韓元紅，呂 俊，張育平，羅娜寧,3，李 兵，申小龍,3

(1.自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021；2.陜西中煤新能源公司，陜西 西安 710054；3.陜西煤田地質(zhì)勘查研究院有限公司，陜西 西安 710021)

地?zé)崮苁且环N綠色清潔資源，加速發(fā)展地?zé)崮苁菍?shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和(“雙碳”)目標(biāo)的重要途徑，水熱型地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用是重要方式[1-2]。明確地?zé)崴梢驒C(jī)制，可以為地?zé)豳Y源環(huán)?？沙掷m(xù)開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。渭河盆地地?zé)崴Y源豐富，是我國(guó)最早開(kāi)發(fā)利用地?zé)崴Y源的地區(qū)之一，前人針對(duì)地?zé)崴瘜W(xué)特征及類(lèi)型[3-7]、同位素地球化學(xué)特征[8-11]、地?zé)崴梢騕3,5,11-12]、水溶天然氣及氦氣成因[13-14]等展開(kāi)研究。但是已有研究大多集中在陜西西安和固市凹陷構(gòu)造單元，秦嶺山前的研究?jī)H見(jiàn)東大[12]，未見(jiàn)對(duì)于秦嶺山前陜西寶雞眉縣段低溫地?zé)崴厍蚧瘜W(xué)特征及其成因研究。渭河盆地地?zé)崴毡榘橛泻?，目前?duì)于整個(gè)西部隆起區(qū)地?zé)崴樯夂考皺C(jī)理的研究尚為空白。

秦嶺山前寶雞眉縣段新生界地層薄，基巖埋藏淺，地?zé)崴Y源豐富，近年來(lái)隨著清潔供暖的需求，亟需對(duì)該區(qū)地?zé)崴纬裳莼瘷C(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)研究，進(jìn)而科學(xué)有效地指導(dǎo)該區(qū)地?zé)崮芎侠黹_(kāi)發(fā)利用。筆者依托眉縣首次鉆探且僅有的地?zé)峋責(zé)崴鞍樯鷼鈽悠罚M(jìn)行水化學(xué)、同位素地球化學(xué)和氣體地球化學(xué)分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，探討地?zé)崃黧w成因機(jī)制。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

眉縣地處渭河盆地西南部秦嶺山前，處于渭河盆地西部隆起(又叫寶雞凸起)的次級(jí)構(gòu)造單元內(nèi)，是寶雞凸起中相對(duì)凹陷的區(qū)域，南部與秦嶺相接，北部、東部以啞柏?cái)嗔雅c西安凹陷、咸禮斷階相鄰[15](圖1a)。眉縣淺凹主要由秦嶺山前斷裂、余下斷裂、啞柏?cái)嗔押臀己訑嗔鸭捌浯渭?jí)平行斷裂控制，4條斷裂在眉縣區(qū)域內(nèi)走向較一致，大致近平行的近東西向或北西向(圖1b)，至新生代，4條斷裂均表現(xiàn)出張性斷裂的特征，均伴有次級(jí)平行斷裂。眉縣淺凹新生界地層較薄(500～800 m)，地層系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，第四系厚約400 m，以松散沙層或黏土層為主；新近系最大厚約500 m，巖性為砂泥巖互層。底界為中元古界寬坪群，本次研究目標(biāo)井平均鉆穿800 m，巖性為變質(zhì)巖。本次研究目標(biāo)地?zé)峋挥谖己幽习睹伎h縣城眉?jí)]大道兩側(cè)(圖1c)。地下水類(lèi)型對(duì)應(yīng)區(qū)域地層巖性(表1)，自下而上分別為中元古界變質(zhì)巖斷裂裂隙水，新近系上新統(tǒng)碎屑巖孔隙裂隙水和第四系松散巖類(lèi)孔隙潛水。第四系黏土和松散砂泥層黏結(jié)性強(qiáng)，地層溫度低，僅局部發(fā)育松散沉積潛水含水層，通常被整體視為熱儲(chǔ)蓋層；新近系藍(lán)田?灞河組碎屑巖孔隙含水層含水性好，但整體厚度較??；古生界變質(zhì)巖本身較致密，富水性較差，但風(fēng)化帶和斷層裂隙發(fā)育區(qū)域，是良好的基巖孔隙裂隙承壓含水層。眉縣淺凹地表水系發(fā)達(dá)，渭河橫穿眉縣北部區(qū)域，渭河在眉縣淺凹流域積水面積為795.34 km2，總流長(zhǎng)為241.15 km，南緣秦嶺山區(qū)(主峰太白山)豐富的大氣降水和降雪逐漸匯流成河流向眉縣淺凹，區(qū)域內(nèi)主要有5條一級(jí)支流匯入渭河，自西至東分別為石頭河、霸王河、西沙河、湯峪河和東沙河。

表1 眉縣淺凹地層系統(tǒng)及含水特征Table 1 Strata the Meixian County shallow sag and their water-bearing characteristics

圖1 研究區(qū)構(gòu)造、斷裂分布與采樣地?zé)峋植糉ig.1 Distributions of structures,faults and sampled geothermal wells in Meixian County

2 樣品采集與分析測(cè)試

系統(tǒng)采集眉縣8口地?zé)峋?口淺井水樣10組，樣品采集使用高密度聚乙烯瓶盛裝，裝樣前用地?zé)崴磸?fù)沖洗樣品瓶和瓶蓋5次，瓶蓋為密封塑料螺絲蓋，每個(gè)樣品采集新鮮原水500 mL。水樣氫、氧同位素組成測(cè)定在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用Gasbench Ⅱ 與MAT253同位素比值質(zhì)譜儀聯(lián)用測(cè)定，分析方法參照DZ/T 0184.21?1997《天然水中氧同位素二氧化碳水平衡法測(cè)定》與DZ/T 0814.19?1997《水中氫同位素鋅還原法測(cè)定》執(zhí)行，測(cè)定精度δ18O優(yōu)于±0.3‰，δD優(yōu)于±2.0‰，參照維也納平均海洋水標(biāo)準(zhǔn)(VSMOW)得出測(cè)試結(jié)果。

地?zé)崴樯鷼馔ㄟ^(guò)現(xiàn)場(chǎng)直接負(fù)壓排水集氣的方法采集，利用定制的耐高壓和負(fù)壓防腐蝕鋼瓶，在實(shí)驗(yàn)室用機(jī)械泵抽真空至10?3Pa備用，采樣現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)不銹鋼管線連接氣水分離器氣體出口，待排凈連接段空氣后打開(kāi)鋼瓶閥門(mén)集氣，然后關(guān)緊閥門(mén)完成采樣。稀有氣體組分分析用四級(jí)桿質(zhì)譜計(jì)測(cè)定，氦和氬同位素比值利用稀有氣體同位素質(zhì)譜儀與稀有氣體純化濃縮前處理裝置聯(lián)用，分析方法參照SY/T 7359?2017《稀有氣體同位素比值測(cè)定方法》執(zhí)行，對(duì)純化濃縮后樣品中的稀有氣體同位素比值進(jìn)行測(cè)定[16]，氣體測(cè)試工作同樣在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

3 分析結(jié)果

3.1 地?zé)崴瘜W(xué)特征

本次研究目標(biāo)地?zé)峋鏊宰冑|(zhì)巖裂隙水為主。地?zé)崴V化度為638.96～1 026.83 mg/L，均值754.82 mg/L，屬于淡水；總?cè)芙庑怨腆w物質(zhì)(Total Dissolved Solids，TDS)介于587.84～924.15 mg/L，pH為7.83～8.75，均值8.24，屬于弱堿性水。地?zé)崴兄饕x子為Na+、Cl?和S，陽(yáng)離子含量Na+>Ca2+>Mg2+>K+，Na+質(zhì)量濃度128.0～306.0 mg/L；陰離子含量質(zhì)量濃度238.0～476.7 mg/L，Cl?質(zhì)量濃度78.0～120.8 mg/L，質(zhì)量濃度49.20～168.00 mg/L，具體水化學(xué)組成詳見(jiàn)表2。

表2 眉縣地?zé)崴瘜W(xué)特征Table 2 Hydrochemical characteristics of geothermal water in Meixian County

3.2 地?zé)崴凰氐厍蚧瘜W(xué)特征

地?zé)崴臍溲跬凰亟M成可以反映地?zé)崴梢颉⑦\(yùn)移及動(dòng)態(tài)演化過(guò)程，示蹤地?zé)崴畞?lái)源和循環(huán)規(guī)律。由于受溫度、熱儲(chǔ)水?巖相互作用、淺層冷水及深部熱水混合等過(guò)程的影響，地?zé)崴畾溲跬凰亟M成呈現(xiàn)不同的特征。地?zé)崴畾?、氧同位素分析結(jié)果顯示(表3)，眉縣城區(qū)地?zé)峋畾?、氧同位素組成分布較為集中，δD介于?77.3‰～?70.8‰，平均為?72.6‰，δ18O介于?10.9‰～?9.8‰，平均為?10.4‰。

表3 眉縣地?zé)崴畾溲跬凰亟M成Table 3 Hydrogen and oxygen isotopic compositions of geothermal water in Meixian County

3.3 地?zé)崴樯鷼饨M成及同位素特征

眉縣地?zé)崴衅毡楹邪樯鷼猓瑲怏w組成測(cè)定結(jié)果(表4)顯示，伴生氣以氮?dú)鉃橹?，氦氣和二氧化碳為輔，并含有微量甲烷，其中非烴氣體主要為氮?dú)夂秃?，氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)高達(dá)94.80%～97.20%，平均為95.77%，氦氣體積分?jǐn)?shù)可達(dá)2.59%～4.52%，平均為3.69%，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)0.05%～0.72%，平均為0.31%；烴類(lèi)氣體含量甚微且以甲烷為主，甲烷碳同位素組成分布在?55.7‰～?50.4‰，平均值為?52.8‰；甲烷氫同位素組成分布在?249‰～?245‰，平均值為?247‰。

表4 眉縣地?zé)崴樯鷼饨M分和同位素組成Table 4 Components and isotopic composition of geothermal water-associated gas in Meixian County

4 討論

4.1 地?zé)崴纬裳莼c控制因素

4.1.1 水化學(xué)類(lèi)型

地?zé)崴乃瘜W(xué)類(lèi)型主要為HCO3-Na型(圖2，表2)，與區(qū)域地表水、淺層地下水和渭河水水化學(xué)類(lèi)型十分一致，陰離子以 HC為主，與大氣降水陰離子一致，指示了大氣降水來(lái)源?！癗a-K-Mg三角圖”常被用來(lái)判斷水–巖平衡狀態(tài)和區(qū)分水樣類(lèi)型[17-18]，本次地?zé)崴當(dāng)?shù)據(jù)處于未平衡水區(qū)和部分平衡水區(qū)域(圖3)，可能與地?zé)崴忾]性較差，更新循環(huán)能力較強(qiáng)有關(guān)。

圖2 眉縣地?zé)崴甈iper三線圖Fig.2 Piper trilinear diagram of geothermal water in Meixian County

圖3 眉縣地?zé)崴甆a-K-Mg平衡圖Fig.3 Na-K-Mg ternary equilibrium diagram of geothermal water in Meixian County

4.1.2 水化學(xué)參數(shù)組合特征

地?zé)崴瘜W(xué)參數(shù)組合特征常被用作揭示地下水的成因類(lèi)型[19-22]，常用鈉氯毫克當(dāng)量濃度比值(γ(Na+)/γ(Cl?))指示地?zé)崴梢蚰Ｊ郊白冑|(zhì)程度，標(biāo)準(zhǔn)海水γ(Na+)/γ(Cl?)=0.85～0.87，巖鹽溶濾成因地下水γ(Na+)/γ(Cl?)=1，大氣降水入滲形成的地下水γ(Na+)/γ(Cl?)>1，而水?巖相互作用影響的沉積水γ(Na+)/γ(Cl?)<0.87，眉縣淺凹地?zé)崴?Na+)/γ(Cl?)介于1.73～4.21，均大于1，指示大氣降水下滲成因，水?巖作用影響較弱。

鈣鎂毫克當(dāng)量濃度比值(γ(Ca2+)/γ(Mg2+))可以反映深部地?zé)崴淖冑|(zhì)程度，通常地?zé)崴癫貢r(shí)間越長(zhǎng)，封閉性越好，變質(zhì)程度越高，則γ(Ca2+)/γ(Mg2+)越大，深層水的γ(Ca2+)/γ(Mg2+)一般大于3，眉縣淺凹地?zé)崴?Ca2+)/γ(Mg2+) 介于1.24～2.98，表明眉縣地?zé)崴忾]性較差，變質(zhì)程度低。

脫硫系數(shù)(100γ(S)/γ(Cl?))揭示深部地?zé)崴难趸€原環(huán)境，在地?zé)崴辛蛩猁}還原的反應(yīng)很常見(jiàn)，脫硫作用可以將硫酸鹽還原成以硫化氫為主的產(chǎn)物，脫硫作用發(fā)生于還原環(huán)境，故脫硫系數(shù)可以作為一種環(huán)境指標(biāo)，通常地?zé)崴忾]性越好，脫硫系數(shù)越小。眉縣淺凹脫硫系數(shù)100γ(S)/γ(Cl?)介于7.51～39.73，指示地?zé)崴忾]性一般。此外，本文還將眉縣地?zé)崴c渭河盆地其他各構(gòu)造單元的地?zé)崴甗4,9,14]水化學(xué)參數(shù)組合進(jìn)行對(duì)比分析(圖4)，得出渭河盆地各構(gòu)造單元地?zé)崴冑|(zhì)程度和封閉性差異性較大，西安凹陷和咸禮斷階地?zé)崴忾]性較好，變質(zhì)程度更高，而眉縣地?zé)崴瘜W(xué)參數(shù)組合與秦嶺山前和固市凹陷相近，地?zé)崴忾]性相對(duì)差，變質(zhì)程度低。

圖4 眉縣地?zé)崴瘜W(xué)離子系數(shù)關(guān)系Fig.4 Relationships between ion coefficients of geothermal water hydrochemistry in Meixian County

R.J.Gibbs[23]通過(guò)對(duì)世界各地不同水體(海洋、河流、湖泊和大氣降水等)水化學(xué)特征的系統(tǒng)分析，總結(jié)出控制天然地表水和地下水溶質(zhì)來(lái)源的主要因素為巖石風(fēng)化、大氣降水和蒸發(fā)?結(jié)晶等，由此設(shè)計(jì)出的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖可以用來(lái)判識(shí)水體水化學(xué)成因。眉縣淺凹地?zé)崴瓹l?/(Cl?+HC)介于0.19～0.30，Na+/(Na++Ca2+)介于0.77～0.98，TDS介于587.84～924.15 mg/L(圖5a)，與渭河盆地秦嶺山前水一致，控制地?zé)崴纬傻闹饕蛩厥菐r石風(fēng)化，指示地?zé)崴髿饨邓畞?lái)源，封閉性差。同時(shí)，根據(jù)J.Gaillardet等[24]提出的端元圖法，分析眉縣淺凹地?zé)崴?圖5b，圖5c)，也可以看出眉縣淺凹地?zé)崴苜|(zhì)主要與硅酸鹽巖風(fēng)化作用有關(guān)。

圖5 眉縣地?zé)崴瓽ibbs圖及水化學(xué)Ca2+/Na+與 HC/Na+、Fig.5 Gibbs diagra ms andCa2+/Na+vs.Mg2+/Na+ and Ca2+/Na+ vs.Ca2+/Na+與Mg2+/Na+關(guān)系HC/Na+ hydrochemical diagrams of geothermal water in Meixian County

4.2 眉縣地?zé)崴梢蚰Ｊ?/h3>

4.2.1 來(lái)源與補(bǔ)給高程

根據(jù)地?zé)崴畾?氧同位素組成相關(guān)圖(圖6)，可以明顯看出眉縣地?zé)崴腄-δ18O坐標(biāo)位置都落在渭河盆地標(biāo)準(zhǔn)降水線[8]附近，指示眉縣地?zé)崴饕獊?lái)源于大氣降水和地表水的補(bǔ)給，與長(zhǎng)安區(qū)地?zé)崴?、渭河河水和眉縣淺井水同位素組成相近。與西安、咸陽(yáng)地?zé)崴甗5,9]相比，眉縣地?zé)崴跬凰亟M成整體偏輕，無(wú)明顯“正漂”現(xiàn)象，表明眉縣地?zé)崴蛶r石的接觸時(shí)間較短，地下水在地下封存時(shí)間相對(duì)短，循環(huán)速度相對(duì)快；西安、咸陽(yáng)位于盆地內(nèi)部凹陷區(qū)域，地?zé)崴疄樯皫r熱儲(chǔ)水，對(duì)比本次目標(biāo)區(qū)域，地?zé)崴忾]性更強(qiáng)，更新循環(huán)速度更慢，甚至具有沉積水的特征。而本次研究的地?zé)崴饕獮榛鶐r裂隙水，近秦嶺山前，水源充足且距離短，構(gòu)造更破碎，地?zé)崴卵h(huán)速度更快，封閉性更差。此外，眉縣地?zé)崴畾洹⒀跬凰亟M成略重于眉縣湯峪溫泉水，可能與眉縣地?zé)崴陆禍\部冷水混入量相對(duì)更大有關(guān)。

圖6 眉縣地?zé)崴腄-δ18O關(guān)系Fig.6 δD vs.δ18O of geothermal water in Meixian County

由于大氣降水的δD和δ18O值具有高程效應(yīng)，因此，可以通過(guò)地?zé)崴臍?、氧同位素組成來(lái)計(jì)算地?zé)崴a(bǔ)給區(qū)的高程。眉縣城區(qū)地?zé)崴疄闇\層冷水和深層熱水混合而成，不同深度地?zé)峋旌媳壤煌?，可以根?jù)深層熱水的補(bǔ)給高程計(jì)算式[10]，計(jì)算眉縣地?zé)峋責(zé)崴a(bǔ)給高程。

秦嶺高程效應(yīng)中的氧同位素組成高度梯度為?0.51‰/hm，渭河盆地大氣降水氫同位素組成和氧同位素組成的均值分別為?49.4‰、?7.41‰[21]，眉縣地?zé)峋骄孛娓叱虨?42 m，眉縣南緣太白山高程3 767.2 m，計(jì)算結(jié)果顯示補(bǔ)給高程為930～1 106 m，平均值為1 030 m。眉縣淺凹位于秦嶺山前，推斷眉縣南部秦嶺高山為地?zé)崴饕a(bǔ)給區(qū)，地?zé)崴饕从谠搮^(qū)大氣降水補(bǔ)給。

4.2.2 循環(huán)深度與補(bǔ)給水溫度

眉縣常溫帶深度和溫度分別為30 m、17.4℃，平均地溫梯度3℃/hm[22]，利用“Na-K-Ca”溫標(biāo)計(jì)算出深部熱儲(chǔ)平均溫度為112.5℃(表5)。以熱儲(chǔ)平均溫度為參數(shù)，根據(jù)地?zé)崴h(huán)深度的計(jì)算式，計(jì)算得出眉縣城區(qū)地?zé)崴淖畲笱h(huán)深度為3 200 m。計(jì)算式如下：

表5 眉縣淺凹地?zé)崴a(bǔ)給特征Table 5 Geothermal water recharge in the Meixian shallow sag

渭河盆地大氣降水的平均同位素組成δD=?45.02‰，δ18O=?7.37‰[2]。因?yàn)榈責(zé)崴c熱儲(chǔ)巖石之間存在氫、氧同位素交換反應(yīng)，無(wú)機(jī)礦物中的δ18O組成重于地?zé)崴?，發(fā)生同位素交換時(shí)導(dǎo)致地?zé)崴?8O值增大；由于地?zé)崴畾渫凰剌^為穩(wěn)定，受水?巖作用影響較小，采用δD估算的地?zé)崴a(bǔ)給水溫度更準(zhǔn)確?；谥袊?guó)大氣降水的溫度效應(yīng)關(guān)系公式為：

估算眉縣地區(qū)補(bǔ)給水源的溫度為4.9～7.0℃，與現(xiàn)代降水平均氣溫相差約10℃，補(bǔ)給水源來(lái)自秦嶺山區(qū)。

4.2.3 成因模式

地?zé)崴畾溲跬凰胤治龅贸龅責(zé)崴畞?lái)源于秦嶺山前大氣降水，眉縣近秦嶺山前，水源距離近且充足。區(qū)域構(gòu)造演化影響地?zé)崴梢?，從水的角度而言，?gòu)造演化形成的斷裂可以作為地?zé)崴聺B通道和儲(chǔ)水空間；從熱的角度而言，盆地形成構(gòu)造演化過(guò)程伴隨著盆地?zé)嵫莼^(guò)程，造就了如今盆地的熱溫，為地?zé)崴梢蜻^(guò)程中的熱來(lái)源背景。眉縣淺凹主要由秦嶺山前斷裂、余下斷裂、啞柏?cái)嗔押臀己訑嗔芽刂疲?條斷裂在眉縣區(qū)域內(nèi)大致呈近平行的近東西向或北西向展布(圖1b)，至新生代4條斷裂均表現(xiàn)出張性斷裂的特征，均伴有次級(jí)平行斷裂。本次研究地?zé)峋荚O(shè)前期，經(jīng)過(guò)三維地震、可控源音頻大地電磁等綜合物探方法判識(shí)，得出平行于區(qū)域大斷裂的次級(jí)斷裂發(fā)育(圖1c)，目標(biāo)井新近系藍(lán)田?灞河組砂礫巖熱儲(chǔ)薄，主要出水為中元古界變質(zhì)巖裂隙熱儲(chǔ)。區(qū)域型斷裂和次級(jí)斷裂為地?zé)崴聺B良好的通道和儲(chǔ)存空間。渭河盆地整體巖石圈厚度薄，大地?zé)崃鞅尘爸递^高，為地?zé)崴峁嵩?。根?jù)上述分析，最終得出眉縣地?zé)崴梢蚰Ｊ饺鐖D7所示。秦嶺山區(qū)大氣降水沿區(qū)內(nèi)深大斷裂及次級(jí)斷裂下滲傳輸至新生界碎屑巖孔隙型熱儲(chǔ)和基巖裂隙型熱儲(chǔ)層中，來(lái)自于深部大地?zé)崃饕詫?duì)流和傳導(dǎo)方式加熱上覆熱儲(chǔ)及水體，熱水在新生界碎屑巖藍(lán)田?灞河組砂礫巖形成層狀熱儲(chǔ)，在中元古界基巖斷裂破碎帶形成帶狀熱儲(chǔ)，因地處盆地邊緣，碎屑巖儲(chǔ)層薄，以基巖裂隙型熱儲(chǔ)為主，斷裂附近和斷裂交匯處則是地?zé)崴奂土鲃?dòng)的有利部位，適合鉆采地?zé)崴?/p>

圖7 眉縣淺凹地?zé)崃黧w成因模式Fig.7 Genetic mode of geothermal fluids in the Meixian shallow sag

4.3 地?zé)崴樯鷼獬梢?/h3>

碳?xì)渫凰亟M成是判識(shí)天然氣成因可靠的地球化學(xué)指標(biāo)，有機(jī)和無(wú)機(jī)成因的天然氣碳同位素組成差別較大，無(wú)機(jī)成因甲烷碳同位素值一般大于?25‰[25]，有機(jī)成因氣中，生物成因氣甲烷碳同位素值一般小于?55‰[26]。除此之外，有機(jī)成因天然氣具有正碳同位素系列，而無(wú)機(jī)成因烷烴氣具有負(fù)碳同位素系列。眉縣城區(qū)地?zé)崴樯鷼庖苑菬N氣體為主，烴類(lèi)氣體為輔，其中非烴氣體主要為氮?dú)夂秃?，氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)高達(dá)94.80%～97.20%，平均為95.77%，氦氣體積分?jǐn)?shù)可達(dá)2.59%～4.52%，平均為3.69%，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)0.05%～0.72%，平均為0.31%；烴類(lèi)氣體含量甚微且以甲烷為主。本次研究得出眉縣淺凹甲烷碳同位素組成分布在?55.7‰～?50.4‰，平均值為?52.8‰；甲烷氫同位素組成分布在?249‰～?245‰，平均值為?247‰，碳?xì)渫凰亟M成指示伴生氣中的烴類(lèi)氣體為生物成因氣，為新近系地層中有機(jī)物通過(guò)厭氧微生物作用形成，無(wú)熱成因氣和幔源氣混入。

伴生氣中的大量氮?dú)?，主要?lái)源于大氣，大氣通過(guò)地下水循環(huán)被帶到地下，與烷烴氣和氦氣沒(méi)有成因上的聯(lián)系。地?zé)崃黧w中氦氣可能含有來(lái)自地幔、地殼和大氣中的氦，不同來(lái)源的氦具有獨(dú)特的氦同位素特征，通常大氣源的3He/4He值為1.4×10?6，殼源的3He/4He值為2×10?8，幔源的3He/4He值為1.1×10?5[27]。因此，可以據(jù)此判識(shí)地?zé)崃黧w中氦的主要來(lái)源，由于稀有氣體化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，運(yùn)移和集聚過(guò)程中只受物理過(guò)程影響，例如不同源(地幔、地殼、空氣)的流體混合，所以氦同位素比值可以較好地用于地?zé)崴樯鷼鈦?lái)源。實(shí)際研究中常用樣品氦的3He/4He值(R)比大氣氦的3He/4He值(Ra)來(lái)表征氦同位素特征，當(dāng)R/Ra>1時(shí)，幔源氦在樣品中占比超過(guò)12%；當(dāng)R/Ra>0.1時(shí)，幔源氦在樣品中占比超過(guò)1.2%；而當(dāng)R/Ra<0.1時(shí)，一般認(rèn)為樣品中的氦來(lái)自殼源[28]。眉縣城區(qū)地?zé)崴樯鷼?He/4He值分布在3.5×10?8～8.7×10?8，R/Ra<1，分布在0.025～0.062，指示地?zé)崴樯鷼庵泻鈱儆跉ぴ闯梢?；氬同位素比?0Ar/36Ar介于315～334，與大氣的氬同位素比值(空氣中40Ar/36Ar比值為295.5)相近，進(jìn)一步佐證稀有氣體的殼源成因。利用稀有氣體同位素?cái)?shù)據(jù)繪制“R/Ra?4He/20Ne”的關(guān)系圖。眉縣城區(qū)地?zé)崴樯鷼獾腞/Ra?4He/20Ne值之間的關(guān)系(圖8)表明，眉縣地?zé)崴械娜芙鈿怏w具有較低的R/Ra值和較高的4He/20Ne值，推斷地?zé)釟怏w主要來(lái)自地殼，基本無(wú)地幔來(lái)源。渭河盆地基底和周緣分布大量燕山期和印支期的花崗巖，其中的鈾、釷含量較為豐富，殼源氦氣主要由巖石和礦物中的鈾、釷元素放射性衰變生成。除此之外，盆地中還有中元古界武陵期、新元古代揚(yáng)子期、加里東期、海西期、印支期等多期花崗巖體，成為盆地殼源氦的主力氣源巖。氦源巖放射性衰變形成氦氣的過(guò)程中也會(huì)釋放大量的熱能，進(jìn)而可以給地層“增熱”，因此氦氣和地?zé)崮苡谐梢蛏系年P(guān)聯(lián)。

圖8 地?zé)崴樯鷼釸/Ra?4He/20Ne關(guān)系Fig.8 R/Ra vs.4He/20Ne of geothermal water-associated gas

5 結(jié)論

a.眉縣地?zé)崴疁囟?1.5～53.0℃，屬于低溫地?zé)豳Y源，礦化度為638.96～1 026.83 mg/L，均值754.82 mg/L，屬于淡水；地?zé)崴兄饕x子為Na+、Cl?、，陽(yáng)離子含量大小為Na+>Ca2+>Mg2+>K+，陰離子含量大小為>Cl?，水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO3-Na型，地?zé)崴忾]性一般，變質(zhì)程度低，屬于未平衡水或部分平衡水，溶質(zhì)受巖石風(fēng)化影響為主，主要來(lái)自含硅酸鹽礦物巖石風(fēng)化。

b.眉縣地?zé)崴腄介于?77.3‰～?70.8‰，δ18O介于?10.8‰～?9.9‰，地?zé)崴畾溲跬凰卣w比渭河盆地內(nèi)部西安、咸陽(yáng)輕，接近渭河盆地大氣降水線，補(bǔ)給水源溫度為4.9～7.0℃，最大循環(huán)深度為3 200 m。眉縣地?zé)崴畞?lái)源于秦嶺山前大氣降水，區(qū)域大斷裂及其次生斷裂作為主要循環(huán)通道，新近系砂巖孔隙和區(qū)域斷裂裂隙作為儲(chǔ)存空間，經(jīng)圍巖加熱，因封閉性差，水源近且充足，循環(huán)速度快深度淺，形成水量大溫度低的地?zé)崴Y源。

c.地?zé)崴樯鷼庖苑菬N氣體氮?dú)夂秃鉃橹?，其中氮?dú)馄骄|(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.77%，氦氣平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.69%，烴類(lèi)氣體含量甚微；甲烷δ13C平均值為?52.8‰，為生物成因氣，伴生氣具有較小的R/Ra值和較大的4He/20Ne值，表明伴生氣主要來(lái)自地殼，無(wú)地幔來(lái)源。

符號(hào)注釋?zhuān)?/p>

h0為常溫帶深度，m；hX為地下水循環(huán)深度，m；HB為地下水補(bǔ)給高程，m；H為取樣點(diǎn)地面高程，m；K為大氣降水δ18O值的高度梯度，?δ‰/hm；t為地溫，℃；t0為常溫帶溫度，℃；tr為熱儲(chǔ)溫度，℃；gradt為地溫梯度，℃/hm；δ18OG為取樣點(diǎn)地?zé)崴摩?8O值，‰；δ18OS為取樣點(diǎn)附近大氣降水的δ18O值，‰。