地热系统中地下水循环深度的重新评估

摘要

地热水循环深度是地热研究中的重要参数，在评估地热资源及其更新能力中起到重要作用。传统方法评估地热水循环深度基于补给段地下水的温度变化和地热系统的平均地热增温率。然而，由于地热系统中地下水补给段和排泄段的温度分布并不一致，基于补给段的地下水循环深度被高估。对流型地热系统的地下水温度分布特征表明：补给段的温度变化大，排泄段的温度变化小。这意味着补给段的地热增温率理论上应该大于排泄段的地热增温率。但实际观察结果恰恰相反，例如广东阳江新洲地热田补给段的地热增温率为3.04℃/100 m,排泄段的地热增温率为4.97℃/100 m。可能的原因是，补给段地下水温度随深度的变化并没有遵循地热田的地热增温率。排泄段靠近热交换区，深部热源和热对流使地热水保持高温，地下水温度主要受围岩热传导(或绝热冷却)的影响而降温，其变化遵循排泄段的地热增温率。因此，用排泄段地热水的温度变化和地热增温率评估的地热水循环深度代表热交换区对流顶部深度，用补给段评估的深度代表补给段地下水平流深度。在广东阳江新洲地热田研究实例中刻画了地下水各种深度的含义，用排泄段估算的热交换区对流顶部深度(0.75～1.49 km)比补给段地下水平流深度(3.25～4.34 km)要浅得多，对流热交换区(4.34～1.49 km)中某一深度的断裂带才是地热开发取水取热的理想位置。

关键词

地下水循环深度 / 温度 / 地热增温率 / 排泄段 / 新洲地热田

基金资助

国家自然科学基金项目“富CO2热泉水14C年龄校正及其指示的广东深部地热水更新能力研究(41440027)”