简介：

赣西北武功山地区是典型中低温地热资源聚集区，地热资源开发潜力巨大。然而，对该地区地热系统的成因机制缺乏系统的研究和认识，尤其是对武功山西部地热资源的勘探和调查十分匮乏，阻碍了地热资源的开发利用。为解决这一问题，中国地质科学院刘凯团队应用地球化学和同位素方法，探究武功山西部地区地热水演化过程，识别地热水补给来源、分析水岩相互作用、估算地热水滞留时间。相关成果在Acta Geologica Sinica (English Edition)上发表。

为应对全球人口膨胀、能源短缺和环境污染等严峻问题，以碳达峰、碳中和为目标的能源结构转型已成为各国共识。地热资源作为缓解能源危机和气候变化最具竞争力的清洁能源之一，越来越受到人们关注。地热流体地球化学及其同位素特征往往保留着地热系统形成演化过程中详尽的地球化学信息，常被用来分析地热流体的起源以及地热系统中相关的地球化学过程。赣西北武功山地区是典型中低温地热资源聚集区，地热资源开发潜力巨大（图1）。

Fig. 1 Simplified geological map (modified after Wang et al., 2023), elevation map and distribution of sampling sites in the study area.

研究结果表明，武功山西部地区地热水为低焓、低矿化度、弱碱性水。地热水的水化学特征主要以HCO₃-Na和SO₄-Na水为主（图2），且地热水中F^-和H₂SiO₃含量均达到了医疗价值浓度标准，可作为医疗热矿水开发利用（图3）。氢氧同位素指示地热水的补给来源为大气降水（图3），补给高程为503.1～1375.6 m。根据区域和水文地质条件，补给区域为武功山最高峰金顶及附近山区。

水化学离子比例关系和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素组成表明，硅酸盐岩风化溶解以及阳离子交换作用是控制研究区地热水化学组分的主要作用（图4-5），且地下热水在上升到地表的过程中受到不同程度冷水的混合。

地热水δ¹³C值表明，地热水碳元素主要为生物成因和有机物成因，生物成因和有机物降解产生的CO₂促进了花岗岩储层的水-岩相互作用。³H和¹⁴C含量表明，地热水滞留时间普遍大于1 kaBP。δ³⁴S值表明，地热水中的SO₄^2-来源于花岗岩中的硫化物矿物（图6）。

Fig. 2. Piper plot of thermal water and non-thermal water samples.

Fig. 3. δD vs. δ¹⁸O Diagram of water samples from study area.

Fig. 4. Gibbs plot of water samples from the study area.

Fig. 5. Relationships between (a) Na⁺ + K⁺ and Cl⁻; (b) Ca²⁺ + Mg²⁺ and HCO₃⁻; (c) Ca²⁺ + Mg²⁺ and HCO₃⁻ + SO₄²⁻; (d) Ca²⁺ and SO₄²⁻; (e) log (SiO₂) and log (Na⁺/H⁺); (f) log (SiO₂) and log (K⁺/H⁺).

Fig. 6. δ³⁴S isotopic composition of water samples from the study area.

研究成果对于完善武功山地区的地球化学和同位素数据库，明晰整个武功山地区地热水的成因机制及促进地热资源开发利用具有重要意义。

引用格式：WANG Luyao, LIU Kai, MA Yan, ZHANG Yaoyao, TONG Jue, JIA Wuhui, ZHANG Shouchuan and SUN Junliang. 2024. Geochemical and Isotopic Techniques Constraints on the Origin, Evolution, and Residence Time of Low-enthalpy Geothermal Water in Western Wugongshan, SE China. Acta Geologica Sinica (English Edition).