中低温地下热水钙华形成的影响因素研究

从实际观察到的沉积盆地深层热水井(天津T7井)和碎屑岩地区出露的温泉(广西温罗温泉)形成钙华和热水钙华形态从钙华斜坡转变为钙华林(西藏绒马温泉)的现象出发，综合运用野外水文地质调查、现场采样和观测、现场试验、室内分析测试、理论分析、模拟计算和综合对比等多种研究方法和手段，详细剖析这3处各具特殊性的地下热水的分布特点、形成条件、动态变化和热水钙华分布及形态特征，分析钙华沉积前后水化学和同位素组分的变化，着重从能量传输和物质迁移的角度分析和刻画形成钙华的地下热水系统的水循环特点和热水钙华形成的地质条件、水化学条件和水动力条件，揭示热水钙华形成的影响因素，获得高分辨率的近30年来和数十万年来的钙华微层记录及其反映的环境演变信息，提出相应的中低温地下热水系统钙华的形成模式。研究成果有助于阐明陆地水循环中物质迁移的方式和规律，丰富地下热水水循环、水岩作用和古环境重建的理论和方法，具有重要的科学意义。

本项目以天津T7井、广西温罗温泉、云南鸡飞温泉和西藏绒马温泉等地下热水形成的钙华为研究对象，综合运用野外水文地质调查、现场采样和观测、室内分析测试、理论分析、模拟计算和综合对比等多种研究方法和手段，详细剖析所研究的各具特殊性的地下热水的分布特点、形成条件和热水钙华分布及形态特征，分析和比较沉积钙华的温泉和不沉积钙华的温泉以及钙华沉积前后热水的水化学和同位素组分的变化，着重物质迁移的角度分析和刻画形成钙华的地下热水系统的水循环特点和热水钙华形成的地质条件、水化学条件和水动力条件，揭示热水钙华形成的影响因素。结果显示，地下热水中含有相当数量的HCO3-、Ca2+和游离CO2，是形成钙华的前提和基础，具体表现为热水中HCO3-和Ca2+的当量接近、较高的二氧化碳分压和略偏碱性的pH；流出地面后的热水的流动要有利于CO2的逸出，即流动比较迅速的薄层水流最利于钙华的生成，这是形成钙华的水动力条件；生物因素对钙化的沉积起到加速的作用。热水形成的钙华具有向下生长的形态（例如钙华斜坡、钙华台阶、钙华瀑布等）和向上生长的形态（例如钙华丘、钙华锥、钙华柱等）。西藏绒马温泉钙华的测年结果显示绒玛地区水热活动曾经历过多次强弱交替过程，大致可分为4个阶段，第一阶段早于8万年左右，第二阶段在1.1~2.3万年，第三阶段1.1~ 0.23万年，第四阶段为0.23万年至今。天津T7井钙华中的主要物质成分为CaCO3，其它元素的含量相差悬殊，Ca的平均含量达到38.33%，其次是Sr、Mg、Fe、Si等，含量在0.23-1.25%之间，其余元素含量不足0.1%。