煤炭学报

作者：张海涛, 陈晓晴, 许光泉, 靳清增, 刘璐, 李旭, 王朱亭, 王锴, 李子璇, 赵安安, 王浩,

关键词：碳酸盐岩含水层, 地热水, 水文地球化学, 环境同位素, 寒武−奥陶系, 淮南煤田,

寒武−奥陶系碳酸盐岩含水层在我国华北地区广泛分布，具有富水性较强、水温较高和易于回灌等特点，是我国中深层地热资源开发利用的优先选择。早期研究主要集中在寒武−奥陶系含水层的渗透性、富水性和水化学特征等方面，对其地热水的成因尚不清楚，从而限制了地热水资源的评价与开发。以华北南缘的淮南煤田寒武−奥陶系岩溶地下水为对象，通过对区内32个地面水文钻孔及井下出水点的主要离子和环境同位素(^34\mathrmS_\mathrmSO_4 、^18\mathrmO_\mathrmH_2O 、^2\mathrmH_\mathrmH_2O 、13CDIC、14CDIC)进行测试分析，探讨并揭示了该含水层的水文地球化学及地热学特征。结果表明：淮南煤田南部碳酸盐岩露头区为地下水补给区，具有水温低(18.1～23.2 ℃)、溶解性总固体(TDS)低(0.28～0.49 g/L)的特点，水化学类型为HCO3-Ca型；中部隐伏区为地下水径流和排泄区，具有水温高(30.6～50.7 ℃)、TDS高(1.93～3.06 g/L)的特点，水化学类型为Cl-Na型。研究区中部地热水的形成过程主要以蒸发岩(岩盐和石膏、硬石膏)溶解和阳离子交换作用为主导，其次还受到碳酸盐溶解、去白云石化作用以及微生物作用等的共同影响。研究区地热水主要来自古大气降水的入渗补给，其校正年龄为3.108～3.683万年(平均为3.414万年)，对应于晚更新世。二氧化硅温标显示区内岩溶热储温度为59.8～80.1 ℃(平均为68.1 ℃)，地热水的循环深度为1 559.7～2 273.8 m(平均为1 851.8 m)。基于上述研究成果，建立了淮南煤田寒武−奥陶系碳酸盐岩含水层地热水循环演化的概念模型。在地形和重力驱动下，南部露头区的大气降水沿着裂隙和断层等通道向下入渗，并在地下深部不断加热形成地热水。在此过程中，地下水与夹杂有蒸发岩矿物的碳酸盐岩发生了水岩相互作用，形成了含高盐、高硫的地热水，最终以越流、井下钻孔和出水点的形式向外排泄。

来源：2026年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

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