Geothermal geological characteristics and genesis of hot water in the central mountain area of Shandong Province
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摘要:
鲁中山区五级构造单元莱芜凹陷、东平凸起及新甫山凸起分布有热水资源。研究发现，不同构造位置热水埋深、热储类型及成因机制不尽相同。利用鲁中山区各构造单元典型地热井测温数据，热水与其他类型水体水化学组分、同位素对比分析结果，对地热地质特征、热水成因及热储温度值进行研究和计算。结果表明，大气降水为鲁中山区热水补给来源；区内热水水化学类型为SO4-Na·Ca型及SO4·R-Na·Ca型（R为Cl或HCO3）；较其他水体，地热水同位素δ18O和δD表现为贫化特征；各热储温度值低于100℃，属于中低温热储范畴，且热水均为未成熟水，表明地热水水－岩相互作用尚未达到离子平衡状态，溶解作用仍在进行，或热水受到了外源冷水的混合作用。位于盆地内部的冷家庄地热系统属于热传导型，盆缘凸起的安驾庄及桥沟地热系统属于热对流型。研究结果对鲁中山区地热水资源开发提供了理论依据。
Abstract:There are hot water resources distributed in Laiwu Depression, Dongping Uplift and Xinfushan Uplift of the fifth grade structural unit in the central mountain area of Shandong Province.It is found that the burial depth of hot water, the type of thermal reservoir and the genetic mechanism are varied in different structural positions.Based on the temperature measurement data of typical geothermal wells, the hydrochemical composition and isotope comparative analysis of hot water with other types of water, the authors studied and calculated the geothermal geological characteristics, hot water genesis and thermal storage temperature value.The results show that the precipitation is the source of hot water supply.The chemical types of the hot water in this area are SO4-Na·Ca and SO4·R-Na·Ca(R standing for Cl or HCO3), with low δ 18O and δ D values compared with other waters.The calculated temperature value of each heat storage is lower than 100℃, suggesting a medium low temperature heat storage.The hot water is immature water, which indicates that the water rock interaction of geothermal water has not reached the ion equilibrium state, the dissolution is still in progress, or the hot water is mixed by exogenous cold water.The Lengjiazhuang geothermal system in the basin belongs to the heat conduction type, and the Anjiazhuang and Qiaogou geothermal systems in the basin margin uplifts belong to the thermal convection type.The research results provide a theoretical basis for the development of geothermal water resources in the central mountain area of Shandong Province.
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表 1 鲁西隆起区大地热流数据
Table 1. The earth heat flow data sheet in the western Shandong uplift terrain
序号 位置 深度范围/m 地温梯度
/(℃·km-1)热导率/(W·(m·K)-1) 热流值/(mW·m-2) 数据来源 1 临沂市沂南县 100~300 24.5 2.81 62.4 [26] 2 莱芜市高庄镇 180~210 20.0 2.42 48.1 [26] 3 泰安市新汶镇 645~735 16.37±0.28 2.95±0.17 48.1 [26] 4 莱芜市凤城街道办 320~390 21.0 2.39 50.2 [26] 5 淄博市张店区 110~210 22.0 2.81 62.0 [26] 6 淄博市金岭镇 200~240 28.0 2.30 69.1 [26] 7 临沂市蒋峪镇 / 27.5 2.20 70.7 [27] 8 临沂市兰山区 / 19.8 3.46 66.1 [27] 
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表 2 鲁中山区典型地热井测温及地温梯度数据
Table 2. Temperature measurement and geothermal gradient data of typical geothermal wells in the mountainous area of central Shandong Province
地热井编号 井深/m 井底温度/℃ 地温梯度/(℃·100 m-1) 井底岩性 构造位置 LW-DR01 2700.7 82.3 2.86 奥陶系马家沟群碳酸盐岩 莱芜盆地内部 LW-T117 1195 41.2 2.15 石炭系—二叠系碎屑岩 莱芜盆地内部 LW-8-2 920 30.2 1.59 石炭系—二叠系碎屑岩 莱芜盆地内部 QG-DR01 468.0 48.4 7.4 太古宇变质岩 新甫山凸起与莱芜盆地毗连区 AJZ-ZK01 340.5 60.2 6.33 寒武系朱砂洞组白云岩 大汶口盆地与东平凸起接触带
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表 3 鲁中山区典型地热井级周边水化学测试数据
Table 3. Hydrochemical test data of typical geothermal wells in the mountainous area of central Shandong Province
取样地点 原始编号 孔深
/m含水岩
组类型构造单元 测试项目/(mg·L-1) pH 水化学类型 δD δ18O Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Cl- SO42- HCO3- F- SiO2 TDS V-SMOW/‰ 口镇小古城村 J059 501 O 莱芜盆地 18.0 4.0 101.6 48.9 19.9 194.9 310.6 3.3 16.6 559.0 7.6 HCO3·SO4-Ca·Mg -71.2 -8.2 口镇山头店村 J081 1200 O 68.0 3.8 39.7 17.9 18.2 9.1 351.6 0.6 6.6 340.0 7.7 HCO3-Na·Ca -48.4 -4.4 杨庄镇冷家庄(热) DR01 2700 O 481.1 25.3 371.4 58.4 246.1 1705.0 133.3 / 43.0 3078.0 7.2 SO4-Na·Ca -73.0 -9.9 寨里镇大鱼池村 J013 246 O 32.0 0.7 144.7 24.4 50.0 101.3 273.0 0.4 26.0 829.3 7.6 HCO3·SO4-Ca·Mg -58.1 -7.3 杨庄镇孟官庄 J251 163 N1β 48.0 1.3 36.1 17.4 11.0 17.3 273.0 0.3 16.3 281.0 7.9 HCO3-Na·Ca -54.3 -8.0 羊里镇郝家中荣 J124 17 Q 25.0 0.4 192.1 23.0 71.2 122.4 246.1 0.1 21.6 867.0 7.3 HCO3·SO4-Ca -57.7 -7.5 羊里镇何家官庄 J134 40 Q 15.0 0.6 73.9 28.6 13.3 4.5 398.5 0.2 23.2 562.3 7.7 HCO3-Ca·Mg -62.5 -6.6 寨里镇卞官庄瀛汶河 LW46 / 河水 10.0 1.6 110.6 23.1 56.3 99.7 167.0 0.3 4.9 488.0 7.9 HCO3·SO4-Ca·Mg -43.6 -3.1 北集坡镇旧县村 J2810 120 O 新甫山凸起-莱芜盆地毗连区 42.1 1.3 135.3 19.9 86.5 55.2 291.4 0.1 14.2 612.0 7.4 HCO3·Cl-Ca -54.7 -7.5 徂徕镇桥沟村(凉) J3603 165 ∈ 18.5 0.5 62.1 16.3 40.8 16.1 162.5 0.35 17.59 410.2 7.8 HCO3·Cl-Ca·Mg -54.4 -7.9 徂徕镇桥沟村(热) DR01 468 Ar 182.5 8.6 89.4 5.8 110.3 269.2 284.0 2.7 38.0 992.6 8.2 SO4·HCO3-Na·Ca -73.4 -8.5 房村镇西南望村 J3804 130 Ar 91.7 9.5 100.2 31.7 145.4 13.8 312.8 0.3 16.9 712.0 7.4 HCO3-Ca·Na -53.5 -8.0 徐家楼乡洪沟社区 J404 10 Q 46.0 1.7 134.7 31.5 115.2 16.1 282.2 0.2 14.2 685.0 7.4 HCO3-Ca·Mg -52.5 -7.3 省庄镇东苑庄村 J1217 10 Q 36.0 0.3 138.7 14.3 104.6 18.4 300.6 0.1 18.0 715.8 7.4 HCO3·Cl-Ca / / 北集坡镇旧县牟汶河 NL36 / 河水 68.2 10.0 56.1 17.5 147.1 25.3 141.1 0.6 < 0.5 415.0 7.8 Cl·SO4-Na·Ca -46.9 -6.4 安驾庄镇东赵村(热) J002 149 ∈ 大汶口盆地与东平凸起接触带 350.7 15.8 210.2 14.1 244.6 776.2 177.8 2.4 35.5 1810.0 7.9 SO4·Cl-Na·Ca -62.2 -7.9 安驾庄镇北赵村 AJZ10 130 ∈ 128.1 6.0 167.9 30.2 139.0 355.9 220.7 0.8 16.8 1020.0 8.0 SO4·Cl-Ca·Na -51.6 -6.6 堽城镇邵家庙村 AJZ31 15 Q 113.5 0.9 197.4 19.7 190.7 346.8 134.9 0.5 16.13 1113.8 8.0 SO4·Cl-Ca·Na -48.2 -5.9 马庄镇夏马庄村 J279 16 Q 109.3 3.7 341.1 78.4 279.4 489.4 220.7 0.4 17.0 1859.4 7.7 HCO3·Cl-Ca·Mg -55.6 -7.3 堽城镇前蔡家洼村 J038 13 Ar 24.6 2.9 102.4 10.3 46.1 102.3 159.4 0.5 27.6 542.2 8.1 HCO3·SO4-Ca -56.8 -7.4 蒋集镇苏家龙泉大汶河 AJZ03 / 河水 118.0 12.4 108.6 29.1 178.0 253.1 147.1 0.8 3.5 800.0 8.0 SO4·Cl-Ca·Na -34.7 -4.6 注：Q—第四系松散岩类；O—奥陶系碳酸盐岩类；∈—寒武系碳酸盐岩类；Ar—太古宇变质岩；N1β—新近纪辉绿岩
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图(10)
表(3)
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