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地热系统钙华和硅华定年方法研究进展及其应用

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煤田地质与勘探 2024年第1期52卷 14-25页

作者：李彬李义曼庞忠和黄天明高彬彬中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

地热系统泉华以钙华和硅华为主,因其携带丰富的多时空尺度信息,可用于恢复古水文古气候演化史、重建区域水热活动演化过程及约束构造模式。对样品精准定年是开展相关研究的基础,常用定年方法包括放射性碳定年法(无机碳和有机碳)、铀系... 详细信息

地热系统泉华以钙华和硅华为主,因其携带丰富的多时空尺度信息,可用于恢复古水文古气候演化史、重建区域水热活动演化过程及约束构造模式。对样品精准定年是开展相关研究的基础,常用定年方法包括放射性碳定年法(无机碳和有机碳)、铀系不平衡法、宇宙成因核素法、光释光法和电子自旋共振法等。我国热泉泉华定年最早使用放射性碳定年法,随后多使用电子自旋共振法与铀系不平衡测年法。系统总结了上述方法的基本原理、定年范围、适用条件、对样品的要求等,并探讨存在问题及未来发展方向。对于钙华样品,如纯度高,无外源碳影响,可采用基于有机碳的放射性碳定年法和铀系不平衡法;如固结程度高,也可使用电子自旋共振测年法;古地磁法值得今后深入探索。对于硅华样品,基于有机碳的放射性碳定年法和电子自旋共振测年法更适用,而铀系不平衡法和古地磁法可以尝试。此外,^(10)Be和^(26)Al等宇宙成因核素也可用于古泉华的定年。样品纯度低或数据校正困难以及定年范围有限是目前钙华和硅华常用定年方法存在的两个主要问题;前者可考虑利用离子探针技术对微观尺度上的高纯度方解石中U和Th的同位素进行测定来获取样品年龄;为避免微量样品代表性问题,应尽量获得均匀分布的多个测点数据。后者则可以通过尝试利用长半衰期宇宙成因核素来获得百万年尺度上的泉华年龄。新技术研究以及定量化校正样品纯度不够的影响是未来发展方向。

关键词：地热系统水热活动钙华硅华定年方法

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地下水年龄及其在含水层封闭性评价中的应用

矿物岩石地球化学通报 2024年第3期43卷 489-501,I0001页

作者：赵雅静黄天明昝朝耀龙吟李义曼张艳祁生文庞忠和中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

针对目前地下水年龄和地下水滞留时间概念混用、地下水年龄分类缺乏依据及地下水定年方法复杂多样的问题,本文给出了地下水年龄和地下水滞留时间的严格定义,考虑不同定年方法的测年范围以及人类活动影响程度等因素,进行了地下水年龄的... 详细信息

针对目前地下水年龄和地下水滞留时间概念混用、地下水年龄分类缺乏依据及地下水定年方法复杂多样的问题,本文给出了地下水年龄和地下水滞留时间的严格定义,考虑不同定年方法的测年范围以及人类活动影响程度等因素,进行了地下水年龄的合理分类。本文还总结了已有地下水的定年方法,主要包括物理上的水动力模拟计算方法和化学上的示踪剂方法,提出了不同定年示踪剂存在的主要问题以及定年方法选择的原则。最后以鄂尔多斯高原为例,利用地下水年龄判断含水层封闭性,提出了CO_(2)地质封存工程选址的地下水年龄标准(大于3万年),评价结果表明,除补给区和排泄区外,中部的白垩系地层以下满足CO_(2)相态要求、有连续盖层的绝大多数区域满足CO_(2)地质封存的安全要求。

关键词：地下水年龄地下水定年同位素含水层封闭性 CO_(2)地质封存

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青藏高原东坡降水的同位素高程梯度

中国科学：地球科学 2022年第11期52卷 2193-2205页

作者：李捷庞忠和北京师范大学水科学研究院地下水污染控制与修复教育工程研究中心北京100875 中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院地球科学创新研究院北京100029 中国科学院大学北京100049 南京大学关键地球物质循环前沿科学中心南京210008

青藏高原(TP)受不同来源的水汽影响,降水同位素高程梯度在不同坡向可能存在差异.本研究系统地监测和模拟了青藏高原东坡降水中稳定同位素的高程效应,共采集了265件水样进行稳定同位素(δ~2H和δO)测试,其中70件是逐次降水样品,195个是... 详细信息

青藏高原(TP)受不同来源的水汽影响,降水同位素高程梯度在不同坡向可能存在差异.本研究系统地监测和模拟了青藏高原东坡降水中稳定同位素的高程效应,共采集了265件水样进行稳定同位素(δ~2H和δO)测试,其中70件是逐次降水样品,195个是用于比较的地表水样品.山巅湖泊水样经过蒸发校正后用来代表当地降水的平均同位素组成.结果表明,青藏高原东部边缘区的高程梯度为-4.2‰km^(-1)(R^(2)=0.93),瑞利分馏模型进一步证实了该高程梯度.与青藏高原不同坡向及腹地相比,这是迄今为止得到的高程梯度最大值.青藏高原腹地降水同位素高程梯度较小,可能是高原腹地的水汽再循环所致.本文结果还表明采用河水样本构建高程梯度具有显著的局限性.

关键词：降水同位素高程梯度稳定同位素瑞利分馏水汽再循环青藏高原

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地热气体研究进展

地质学报 2022年第5期96卷 1752-1766页

作者：天娇庞忠和李义曼周晓成中国地震局地震预测研究所北京100036 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程院重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学北京100049

地热气体是地球内部物质和能量的信息载体,是地热研究的重要对象。地热气体主要包括CO_(2)、H_(2)S、H_(2)、CH_(4)、N_(2)、O_(2)等常量气体和He、Ne、Ar、Kr等稀有气体。这些组分的来源有幔源、壳源和大气源。经过100多年的研究,人类... 详细信息

地热气体是地球内部物质和能量的信息载体,是地热研究的重要对象。地热气体主要包括CO_(2)、H_(2)S、H_(2)、CH_(4)、N_(2)、O_(2)等常量气体和He、Ne、Ar、Kr等稀有气体。这些组分的来源有幔源、壳源和大气源。经过100多年的研究,人类对地热气体的化学成分与同位素组成特征,如^(2)H、^(13)C、^(34)S、^(3)He、^(4)He、^(20)Ne、^(39)Ar、^(40)Ar、^(85)Kr、^(81)Kr等,获得了基本认识并应用于不同来源气体混合关系,控热构造,热储温度,流体循环,热源构成等问题的研究。此外,气体研究也在地热开发过程中的腐蚀结垢防治和减碳贡献评估等方面有重要意义。近年来,我国在地热气体研究方面取得了显著进展。未来需要统一样品采集、贮存和测试方法,建立相应的技术标准,进而建成归一化标准的地热气体大数据。在碳达峰、碳中和的“双碳”目标的重大需求牵引下,进一步探索地热气体定年、伴生资源成因、控热构造识别等方面的发展,进而为应对气候变化和实现地热能科学可持续开采奠定基础。

关键词：地热气体地球化学稀有气体气体同位素地热温度计

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页岩水:被唤醒的水循环僵尸

矿物岩石地球化学通报 2023年第6期42卷 1439-1441页

作者：黄天明李义曼李晓赫建明祁生文庞忠和中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

水是生命之源,是人类和所有生物赖以生存的重要条件,探寻水的踪迹已成为行星探测的重要科学目标之一。地球浅部圈层水的总体积大约是13.86亿km^(3),其中约97.5%的是咸水(主要为海水)(图1),不能直接饮用.

关键词：行星探测水循环生命之源

FixAl及同位素方法在EGS返排液研究中的应用

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地学前缘 2020年第1期27卷 112-122页

作者：天娇庞忠和张睿中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学北京100049 青岛盟诺学校山东青岛266000

增强地热系统(EGS)是开采低渗透率热岩体中热能的技术,属于广义的地热储工程。其中,作为换热介质被注入岩体并在换热后返回地表的返排液,不仅是岩体地球化学特征的信息载体,而且其物理化学行为直接影响着EGS系统的运行效果。FixAl化学... 详细信息

增强地热系统(EGS)是开采低渗透率热岩体中热能的技术,属于广义的地热储工程。其中,作为换热介质被注入岩体并在换热后返回地表的返排液,不仅是岩体地球化学特征的信息载体,而且其物理化学行为直接影响着EGS系统的运行效果。FixAl化学热力学模拟和水同位素十三线图解在天然水热系统评价中得到了广泛应用,对返排液研究的实用性则是文章的核心问题。文中收集了全球主要EGS项目的返排液资料,基于FixAl方法分析矿物与返排液的化学平衡状态,并计算了流体在深部的热交换温度,用同位素模型验证了EGS系统中原生卤水的驱替过程。研究结果表明,上述方法在EGS返排液研究中是适用的。此外,返排液的化学特征对EGS的指示意义还包括厘定原生卤水在返排液中所占比例,识别岩浆挥发分溶解及储层改造时的添加剂残留,预测结垢趋势和流体腐蚀性等。未来需要通过更多的实验和模拟方法深入研究返排液的化学特征,建立EGS的热-水-力-化学(THMC)耦合模型,为科学开发深层地热能提供依据。

关键词：干热岩增强地热系统返排液化学特征

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长三角地区地热能发展路线图

科技导报 2023年第12期41卷 12-19页

作者：庞忠和孔彦龙龚宇烈汪集暘中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院广州能源研究所广州510651

简述了中国地热产业发展现状,梳理了长江三角洲地区地热资源潜力和分布特征、地热利用现状与市场需求、地热开发利用中的创新技术、地热产业发展的新模式。面向国家“双碳”目标,提出了该地区地热产业发展的框架性路线图。研究认为,在... 详细信息

简述了中国地热产业发展现状,梳理了长江三角洲地区地热资源潜力和分布特征、地热利用现状与市场需求、地热开发利用中的创新技术、地热产业发展的新模式。面向国家“双碳”目标,提出了该地区地热产业发展的框架性路线图。研究认为,在经济发达的长江三角洲地区,人口密度较大,建筑用能占比高,居民供暖和制冷需求大,而化石能源供暖导致空气质量下降,碳排放量增加。与此同时,长三角地区地热资源,尤其是浅层地热能资源比较丰富、开发利用基础好、技术比较先进。如果做好顶层设计,将地热能开发利用纳入能源产业发展规划,加以积极的政策引导和必要的扶持,加大科技研发和示范支持力度,那么地热能综合开发利用有望为地方能源转型和实现“双碳”目标做出更大的贡献。

关键词：路线图地热直接利用碳中和区域供暖长江三角洲地热储能

中国东部沿海基岩海岛地下水资源分布特点——以庙岛群岛为例

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地质科学 1987年第3期3卷 291-299页

作者：庞忠和中国科学院地质研究所

本文依据对庙岛群岛基岩裂隙水进行的地质构造、水文地质、物探等方面的研究,提出了适用于我国东部沿海基岩海岛的地下淡水蘑菇体新模式。以新构造控水为指导思想,探讨了基岩海岛裂隙水的赋存条件及富集规律,指出了地下水资源开发方向,... 详细信息

本文依据对庙岛群岛基岩裂隙水进行的地质构造、水文地质、物探等方面的研究,提出了适用于我国东部沿海基岩海岛的地下淡水蘑菇体新模式。以新构造控水为指导思想,探讨了基岩海岛裂隙水的赋存条件及富集规律,指出了地下水资源开发方向,并且结合生产实际,比较有效地解决了研究区变质岩海岛找淡水难的问题。

关键词：庙岛群岛海水入侵淡水透镜体淡水蘑菇体电测深

广东丰顺汤坑地热田热水中稀土元素特征及其影响因素

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地质论评 2022年第3期68卷 993-1005页

作者：李义曼陈凯天娇程远志罗霁庞忠和中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学北京100049 中国矿业大学(北京) 北京100083 中国地震局地震预测研究所北京100036 国家电投集团科学技术研究院有限公司北京102209

华南火成岩地区发育多期次的花岗岩及丰富的地热资源,二者关系密切。目前关于该区岩石的REE分异特征及其富集机理研究较多,但对地热水中REE的特征及其影响因素等研究较少。笔者以广东丰顺汤坑地热田为例,分析了地热水稀土元素的特征并... 详细信息

华南火成岩地区发育多期次的花岗岩及丰富的地热资源,二者关系密切。目前关于该区岩石的REE分异特征及其富集机理研究较多,但对地热水中REE的特征及其影响因素等研究较少。笔者以广东丰顺汤坑地热田为例,分析了地热水稀土元素的特征并且与浅层地下水和榕江河水进行对比,探讨其赋存特征以及影响因素。结果表明:该区地热水较榕江河水和浅层地下水稀土元素含量偏低,具有MREE富集的Eu正异常、Ce负异常的REE配分模式,这是碱性水溶解硅酸盐矿物的结果。水的REE含量与pH值呈正相关关系,且其赋存形式受pH值影响较大。碱性地热水中REE以络合物Ln(CO_(3))_(2)^(-)和LnCO_(3)^(+)形式为主,中性的榕江河水则以络合物LnCO_(3)^(+)为主,而偏酸性的浅层地下水REE以Ln^(3+)为主,含一定量的LnSO_(4)^(+)。

关键词：广东丰顺汤坑地热田稀土元素 Eu正异常花岗岩华南火成岩