土壤氡定量测试方法优化及其在中低温对流型地热系统识别中的应用

Optimization of Soil Radon Quantitative Testing Methods and Its Application in Identification of Medium-Low Temperature Convective Geothermal Systems

摘要

为了指示地热勘察空白区内地热水的分布，经系统试验阐明了土壤氡含量测试结果与采样深度、测量时间、土壤孔隙度、土壤湿度等重要影响因素的关系，确定了最佳的土壤测试条件，优化了传统土壤氡测量方法.在此基础上，选择山西忻州盆地内的地热勘查空白区为典型研究区，基于优化后的土壤氡测量方法识别了区内控制地热水升流的主要导水断裂，并辅以浅层地下水温测量及其水文地球化学研究，查明了区内水热型地热的分布规律.研究成果有望推广应用于受断裂控制的中低温对流型地热系统的勘查实践.

Abstract

Soil radon measurement is one of the important geochemical exploration methods to investigate concealed fracture, and also an effective means to identify hydrothermal geothermal systems. In this paper it clarified the relationship between the test results of soil radon content and sampling depth, measurement time, soil porosity, soil humidity and optimizes the traditional soil radon measurement method. On this basis, choose the geothermal exploration in Shanxi Xinzhou Basin as a typical research area, based on the optimization of soil radon measurement method to identify the control of geothermal water flow main water fracture, supplemented by shallow groundwater temperature measurement and hydrogeochemical research, find out the distribution of hydrothermal geothermal type in the area. The results of this study are expected to be applied to the exploration practice of medium-low temperature convective geothermal system controlled by fracture.

Graphical abstract

关键词

土壤氡 / 氡异常 / 中低温对流型地热系统 / 地热勘查 / 忻州盆地 / 水文地质学.

Key words

soil radon / radon anomaly / low-medium temperature geothermal system of convective type / geothermal exploration / Xinzhou Basin / hydrogeology

0 引言

中低温对流型地热系统出现于正常或略偏高的区域热背景条件下，为热储温度低于150 ℃、无年轻岩浆活动作为附加热源、且地热水赋存于孔隙-裂隙介质或断裂破碎带中的水热型地热系统（汪集旸，1996）.与通常发育于板块边缘或板内特殊部位且多数与年轻浅成岩浆活动有关、因而地域分布范围有限的高温水热系统不同，中低温对流型地热系统在全球广泛分布，是板内非热点地区发育最为普遍的地热系统类型之一，如国漳州地热区（庞忠和，1988；廖志杰，2012；Zhang et al.，2020）、苏北老子山地热区（杨峰田等，2012）、胶东威海地热区（史猛等，2019；Shi et al.，2022；Zheng et al.，2023）、忻州地热区（Han et al.，2010a；张梦昭等，2023）及广东神灶（天娇等，2023）等，在板缘或热点地区也常与高温岩浆热源型地热系统并存，如我国滇-川-藏高温地热带内也存在不少中低温对流型地热系统（廖志杰和赵平，1999）.中低温对流型地热系统的成因模式可概括为：大气降水在势源补给区经断层或断裂破碎带向下渗透后进行深循环，并在径流过程中不断自围岩吸收热量，最终沿导水断裂以热泉形式出露于地表或在地下浅部形成水热异常（王贵玲和蔺文静，2020；高洪雷等，2023）；故断裂构造是此类地热系统形成的必要条件.

当中低温对流型地热系统之储层围岩为被新生代松散沉积物覆盖的基岩且其主要导水断裂并未切穿上覆松散沉积物（即形成隐伏断裂）时，无法仅通过地表构造形迹调查确定隐伏断裂的分布规律，采用地球物理勘探或地球化学勘探方法有效探测隐伏断裂以识别此类地热系统即成为必需.土壤氡测量是重要的地球化学勘探方法，已广泛应用于隐伏断裂勘查（张晚霞等，1995；Walia et al.，2005；刘菁华等，2006；曾敏等，2012；Sun et al.，2018；苗青壮等，2020；李杰彪等，2022），但其使用仍存在诸多问题（Shweikani et al.，1995；Sundal et al.，2008；苏家驹，2012；Fujiyoshi et al.，2015），如气象因素影响浅部土壤氡的分布、土壤颗粒过粗降低对气体的封闭和吸附、潮湿密实的土壤不利于氡气向上渗透.在此背景下，本研究基于系统试验归纳了土壤氡测量的主要影响因素，借此对传统土壤氡定量测试方法加以优化，进而以忻州盆地内典型地热勘查空白区为例，识别了区内主要导水断裂，并辅以浅层水温测量及水文地球化学研究，阐明了区内水热型地热异常的分布规律.本研究成果有望推广应用于中低温对流型地热系统的勘查实践.

1 研究区选择及其概况

忻州盆地为典型新生代断陷盆地，其构造格架主要形成于燕山晚期，边界由五台山断裂、系舟山断裂、云中山断裂和恒山断裂构成（图1）（张世民等，2008；张梦昭等，2023）.盆地及其周边地区的断裂体系主要为北东向、北西向和近东西向.在盆地西侧云中山区，北东向断裂分布密集且规模大，多表现为断裂与褶皱组合，靠近盆地一带则以近东西向构造形迹为主，表现为小规模断裂；盆地东侧五台山区的太古界基底岩群中，构造形迹主要为北东向，构造线密集且规模较大，但以紧闭褶皱为主，断裂不发育.

受边山断裂（与大气降水入渗有关）以及盆地内隐伏断裂（与地热水升流有关）控制，忻州盆地内发育多个中低温对流型地热系统，已探明的此类地热系统包括大营地热系统（A1）、奇村地热系统（A2）、汤头地热系统（A3）等（图1），其热储围岩均为太古宇变质岩，盖层则为新生界第三系和第四系半固结-松散沉积层.大营地热区位于原平大营一带，为云中山前断裂与恒山南麓断裂西端相接部位，与控制忻州盆地西部边界的云中山前断裂关系密切（高丽平，2007）.奇村地热区位于忻州市西北南高与奇村之间，属汾渭裂谷带边缘，区内深大断裂构造总体呈近南北向展布于云中山前，为地下水深循环获取深部围岩热量创造了条件（邓安利和孙和平，2002；马俊红和史俊德，2004；王俊鑫，2014）.在大营地热区与奇村地热区之间的原平城区与近郊，区域构造背景、地层分布、水文地质条件等与大营、奇村相似，可能同样发育中低温对流型地热系统，但长期以来并未开展地热勘查工作；因此，以此区域为典型研究区进行地热勘查，不但可验证本研究所改进的土壤氡测量方法在地热系统探测实践中的有效性，也有望为区内潜在地热开发利用的实现奠定基础.

研究区内主要出露全新统选仁组和沱阳组地层，主要分布于现代河床、河漫滩、洪积倾斜平原以及盆地边缘冲沟底部，其岩性为砾石和各类砂层；在丘陵、山坡等盆地边缘地带及黄土冲沟侧壁，可见更新统峙峪组、马兰组、离石组、方村组以及中新统静乐组地层，其中上更新统岩性为灰黄色亚砂土、亚粘土夹薄层砂及砂砾石，中更新统洪积、坡积物主要为棕红色亚粘土、浅黄色亚砂土以及中粗砂、砂砾互层.区内新生界沉积物之下直接下伏太古宇斜长角闪岩、片麻状二长花岗岩、英云闪长质片麻岩.在研究区西部山区，上太古界庄旺岩组和金岗库岩组大面积出露，元古宇辉绿岩、浅变质辉绿岩及混合花岗岩仅以岩脉的形式少量出露地表；断裂体系主要为东西向，发育吕梁晚期韧脆性逆冲推覆-韧性剪切带和走滑型韧性剪切带、吕梁早期伸展型韧性剪切带、五台晚期逆冲推覆韧性剪切带以及五台早期伸展型韧性剪切带（图2）.据研究区边缘山区的构造形迹调查结果，盆地沉积物覆盖区内隐伏断裂可能以近东西向为主，但尚需精细地热勘查工作的证实.

2 研究方法

2.1　土壤氡定量测试

2.1.1　土壤氡定量测试方法优化

本研究选用核工业北京地质研究院生产的FD216型环境氡测量仪作为前期试验及后期实际地热勘查工作中土壤氡含量的测试仪器.本次研究选用的FD216测氡仪以闪烁瓶法为基础，用气泵将含氡的气体吸入闪烁瓶，氡及其子体发射的α粒子使闪烁瓶内的ZnS（Ag）发光，光电倍增管把光讯号变成电脉冲，经放大整形后由控制电路进行计数.根据单位时间内的电脉冲与氡浓度的正比关系即可确定闪烁瓶中的氡浓度.FD216便携式测氡仪灵敏度：≥0.68 cpm/［Bq·m^-3 ］；本底计数率：≤0.3 cpm；土壤氡测量范围为300~300 000 Bq/m³，氡室浓度2 000 Bq/m³，环境湿度65%，温度25 ℃条件下重复测试误差小于5%；工作时长8 h内，稳定性（RE）≤10%.在未受人工扰动的原生土壤试验区内，默认测试条件为采样深度0.8 m、测量时间8 min、采样器前连接干燥管.默认测试条件下在试验区内不同测点多次测量，土壤氡测试结果变异系数<10%.

土壤氡的测试结果可受到人工操作和环境因素等方面不同程度的影响（Ruckerbauer et al.，2001；Singh et al.，2006；Kumar et al.，2014；Seyis et al.，2022）.本研究选取“采集深度”、“采集时长”、“土壤孔隙度”、“土壤含水量”共4项因素，深入探究了各因素对土壤氡含量测试结果的影响程度.

在相对均匀土壤介质中，氡含量随深度增加而升高，当氡含量达到饱和层最大浓度值的90%时，即可认为其基本饱和（Alharbi et al.，2013；Duggal et al.，2014）.本研究在地表以下0~0.8 m的范围内改变土壤氡采样深度，考察其对土壤氡测量结果的影响；确定最佳采样深度后，设置2 min、4 min、6 min、8 min共4个不同的测试时间，考察土壤氡采集时间对测试结果的影响；甄选小范围试验区（在此区域内实际氡通量为定值）内5种不同类型的土壤，使用环刀法测定其孔隙度，考察土壤孔隙度对氡测量结果的影响.此外，为评价土壤氡含量测试结果对土壤湿度的响应规律，也分别在雨前、雨后开展了土壤氡测试，并现场测定、记录了土壤湿度.

结果显示：土壤氡测试数值与采样深度、土壤孔隙度呈正相关，与测量时间、土壤湿度呈负相关（图3）.土壤氡测试结果随采样深度和测量时间两个变量变化的拟合曲线分别在0.4 m和6 min后趋于平缓，表明地表以下0.4 m深度以上氡含量即趋于饱和且测量时间不少于6 min的条件下仪器即可达到最佳测量精度.在野外进行土壤氡含量实际测试工作时，每个测点均保证采样深度>0.6 m且测量时间>6 min.另外，土壤湿度较大时其氡含量测试值明显偏小，土壤孔隙度偏大时测试结果亦不稳定，故在实际地热勘查工作中应避开雨季，雨后不能立即开展土壤氡测试，且最适宜进行氡含量测试的土壤类型为干燥且孔隙度相对较小的土壤.

2.1.2　土壤氡测点及剖面布设

如前所述，本研究中土壤氡含量测试工作区选定于忻州盆地原平城区西部的新生代松散沉积物覆盖区.根据研究区西侧山区的构造研究成果以及研究区内第四纪地貌特征，判断区内隐伏断裂可能总体上近东西向发育；在此基础上，在研究区内共布设土壤氡含量测量剖面14条，其中垂直于隐伏断裂的近南北向剖面10条，平行于隐伏断裂（与区内负地形大致重合）的近东西向剖面4条，见图4.具体为：据研究区西部的主要负地形（即沿东西向展布的梅家庄沟谷、北岗沟谷、于解沟谷以及沿近东西向展布的南岗沟谷），在与各沟谷垂直方向布设剖面5~14，其中剖面8~11布设位置靠近研究区西侧山区，每条剖面长8~10 km，剖面5~7布设于地势较平坦的研究区中南部，剖面长度近8 km，剖面12~14则布设于区内负地形不明显的东部平原区，以上剖面用于判断区内是否的确存在东西向隐伏断裂并评价其延展程度；在与各沟谷近重合方向布设剖面1~4，以上剖面用于在确证东西向断裂存在的前提下辅助评价此类断裂在东西方向上的延展性.各剖面间距均大于1.5 km，测点间距大于100 m，所有测点共计258个（图4）.

2.1.3　数据处理

采用“迭代剔除法”剔除异常值点，剔除限设定为“平均值±3×标准差”；经迭代剔除数据共6个，其余土壤氡含量测试数据符合正态分布，其平均值可作为区内土壤氡背景值.依据研究区土壤氡含量背景值和及其标准差可将测试结果分为4组：测试值大于300 Bq/m³且小于“背景值+1倍标准差”者视为正常值，大于“背景值+1倍标准差”且小于“背景值+2倍标准差”者视为偏高值，大于“背景值+2倍标准差”且小于“背景值+3倍标准差”者视为高值，大于“背景值+3倍标准差”者视为异常值.各组数据的具体下限值见表1.经统计，区内具有正常值的测点共217个，偏高值测点18个，高值测点17个，异常值测点6个.

2.2　浅孔水温测量及水文地球化学采样-分析

在水热型地热区，浅层地下水可能受到自下伏地热系统升流的地热水的不同程度混合，从而导致其水温和水化学组成异常.因此，浅层地下水的温度测量和水文地球化学研究也可用于探测埋藏深度较大的水热型地热系统分布，并与土壤氡含量测量结果指示的控热断裂分布规律进行对比.本次研究对区内26口取水深度在100~200 m的浅井（即取水深度超过恒温带深度范围，进入增温带）进行了水温测量，浅井位置见图5.此外，采集浅层地下水样19件，所有水样均用0.45 μm 滤膜进行过滤，分装至250 mL 高密度聚乙烯瓶中.用于金属/类金属元素和阳离子分析的水样加入适量优级纯HNO₃，调节其pH低于1；温度、pH、电导率（EC）、氧化还原电位（Eh）和总溶解固体（TDS）等不稳定水化学参数在现场使用便携式测定仪测定；碱度在现场用浓度为 0.05 mol/L的盐酸进行滴定.F^-、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-等阴离子含量采用ICS-900型离子色谱仪（IC）测定（检测限为0.01 mg/L）；金属/类金属元素和阳离子含量用iCAP RQ型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定（检测限为0.1 μg/L）.测温结果与水化学分析结果见附表1.

3 结果与讨论

3.1　土壤氡分布规律及其异常识别

据前述数据处理方法，将研究区土壤氡含量测试结果绘制于图6，表示氡含量测试结果所处范围的色系参考《地球化学普查规范》（DZ/T0011-2015）确定，具体为：蓝色（正常值）、黄色（偏高值）、紫红色（高值）、深红色（异常值）.土壤氡含量偏高值、高值、异常值主要分布于研究区西北部北岗-梅家庄一带及南部南岗-李三泉一带，异常值聚集于北三泉-李三泉东侧.整体上，区内的土壤氡含量呈西部高东部低的变化趋势；东部仅有一个偏高值测点，其余测点均为正常值.

图2显示中更新统离石组（Qp²l）、上更新统马兰组（Qp³m）地层在北岗-梅家庄一带出露，边缘覆盖全新统沱阳组（Qht）砂砾石层，见东西向断裂；因此，北岗-梅家庄一带的土壤氡含量偏高、高、甚至异常与地表地质条件相吻合.土壤氡含量偏高至异常的南岗-李三泉一带则被第四系黄土覆盖，可推测为区内隐伏断裂发育区，其下的隐伏断裂为氡从地下深处向地表运移提供了通道.

3.2　土壤氡异常对隐伏断裂展布的指示意义

总体上，研究区东部的12、13、14三条南北向剖面位于第四系黄土覆盖区，土壤氡含量普遍低于背景值（6 407 Bq/m³），图中用灰色虚线表示；3条剖面上全部测点中，仅有1个测点的土壤氡含量（10 623 Bq/m³）略高于本次研究中氡含量偏高值范围的下限（10 070 Bq/m³），图中用红色实线表示.因此，可认为研究区东部不存在氡异常，意味着研究区西侧地形和地表地质条件指示的东西向隐伏断裂在12、13、14三条剖面所处地段发育程度较低或甚至已经歼灭，且断裂在研究区东部北侧歼灭的可能性大于研究区东部南侧.

在研究区西部的8、9、10、11四条近南北向剖面处，土壤氡含量总体高于东部12、13、14剖面处；8、9、10、11剖面土壤氡含量平均值为6 424 Bq/m³，也略高于背景值（6 407 Bq/m³）.西部剖面土壤氡含量变化趋势指示较高氡含量主要出现于北部梅家庄-北岗一带及南部神沟-南岗一带，中部于家沟、解村等地的土壤氡含量较低，整体上呈“南北高、中部低”的特征.据本区地质研究成果，区内新生界地层覆盖区以西主要构造为东西向韧性剪切带，在形成早期以压剪性为主，多发育初糜棱岩或糜棱岩化花岗岩，代表性糜棱面理为190°∠60°；在燕山期则叠加右行剪切变形，多形成北北东向和北东向剪裂隙；剪切带区域的基岩裂隙分布规律为南北部边界发育程度高，中心区域相对较弱（翟志伟等，2019），这与本研究中8~11四条南北向剖面处“南北高、中部低”的氡含量变化特征一致.据此，可认为研究区西部控热断裂即为发育程度高的东西向隐伏断裂，主要分布于北部梅家庄-北岗一带及南部神沟-南岗一带.

剖面5~7三条南北向剖面位于研究区中南部的第四系黄土覆盖区，土壤氡含量平均值达8 821 Bq/m³，超出区域背景值（6 413 Bq/m³）37%，部分测点氡含量显著异常，最大值达25 527 Bq/m³，超出异常值范围下限（17 385 Bq/m³）45%以上.此3条剖面的土壤氡含量具有相似的变化趋势，整体上南部至中部高而北部偏低；北三泉-李三泉一带氡含量异常测点的数量远多于研究区内其他区域，可认为北三泉-李三泉一带为区内隐伏断裂最发育的地段.

与前述剖面不同，剖面1、2、3、4四条剖面为东西向剖面，沿东西向或近东西向沟谷（梅家庄沟谷、北岗沟谷、于解沟谷、南岗沟谷）的走向布设.研究区北部沿梅家庄沟谷展布的1号剖面和沿北岗沟谷展布的2号剖面的土壤氡含量均自西向东明显下降，显示这两条东西向隐伏断裂在进入研究区东部后的确趋于歼灭；研究区南部沿南岗沟谷走向展布的4号剖面的土壤氡含量变化趋势与1、2号剖面相似，总体上也是自西向东下降，区别在于在北三泉一带出现了异常高值区，该沟谷对应的东西向隐伏断裂在研究区东部应同样趋于歼灭.沿于解沟谷展布的3号剖面情况较为特殊，土壤氡含量自西向东总体升高，但剖面上偏高值测点数量远低于其他东西向剖面；此外，此剖面长度远小于1、4号剖面，原因为现有3号剖面向东即进入原平城区，无法布置土壤氡测点.因此，此剖面及与其大致重合的于解沟谷并不对应东西向隐伏断裂.

综合研究区内所有剖面上土壤氡含量的分布规律，结合研究区西侧断裂构造展布情况和区内地形特征，可推测研究区存在4条有利于水热型地热系统形成的（近）东西向隐伏断裂，由北向南依次为梅家庄断裂、北岗断裂、南岗断裂和神沟断裂.表现为负地形的于解沟谷可能并不对应于贯通性好的东西向隐伏断裂.总体上，上述4条断裂自西向东发育程度逐渐降低，研究区东部发育水热型地热系统的可能性微乎其微.

3.3　浅层地下水温度-水化学分布特征与土壤氡异常所指示断层分布的对比

图11为据研究区浅井水温测量结果绘制的浅层地下水温等值线图，指示研究区内地下浅部水温异常主要集中于北部梅家庄一带以及西南部以南岗-神沟为中心的区域，与土壤氡含量测试结果指示的控热断裂分布大致吻合.然而，在土壤氡含量测试结果指示的隐伏断裂最发育的北三泉-李三泉一带，浅层地下水并未表现出水温异常.换言之，在南岗附近，沿断裂升流的深部地热水在浅部形成了明显的水温异常，但与南岗处于同一条近东西向断裂带的北三泉-李三泉一带虽具备深部地热水储集并向上运移的地热地质-水文地质条件，但并未形成埋藏深度较浅的水热型热储.

浅层地下水的水文地球化学研究有助于从水文地质过程的角度解释此现象.地热水中浓度远超过浅层地下冷水中背景浓度的水化学组分可称为地热特征组分.一般情况下，浅层地下水中混入的深部地热水比例越高，其地热特征组分的含量也相应越大；因此，地热特征组分的水文地球化学研究可用于判断深层地热水-浅层地下冷水之间的混合过程，并计算地热水在浅层冷水中的混合比.本次研究将区内所有温度不高于10.5 ℃（研究区恒温带温度）的浅层冷水样品（此类水样中无深部地热水的混合）中的各水化学组分浓度平均值与忻州盆地典型地热水样品（W08；张梦昭等，2023）中的同种组分浓度进行对比，并将浓度相差3倍及以上的水化学组分认定为地热特征组分，分别为Na⁺、Cl^-、B、F^-.在南岗-李三泉剖面，上述地热特征组分总体上呈现与水温相同的变化趋势（图12），即从南岗到李三泉（自西向东）呈下降趋势（圪妥一带浅层地下水中Cl^-、Na⁺含量偏高，可能为人类活动输入的结果，证据为这些水样中NO₃^-和氨氮的含量也偏高）.这意味着在南岗附近，浅层地下水中混入了比例较大的深层地热水，或者说升流的深层地热水受到了相对较少浅层地下冷水的稀释；而向东至李三泉一带，因地处浅层地下冷水的排泄区（此地带大量地表冷泉的发育即是明证），升流的深层地热水受到大量（应远大于南岗附近）浅层地下水的混合，导致浅层地下水的水温和水化学特征的变化几乎可忽略不计.

为验证自南岗至李三泉的水样中浅层冷水混合比逐渐增大这一推断，笔者基于质量平衡模型定量计算了浅层地下冷水与深层地热水的混合比.在用于质量平衡模型计算的各地热特征组分中，氯（Cl）为最典型的保守组分，即便在高浓度条件下也很难从地下水中沉淀或被含水层介质吸附，因此其计算结果在理论上应与不同端元的实际混合比最为接近，相应计算公式如下：

R=\frac{[\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{T}}^{-}]-[\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{M}\mathrm{I}\mathrm{X}}^{-}]}{[\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{T}}^{-}]-[\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{C}}^{-}]}，(1)

式中：R为浅层地下冷水端元混合比，\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{M}\mathrm{I}\mathrm{X}}^{-}为各浅层地下水样品中实测Cl^-浓度，\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{T}}^{-}为深层地热水端元中Cl^-浓度，\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{C}}^{-}为浅层地下冷水端元中Cl^-浓度（Han et al.，2010b）.在本研究中，选择取水深度小、温度低、TDS低的YP40样品为浅层地下冷水端元；地热水样品W08（张梦昭等，2023）为深层地热水端元.浅层地下冷水端元在浅层水中混合比的计算结果见表2.据表2，中三泉-李三泉一带的浅层水样中浅层冷水端元的混合比均超过96%，部分混合比甚至超过99%，深层地热水（混合比小于1%）对浅层水在温度和水化学上的影响的确可忽略不计；沿剖面向西，浅层水中深层地热水端元的混合比例的确逐渐增加，至南岗附近最大混合比接近15 %，南岗浅层水样的水温和水化学异常也相应最为明显.

4 结论

（1）本文经系统试验优化了土壤氡定量测试方法，试验结果显示土壤氡含量与采样深度、土壤孔隙度呈正相关，与测量时间、土壤湿度呈负相关.

（2）优化后的土壤氡定量测试方法尝试应用于山西忻州盆地内的地热勘查空白区，结果显示区内土壤氡异常集中分布于神沟-南岗、北岗-梅家庄、北三泉-李三泉等区域，相对应的对地热水升流有控制意义的主要断裂由北向南依次为梅家庄断裂、北岗断裂、南岗断裂和神沟断裂.以上断裂均为东西向或近东西向，且自西向东活动性逐渐降低，至研究区东部一带近于歼灭.

（3）研究区内浅层地下水温分布与土壤氡含量测试结果指示的控热断裂分布大致吻合，但在土壤氡含量测试结果指示的隐伏断裂最发育的北三泉-李三泉一带，浅层地下水并未表现出温度异常.浅层地下水的水文地球化学研究指示Na、Cl、B、F等地热特征组分的含量在南岗-李三泉剖面呈现与水温总体相同的变化趋势，意味着在南岗附近，升流的深层地热水受到了相对较少的浅层地下冷水的稀释；而向东至李三泉一带，因地处浅层地下冷水的排泄区，升流的深层地热水受到了水量远大于南岗附近的浅层地下水的混合，导致浅层地下水的水温和水化学特征的变化可忽略不计.

（4）本研究表明土壤氡测量结合浅层地下水温度与水文地球化学研究有望成为可广泛应用于中低温对流型地热系统勘查实践的有效手段.

附表见文件：https://doi.org/10.3799/dqkx.2023.211

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基金资助

山西省原平市委托项目(2019045108)

山西省原平市委托项目(2021046079)