东营凹陷位于济阳坳陷西部,新生界发育较为齐全,其新近系—古近系平均地温梯度为3.2~4.3℃/100m,古近系东营组至沙三段平均为4.1~5.7℃/100m,属典型的地温正异常区,蕴含着巨大的地热利用潜力。对于水热型地热资源,查明地热流体的化学成分及其水文地球化学特征对于地热流体腐蚀性、结垢性等流体质量评价和地热成因分析具有重要意义。
1 水化学性质
1.1 矿化度和水型
本次分析的水样主要来自东营中央带地热田的古近系东营组地热水和广饶地热田新近系馆陶组。可以看出,东营组地热水为中性偏碱性水,PH值为6.91~7.53,TDS为9.0~21.6g/L,绝大部分样品的TDS大于18.0g/L,矿化度较高,典型的水化学类型为Cl-Na型,反映出地热水处于相对滞留状态。馆陶组热水为偏碱性水,矿化度10~13g/L,相比东营组矿化度稍低,水化学类型为Cl-Na型。
1.2 水化学成分
地热流体中的最常见水化学成分含量高的常见离子有Cl-、SO42-、HCO32-、CO32-、Na+、Mg2+、Ca2+、K+。地热流体中因含有Cl-、SO42-、游离CO2和H2S等组分而对金属有一定的腐蚀性,本次测试的水样综合腐蚀性系数和拉申指数分析,结果表明东营组及馆陶组的地热流体基本上属于强腐蚀性水,在综合利用时需要采取相应的抗腐蚀性材料。
1.3 地下水特征系数
地下水化学成分特征系数(或比例系数)是研究地下水起源及演化规律的重要内容。化学成分特征系数是指能够表征地下水成因类型和地下水化学成分形成和演化过程中各种化学和生物化学变化特征的化学组分之间的比例系数。
钠氯系数主要表示地下水中钠盐的富集程度。正常海水此值为0.85~0.87。残余地下卤水一般小于0.85~0.87。非海相蒸发岩地层中保存的沉积地下卤水钠氯系数更小。本区的分析结果显示,钠氯系数普遍在0.5左右,说明本区地下热水所处环境比较封闭,初步推测为沉积埋藏水。
2 微量元素
微量元素分析结果(表1)表明,东营凹陷地热水中富含锂、锰、铬、锶和硅等元素,其中地热水中锂的平均值为2.1~3.6mg/L,锶的平均值为67.8~119.4mg/L,锂和锶的浓度达到了矿水的标准,具有作为矿水的开发利用潜力。
3 同位素分析
地热水中的同位素成分,尤其是O、H等稳定同位素对理解地热水的成因和在深部热储中出现及影响其上升到地表的各种作用起着十分重要的作用。
3.1 氢氧稳定同位素特征
从氢氧同位素测试结果来看,东营中央带地热水的δ2H值的范围为-63.5‰~-64.6‰,δ18O值的范围为-6.9‰~-8.2‰,位于全球雨水线的右下角,有轻微的氧漂移现象。广饶潜山地热田新近系馆陶组地热水氢氧稳定同位素分布范围大,其δ2H值的范围为-67.0‰~-72.9‰,δ18O值的范围为-7.69‰~-8.17‰;奥陶系地热水氢氧稳定同位素则比较集中,δ2H值的范围为-66.8‰~68.2‰,δ18O值的范围为-7.7‰~-8.2‰。
3.2 碳-14及锶同位素特征
碳-14是估计古地下水或原生水年龄的最重要的工具。这种方法的原理是源于土壤中光合作用固定碳衰变的大气C14的合成。
东营地热田地热水碳-14数据表明济阳坳陷新近系东营组地层水属于老水,根据Perason校正模型,其地层水年龄普遍为1~1.4万年,一定程度上说明其流速缓慢,处于停滞状态,地层的封闭性较好。地热水的碳-13值为-1.3~-6.4‰,其中有个别异常值,可能与样品有关。重碳酸根和δ13C值的关系可以作为地层水中碳酸盐来源的判断依据,可见该地热水中重碳酸根主要来源于储层岩石矿物。
3.3 地热流体成因分析
地层流体成因指的是地层水的最初来源。目前有关地热流体的成因主要有渗入溶滤成因、沉积成因、重力分异成因、蒸发成因、岩浆成因、物理化学成因等,普遍来说主要有以下三种成因类型的地层水:溶滤—渗入水、沉积—埋藏水和混合水。
其中溶滤-渗入水的成分受到岩性、气候、地貌等因素的影响,在位置较浅或构造开启性好的含水系统,由于其径流途径短,流动相对较快,溶滤作用发育,地热水矿化度较低。沉积-埋藏水位于地质构造比较封闭的部分,由于经历了漫长埋藏期间的一系列水-岩相互作用,其矿化度相对较高。化学成分取决于沉积水的原始成分以及埋藏在地层中的沉积-埋藏水,在经历若干时期以后,由于地壳运动而剥蚀出露地表,或者由于开启性构造断裂使其与外界相通则容易形成混合水。
根据以上水化学方法及氢氧同位素法的分析,东营凹陷主要热储层系地热水属于水岩作用强烈的沉积埋藏水,变质程度较高,水体循环性较差,地热流体基本没有地上径流或大气水渗入,没有补给、径流和排泄区,属于水体循环性差的高变质沉积埋藏水。
摘要：东营凹陷不仅含有大量的油气资源,同样伴生有丰富的水热型地热资源。区内地热流体以馆陶—东营组水热型热储为主,具有埋藏较浅、孔隙度较好,可利用性强等特点。研究结果表明,本区地热流体为古大气降水入渗起源的中度或高度变质水,经历了强烈的水岩作用,水体循环性较差,以封存型沉积埋藏水为主。
关键词：水化学,特征系数,同位素,成因分析
参考文献
[1] 陈墨香,汪集旸,邓孝.1991.中国地热资源---分布特点和潜力估评[M].北京:中国科学院地质与地球物理研究所,94-151.