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)域地熱地質資料，初步揭示了珠江三角洲地下熱水化學組分的物質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，主要認識包括以下幾個方面：

（1） 珠三角內陸和沿海地區(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）；而內陸地熱水表現出低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，而內陸熱水中Sr源自花崗巖類巖石和片麻巖以及淺部地下水。