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中低温地热系统低盐度地热水高含量钠的地球化学成因:以广东惠州黄沙洞地热田为例

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地球科学 2024年第1期49卷 271-287页

作者：史自德毛绪美叶建桥董亚群中国地质大学环境学院湖北武汉430078

高温地热系统中地热水中Na^(+)含量一般超过300 mg/L,盐度也较大(TDS>1000 mg/L).而在中低温地热系统中,低盐度地热水的Na^(+)含量一般小于160 mg/L.但在广东黄沙洞中低温地热系统出露的地热水中Na^(+)高达325.4 mg/L,TDS小于650 mg/L.... 详细信息

高温地热系统中地热水中Na^(+)含量一般超过300 mg/L,盐度也较大(TDS>1000 mg/L).而在中低温地热系统中,低盐度地热水的Na^(+)含量一般小于160 mg/L.但在广东黄沙洞中低温地热系统出露的地热水中Na^(+)高达325.4 mg/L,TDS小于650 mg/L.经典的水文地球化学作用(矿物溶解、离子交换等)很难解释其成因.样品水化学结果表明,地热水水化学类型均为HCO_(3)-Na型,钠含量高(平均值为240.06 mg/L).氢氧同位素结果表明地热水与浅层地下水均具有相同的大气来源,都是瑶坑山区大气降水补给.水化学地温计和多组分矿物平衡(MME)评估的热储温度为100~130℃,地热水循环深度最大为2.43 ***^(-)作为混合比计算指标揭示浅层地下水混入地热水的比例为51%~72%,深部地热水中Na^(+)实际含量应该高达685.2 mg/L.水-岩相互作用模拟结果表明,矿物溶解和离子交换对地热水中Na^(+)富集的贡献较小,也揭示出地热水中存在Na^(+)的额外来源.花岗岩流体包裹体微小但广泛存在于结晶矿物颗粒之间,其中Na^(+)含量平均值为11 758.9 mg/L.在地热水加热情况下,断裂和花岗岩裂隙网络层面及附近的流体包裹体膨胀破裂,流体混入到地热水中,为地热水提供了平均83%的Na^(+).因此,花岗岩流体包裹体可能是中低温地热系统低盐高钠地热水中Na^(+)的主要来源.

关键词：水化学低盐高钠地热水水化学温度计花岗岩流体包裹体黄沙洞地热田水文地质

江汉平原地下水混合的^(14)C年龄曲线投影校正研究

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矿物岩石地球化学通报 2024年第3期43卷 479-488,I0001页

作者：查希茜毛绪美中国地质大学(武汉)环境学院武汉430074

地下水^(14)C年龄的分布可以指示地下水渗流的方向及其变化。经典校正模型可以消除水化学组成变化对^(14)C年龄的影响,但很难识别地下水混合,导致得到的^(14)C年龄代表的是地下水的混合年龄。本文根据地下水化学组分变化提出了识别混合... 详细信息

地下水^(14)C年龄的分布可以指示地下水渗流的方向及其变化。经典校正模型可以消除水化学组成变化对^(14)C年龄的影响,但很难识别地下水混合,导致得到的^(14)C年龄代表的是地下水的混合年龄。本文根据地下水化学组分变化提出了识别混合和校正a^(14)C值的方法,并以江汉平原为研究实例进行解剖。江汉平原地下水中硫酸盐矿物溶解导致SO_(4)^(2-)含量增加,且SO_(4)^(2-)含量与a^(14)C值的关系曲线可以识别混合,并利用曲线投影校正a^(14)C值,提出了混合-IAEA模型。IAEA年龄和混合-IAEA年龄的分布差异揭示出地下水渗流变化。年轻地下水混合区为年轻地下水的汇聚方向;老地下水混合区为老地下水的汇集方向。因此,对于大型沉积平原(或盆地)的地下水流系统,使用^(14)C定年时需要考虑地下水混合的影响,混合校正后的^(14)C年龄可以用来识别地下水渗流变化。

关键词： ^(14)C年龄混合校正水文地球化学地下水渗流江汉平原

水化学和同位素揭示的广东儒洞地热咸水形成机制

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地质通报 2024年第5期43卷 779-788页

作者：邵誉炜毛绪美查希茜李翠明赵桐中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074

地热咸水的形成机制是开发地热资源的重要参考,地热咸水中的化学组分可以揭示经历的水化学作用,同位素的示踪可以指示地下水的来源和水化学过程。因此,选用水化学和同位素来揭示广东儒洞地热咸水的来源和形成机制。研究表明,广东儒洞地... 详细信息

地热咸水的形成机制是开发地热资源的重要参考,地热咸水中的化学组分可以揭示经历的水化学作用,同位素的示踪可以指示地下水的来源和水化学过程。因此,选用水化学和同位素来揭示广东儒洞地热咸水的来源和形成机制。研究表明,广东儒洞地热田发育高盐度地热水(TDS>8000 mg/L),Cl^(-)和Ca^(2+)的含量分别高达5059.76 mg/L和1991.42 mg/L,为Cl^(-)Ca·Na型水。K-Mg温标和玉髓温标估算热储温度88.13~121.42℃,循环深度1963~2790 m。水文地质条件和氢氧同位素结果证实,地热水来自于东部丘陵地区的大气降水补给,补给高程为260~315 m。通过离子比例系数和^(87)Sr/^(86)Sr分析,儒洞地热田地下水运移的环境较封闭,高温下发生了较充分的花岗岩矿物的溶解,同时围岩中蒸发成因盐岩的溶解提供了主要水化学组分,海水入侵的可能性较小,地热咸水和围岩存在一定的阳离子交换作用。因此,围岩中的蒸发成因盐岩的溶解和花岗岩矿物的溶解是地热咸水化学成分形成的主因。

关键词：地热咸水水化学氢氧同位素 ^(87)Sr/^(86)Sr 地热温度计广东

风化土壤封存水H、O稳定同位素揭示的青海东部岩溶发育对青藏高原隆升的响应

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安全与环境工程 2024年第3期31卷 217-224,234页

作者：查希茜彭红明毛绪美叶建桥董亚群李翠明中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430078 青海九〇六工程勘察设计院有限责任公司青海西宁810007 青海省环境地质勘查局青海西宁810007 青海省环境地质重点实验室青海西宁810007

青海东部岩溶发育受青藏高原隆升和古气候变化的影响。岩石风化成壤过程中的大气降水被封存在风化土壤中,由于黏土渗透性极低,黏土矿物之间毛细力阻止后续大气降水的直接驱替,风化土壤保留了当时大气降水的部分信息。在青海东部岩溶发... 详细信息

青海东部岩溶发育受青藏高原隆升和古气候变化的影响。岩石风化成壤过程中的大气降水被封存在风化土壤中,由于黏土渗透性极低,黏土矿物之间毛细力阻止后续大气降水的直接驱替,风化土壤保留了当时大气降水的部分信息。在青海东部岩溶发育地区采集17组风化土壤样品,利用真空-低温水样提取装置提取土壤中的封存水,根据氢氧稳定同位素的温度效应,计算各地质历史时期的温度,构建温度变化曲线,并根据氢氧稳定同位素的降雨量效应,利用δD值定性评估各地质历史时期的降雨量,构建降雨量变化曲线。结果表明:风化土壤封存水的δD和δ^(18)O具有统一的来源,受蒸发作用和氧同位素交换的影响;自元古代到新生代,青海东部地区温度和降雨量波动频繁,冷热干湿交替;元古代和古生代岩溶未发育,中生代时期岩溶发育不充分;新生代是青藏高原快速隆升时期,也是青海东部岩溶发育的主要时期,新生代时期青海东部逐渐变冷,降雨量逐渐增加,新生代各阶段岩溶发育方式不同,由化学溶蚀作用转变为物理风化作用,总体降雨量不大,水动力条件不足,岩溶发育的强度和深度不大,青海东部的岩溶形态多以小型溶洞、涌水岩溶裂隙为主。该研究结果可为青海东部岩溶水资源的演化和利用提供理论依据。

关键词：风化土壤封存水同位素岩溶发育青藏高原隆升

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50~1000 a地下水定年新方法:放射性成因^(32)P法

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地球科学进展 2023年第6期38卷 610-618页

作者：毛绪美查希茜中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074

地下水年龄是重要的水文地质学参数,可以指示地下水的循环时间和更新能力。常用环境同位素测定地下水年龄,但不同的环境同位素由于半衰期不同导致定年范围有限,50~1000 a成为地下水定年的“短板”。然而,50~1000 a是近代人类活动频繁的... 详细信息

地下水年龄是重要的水文地质学参数,可以指示地下水的循环时间和更新能力。常用环境同位素测定地下水年龄,但不同的环境同位素由于半衰期不同导致定年范围有限,50~1000 a成为地下水定年的“短板”。然而,50~1000 a是近代人类活动频繁的时期,地下水资源、水环境和水气候记录档案等研究都需要年龄标尺。^(32)Si可以用来确定50~1000 a地下水的年龄,但是由于其复杂且费时费力的前处理和测试限制了^(32)Si定年的应用。^(32)Si衰变生成子同位素^(32)P,^(32)Si和^(32)P在3个月内会达到放射性平衡,放射性活度达到一致。天然状态下50~1000 a地下水中的^(32)Si与^(32)P一直处于放射性平衡状态,所以直接富集地下水中的^(32)P可以用于50~1000 a地下水的年龄测定。地下水中^(32)P的富集采用氢氧化镁共沉淀法,方便快捷。因此,放射性成因^(32)P有望解决50~1000 a地下水的定年“短板”。在江汉平原地下水实例研究中发现,放射性成因^(32)P定年结果与^(32)Si定年结果基本一致。因此,放射性成因^(32)P是解决50~1000 a地下水定年“短板”的有效工具,且便捷准确。

关键词： 50~1000 a地下水地下水定年放射性成因^(32)P 宇宙成因^(32)Si

广东沿海新洲高盐度地热水的水文地球化学成因机制

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地球化学 2023年第4期52卷 404-415页

作者：朱东波史自德何耀烨毛绪美中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074

沿海地区的高盐度地热水通常是海水侵入形成的,广东沿海新洲地热田高盐度地热水的形成却并非如此。本研究通过分析广东新洲地热田地热水的水化学和稳定同位素,探究地热水循环过程和化学组分来源。新洲地热田地下热水均为Cl-Na型,盐度较... 详细信息

沿海地区的高盐度地热水通常是海水侵入形成的,广东沿海新洲地热田高盐度地热水的形成却并非如此。本研究通过分析广东新洲地热田地热水的水化学和稳定同位素,探究地热水循环过程和化学组分来源。新洲地热田地下热水均为Cl-Na型,盐度较高(TDS>1700 mg/L),H、O稳定同位素显示地下热水来源于大气降水。阳离子地热温度计(Na-K-Mg、Na-K-Ca-Mg、Na-K,K-Mg、Na-K-Ca)和玉髓地热温度计评估的温度不适合作为热储层温度。石英地热温度计(最大蒸汽损失)估算热储层温度为127.1~154.0℃,最大循环深度为4339 m。PHREEQCI模拟计算的饱和指数(SI)和Na/1000-K/100-Mg1/2三角图表明,地热水的化学组分可能来源于高温条件下的水–岩相互作用。新洲地热田钻孔结果表明,深度700~750 m处为风化破碎带,并且观察到岩盐附着层,说明岩盐在地热水中溶解存在相应的地质条件。[HCO3+SO4-(Ca+Mg)]/(Na-Cl)、Na/Cl、Cl/Br、Ca/Sr、Mg/Ca离子比值结果表明,阳离子交换和海水入侵对新洲地热田高盐度地热水化学组分的影响不明显,而以岩盐溶解为主的水–岩相互作用是高盐度地热水形成的主要原因。

关键词：高盐度地热水水化学 H、O同位素地热温度计岩盐溶解新洲地热田

浅谈水文地质专业本科教学中的“迷雾”与“破局”

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科教导刊 2022年第17期 13-16页

作者：毛绪美谢杨中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074

水文地质专业与我们的生活息息相关,然而,该专业一些学生难以有效运用所学知识,实践能力偏低。文章针对以上问题,根据水文地质专业特点,探究学生的迷茫,了解教师的困惑,并提出一些破局建议。

关键词：水文地质专业特点本科生的迷茫教师的困惑破局建议

水化学温度计估算粤西沿海深部地热系统热交换温度

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地球科学（中国地质大学学报） 2016年第12期41卷 2075-2087页

作者：郭静毛绪美童晟冯亮中国地质大学环境学院湖北武汉430074

在实际案例分析中,采用传统地球化学温标计算的温度与实测温度往往有一定的差距,研究系统中矿物-流体的平衡状态、判断作为估算热交换温度的地热温标是否使用、选出最合适的计算结果非常重要.在讨论热水与矿物的平衡状态时,采用Na-K-Mg... 详细信息

在实际案例分析中,采用传统地球化学温标计算的温度与实测温度往往有一定的差距,研究系统中矿物-流体的平衡状态、判断作为估算热交换温度的地热温标是否使用、选出最合适的计算结果非常重要.在讨论热水与矿物的平衡状态时,采用Na-K-Mg三角图解法和PHREEQCI程度模拟计算矿物饱和指数的方法进行研究,结果表明：（1）粤西沿海地热系统采集的23组水样的分析发现其热水水化学特征为热水呈中低温弱碱性、氟含量较高源于热水与花岗岩的水岩相互作用、由内陆至沿海地区水化学类型由HCO3·Cl-Ca·Na型向Cl-Na型转化;（2）浅层水的混合使得硅温标的估算值低于实测温度;只有21号水样适合用阳离子温标,其热交换平衡温度为150~170℃;1号和19号样可用K-Mg温标计算其热交换温度下限值,分别为136.2和151.6℃,其余水样则适合用log（Q/K）-T平衡法估算,深部热水在经历深循环后上升至地表,在浅层受到冷水混合.

关键词：热交换温度水化学温度计 Na-K-Mg三角图矿物饱和指数热泉环境地质地球化学

CO_2地质储存的纳米尺度流体-岩石相互作用研究

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地球科学（中国地质大学学报） 2011年第1期36卷 163-171页

作者：王焰新毛绪美 Donald DePaolo 中国地质大学环境学院及生物地质与环境地质教育部重点实验室湖北武汉430074 美国加州大学Lawrence Berkeley国家实验室地球科学部美国加州伯克利94720

大气中持续增长的CO2是引起"温室效应"的主要原因,并给全球带来越来越严重的环境问题.消减CO2是人类共同面临的生存挑战,也是技术难题.在全球碳循环过程中,有多种调节方法可以减少大气中CO2含量,但目前只有地质储存被认为是可快速实施... 详细信息

大气中持续增长的CO2是引起"温室效应"的主要原因,并给全球带来越来越严重的环境问题.消减CO2是人类共同面临的生存挑战,也是技术难题.在全球碳循环过程中,有多种调节方法可以减少大气中CO2含量,但目前只有地质储存被认为是可快速实施、见效明显的CO2减排方式.CO2流体-岩石相互作用是地质储存的核心科学问题,其直接影响CO2灌注效率、储存容量和效率、储存安全性和稳定性.纳米尺度的物质拥有奇异特性,具有很大的表面原子数和表面能.CO2流体-岩石相互作用存在多种尺度变化,由于微纳岩矿的表面原子数和表面能与离子、晶体之间的巨大差异,纳米尺度的CO2流体-岩石相互作用的速度和效率远远大于其他尺度.因此,急需开展CO2流体-岩石相互作用纳米尺度变化的主要控制因素与变化机理的研究;通过CO2地质储存研究,寻找、制备天然微纳岩矿以用于经济高效地捕获、储存和转化CO2,推动CO2减排理论和技术的发展.

关键词： CO2 地质储存纳米尺度流体-岩石相互作用环境工程