典型高温地热系统水热循环及锂同位素分馏过程模拟研究

石鸿蕾; 王婉丽; 王贵玲; 邢林啸; 陆川; 赵佳怡; 刘禄; 宋嘉佳

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.7.12

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (6) : 104 -119. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.7.12

地热赋存基础理论

典型高温地热系统水热循环及锂同位素分馏过程模拟研究

石鸿蕾 ¹^,²^,³ ,
王婉丽 ¹^,² ,
王贵玲 ¹^,²^,^* ,
邢林啸 ¹^,² ,
陆川 ¹^,² ,
赵佳怡 ¹^,² ,
刘禄 ¹^,²^,⁴ ,
宋嘉佳 ¹^,²^,⁵

作者信息 +

Numerical simulation of hydrothermal cycling process and lithium isotope fractionation in a typical high-temperature geothermal system

Honglei SHI ¹^,²^,³ ,
Wanli WANG ¹^,² ,
Guiling WANG ¹^,²^,^* ,
Linxiao XING ¹^,² ,
Chuan LU ¹^,² ,
Jiayi ZHAO ¹^,² ,
Lu LIU ¹^,²^,⁴ ,
Jiajia SONG ¹^,²^,⁵

Author information +

文章历史 +

PDF (11421K)

摘要

水热系统中的多场耦合相互作用对水热循环过程和地热流体化学成分具有显著的影响。本文利用COMSOL-Multiphysics建立水—热—化学(同位素)多场耦合数值模拟模型,通过简化模型对锂同位素分馏模拟方法进行了验证。在此基础上,基于对羊八井地热田水热循环过程的认识,建立了羊八井典型剖面水热循环多场耦合模型;再现了羊八井地热系统的水热循环过程和水岩反应过程中的锂同位素分馏过程,并且讨论了主要的参数对热能聚敛效果的影响。结果表明:较高的断裂带渗透率将加快深部断裂带附近围岩温度的下降,而较低的渗透率则无法在近地表形成一定规模的水热活动;通过地表排泄量对断裂带渗透率进行约束后,发现当断裂带与深部熔融体直接沟通时,才可在近地表形成长期存在(近150 ka)的高温地热显示;在断裂带沟通了深部熔融体且熔融体热源温度不变的前提下,熔融体的具体埋深对水热活动强烈程度的影响不大;长期的水岩活动会使断裂带内锂元素大量消耗,只有当深部熔融体为断裂系统提供持续不断的物质来源时,才能保证地热流体中长期保持较高的锂元素浓度水平;基于锂同位素分馏过程估算出参与水岩反应的岩体中锂元素质量分数为25~35 mg/kg,δ⁷Li_rock为-2.0‰~0.5‰。研究成果有助于进一步认识典型高温地热系统成因机制模式。