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当前，全球能源转型已呈现出从化石能源向低碳能源转变的大趋势，最终将进入清洁能源时代（孟广安等，2024）。地热资源具有绿色清洁、无污染、分布广泛、高效稳定、可循环再生、开发灵活等优点，是解决全球能源转型的有效清洁能源（Pastor-Martinez et al.，2018）。山东省宁津潜凸起区地热资源丰富，开发利用程度较高，开采热储主要为馆陶组（王彦俊等，2008；王浩等，2015）。在宁津县相衙镇有2眼地热井，井深均小于1400 m，但水温均超过80℃，产生了较好的经济、社会和环境效益。
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在地热研究方面，气体地球化学手段具有其特殊优势，这是因为气体源于深部，较少受到近地表过程的影响，具有良好的指示意义（徐永昌等，2003；Holland et al.，2006；Lollar et al.，2009；Byrne et al.，2021）。宁津潜凸起区以往已开展过相关的地热地质工作，相关研究认为区内热源以大地热流为主，深循环对流为辅（杨询昌等，2019；崔洋等，2023；丁朋朋等，2024；康凤新等，2024a），但热结构特征、热源成因与大地构造关系尚不明确。笔者等以宁津潜凸起区为研究区，开展地热气体化学组分及同位素组成研究，认为区内热源主要为地壳深部及上地幔传导热流，部分深大断裂沟通了岩溶热储，这些断裂对地壳深部和上地幔的岩浆热源起到了重要的沟通和传导作用，并构成地下热流的良好通道。
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1 宁津潜凸起地质概况
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1.1 地质条件
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笔者等研究区隶属于山东省五级地质构造单元宁津潜凸起，面积466 km2（图1）。受差异性升降运动的影响，区域深部地层分布具有明显的差异性（张保建等，2011）。在凸起区一般缺失古近系，新近系直接覆盖于太古界、古生界或中生界之上；凹陷区新生界发育较齐全，厚度大于3000 m。
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图1 山东省宁津潜凸起区内研究区位置
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Fig.1 The location of study area in the Ningjin buried uplift, Shandong Province
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受喜马拉雅运动与燕山运动的影响，区内断裂构造发育，形成隆起、坳陷内的（潜）隆起区、坳陷区。在坳陷和隆起区内受断裂活动的影响和控制，形成了Ⅳ级构造单元，及众多的次级构造单元—凸起与凹陷。研究区在大地构造单元上属华北板块—华北坳陷区（Ⅰ）—济阳坳陷（Ⅰa）—埕子口—宁津潜断隆（Ⅰa1）—宁津潜凸起（Ⅰa14）（图2）。区内断裂构造发育，主要构造线为NE、NNE向，自南向北主要断裂有陵县—老黄河口断裂、边临镇—羊二庄断裂（孙爱群等，2000）。另根据以往开展的大地电磁测深测量解译成果，从L80剖面视电阻率断面图的横向电性特征分析，断层F3倾向北西，断面图显示倾角约60°。结合区内地热地质资料，推断F3隐伏断裂使得地层破碎，贯穿多层地层，易形成岩溶裂隙水，可作为区内主要的导热、导水通道。
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1.2 地热地质条件
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研究区热储类型主要为层状热储，热源主要为来自正常的地壳深部及上地幔传导热流和深部岩浆热，地热流体主要来自盆地沉积物形成时保存下来的沉积水及沉积物形成后，在漫长的地质时期中，由远近山区补给的大气降水（康凤新等，2024b）。具有开发利用价值的热储为新近纪馆陶组热储及奥陶系—寒武系热储。
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图2 山东省宁津潜凸起区及邻区构造单元划分
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Fig.2 Tectonic unit division of the Ningjin buried uplift and neighborhood, Shandong Province
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Ⅰa11—埕子口潜凸起；Ⅰa12—寨子潜凸起；Ⅰa13—长官潜凹陷；Ⅰa14—宁津潜凸起；Ⅰa21—柴胡庄潜凹陷； Ⅰa22—大山潜凹陷；Ⅰa23—无棣潜凸起；Ⅰa33—义和庄潜凸起；Ⅰa42—惠民潜凹陷；Ⅰa54—滨州潜凸起
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Ⅰa11—Chengzikou buried uplift；Ⅰa12—Zhaizi buried uplift；Ⅰa13—Zhangguan buried sag；Ⅰa14—Ningjin buried uplift；Ⅰa21—Chaihuzhuang buried sag；Ⅰa22—Dashan buried sag；Ⅰa23—Wudi buried uplift；Ⅰa33—Yihezhuang buried uplift；Ⅰa42—Huimin buried sag；Ⅰa54—Binzhou buried uplift
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新近纪馆陶组热储在全区均有分布，受区域构造和基底起伏的控制，在凸起区埋藏浅、厚度薄，凹陷区埋藏深、厚度大。馆陶组顶板埋深800~1100 m，底板埋深900~1500 m，厚度100~450 m，热储占地层厚度的30%~40%，单层厚度平均为10~20 m（吴立进等，2016）。热储岩性主要为河流相、冲积扇相的细砂岩、粗砂岩、含砾砂岩、砂砾岩，砾石呈半圆状，磨圆度中等。热储在垂向上具有上细下粗的正旋回特征；在水平方向上西部宁津一带砂砾岩厚度大，一般为100~150 m，往东北方向砂砾岩厚度逐渐变小，一般小于100 m（陈墨香等，1987）。在取水段1000~1500 m深度内，单井出水量为80~200 m3/h，目前，水位埋深13~81 m不等。水化学类型以Cl-—Na+型为主，地热水中富含多种对人体有益的微量元素。井口水温为45~69℃，属温热水—热水型低温地热资源。
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寒武系—奥陶系热储除在埕子口潜凸起、无棣潜凸起东部缺失外，其余地区均有分布。热储顶板埋深一般为1000~3000 m，主要受基底构造的控制，起伏大（贾秀梅，1993；康凤新等，2024a）。热储埋深除在区内的乐陵一带隐伏在石炭系—二叠系之下以外，其他地区绝大部分隐伏在新生界之下（秦耀军等，2018）。热储主要是碳酸盐岩系的石灰岩、白云岩类的岩溶—裂隙空隙及岩石的古风化壳，岩溶—裂隙发育程度和古风化壳发育厚度除受岩性影响以外，主要受基底构造及岩石埋藏深度的影响，具不均匀性（康凤新等，2023；康凤新等，2024b）。据有关勘探资料揭露，同是奥陶系灰岩潜山体，直接被新近系掩盖的岩溶裂隙发育程度和古风化壳厚度比被石炭系—二叠系掩盖的岩溶裂隙发育程度要高、古风化壳厚度大，其富水性前者大于后者（赵书泉等，2005）。根据区内地热井及石油钻井资料，该热储单井出水量为大于90 m3/h，水化学类型主要为Cl-—Na+型，水中含有多种对人体有益的微量元素，井口水温为50~83℃，属温热—热水型低温地热资源。
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图3 气体样品采集装置示意图
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Fig.3 Schematic diagram of gas sample collection device
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2 取样测试
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2.1 样品采集
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笔者等在地热井井口将地热流体中的气体分离并密封保存（全三余等，2025；肖富强等，2025），具体采样流程如下： ① 将球胆放入分离瓶内，再将适量的水源（约2/3）注入分离瓶内，瓶塞轻放在分离瓶上方，然后向球胆充气排除瓶内气体，直至分离瓶中水从瓶口和导气接管口溢出，盖上瓶塞、夹住集气管、固定支架密封；② 将球胆连接至真空泵，抽尽球胆内的空气，将分离瓶内抽成真空，抽至气体不再逸出为止，此时对可调节固定支架进行第二次固定，进行密闭加固，停止真空泵，进入下一步气体采集工序；③ 排水导气接管、集气瓶内充满原水，无空气进入，采用充气泵向球胆充气，打开排水导气接管的阀门，气体在水的推动下自动排入集气瓶内，气体采集完成。为防止采集气体与外界空气接触，采样瓶集气时应倒置并充满原水，且集气瓶应预留约1/3原水，采样完成后密封一并送实验室，送样期间采样瓶需倒置存放。
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笔者等采集游离气体组分与稀有气体同位素分析样 4件并测试，其中岩溶热储（混采）分析样2件，砂岩热储分析样2件。样品由中国科学院兰州地质研究所进行分析测试。其中气体组分采用MAT271质谱计、GC9160型气相色谱仪测试；碳同位素采用Delta V稳定同位素质谱仪测试，测量精度≤0.5%；氦氖同位素采用Noblesse质谱仪机组测试，测量精度≤0.15%（章双龙等，2024）。样品采集情况详见表1、图4。
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2.2 分析项目
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本文气体测试分析项目包括气体组分、稀有气体及同位素。气体组分测试分析项目为：N2、O2、CO2、H2、H2S、SO2、CH4、C2H6、C3H8、C4H10；稀有气体测试分析项目为：Ar、He；同位素测试分析项目为δ13C。
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3 地热气体地球化学特征
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图4 山东省宁津潜凸起区气体样品采样点位置
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Fig.4 Location of gas sample sampling points in the Ningjin buried uplift, Shandong Province
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3.1 气体组分特征
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根据笔者等实测地热气体组分测试数据：笔者等采集4组地热气体样品中主要气体组分均为N2，按体积计，占比均超过87%；其次是He、Ar、CO2、CH4、O2、C3H4、C2H6、H2，占比较低，一般不超过2%；所有气体样品中H2S、C4H10、SO2均未检出（表2，图5）。在同一体系中，硫化氢与氧是不相容组份，它们不能同时存在，如果它们同时存在，证明有含氧的浅层水混入。本文4组样品中硫化氢均未检出，这充分说明笔者等取样的地热流体处于封闭性良好的地质环境条件下，无浅层水混入，也证明笔者等取样过程是可靠的。
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由表2可以看出，按体积计：N2占比87.92%~95.59%，占比最高；CO2占比为0.77%~1.52%；H2占比为0~0.0025%，含量极低；O2占比为0.28%~1.21%；稀有气体He与Ar含量稳定，其中He占比在0.91%~1.45%，Ar占比在1.18%~1.57%；CH4占比为0.03%~7.93%，差异明显。
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通过笔者等气体样品测试结果可以看出，N2为主要气体组分，一般占比高达90%（按体积计），属于N2型地热气体，为深循环成因的地热资源类型（赵平等，2002）。该类型地热成因为深循环类型，指示了本区热储地热资源在相对封闭的地质环境中循环运移，经热传导、热对流加热后形成低温地热系统。
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图5 山东省宁津潜凸起区地热气体组分体积分数:（a）样品QT01;（b）样品QT02;（c）样品QT03;（d）样品QT04
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Fig.5 Volume fraction of geothermal gas components in the Ningjin buried uplift, Shandong Province: (a) sample QT01; (b) sample QT02; (c) sample QT03; (d) sample QT04
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研究区内地热水氮气占比87.92%~95.59%（按体积计），且均大于大气中的N2占比（78%），证明馆陶组与岩溶热储地热气体基本上是由大气降水经深循环补给的，同时也指示了地热流体处于相对封闭的地质构造环境，与大气沟通循环过程缓慢。氧气占比为0.28%~1.21%，这充分说明区内热储地质构造条件较封闭，处于还原条件（吴亚楠等，2023；崔锐等，2023）。本文地热气体中并未发现大量CO2，其体积分数一般为0.77%~1.55%，总体含量相对较低，说明深源脱气并不强烈（赵平等，2002）。馆陶组与岩溶热储地热气体中甲烷含量差异较大，馆陶组热储地热流体中甲烷含量很少，CH4的体积分数不大于0.05%；温泉小区与京城张村地热地热流体中甲烷含量较大，CH4的体积分数大于0.2%，其中温泉小区达7.93%。温泉小区与京城张地热井井口温度超过80℃，且地热气体中甲烷含量较高，下文将结合碳同位素进行综合分析。
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注：“—”表示低于检测限。
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3.2 气体同位素特征
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根据笔者等取样结果与收集数据，研究区馆陶组与岩溶热储地热气体同位素组成详见表3。
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3.2.1 氦同位素特征及源区判定
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根据收集的区内地热气体同位素取样分析结果（表3），热储地热气体样品He体积分数为 12997~15957×10-6，n（3He）/n（4He）值为0.27~0.37Ra，校正后的n（3He）/n（4He）值为0.269~0.373Ra，样品的n（3He）/n（4He）值与校正后比值均高于0.1Ra，表明热储地热气体中的He均有地幔起源He的加入（Mamyrin et al.，1984）。热储地热气体样品中地幔起源He占总He组分的0.48%~0.52%，因此区内热储地热气体中He的来源均以地壳来源为主导，同时含有少量地幔He的加入。
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前已述及，在n（3He）/n（4He）—n（4He）/n（20Ne）的关系图上可以判断气体为壳源或幔源情况（Bergfeld et al.，2001），即可判断流体循环深度。根据笔者等取样分析试验数据，各地热气体样品n（3He）/n（4He）—n（4He）/n（20Ne）关系如图6所示。
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由图6可以看出：
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（1）研究区热储地热气体中R/Ra值均分布于5%地幔源之下，表明馆陶组与岩溶热储地热气体中He的来源均以地壳来源为主导，同时含有少量地幔起源He的加入。
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注：表中的 R/Ra 为样品的n（3He）/n（4He）值与大气的n（3He）/n（4He）值的比值（Ra =1.384×10-6）；Rc/Ra 为样品校正后的n（3He）/n（4He）值；XM为地幔来源氦占总氦的比例；qc/qm为壳幔热流比值。
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图6 地热气体n（3He）/n（4He）—n（4He）/n（20Ne）关系
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Fig.6 Geothermal gas relationship of n (3He) /n (4He) — n (4He) /n (20Ne)
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（2）本文热储地热气体中地幔起源He占总He的比例为0.48%~0.52%，分析地幔起源He的来源主要为：① 地壳中U和Th放射性衰变产生的4He的时间积累效应的影响；② 地质历史时期深部幔源物质的上涌可能提供了3He富集的流体来源，因为取样点有古元古代侵入岩分布；③ 区域上发育良好的张性断裂为气体从深部向上扩散运移提供了通道，可以聚集于浅部的圈闭地层或者热储中。
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（3）稀有气体He、Ne 同位素特征指示笔者等收集的两个用于稀有气体同位素测试的样品受空气污染程度较低（＜1%），也侧面印证了笔者等样品采集的可靠性。氦气中幔源组分所占比例不足5%，而壳内放射性成因氦气占比95%以上。这种现象说明，以高R比值为特征的幔源岩浆或通过流体对流传递的幔源热作为地热热源的可能性甚微，而壳内放射性生热是地热系统的主要热源。也就是说，本区地热水在地壳渗流过程中被放射性元素衰变产生的热量加热。
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图7 地热气体—Rc/Ra关系
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Fig.7 Geothermal gas relationship of —Rc/Ra
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3.2.2 同位素特征及源区判定
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CO2 排放特征是指示活动断裂地球化学场特征的最佳方法之一，碳稳定同位素（）可以判断CO2的来源并推断地热水的热源（Bergfeld et al.，2001）。
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从表3、图7可以看出：
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（1） 区内热储地热气体中，值在-18.9‰~-13.3‰区间，小于-10‰，说明区热储地热气体CO2成因来源主要为地壳有机成因（戴金星等，1995），这与以上壳源、幔源He来源分析一致。
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图8 CH4、CO2碳同位素平衡温度与成因示意图
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Fig.8 Schematic diagram of CH4 and CO2 carbon isotope equilibrium temperature and genesis
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（2） QT02（温泉小区）取样点气体中δ13CCO2 值为–13.3‰，接近–10‰，结合He同位素结果，分析认为CO2来源有幔源成因。
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3.2.3 同位素及源区判定
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根据本文采集的热储气体样δ13C—CH4分析结果，地热气体的δ13C—CH4值区间为-55.8‰与-25.6‰，其δ13C—CH4和δ13C—CO2之间的相互关系如图8所示。
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由图8与笔者等分析测试数据可以看出，本区地热气体样品中除御园小区δ13C—CH4值大于30‰，其余样品δ13C—CH4值均小于30‰，主要为微生物成因和热变质成因，符合沉积盆地地热系统中CH4的主要成因。CH4微生物成因的δ13C—CH4值极低（通常小于-50‰），此类成因的甲烷同位素特征可区别于热成因（朱瑞杰等，2023），具体过程为产甲烷古菌通过H2还原CO2或甲基化合物生成CH4。据图8，温泉小区CH4为微生物成因，结合其气体组分，具有产生CH4的H2与CO2物源条件。京城张村CH4成因为热变质成因，主要来自地壳稳定脱气。
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各样品中碳同位素交换平衡温度均大于100℃，该温度高于上述地热水的热储温度，这种现象说明有机沉积物变质生成CO2、CH4等气体的过程发生于地壳深部。
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图9 山东省宁津潜凸起区He—Ar—N2三角图解
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Fig.9 Triangle diagram of He—Ar—N2 in the Ningjin buried uplift, Shandong Province
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3.3 地热气体成因
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根据Giggenbach等（1991）、Norman等（1994）及Goff等（2002）的研究成果，可利用地热气体当中的He、Ar和N2组分比值判别地热气体的成因。研究区v（N2）/v（Ar）值为56.15~80.96，介于大气降水v（N2）/v（Ar）（38）和大气中v（N2）/v（Ar）（84）之间，表明N2是来自大气和降水（大气成因），并非是地下深部物质。将笔者等采集的地热气体样品中的 He、Ar、N2含量绘制He—Ar—N2三角图（图9），鉴定本区地热深部热源属性。He—Ar—N2三角图中：A为岩浆水范围，B为沉积热卤水，C为与裂谷玄武岩或流纹岩有关的岩浆水范围，D为深部循环的大气降水范围，E为浅部循环的大气降水（海水等）范围。区内地热气体靠近He一端，均分布于C区内，QT02为玄武质成因，其余3个样品数据（QT01/QT03/QT04）位于B区与C区重叠区，成因是玄武质岩浆或者壳源，结合前文所述稀有气体同位素分析，判定QT01/QT03/QT04为壳源成因。
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4 地热成因模式分析
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4.1 热源识别
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根据以上证据推断本区的地热水，主要为地壳深部及上地幔传导热流。部分深大断裂沟通了岩溶热储，这些断裂对地壳深部和上地幔的岩浆热源起到了重要的沟通和传导作用，并构成地下热流的良好通道。
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图10 山东省宁津潜凸起区断裂构造与地热井相对位置图
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Fig.10 Relative position map of fault structures and geothermal wells in the Ningjin buried uplift, Shandong Province
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4.2 热源通道
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区内发育的主要断裂构造有F1、F2、F3断裂（图10），走向主要为NE、NNE向。F1、F2断裂目前无相关资料。根据以往开展的大地电磁测深测量解译成果，断层F3倾向北西，断面图显示倾角约60°。结合区内地热地质资料，推断F3隐伏断裂使得地层破碎，贯穿多层地层，易形成岩溶裂隙水，可作为区内主要的导热、导水通道。温泉社区地热井（QT02）位于F3断裂西侧，根据地热井与断裂的相对位置关系及断裂倾角，绘制了图11。由于物探解译的精度问题，F3断裂的断距无法刻画出来，若考虑F3的断距温泉社区地热井极大概率通过该断裂。
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4.3 构造对热源的控制作用
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地热资源的导热通道主要为断裂带，在板块运动的作用下，断裂带一般都具有规模大，延伸远，切基底的特点。在构造运动下，断裂附近的岩石多会有破碎的特征形成断裂破碎带，这一区域具有孔隙度高的特征，为地热资源的运移提供良好的传输通道。根据现有资料，区内的F3断裂是规模较大的深大断裂，深度断至莫霍面，它们除了本身提供一定的摩擦热能外，这些断裂对地壳深部和上地幔的岩浆热源起到了重要的沟通和传导作用，并构成地下热流的良好通道。这些深大断裂及次级断裂体系以及交叉发育的断裂体系，为深部的高温热源提供了良好的运输通道。构造运动在提供良好的热源、热储运移通道的同时，也提供了如岩浆气体之类的高温热源。
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综上，本区深大断裂可以作为一种供热和导热的通道，使得古生代地层、新近系地层和地幔存在一定的热力联系，地幔的热量正是通过这些断裂构成的热力通道到达了热储中，深大断裂的存在为研究区内地热资源的形成提供了良好的热力输送通道；另外，区内属深拗断陷沉积盆地，在巨厚中新生代沉积层压力下产生重力压缩热，新生代古近系的生油、储油形成过程中化学反应产生的热能。这些热源产生的热量在上覆巨厚的松散沉积物盖层的阻热保温作用下，将深部热能在热储的孔隙、裂隙中储存下来，是区内地热水形成的主要热源。
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图11 山东省宁津潜凸起区地热井与断裂构造相对位置图
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Fig.11 Relative position map of geothermal well and fault structure in the Ningjin buried uplift, Shandong Province
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4.4 地热成因机制分析
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综合地球物理研究成果与地球化学研究数据（Rahayudin et al.，2020），构建本区地热成因机制概念模型图（图12），下面将从热源、热储两方面梳理整合相关数据及研究成果。
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（1）热源：根据前文所述，本区热源以壳内放射性生热为主，幔源岩浆或通过流体对流传递的幔源热占少部分。因此，本区地热流体的热源由两部分组成：地壳放射性生热和幔源岩浆对流传导热。
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（2）热储：本区热储主要为新近纪馆陶组砂岩热储与寒武纪—奥陶纪岩溶热储。新近纪馆陶组热储在区内广泛分布，砂岩占地层总厚度的30%~40%，井口水温为45~65℃，多属温热水型低温地热资源。水化学类型以Cl-—Na+型为主，地热流体矿化度3.97~18.52 g/L，由西向东逐渐增高。寒武纪—奥陶纪热储主要隐伏于新生代古近纪与中生代石炭纪—二叠纪地层之下的寒武纪—奥陶纪地层中。
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综上所述，研究区上部为砂岩热储，具有地层厚度厚，分布范围广，均一性良好的特征，形成了大规模热储；深部的岩溶热储，岩溶发育程度不均一，勘查程度较低，有待进一步对该热储进行勘查，但部分地热井揭露了断裂破碎带，沟通了地下热源通道，形成了热储温度较高的热水型低温地热资源系统。
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研究区热源以壳内放射性生热为主，存在着少量幔源传导热与岩浆对流热的热源。对流热为高温岩浆气体，气体的来源主要为上地幔释放岩浆气体与周围地区从深部地层传递过来的高温岩浆气体，由于这些高温岩浆气体，使得研究区的地热水具有玄武质特征。
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5 结论
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（1）研究区地下热水主要为大气降水入渗成因，在相对封闭的地质环境中深循环，受幔源热影响较小。
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（2）研究区地热气体成因为壳源或玄武质成因，浅部砂岩热储气体以壳源成因为主，玄武质成因主要在沟通深部热源的断裂附近。
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（3）研究区地热气体氦同位素所占比重基本相同，均分布在5%上地幔线之下，显示He的来源以地壳来源为主导，同时含有少量地幔起源的He的加入，热储热源主要为地壳内放射性元素衰变热。
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（4）研究区热储地热气体CO2成因来源主要为地壳有机成因。结合 He 同位素结果分析，认为温泉小区热储气体中存在幔源成因的CO2。
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（5）研究区热储地热气体CH4主要为微生物成因和热变质成因，符合沉积盆地地热系统中CH4的主要成因。分析各样品中碳同位素交换平衡温度，本区有机沉积物变质生成CO2、CH4等气体的过程发生于地壳深部。
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图12 山东省宁津潜凸起区地热成因机制概念模型图
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Fig.12 Conceptual model diagram of geothermal genesis mechanism in the Ningjin buried uplift, Shandong Province
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（6）研究区上部砂岩热储，分布范围广，均一性良好，热源成因主要为壳源；受断裂控制的岩溶热有的揭露了断裂破碎带，沟通了地下热源通道，形成了温度较高的热水型低温地热资源系统。
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（7）研究区热源以壳内放射性生热为主，存在着少量幔源传导热与岩浆对流热的热源。对流热为高温岩浆气体，气体的来源主要为上地幔释放岩浆气体与周围地区从深部地层传递过来的高温岩浆气体，由于这些高温岩浆气体使得研究区的地热水具有玄武质特征。
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致谢：本文为集体研究成果，野外实施阶段、综合研究及本文写作期间得到了单位同事及各位同仁的大力支持和帮助。研究过程中，还得益于项目组成员杨询昌协助和支持。本研究团队先后参与野外工作和（或）综合研究的还有蒋书杰、闫朋飞、兰善治等工程师。梁伟高级工程师等在断裂构造与热储关系的研究方面提供了建设性意见； 感谢审稿专家对本文的中肯建议，在此一并表示衷心感谢。
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摘要
山东省宁津潜凸起区地热资源丰富，且有2眼水温超过80℃的地热井，具有明显的地热异常，查明该区热源成因模式，对地热找矿具有重要意义。笔者等采用气体地球化学手段，通过采集气体组分与稀有气体同位素样品进行测试分析，对区内地热气体地球化学特征及热源成因进行研究，结果表明：本区地热气体类型为N2型，为深循环成因的地热资源类型，指示了本区热储地热资源在相对封闭的地质环境中循环运移，地下热水主要来源于大气降水入渗，经热传导、热对流加热后形成低温地热系统，受幔源热影响较小；区内热储地热气体中N2、O2和CO2组分的体积分数与井深和水温不具明显相关性，主要与地质构造条件、地下水的酸碱性和氧化还原环境等因素有关。区内热源主要为地壳深部及上地幔传导热流，部分深大断裂沟通了岩溶热储，这些断裂对地壳深部和上地幔的岩浆热源起到了重要的沟通和传导作用，并构成地下热流的良好通道。本区上部砂岩热储，分布范围广，均一性良好，热源成因主要为壳源；受断裂控制的岩溶热储有的揭露了断裂破碎带，沟通了地下热源通道，形成了温度较高的热水型低温地热资源系统。
Abstract
Objectives: The Ningjin buried uplift is rich in geothermal resources, and there are two geothermal wells with water temperatures exceeding 80 ℃, which have obvious geothermal anomalies. Identifying the genesis model of the heat source in this area is of great significance for geothermal exploration.
Methods: In this study, gas geochemical methods were used to collect gas components and rare gas isotope samples for testing and analysis. The geochemical characteristics of geothermal gases and the origin of heat sources in the area were studied.
Results: The results showed that the geothermal gas type in this area is N2 type, which is a geothermal resource type with deep circulation origin. This indicates that the geothermal resources in this area circulate and migrate in a relatively closed geological environment. The underground hot water mainly comes from atmospheric precipitation infiltration, and after heat conduction and convection heating, a low-temperature geothermal system is formed, which is less affected by mantle source heat; The volumn fraction of N2, O2, and CO2 components in geothermal gas stored in the area is not significantly correlated with well depth and water temperature, but mainly related to geological structural conditions, acidity and alkalinity of groundwater, and redox environment.
Conclusions: The main heat sources in the region are the conduction of heat from the deep crust and upper mantle, and some deep faults connect karst thermal reservoirs. These faults play an important role in communicating and conducting magma heat sources from the deep crust and upper mantle, and form a good channel for underground heat flow. The sandstone thermal reservoir in the upper part of this area has a wide distribution range and good uniformity. The main source of heat is crustal; The karst heat controlled by faults has exposed fracture zones, connected underground heat source channels, and formed a high-temperature hot water type low-temperature geothermal resource system.
Keywords
geothermal ； gas geochemistry ； heat source ； isotope ； Ningjin buried uplift ； Shandong Province
