[发明专利]一种基于硅同位素分馏关系恢复热储温度的方法

权利要求书

1.一种基于硅同位素分馏关系恢复热储温度的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、硅同位素采样和预处理；步骤2、判断硅同位素平衡的条件及SiO₂温标计算公式的条件；步骤3、计算SiO₂平衡浓度，计算SiO₂温标；步骤4、分析SiO₂温标的地质意义；

所述步骤1包括以下步骤：步骤1.1、水样采集及预处理；步骤1.2、与采集水对应的沉积物样品采集和预处理；

所述步骤1.1包括如下步骤：通过洁净的塑料桶采集温热泉，保存在洁净的20-50L聚乙烯桶中并于当天回到室内后立即过滤；溶解态样品采用孔径0.45μm的洁净醋酸纤维膜或孔径0.4μm的聚碳酸醋膜过滤；取250ml-5L滤液储存在洁净的聚乙烯瓶中，并用两次亚沸蒸馏提纯的盐酸酸化至pH＝2后避光保存，或光谱纯HCl酸化，用作水样硅同位素分析；未酸化的过滤液250ml-1L作为分析水中阴阳离子组成的样品；

所述步骤1.2包括如下步骤：采集与热水对应的沉积物样品，按照沉积物颜色、颗粒形态、胶结程度、组成分别取样装入样品袋并编号，每袋样重1-2kg，送实验室；实验室将沉积物样品用定性滤纸过滤，并用高纯水洗去沉淀物中的杂质，收集最后过滤物为Si同位素分析用固体样品；

所述水、沉积物的Si同位素分析精度需优于0.01‰；

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1、硅同位素平衡判断

由于热水溶解硅SiO₂及对应沉积物中SiO₂的Si同位素值-δ³⁰Si×10^-3远远小于1，通用的同位素分馏系数公式(1)可简化为公式(2)，具体如下：

10³Lnα_沉-液＝δ³⁰Si_沉-δ³⁰Si_液 (2)

(1)、(2)式中，δ³⁰Si_沉—沉积物中SiO₂的Si同位素值，单位为‰；δ³⁰Si_液—采样水中溶解硅SiO₂的Si同位素值，单位为‰；α_沉-液—采样水-沉淀物中SiO₂的Si同位素分馏系数，无量纲；

以公式(2)中δ³⁰Si_沉为Y轴，δ³⁰Si_液为X轴作图，如得到斜率接近1的拟合直线，表明热水-沉积物处于同位素平衡状态，可以用瑞利分馏公式进一步计算SiO₂平衡浓度；

步骤2.2、SiO₂温标计公式条件判断：

采样水温不大于90℃，且符合同位素平衡分馏条件，可采用硅同位素瑞利分馏公式计算SiO₂平衡浓度；

当预测的热储温度为120-180℃可采用石英温标，110℃时采用玉髓温标计算热储温度；

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3.1、硅同位素平衡判断

根据同位素瑞利分馏公式，推导计算公式如下：

热水SiO₂溶解-沉淀的瑞利方程为：

R/R⁰＝f^α沉-液-1 (4)

式(4)中，R为溶液中剩余的Si同位素比值，R＝(³⁰Si/²⁸Si)_{剩余溶解硅}；R⁰为反应前溶解硅SiO₂中的硅同位素比值，R⁰＝(³⁰Si/²⁸Si)_{初始溶解硅}；f为与初始溶解Si相对应的剩余溶解硅的份数；α_沉-液为SiO₂沉淀-溶解过程对应的同位素分馏系数；

如果以代表任意瞬间以前产生的SiO₂的Si同位素平均比值³⁰Si/²⁸Si，则根据质量守恒原理有如下公式：

由(4)、(5)式联立，可得：

式中，即沉淀硅相对于剩余溶解硅的δ³⁰Si值；同位素分馏系数公式如下：

δ³⁰Si×10^-3远远小于1，(8)式可简化为下式：

10³Ln(α)＝δSi_沉-δSi_液 (9)

根据(8)、(9)式可得下式：

δ³⁰Si_液＝δ³⁰Si₀+εLnf (10)

(8)～(10)式中，δ³⁰Si_液为残余溶液中SiO₂的Si同位素值；δ³⁰Si₀为未发生沉淀时溶液中SiO₂的Si同位素值，即平衡值；ε＝10³Ln(α_沉-液)；

当热水与沉积物中SiO₂处于Si同位素平衡时可以公式(10)计算SiO₂平衡浓度；

(10)式中，δ³⁰Si_液—采样水中SiO₂的Si同位素值，单位为‰；δ³⁰Si₀—处于溶解-沉淀平衡状态时水中SiO₂的Si同位素值，单位为‰；α_沉-液—采样水-沉淀物的Si同位素分馏系数，无量纲；ε＝10³Lnα_沉-液；f—采样水中溶解SiO₂浓度与达到溶解-沉淀时水中溶解SiO₂浓度之比值，C_液为采样水中溶解SiO₂分析浓度，C₀为溶解SiO₂平衡浓度，单位均为mg/L；

根据(3)式，以分析的δ³⁰Si_液为Y轴，ε为X轴作图，得到拟合直线斜率为Lnf，根据f值可得到水中SiO₂平衡浓度；

步骤3.2、SiO₂温标公式条件判断和SiO₂温标计算

预估所要计算的深部热储温度范围和使用条件，按照公式(11)计算热储的石英温标：

(11)式中，T—绝热冷却条件下计算的石英温标，单位℃；Si—水中溶解SiO₂浓度，单位为mg/L；

将计算的SiO₂平衡浓度带入(11)式，可得出绝热状态下的石英温标；

所述步骤4中，对比K-Na温标、地温梯度估算温度，以及地球化学图解温度，结合地质条件，分析本法计算出的SiO₂温标意义。