[科普中国]-地球化学地热温标

地球化学地热温标是利用地下热水的化学组分浓度或浓度比计算地下热储温度的方法。其中能够据以计算地下温度的称定量地热温标，只能得出相对温度的称定性地热温标。

概述在研究和开发利用地热田的过程中，必须合理估算深部热储层的温度，当前对热储层温度进行合理估算的方法主要有三种，分别为直接测量法、地球化学温标计算法以及地温梯度推算法 。其中，地热温标细分为两类：矿物溶解度体现温度函数、决定热水内溶解组分比例的反应取决于温度，其主要通过相关组分比值来达到展现地热温标的效果，典型的有 NaK-Ca、Na/K 等。1

大多数化学反应和同位素化学反应，都可以用来当作地球化学温度汁或简称地热温标来汁算地下热储的温度。

每个地热温标都有一定的适用条件。因此，用地热温度计评价地下热储温度时，必须考虑热田地质、水文地质和地球化学条件，同时还要考虑样品采集和分析化验过程。一般认为地热温标主要用于高温热田的评价。但是，在有些情况下，如果小于150℃的中低温热田能够符合地热温标所要求的条件，特别是深部热水向上运移过程中基本符合热力学的“绝热过程”，用地热温标评价中低温热储也是可以的。

基本假设使用地球化学地热温标估算地下温度，有许多必要的基本假设设。这些假设可能在许多地方都是真实的，但并非所有的地方都能满足这些假设。基本假没是：

①深部发生的反应只与温度有关。

②与温度有关的反应所涉及的所有组分都有足够的丰度（即反应物质的补给量不成为限制因素。

③在热储温度下，水一岩体系间的反应达到平衡。

④当水从热储流向地表时，在较低的温度下，组分间不发生再平衡，或者变化很小。

⑤来自系统深部的热水没有和浅部冷地下水相混合，或者可能估计出这种混合的结果。

在热储中要达到平衡取决于许多因素，如某个特殊反应的热动力学特点、热储的温度、围岩的反应性、水中温标元素的浓度以及在某一特定温度下水在热储中滞留的时间等。因此，在某些情况下，热储中的某些反应可以达到平衡，而另一些则没有达到。

水在离开热储之后，在流向地表的过程中，是否出现再平衡取决于相似的因素：流速、上升通道所经围岩的类型和反应性、热储的初始温度、可能产生的各种反应的热动力学特点等。以不同的速率上升的水中，可以产生不同的反应。因此，对不同的化学地热温标而言，表现的最后平衡温度可能是不同的。

地热温标1SiO2地热温标

使用二氧化硅地热温标时所要考虑的因素可以概括为：①蒸汽分离的影响；②采样前二氧化硅可能产生沉淀或凝聚作用；③采样后由于保存不善可能产生凝聚作用：④除石英外，水溶二氧化硅是否受其他固相物质控制；⑤pH值对石英溶解度的影响；⑥热水上升过程中被冷水稀释的情况等。

二氧化硅地热温标的一系列方程式，通常用来描述饱和压力下的石英溶解度，如果充分考虑上述因素的影响，从0～250 ℃，二氧化硅温标的计算误差仅有±2℃．但在250 ℃以上，由于石英出现重复平衡。方程式将明显偏离实验曲线．所以温度大于250℃的地下热储不能用二氧化硅温标，而要用Na—K温标。

地热温标2Na-K地热温标

天然热水中钠、钾离子的含量随着温度的升高而有规律地变化．因而试图用钠、钾含量推算地下热储温度。多年的实验研究表明，用Na K地热温标评价180～350℃的高温热储的温度有良好效果。对于低于120℃的热储．特别是热水中富含钙和地表有钙华沉积的热泉水，用Na—K地热温标评价热储温度将会得出错误结果。Na—K地热温标一般适用于中性或弱碱性氯化物水，其钠钾比一般在8～20之间，对于pH《7的酸性水不能用Na—K地热温标来评价地下热储的温度。Na—K地热温标很少受冷水稀释和蒸汽分离的影响，因而较普遍地用于高温热田。这是因为相对于地热流体来说，混入的流体只能提供很少量的钠、钾离子。

地热温标3Na-K-Ca地热温标

热水汽化后的蒸汽散失和汽水的混入都会影响Na-K-Ca地热温标的计算精度，主要原因是汽化沸腾后散失，因而产生CaCO3的沉淀。水中溶解钙离子的损失将使计算的温度大大偏高。如果热水的矿化度大大高于混入的冷水，且冷水数量不大时，冷水对Na-K-Ca地热温标的影响可以忽略。但是，如混入冷水的钙含量超过热水钙含量的20%～30%时，混合的影响就应予以考虑。当Na-K-Ca地热温标用于含镁离子较高的热水时，也会算出异常高的结果，可参考有关文献用镁离子加以校正。

地热温标4△18O、SiO42-和H2O地热温标

硫酸氧同位素地热温标是在劳埃德( LJloyd，1968)等人的一系列实验基础上建立的。他们测定了SO42-,，HSO4-和水之间在100～350℃时16O、18O的分馏变化情况，认为SO42-；HSO4-和水之间，在100～350℃的温度范围内16O、18O没有分馏现象，大多数天然热流体的酸碱度仍是受SO4-的控制，而没有出现HSO4-。并且指出，硫酸氧同位素的反应速度比二氧化硅或者其他离子的反应速度慢得多。这些特征都有利于把硫酸氧同位素当作地热温标而加以实际应用。

硫酸氧同位素地热温标可以用于计算：①传导冷却；②在任何特定温度的蒸汽散失；③连续蒸汽散失的温度评价。但是，当热田有不同类型的热水或冷水混合时，它将产生较大误差。2

本词条内容贡献者为:

张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院