水热型地热资源地球化学勘探技术研究进展*

吴传芝，汤玉平，王国建，黄 欣，朱怀平（中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214151）



水热型地热资源地球化学勘探技术研究进展*

吴传芝†，汤玉平，王国建，黄 欣，朱怀平
（中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214151）

摘 要：地球化学勘探技术在水热型地热资源勘探中的应用研究具有较长的历史，迄今已形成了一套基于气体与元素指标的勘探技术体系，涵盖了众多技术指标，且已在世界各地诸多地热田勘探研究中获得了广泛应用。结果揭示，在预测地热田发育有利部位、估算深部热储温度以及推断地热水来源等方面，地球化学勘探技术都可发挥其特有的作用，是一种经济有效的地热勘探技术，具有良好的应用前景。但地热地球化学勘探技术也面临其自身的局限性，其应用研究不仅受地热田类型的限制，而且目前主要集中于已知地热田上方的验证性研究，技术本身的多解性也较强。因此，在地热地球化学勘探技术完善与应用研究方面，还有待进一步深化。

关键词：地热资源；地热田；地球化学勘探；地热勘探

0 前 言

地球化学勘探技术在地热资源勘探尤其是水热型地热资源勘探中具有较长的研究与应用历史。水热型地热资源的形成、热流体与围岩间的相互作用，以及深部热流体循环作用特别是隆起山地型地热田热流体纵深向上的长距离对流作用，不仅使地热田水化学组成具有明显的特点，而且也为地热伴生物质向地表运移提供了便利条件，为地热地球化学勘探提供了基本依据。数十年来，地热地球化学勘探技术获得了积极的研究与应用，基本形成了一套以气体与微量元素指标为主的技术系列，在预测地热田有利赋存区、估算深部热储温度以及推断地热水成因等方面的研究取得了一定进展。

本文总结了地热地球化学勘探主要技术方法，结合实例分析了这些技术方法在地热资源勘探中的主要应用方向，展现了地热地球化学勘探技术研究的主要成果与最新进展，同时讨论了现阶段地热地球化学勘探的局限性，提出了进一步研究建议。

1 地热地球化学勘探技术体系

根据不同的分类原则，地热地球化学勘探技术有多种分类方法，如根据分析介质，可分为土壤地球化学勘探技术与水文地球化学勘探技术；根据分析指标，可分为气体地球化学勘探技术与元素地球化学勘探技术等。本文基于技术指标分类原则，对现阶段地热地球化学勘探技术方法进行了较全面的总结。

1.1 气体地球化学勘探指标

1.1.1 地热田气体地球化学异常的形成

地热勘探的气体地球化学指标多属地热田的“原始伴生指标”类型。从地热资源形成的两种主要热源来看，不论是岩浆上涌活动还是放射性元素衰变作用，都可在提供热能的同时，产生相应的气体地球化学异常。

众所周知，火山岩浆不仅富含K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等阳离子和硅酸根络阴离子，而且含有大量挥发分。岩浆挥发分以H2O为主，其次为 CO2，此外还含有 SO2、HCl、N2、O2、Ar、CH4、H2、CO、He以及Rn等［1-2］。此外，虽然Hg不是火山岩浆的主要成分，但由于Hg的易蒸发性，当代火山气体中也检测到相当数量的Hg。天然气含Hg量研究也表明，全球高含Hg气田均存在岩浆活动，同样揭示Hg与火山岩浆之间的关系［3］。除了上述火山岩浆伴生气体之外，岩浆上涌所释放热量也会对围岩产生“烘烤”作用，促使围岩中的碳酸盐岩发生热变质分解，从而促进变质成因CO2的形成。这些与火山岩浆热源直接或间接相关的气体，特别是CO2、Hg、He、Rn、CH4、O2、SO2等气体，成为应用广泛的地热田气体地球化学勘探指标［4-9］。

放射性元素衰变生热方面的研究表明，自然界238U、235U、232Th和40K等放射性同位素具有较高的丰度与放射性热效率［10］，可提供稳态热源，对地热田的形成具有较大贡献。某些放射性元素如U与Th在衰变过程中，会产生包括222Rn和4He等在内的一系列衰变子体［11］，从而为Rn、He等放射性气体用于地热田勘探提供了基本依据。

1.1.2 地热田气体地球化学勘探指标

地热田气体地球化学勘探指标主要包括气体浓度指标与气体同位素比值指标，二者勘探意义有所区别。气体浓度指标多用于推断地热田的赋存潜力及可能赋存范围，而气体同位素指标常用于研究地下热源与水源。

（1）常用气体组分浓度指标

地热地球化学勘探常用气体组分浓度指标包括CO2、Hg蒸气、气态Rn、CH4等。气体浓度地球化学指标主要从两个角度推断地热资源赋存潜力与其有利发育范围，一是推断有利于地热田形成的地质条件，二是推断热源存在的可能性。一方面，这些气体指标的高浓度异常可指示深部断裂构造较为发育，反映存在有利于热流体循环的断裂条件。特别是对于隆起山地型地热田，其热能主要借助断裂系统以对流方式进行传递，断裂构造的发育是这类地热资源形成的必要因素。另一方面，这些气体作为火山岩浆伴生气，其高值异常也揭示深部可能存在以岩浆活动为主的热能供给。气态Rn高浓度异常结合其他指标，还可用于推断放射性热源存在可能性。

（2）主要气体同位素比值指标

地热地球化学勘探常用气体同位素比值指标包括δD、δ18O、34S等，以及某些稀有气体如He、Ar同位素指标。此外，CO2/3He、CH4/3He等指标也有所应用。相关研究已认识到不同热源与水源上述比值具有不同的特征，因此这些指标可用于辅助判断地热田热量来源与水的来源。

地下水是水热型地热资源的基本载体。通常情况下，地热田的水源可包括岩浆水、沉积水、大气降水与海水，热源则主要为幔源火山岩浆生热与壳源放射性元素衰变生热。对于特定地热田来说，某些气体同位素比值指标可从一个侧面反映其热源与水源。无机成因气地球化学勘探研究表明，地表介质中高3He/4He比值和低40Ar/36Ar比值组合是幔源气的特征性标志，低3He/4He比值与高40Ar/36Ar比值组合是壳源气的特征性标志，而低3He/4He比值和低40Ar/36Ar比值是大气来源标志［12］。此判别标准也已用于推断地下水与热量的来源。此外，鉴于不同来源的水具有不同的δD、δ18O比值特征，CRAIG早在1961年就建立了基于δD与δ18O比值的全球大气降水判别方程（雨水线方程）［13］，成为公认的地下水来源判识方法，在地热田水源研究中同样受到广泛应用［6，14-22］。

1.2 元素地球化学勘探指标

1.2.1 地热田元素地球化学异常的形成

地热资源的形成过程伴随着一系列复杂的元素富集现象。地热田的元素（包括离子、化合物）地球化学勘探指标包括“原始伴生指标”和“次生伴生指标”两种类型，主要为火山岩浆本身的元素组分，以及因地热水而加剧的水-岩交换作用产物。

火山岩浆熔融体的主要成分为K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等阳离子和硅酸根络阴离子，可占岩浆总重量的96.84%［12］。一方面，处于高温高压状态的岩浆在上侵过程中，在释放热量的同时会释放某些组分，从而使地热水富含某些岩浆元素成分。另一方面，与普通地层水相比，地热流体同样具有溶滤、混合和离子交换作用，而且地热水的上述作用是在深部循环和高温环境下进行的，水-岩作用更为强烈。尤其是隆起山地型地热田，地热水在强烈的对流过程中与周围岩层发生离子交换，形成了地热水特殊的化学成分，成为地热田地球化学勘探的重要标志。不仅深部地热储及其地表出露区热流体存在特定元素组分异常，某些活动能力较强的元素在有利的迁移环境下，还可在地热田上方地表土壤中形成特定元素浓度高值异常，可据此获取深部地热田的部分信息。此外，地热流体出露地表时，依水温的差异，水-岩作用还会形成诸如高岭石、绿泥石、浊沸石、怀腊开沸石等新矿物，成为地热勘探的明显标志。

1.2.2 地热田元素地球化学勘探指标

地热田元素地球化学勘探指标主要包括某些单一元素高浓度异常、特定的水型指标以及地球化学温标，常用于分析地热田赋存有利区、推断深部地热储分布与热源性质、估算深部地热储中热水温度。

（1）元素组分与水型指标

地热水对元素的富集过程十分复杂，涉及元素众多。朱炳球等（1992）对我国6个地热田周围近地表土壤中某些微量元素平均值的统计分析结果表明，统计的近20种微量元素的平均值都比其克拉克值明显偏高，其中Hg、As、Sb、Bi、W、Mn和Cs等元素浓度值偏高10倍以上，Hg浓度最高值甚至比其克拉克值高100倍以上［23］。徐世光等（2009）研究认为，地热流体中与温度变化密切相关的微量元素，如As、Sb、Bi、B、Li、Rb、Cs、Be、Sn、Pb、Zn、Mn等，可用作地热勘探的重要指标［10］。不仅微量元素，地热田对地壳常量元素也具有富集作用。Oyuntsetseg等（2014）对蒙古Khangai山区西部地热区热水化学成分研究表明，地表热泉水中Na、K、Cl、SiO2浓度明显高于冷水［22］。已知地热田上方特定元素高值异常为这些元素用于预测地热资源有利区提供了依据。

水热型地热资源形成过程中对元素组分的富集作用，使地热水总矿化度指标明显升高，偏硅酸、偏硼酸、锶的含量也较常规地下水偏高，形成了Cl-Na、HCO3-Na、HCO3·SO4-Na、HCO3·Cl-Na等多种特殊水型。这些水型特征可反映地热资源的形成与发育环境。有研究认为，高温岩浆在形成地热资源过程中，岩浆中的氯化物进入热水，形成以Cl-Na型为主的水型。如研究揭示，以地壳局部熔融体为热动力条件形成的西藏谷露高温地热系统，其水化学类型主要为Cl·HCO3-Na型和HCO3·Cl-Na型［24］。而在远离岩浆活动的区域，特别是出露于花岗岩地区的温泉，其水型一般多为HCO3-Na型、HCO3-SO4-Na型和SO4-Na型。产于碳酸盐岩分布区的地热资源，主要表现为HCO3-Na、HCO3-Ca、HCO3-Na·Ca、HCO3·SO4-Na·Ca等诸多水化学类型。因此，水型信息可作为推断热储分布与热源的辅助指标。

（2）地球化学温标

地热田地球化学温标用于推测地下热储温度的前提条件是这些物质在地热水中已达化学平衡状态，并且地热流体出露至温度较低的地表时，这种平衡仍然存在。

地热田地球化学温标类型较多，主要包括热水中的元素（包括离子、化合物）组分温标、气体温标与同位素温标，如SiO2、Ca2+、HCO3-和Mg的浓度，Cl的稀释度，Na/K、Mg/Ca、Na/Ca、Cl-/（HCO3-+ CO32-）、Cl/F的比值等。各类温标在应用中均借助一系列公式来实现对温度的估算。SiO2是其中最常用的温标，可细分为石英二氧化硅温标、玉髓温标、非晶质二氧化硅温标、α-方石英温标以及 β-方石英温标，各有相应的温度计算公式。SiO2之所以成为最主要的温标，是由其溶解度与温度的关系决定的。试验表明，SiO2溶解度不仅与温度呈函数关系，且其沉淀作用随温度下降而减慢，即使地热流体上升到地表后发生冷却，SiO2浓度仍对地下温度具有指示作用，因此广泛用于预测深部热储温度。

2 地热地球化学勘探技术主要应用领域

目前地球化学勘探技术广泛地应用于已知地热田区技术方法的验证性应用研究，未知区预测研究较为少见。已有的研究表明，该技术目前主要用于水热型地热田勘探研究之中，在预测地热田发育有利部位、估算已知地热田深部热储水温以及推断地热田热源与水源等多个领域均可发挥重要作用。

2.1 预测地热田发育有利部位

地球化学勘探主要通过地热田引起的地表地球化学指标浓度异常，初步推断地热田的赋存范围或地热资源有利发育环境。

（1）预测地热田赋存范围

我国研究者（朱炳球等，1992）曾在小汤山地热田及其外围150 km2范围内开展了地表地球化学普查与详查。采用土壤和水文地球化学测量方法，研究了多种微量元素与常量元素分布特征，测量指标包括Hg、As、Sb、Bi、Li、B、Pb、Zn、Mn、Ni、Co等10多种土壤微量元素，以及K+、Na+、Ca+、Mg+等10多种水文地球化学指标。土壤微量元素浓度分析揭示，地热田区Hg、As、Sb等元素的浓度平均值较大，平均衬度较高；Hg、As、Sb、Bi、Li等元素富集于主要热储正上方，而Pb、Zn、Mn、Ni、Co元素高值异常则主要分布于热储两侧［23］。水文地球化学研究结果表明，地热田区存在明显的水文地球化学异常，K+、Na+、Mg2+、F-、HCO3-、SiO2、HBO2等指标浓度较高。图1是本次地热地球化学勘探研究中土壤Hg浓度异常、水文地球化学浓度异常、热水孔与地温异常区分布叠合图。可以看出，土壤Hg浓度异常与水文地球化学异常具有较好的吻合性，也与地温异常区和热水孔分布具有较好的一致性。同时，地球化学异常也与其后实施的电法勘探低阻异常分布基本一致，从另一个角度揭示地球化学勘探技术在推断地热田分布范围方面的作用。图 2是加勒比板块Azacualpa地热田区一条WNW-ESE向剖面的近地表土壤CO2测量结果［7］。在Zacapa断层带地热区及其附近NNE-SSE向断层区，以及邻近Vega Vieja地热显示区，CO2异常最为明显，展现了近地表土壤CO2浓度对地下热储的指示能力。

图1 北京小汤山地区地热地球化学勘探异常分布［23］Fig. 1 Distribution of geochemical anomalies for geothermal exploration in Xiaotangshan area， Beijing［23］

图2 加勒比板Azacualpa地热田区某测线土壤CO2浓度分布与地质简图［7］（注意Vega Vieja和La Cueva两个地热带上方均检出了CO2高通量异常）Fig. 2 Geological cross-section profile of Azacualpa geothermal area （bottom） and CO2soil flux （top） along the same profile［7］

（2）寻找地热田发育的有利环境

近地表介质中某些以深部幔源岩浆来源为主的气体，其高值异常分布区往往指示区内发育断裂系统尤其是深大断裂系统，是水热型特别是隆起山地型地热资源勘探的重要指标。

Rn、Hg蒸气和 CO2是地热地球化学勘探的常用技术指标。常志勇等（2014）报道了土壤Rn测量在新疆塔什库尔干县地热资源勘探中的应用研究成果，发现土壤Rn的高值异常能够较好地反映隐伏断裂和地热资源有利分布区［25］。近年在印度尼西亚爪哇岛Ungaran地热田区，采用土壤Rn、Th、CO2、壤气Hg与土壤Hg等火山伴生气体指标进行研究，较好地验证了该地热田与断裂发育区的相关性。Ungaran地热田产于印尼爪哇岛中部第四纪火山带之中，火山系统主要受控于Ungaran火山西部到西南部的Ungaran滑塌构造。地热区主要位于Ungaran火山南翼的 Gedongsongo地区，区内喷气温度达90℃ ～ 110℃的喷气孔多有分布。Gedongsongo地区地表土壤气测量结果揭示，土壤Rn浓度在距喷气孔200 m外的测区北部呈高值与异常高值分布特征（图3a）。土壤Rn与Rn/Th高值异常较好地指示测区存在NNE-SSW向的主要断裂带以及WNW-ESE向的次要断裂带（图3a，图3b），其中Rn/Th比值指标的高值异常不仅指示存在断裂系统，而且指示这些断裂系统从深部一直延伸到近地表。土壤CO2浓度具有与Rn相似的分布趋势，在喷气孔周围及其以北250 ～ 300 m范围内，CO2浓度呈高值异常，而且CO2高值分布区也出现于推测的两条断层附近，揭示CO2对断裂系统具有较好的指示作用（图4）［6］。

图3 印尼Ungaran地热田Gedongsongo测区近地气土壤Rn浓度（a）与Rn /Th比值（b）分布［6］Fig. 3 Contour of radon concentration （a） and radon/thoron concentration ratio （b） in the near surface soil gas in the Gedongsongo survey area of Ungaran thermal field， Indonesia［6］

图4 印尼 Ungaran地热田 Gedongsongo测区近地表土壤CO2浓度分布［6］Fig. 4 Contour of near surface CO2concentration in the Gedongsongo survey area of Ungaran thermal field， Indonesia［6］

2.2 估算地热田深部热储温度

利用地球化学指标估算深部水热型地热田热储温度是长期以来地热地球化学研究的重要内容，这方面投入研究较多，现已建立了众多温标。不同温标用于估算地下热储温度所依据的原理各不相同，估算公式也不相同，加之相关干扰因素的影响，导致同一测点采用不同温标估算出的热储温度往往差异较大。因此，特定研究区适用温标的选择对热储温度的准确估算显得十分重要。

下文以河南省中西部平顶山矿区水热型地热田为例，来讨论利用温标对深部热储温度的估算结果。在该矿区地热地球化学勘探研究中，首先分析了水化学成分，而后选用SiO2（石英与玉髓）、Na-K、K-Mg以及Na-K-Ca等温标估算了深部热储温度。表1是不同温标的估算结果［26］。可以看出，不同温标对同一地热系统温度的估算结果相差甚远。

表1 不同地热温标对平顶山八矿地下热储温度的估算值（单位：℃）［26］Table 1 Temperature of geothermal reservoirs calculated by various geothermometers （Unit:oC）［26］

温标只有在深部热储溶液-矿物达到平衡的前提下使用，才能获得准确的温度估算结果。因此利用温标估算热储温度时，应根据地热田区各温标涉及物质的平衡情况，对区内适用温标进行优选。在平顶山八矿地热系统深部热储温度估算中，采用Na-K-Mg三角图法和多矿物平衡分析法，优选出本区适用温标为石英与玉髓，认为玉髓是该矿区深部热水温度估算的最适宜温标，石英则适合该区深部热储最高温度估算。据此估算的矿区内深部热储温度约为50℃，最高温度可达70℃ ～ 80℃［26］。

2.3 推断地热田热源与水源

热源与水源是形成水热型地热资源的基本要素。幔源岩浆生热与壳源放射性元素衰变生热构成了地热田热能的主要来源；水源则一般包括岩浆水、沉积水、大气降水与海水等4种类型。地热田地球化学勘探研究中，热源的判识一般通过某些特征性气体组分与同位素组成特征得以实现，地热水补给来源和增温途径的推断则主要采用特定同位素比值指标。

δD和 δ18O是地热田水源补给判识的主要指标，据此建立的全球雨水线方程（CRAIG，1961）成为判识地下热储水源的公认模板。湖北京山地区地热田水源研究中，以区内JR5、JR6、JR7、JR8热水井为对象，分析了水化学成分和δD、δ18O同位素比值。根据分析结果，绘制了δD-δ18O交会图，并与CRAIG（1961）建立的雨水线方程进行了对比（图5）。可以看出，研究区地热流体同位素组成主要集中在全球降水线左上侧，且靠近全球降水线，表明该区地热流体来源于大气降水［15］。

图5 湖北京山地区地热田热流体、雨水δD-δ18O关系［15］Fig. 5 δD-δ18O relationship of the geothermal fluid and the rainwater in the Jingshan area， Hubei Province［15］

在日本富山县东部Unazuki热泉区地热地球化学勘探研究中，水样δD、δ18O比值研究识别出了该区形成地热田的两类水源。该热泉区深部热储分别含有高盐度水与低盐度水，二者具有不同的δD、δ18O比值特征。其中低盐度水δD和δ18O同位素比值分别为-56.4‰ ～ -81.8‰和-10.4‰ ～ -12.3 ‰；高盐度水δD和δ18O同位素比值分别为-27.6‰ ～ -38.1 ‰和-3.1‰ ～ -4.9‰。经与当地河水、海水样品δD、δ18O比值分布进行对比，发现低盐度热水的δD、δ18O比值分布介于当地冬夏两条雨水线（δD =8δ18O + d，其中夏季时d值为10，冬季时d值为30）之间，并与当地河水δD、δ18O比值分布较为吻合，揭示低盐度热水来源于大气降水。高盐度热水δD、δ18O比值较低盐度热水更高，其水源更多地受到了海水混合的影响（图6）［19］。

图6 日本富山县东部Unazuki热泉区δD和δ18O值分布［19］Fig. 6 δD and δ18O values of water samples from Unazuki hot springs in the eastern Toyama Prefecture， Japan［19］

3 地热地球化学勘探研究局限性分析与建议

地热资源的形成伴随着热源相关物质的富集效应。因此，地球化学勘探技术毫无疑问可在地热勘探中发挥重要作用。但由于目前地热资源勘探研究相对薄弱，与其他各类地热勘探技术一样，地球化学勘探技术在应用中也存在自身的局限性与有待解决的问题，需要结合地热资源的特征，加强技术应用研究，推动地球化学勘探技术在地热勘探中发挥其应有的作用。

3.1 受制于地热田类型

现阶段，地热地球化学勘探研究主要集中于水热型地热田，干热岩型地热资源地球化学勘探研究相对较少。这一方面是由于目前干热岩型地热资源本身的研究程度较低，另一方面这类地热资源埋藏深度较大，加大了热源相关物质向地表运移的难度；而且其内部不存在或仅存在少量流体，缺乏大范围水-岩交换的物质基础，也不存在纵深向的热水对流机制。因此，与水热型地热田相比，干热岩型地热资源形成高浓度地表地球化学异常的难度更大。

水热型地热田地球化学勘探研究较多地集中于隆起山地型地热资源。隆起山地型地热资源通常分布于构造活动异常活跃区，往往与深大断裂带相伴生。这类地热田热储多呈带状，地热流体随纵深向的流体循环以对流方式实现热量传输。借助于纵深向上的热流体循环系统，地热相关物质可相对容易地到达地表，形成一系列地表地球化学高浓度异常。这类地热资源往往存在地表出露，为地表地球化学勘探研究提供了更便利的条件，使其成为目前地球化学勘探研究最为集中的地热田类型。

同为水热型地热资源的沉积盆地型地热田通常发育于比较稳定的盆地中，构造活动一般较弱，主要为层状热储，热能传递以传导方式为主，向上运移的流体循环系统不及隆起山地型地热田发育。这类地热田比较稳定，地热原始伴生组分以及长期持续的水-岩交换作用，使得地热流体富含大量金属元素以及氮、二氧化碳及甲烷等气体。与隆起山地型地热资源相比，沉积盆地型地热资源伴生物质向地表的运移条件更差，地球化学勘探研究不及前者广泛。

3.2 预测性研究程度较低

目前地热资源地球化学勘探主要集中于已知地热田区的验证性研究，特别是具有地表热显示的隆起山地型地热田区，温泉等地热出露区水文地球化学特征分析在地热资源地球化学勘探研究中占据了重要比重［15，20，24，27-29］。通过地表温泉水文地球化学分析，获得温泉水中特定元素、气体及同位素比值异常特征，并据此推断已知地热田的热量来源、水源补给以及径流路径；利用温标参数还可估算深部热储温度。通过已知地热田地表土壤与水文地球化学研究，经与地热田区之外的研究结果相对比，还可分析地热田引起的地球化学异常特征，从一个侧面验证地球化学勘探技术对地热资源的响应能力。

相比之下，地球化学勘探在未知区地热资源预测方面的研究较为薄弱，这方面的研究主要通过某些元素与气体指标的地表异常，识别有利于这些元素与气体运移的构造环境，推断水热型地热资源尤其是隆起山地型地热资源的有利发育区。

总体上看，现阶段地热资源地球化学勘探研究还处于初步探索阶段，不仅未知区预测研究工作较少，而且未知区预测研究结果甚至对已知地热田区深部流体补给、径流与温度的推断结果，都少有后期勘探结果的验证。

3.3 技术方法多解性强

地热资源地球化学勘探面临的另一个局限是现有地球化学勘探技术方法大都具有较强的多解性，地热资源可以引起某些指标地球化学异常，但这些指标异常并不是地热资源所特有的，因此对地热资源不具有唯一指示性。

首先从起源上看，不仅地热资源，其他一些复杂的地质作用过程也可能形成与地热资源相类似的元素与气体地球化学异常。其次，即使是地热资源本身伴生的元素与气体地球化学组分，当其运移到地表介质，也往往会受到地表介质条件、温度与湿度条件以及气候与季节因素等多方面的影响。尤其是一些气体指标，其浓度受地表因素干扰明显。地表因素的影响加剧了地热地球化学勘探技术的多解性。

此外，地热地球化学勘探研究中常通过某些指标的高浓度异常推断有利于隆起山地型地热资源发育的构造环境。地表CO2、Hg、Rn、He、CH4等气体指标高浓度异常确实可指示深部存在有利于气体运移的断裂构造，这类构造也确实是形成对流型地热资源的必要因素，但并不必然与地热资源存在对应关系。

3.4 地热地球化学勘探研究建议

针对地热地球化学勘探研究存在的主要问题，提出如下今后研究工作建议。

（1）在不同类型地热田地球化学勘探研究方面，建议在不断深化对隆起山地型地热田地球化学勘探研究的同时，加强对沉积盆地型地热资源的勘探研究，并重视对干热岩型地热资源地球化学勘探可行性探索与论证工作。对于水热型地热资源的沉积盆地型地热田，其地球化学异常的形成过程与隆起山地型地热资源相似，幔源岩浆伴生组分、壳源放射性元素衰变产物以及水-岩作用产物都可发挥很大作用。尤其是对于断陷盆地型地热田，其发育于板内地壳沉降区具备厚层沉积物覆盖的地堑、地垒式构造盆地，盆地边界有断裂控制，基底阶梯状断裂发育，具有一定的地热伴生物质向上运移的条件。这类地热田地球化学勘探理论依据充足，值得投入更多研究工作。干热岩型地热资源研究程度较低，这类地热田可能引起的地表地球化学异常效应目前尚不甚清楚。干热岩型地热资源的热能蕴藏量十分巨大，是一个值得重视的研究领域，因此建议在这方面开展探索性研究工作。

（2）在地热地球化学勘探技术应用领域方面，目前较多地集中于验证性研究，建议加强预测性研究工作。已知地热田上方地球化学验证性研究十分重要，可总结地热资源引起的地球化学异常模式，证明地球化学勘探技术对已知地热资源的响应能力，从而为地热地球化学勘探技术用于地热资源预测研究提供基本依据。但验证性研究只是基础，地热勘探的最终目标是获得准确的预测结果。预测性研究应结合具体研究区的背景条件，不断优化不同地质背景下地热资源有利区预测、温度估算以及热源与水源识别指标系列，形成不同类型地热田、不同环境条件下地热资源勘探的地球化学技术指标组合。

（3）在地热资源地球化学勘探技术应用成效研究方面，鉴于现阶段地热资源地球化学勘探技术应用中存在的多解性，建议采用多学科综合研究的方法，提高地热地球化学勘探技术应用效果。地球化学研究只是从地热资源伴生物质的角度来分析地热资源的存在潜力，地热资源尤其是水热型地热资源还会引起其他一些异常现象，可通过不同学科的技术方法检测出来。如遥感技术可较好地反映地热田区温度异常、区域地质构造以及热储构造等方面的信息，对研究区地热资源获得宏观的初步认识；水热型地热资源赋存区在地层电阻率、密度、地震波速等方面也会呈现异常，从而为电法、重力、电磁法以及地震等技术方法用于地热勘探提供了可能。综合应用地球化学勘探技术与其他勘探技术，从不同角度获取深部地热资源可能引起的各类相关信息，有利于地热勘探结果的准确解释，提高地热勘探成功率。

参考文献：

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Research Advances of Geochemical Exploration Techniques for Geothermal Resources of Hydrothermal Type

WU Chuan-zhi， TANG Yu-ping， WANG Guo-jian， HUANG Xin， ZHU Huai-ping
（Wuxi Research Institute of Petroleum Geology， Petroleum Exploration and Production Research Institute of Sinopec，Wuxi 214151， Jiangsu， China）

Abstract：Geochemical exploration technique has a long application and research history in exploring for the geothermal resources of hydrothermal type. It has established a set of gas- and element- based exploration technique series， which covers numerous geochemical indicators. Such geochemical methods and indicators have been widely used in geothermal exploration worldwide. The results show that these techniques can play unique roles in predicting the favorable areas for geothermal resources to develop， estimating the temperature of the deep geothermal pools， and inferring the sources of the heat and waters， so they can act as cost-efficient geothermal exploration methods with bright application prospects. Even though， these techniques also have their own limits in the application research. The application research of the geothermal geochemical exploration techniques is not only limited to certain types of geothermal field types， but also mainly concentrate on the existing geothermal fields for verification of the effectiveness of the exploration techniques， and most geochemical anomalies also have strong ambiguities. Therefore， the further research development of geothermal geochemical exploration techniques and their applications should be conducted in the future.

Key words：geothermal resource； geothermal field； geochemical exploration； geothermal exploration

中图分类号：TK521

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.2095-560X.2016.02.007

文章编号：2095-560X（2016）02-0118-09

* 收稿日期：2015-10-30

修订日期：2015-12-13

基金项目：国家自然科学基金项目（41072099）；中国石化科技部项目（P14044）

通信作者：†吴传芝，E-mail：wucz.syky@sinopec.com

作者简介：

吴传芝（1966-），女，高级工程师，主要从事油气化探与天然气水合物研究工作。