珠江三角洲（簡稱珠三角）地區(qū)位于我國東南沿海地熱富集帶，地熱資源開發(fā)利用歷史悠久，但人們對這一地區(qū)地熱水的來龍去脈還缺乏系統(tǒng)性的認識。最近，深圳大學土木與交通工程學院黃少鵬教授團隊通過對大量天然泉水、溫泉和鉆孔熱水樣品（采樣點位置見圖1）的化學成分和同位素比值的分析，揭示了地熱水的年齡（滯留時間），計算了地熱水的補給高程和循環(huán)深度，探索了地熱系統(tǒng)中鹽度、溶解性硫酸鹽、二氧化碳、硼、鍶的主要來源，結合區(qū)域地熱地質(zhì)資料，初步揭示了珠江三角洲地下熱水化學組分的物質(zhì)來源和地下熱水與巖石之間的反應過程，為深入理解珠三角水熱系統(tǒng)的水源和熱源及其循環(huán)演化提供了新的證據(jù)，主要認識包括以下幾個方面：

（1） 珠三角內(nèi)陸和沿海地區(qū)的地下熱水分別歸屬重碳酸鹽型和氯離子型的不同水化學類型，這是內(nèi)陸地區(qū)地下熱水與地表冷水混合、沿海地區(qū)地熱水與海水混合的結果，內(nèi)陸地區(qū)出露的溫泉水中地下冷水的混入量高達84%，而沿海溫泉中海水的貢獻高達37%；

（2） 珠三角水熱系統(tǒng)的熱水主要來源于山區(qū)地表大氣降水，地表水中含有一定量半衰期大約為5730年的放射性碳同位素14C，即進入地下地表水中的14C含量每5730年減少一半，通過測定14C的含量可以計算出地下熱水在地熱系統(tǒng)中滯留的時間，分析結果表明，珠三角地下熱水的最大“年齡”為2萬年（地質(zhì)上稱為晚更新世）。

（3） 大氣降水的補給區(qū)多分布在珠三角北部海拔高程在300-760 m的低山區(qū)和丘陵區(qū)，地熱水的循環(huán)最深可達3200-4800 m；基于地球化學溫標、水文地球化學模擬以及硅-焓混合模型估算了珠三角水熱系統(tǒng)深部的熱儲溫度，即104-156℃。

（4） 碳穩(wěn)定同位素（13C）及水化學分析表明，珠三角地熱水中CO2主要來源于土壤CO2和碳酸鹽巖溶解（圖2a,b），可能還有少量幔源CO2輸入；硫同位素（34S）及水化學分析揭示了地熱水中硫酸鹽來源的復雜性，包括蒸發(fā)巖（膏鹽層）溶解、大氣硫輸入、海水混合以及花崗巖中黃鐵礦的氧化（圖2c）。

（5） 地球化學行為比較保守的元素Cl和Br受水-巖作用的影響較小，因此可用于指示地下水的鹽度來源，分析結果表明，珠三角水熱系統(tǒng)中地熱水的鹽度具有多重來源，即海水、大氣降水以及海水蒸發(fā)過程中巖鹽的少量溶解（圖2d）。

（6） 珠三角沿海地熱水具有高δ11B、低87Sr/86Sr特征，受到海相碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖溶解以及海水混合作用控制（圖3a,b,d）；而內(nèi)陸地熱水表現(xiàn)出低δ11B、高87Sr/86Sr的特征，是熱水與中生代花崗巖和/或前寒武紀片麻巖之間的水-巖反應及淺層地下水混合造成的（圖3c,d）。

（7） 珠三角水熱系統(tǒng)的演化及水文地球化學循環(huán)主要受水-巖反應過程、混合作用、蒸發(fā)結晶過程以及人為污染等因素控制。

上述研究成果已經(jīng)以深圳大學博士魏正安為第一作者相繼發(fā)表在國際主流地學期刊Journal of Hydrology: Regional Studies（共同通訊作者為深圳大學黃少鵬教授和中國地質(zhì)大學（北京）王成善院士）和Journal of Geochemical Exploration（共同通訊作者為魏正安博士和黃少鵬教授），深圳大學土木與交通工程學院為第一完成單位。這項研究受國家自然科學基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金重點支持項目（U20A2096）、國家重點研發(fā)計劃（2019YFC0605405）和國家自然科學基金面上項目（52174083）聯(lián)合資助。

論文信息：

[1] Zhengan Wei, Shaopeng Huang*, Jiangwan Xu, Chao Yuan, Min Zhang, Chengshan Wang*. 2024. Geochemical evolution of geothermal waters in the Pearl River Delta region, South China: Insights from water chemistry and isotope geochemistry. Journal of Hydrology: Regional Studies 51, 101670. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2024.101670

[2] Zhengan Wei*, Shaopeng Huang*, Chengshan Wang. 2024. Geochemistry and sources of boron and strontium of geothermal waters from the Pearl River Delta region, South China: Implications for water-rock interactions. Journal of Geochemical Exploration 262, 107492. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2024.107492

圖1珠江三角洲地區(qū)地質(zhì)圖及采樣點分布

圖2（a）珠三角地熱水中14C含量與HCO- 3濃度之間的關系，（b）14C含量與δ13C之間的關系，揭示了地熱水中CO2含量主要受土壤CO2和碳酸鹽巖溶解控制；（c）SO2- 4含量與δ34S之間的關系，闡明了地熱水中硫酸鹽的富集機制，即蒸發(fā)巖溶解、大氣硫輸入、海水入侵以及花崗巖中黃鐵礦的氧化；（d）Cl-濃度與Br-濃度的關系，揭示地熱水中鹽度的來源，即海水、大氣降水以及海水蒸發(fā)過程中巖鹽的少量溶解。

圖3（a）珠三角地熱水中Cl與B之間的相互關系，（b）1/[B]與δ11B的相互關系，揭示沿海地熱水中硼的海相成因（海相碳酸鹽巖、蒸發(fā)巖、海水）和內(nèi)陸地熱水中硼的非海相成因（地下水混合、花崗巖和/或片麻巖）；（c）87Sr/86Sr與1/[Sr]的相互關系以及（d）87Sr/86Sr與δ11B間的相互關系，揭示沿海地熱水中Sr源于海相碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖溶解以及海水，而內(nèi)陸熱水中Sr源自花崗巖類巖石和片麻巖以及淺部地下水。