輝石、角閃石、黑云母、方柱石等含有大量的Cl-，地下水流經(jīng)侵入巖體時(shí)，礦物的氯含量受平衡流體的成分、溫壓條件以及自身的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)等復(fù)雜因素影響大量溶于地下水中，導(dǎo)致章寧1地?zé)崴蠧l-含量顯著升高。
圖5 地?zé)岣拍钅Ｐ蛨D
4 地?zé)崴蔁崮Ｊ教接?/h2>
章寧1地?zé)崽飳贉責(zé)崴偷蜏氐責(zé)崽?。熱?chǔ)層巖性為奧陶紀(jì)馬家溝群灰?guī)r，屬碳酸鹽巖類巖溶裂隙熱儲(chǔ)。
熱儲(chǔ)：巖性為奧陶紀(jì)馬家溝群灰?guī)r，屬碳酸鹽巖類巖溶裂隙熱儲(chǔ)，屬層狀兼帶狀熱儲(chǔ)。該層裂隙、巖溶發(fā)育，富水性中等(章寧1地?zé)峋畄=0.73L/s·m<1.0L/s·m)。鉆孔揭露頂板埋深954.0m，測(cè)井解譯熱儲(chǔ)厚度287.90m，溫度45.5℃。
蓋層：奧陶系熱儲(chǔ)上覆有巨厚的第四系、三疊系、二疊系、石炭系，根據(jù)章寧1地?zé)峋@孔柱狀圖，蓋層累計(jì)厚度954.0m。結(jié)構(gòu)較致密，熱導(dǎo)率較低，可視為熱儲(chǔ)保溫蓋層。
通道：文祖斷裂在深部起到導(dǎo)水、導(dǎo)熱作用；地?zé)崃黧w沿巖溶裂隙和斷裂破碎帶對(duì)流，溝通了與南部補(bǔ)給區(qū)的水力聯(lián)系，構(gòu)成了賦水空間及導(dǎo)水通道。
熱源：大地?zé)崃鳛榈責(zé)崽锏闹苯訜嵩?，次為放射性元素衰變釋放的熱量。熱傳?dǎo)能力的差異和地溫梯度是形成該地?zé)崽锏闹饕蛩亍?/p>
華北地區(qū)熱流值一般為1.0～2.0HFU[15]，其中，以1.2～1.8HFU頻度最高。根據(jù)濟(jì)南東部鴨旺口地?zé)崽镌敳閳?bào)告，該區(qū)內(nèi)熱流值達(dá)到2.137HFU。章寧1地?zé)峋衣秺W灰前，觀測(cè)循環(huán)液(泥漿)溫度36℃，鉆進(jìn)至1097m自流水溫43℃，終孔后物探測(cè)井井底溫度46℃。
水源：熱儲(chǔ)含水層以接受奧陶紀(jì)巖溶水的深循環(huán)的側(cè)向徑流補(bǔ)給為主。
5 結(jié)論
(1)濟(jì)南東部章寧1地?zé)峋疅醿?chǔ)層為奧陶紀(jì)馬家溝群，受文祖斷裂構(gòu)造控制的深循環(huán)低溫地?zé)崴?/p>
(2)地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl·SO4-Na·Ca型，地?zé)崴疁?5.5℃，鍶(15.37～16.48mg/L，平均15.925mg/L)、氟(2.30～2.51mg/L，平均2.405mg/L)達(dá)到命名礦水濃度，可命名為溫水、鍶水、氟水。
(4)章寧1地?zé)峋瓹l-含量為1809.72mg/L，較章桃1的Cl-含量814.14mg/L有較大幅度的上升，分析認(rèn)為，該地?zé)峋@遇地層中在不同深度都有閃長(zhǎng)巖侵入體，侵入體中的礦物含有大量的Cl元素，礦物的氯含量受平衡流體的成分、溫壓條件以及自身的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)等復(fù)雜因素影響大量溶于地下水中；另一方面，章寧1位于文祖斷裂西側(cè)并在1150m處穿過(guò)斷裂，巖溶水與沿文祖斷裂上升的深部熱液混合，導(dǎo)致該處地?zé)崴蠧l-含量含量顯著升高。
(5)綜上，導(dǎo)致補(bǔ)給區(qū)到徑流區(qū)地下水化學(xué)類型發(fā)生變化的主要原因是由地下水對(duì)侵入巖體含氯礦物的溶解形成的，流經(jīng)地層中的礦物成分一定程度上決定了地下水的化學(xué)組分；沿深大斷裂上升的深部熱液與地下水的混合是地下水化學(xué)類型轉(zhuǎn)變的次要原因。
(6)沿深大斷裂上升的深部熱液的化學(xué)成分難以獲得，故該次未對(duì)其與巖溶水的混合比例進(jìn)行對(duì)比分析，混合機(jī)理有待進(jìn)一步研究。
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