文摘

研究区,尼尔盆地(中欧),特点是高热流和低焓地热水域的存在。塞格德的地热系统(匈牙利),在中新世到上新世砂岩含水层Na-HCO居多₃观察碳酸型热水,不必要的扩展。母岩组成的一个综合方法和规模矿物学和岩相分析以及水化学导致更好的理解特征的自然(地球成因学的)环境条件地热含水层和强调技术的重要性。储层砂岩的分析显示,它们是矿物学的不成熟混合carbonate-siliciclastic岩石重要的大孔隙度。碎屑碳酸盐岩颗粒白云岩和灰岩等碎片出现重要框架组件(~ 20 - 25%)。在水岩相互作用,他们可以作为一个潜在来源的钙和碳酸氢根离子,有助于提升扩展的潜力。因此,该砂岩含水层不能被认为是一个传统的硅质碎屑的水库。在泥岩中,也会发生大量的有机物质,引发有限公司₂产生反应。相应地,草莓状黄铁矿和铁方解石是主要的水泥矿物的研究砂岩样品可以表明,方解石饱和状态的热流体在缺氧孔隙水接近平衡状态。分析的主要碳酸盐晶体的规模可以表明增长羽毛树突low-Mg方解石可能是由快速有限公司₂脱气的有限公司₂在远离平衡的条件下丰富的热水。基于水文地球化学数据和相关指数扩展和腐蚀能力,生成的bicarbonate-rich (3180 mg / l)热碳酸水有很大的潜力扩展支持上述声明。考虑我们目前的知识,研究地热系统的地质背景,时间改变化学成分和温度的热水加热期间可以从深层含水层表明流体上涌。关于pre-Neogene地下室,水文与三叠纪碳酸盐含水层可能反映在观察到的化学特性,比如减少总溶解固体和碳酸氢盐含量与高结垢能力增加。basin-derived提议向上流的水可以引导新第三纪到第四纪断层区,包括压实效果创建断层系统高架地下室上方高。结果可能有助于理解碳酸盐尺度降水率高的原因在地热系统利用砂岩含水层。

1。介绍

地热系统常常为复杂流程的交互讨论其他地方(1]。因此,地热勘探越来越关注广泛的多学科集成的数据从生产工艺到水文地球化学和地质研究[1- - - - - -8]。不幸的是,许多地热安装(如热液级联系统)面临不必要的扩展等重要业务挑战伴随高温和高盐度水域开发和天然气深井的内容(6]。一般特征的尺度取决于自然条件(如地质背景、储层类型、理化性质、水文地质和水化学特性)以及人造的(例如,井深、流量、操作压力、衬底材料,和生物过程的影响)(5- - - - - -8]。

作为一个规模组件,碳酸钙(CaCO₃霰石,和/或方解石)降水普遍在低收入moderate-enthalpy地热设施利用石灰石和白云石含水层(6,7]。尽管塞格德地热的含水层系统(SE匈牙利、匈牙利平原)传统上被认为是硅质碎屑的人(主要是非常细,细粒度砂岩)Na-HCO居多₃类型热水(3,9],相对较高的碳酸盐沉积率一直在观察尤其是规模生产井之间的管道及其缓冲罐(7]。塞格德,建设一个新的供热地热系统在进步(图1;h -井和2),所以地热水库更好的描述是必不可少的了解这个地区的水岩相互作用。

最近,一些报纸报道的人造(技术/操作)影响供热地热系统在塞格德2- - - - - -4,7]。此外,在匈牙利平原水文地质和水化学条件广泛应用先进的地球化学方法研究[9- - - - - -18]。Miocene-Pliocene地热储层砂岩的矿物和micropetrographic特性研究领域和相关信息扩展潜力,然而,在文献中没有得到太多的关注。

在这项研究中,我们从矿物学和岩相分析包括特定站点数据的h -砂岩和泥岩样品收集的探索(图1)来描述特征的自然(地球成因学的)环境条件地热含水层和强调技术的重要性。此外,对应于一个水库的非常规方法sandstone-thermal水三元系统中,矿物和岩石特性描述的尺度也获得一些操作流程的信息。为了更好地描述特定场地水岩相互作用,提出了一般的水文地球化学特征(例如:温度、pH值和溶解固体的浓度)和扩展属性的热水在塞格德经营的生产井。结果可能有助于理解碳酸盐尺度降水率高的原因在地热系统利用砂岩含水层。然而,重要的是要注意,这超出了本文的范围手稿讨论人为的影响(例如,成核和晶体生长机制与腐蚀过程,造型流-固耦合)。这是解决在早期独立的论文和正在进行的项目的其他研究团队2- - - - - -5,7,8]。

2。背景

2.1。塞格德地热系统

大量研究表明,地热水域在匈牙利东部南部(尼尔盆地,中欧)主要是在深度0.8 - -2.4公里的表面温度40 - 98°C, Na-HCO₃类型和溶解气体(特别是CH₄和有限公司₂)和总溶解固体(TDS) 2 - 4 g / l。一般来说,他们是来自上层中新世到上新世沉积单元(砂岩、粘土和粘土质泥灰土)(3- - - - - -5,9,14,19]。

塞格德,位于匈牙利平原的南部,有一个最大的两个级联系统操作地热系统在匈牙利塞格德和Ujszeged区(市区)提供的热量来几家大型公共建筑(图1)。热水年产量是~ 300000 - 320000 m³。地热能源的使用已经有很长的历史在塞格德热水也可以用于医疗目的,在著名的温泉浴疗法如“安娜Furdő”(安娜;52°C,深度:944,钻井日期:1927;TDS: 2809 mg / l)和“NapfenyfurdőAquapolis”(多拉我70°C,深度:1551,钻井日期:1958;朵拉二世80°C,深度:1706;TDS: 3169 mg / l) (3,4,19]。

根据公布的数据(3,4),加热系统都是由自己的(生产井泵压力:5 - 8条)生产流体温度为92 - 95°C (TDS: 2500 - 3000毫克/升)。塞格德的市中心(图1),生产井(b - 415) 1999米深,筛选1727至1914米。在Ujszeged,生产井(b - 748) 1937米深,筛选1733至1878米。油井泵直接水热转移到缓冲罐,脱气(~ 1条)。为了保持油层压力,处理heat-depleted流体以环保的方式,热水注入到地下2层通过回注井在每个位置(总回注井深度b - 745 b - 746 b - 747,和b - 748是1396米,1750米,1740米,1225米,分别)。

上述两个热圈供应~ 80%的建筑物(如诊所、百货大楼,和宿舍)大学的塞格德和地方政府的某些建筑物(如医疗诊所1号,塞格德游泳池)。这些系统替代天然气的数量290万米³一年发电能力为8.9兆瓦_th和减少CO的排放₂由约5900 t,代表城市有利于健康的一个因素。多亏了这个大学的塞格德达19^th在欣赏绿色大学的世界排名(3,4]。

2.2。地质背景

Neogene-Quaternary尼尔盆地是一个大型的,从东到西约600公里,由北至南500公里,rift-related张性盆地系统在中欧,上覆下第三系盆地,白垩纪大高山褶皱带的折叠和手臂。弧后盆地,其开放是由不同的构造过程控制和低角度的扩展是通过一组表现正常,走滑断层导致几个洼地的形成,由上升地下室块(20.- - - - - -25]。其中一个地下室高点是所谓Algyő塞格德和尖吻鲭鲨槽(图之间的高2(a))。塞格德区域设置为高于Algyő高的结构仍在争论它的地层细分以令人满意的方式(不知道22- - - - - -25]。传统上,研究区域的pre-Cenozoic地下室属于Codru推覆体系统,提萨河mega-unit [22,23]。另外,结晶基底的部分Algyő高被包括到Biharia推覆体系统,达契亚mega-unit [24,25]。根据后者的解释,是一个高山剪切带(Codru / Biharia埋联系)在地下室Algyő块(图2(b))。

Algyő高是由变质岩(如片麻岩、云母片岩、角闪岩)和复杂的内部结构,上层古生代降低三叠纪硅质碎屑的形成以及中三迭世浅海泥岩和碳酸盐(图3)。在当地的岩相层序,Anisian-Ladinian碳酸盐岩被归类为塞格德由角砾白云岩的形成,特点是深灰色的白云石序列在复杂的结构位置23,26,27]。这些沉积物沉积在一个巨大的斜坡系统在欧洲大陆板块南缘和北部大陆架的特提斯海和完全被fabric-preserving或fabric-destructive白云石化过程中多个白云石化集。岩石的形成作为良好的蓄水层和油气藏的匈牙利在这个地区重要的油气生产(27]。

高救援地形起伏的地下室被海洋覆盖的一部分在中新世(即。,20 Ma)和让位给密集但截然不同的沉积环境(28- - - - - -30.]。历来认为尼尔盆地是断开连接的蒸发盆地的一部分,但大规模Badenian (13.8 Ma)蒸发岩(岩盐和硫酸盐),表明过饱和的盐水底部水,最近发现在匈牙利平原。不同的场景提出可以解释所谓微咸萨尔马提亚人可能是超级或生理盐水局部在这个领域31日]。

潘诺尼亚的盆地最有可能成为一个孤立的咸水湖泊ca。10马前和所谓的湖Pannon持续大约7 - 8最高产量研究。在晚中新世和上新世早期,paleo-Danube和paleo-Tisza河流逐步填补它与周围的山脉,碎屑物质来源的最厚的创建一个新第三纪陆相沉积序列在欧洲(28]。中央和最深的(平均厚度:2 - 3公里,本地~ 7公里)抑郁症的尼尔盆地是伟大的匈牙利平原,包括研究塞格德区域(图2),其中的大部分沉积物累积(28- - - - - -30.,32]。根据最近的计算(33),湖泊的水深超过1000米的最深的次盆地。

沉积物从Alpine-Carpathian源区域部分积累在平伏的形态Pannon湖的架子上,而他们的其他部分通过斜率和沉积在深盆的地板上28- - - - - -30.,33]。跨代的同时代的沉积反映了沉积和横向变量构造(图4)。Lithostratigraphically, Endrőd泥灰岩是一个远端泥岩和上覆Szolnok形成包括深水浊积砂岩,脚趾的沉积斜坡和盆地。Algyő形成主要是粉砂质泥岩,沉积在斜率,而Ujfalu代表堆叠形成三角洲叶表面Zagyva冲积矿床的形成(28- - - - - -30.,32]。据最近发表的一篇文章(33),相关的重要的压实新第三纪沉积物的厚度横向变化创造了nontectonic正断层偏移和折叠。

低焓地热地区水域的存在被认为是由于高热流在中新世发生扩展导致岩石圈变薄。在新第三纪扩展,ca的热流率增加。30 mW / m²110 mW / m²。塞格德周围的温度梯度计算井67°C /公里上滇池流域盆地(< 3000)[15,34,35]。

2.3。水文地质和水文地球化学概述

水动力地,公认的孔隙压力对应区域,尼尔盆地可以划分为两个主要流动机制:(i)上,gravity-driven,和无侧限流系统;(2)较低,超压(40 MPa在静水压力),和限制制度10,11,19]。最重要的特征之间的过渡区超压和正常压力液压机制是其广泛的变量深度在200和1700之间。无侧限的潜在领域之间的过渡和限制区域可能逐渐深水槽或逐步突然。后者的变化与地下室高点和他们的侧翼。重要的是要注意,向上流动的垂直分量是均匀的超压区(10,11,13]。

在沉积盆地内,结构不连续性、断层和裂缝等区域,也可能效果沉积窗户,优先通道液压耗散和流体迁移的区域局限于自由的政权。因此,超压带与上层液压连接,gravity-driven区(11]。此外,一个强大的水力关系pre-Cenozoic地下室和上覆新第三纪序列是由几位作者还建议12,33,36]。根据水泥地层和成岩的观察证据(12,37)和地震研究专注于导电的缺点,横切上述形态也呈现(36,38]。这些缺点可以作为basement-derived盐水水域的迁移途径(36)以及碳氢化合物(33,37]。

匈牙利平原的地下被分为六个区域hydrostratigraphic单位是:pre-Neogene隔水层,pre-Pannonian含水层,Endrőd弱透水层,Szolnok含水层,Algyő弱透水层和含水层镜头,和伟大的平原(Nagyalfold)含水层9,11]。相对应的Szolnok含水层,Szolnok形成(图4),是一个循环交替的合并砂岩,粉砂岩,粘土质泥灰岩层,而伟大的平原含水层是由疏松的砂和粗碎屑岩,属于Ujfalu和Zagyva地层。整个多孔透水框架可以视为匈牙利平原的地区和cross-formational液压连续体(10,11]。尽管一些研究证明水力联系的主要流动制度,详细信息之间的水交换地下室上部含水层,特别是他们的断层相关水化学进化,几乎是缺乏研究区。

尽管上述液压连续,尼尔盆地被认为是一个大型非均匀流多层系统(图5)在相关水文地球化学研究[9,15- - - - - -18]。基于化学因素,包括同位素和空间变异性的溶解组件,截然不同的水体被确定。在潘诺尼亚的晚中新世沉积物,对应Szolnok含水层和Algyő含水层镜头,地下水与Na-Cl - Na-HCO几乎停滞不前₃类型的地球化学(> 2500;TDS > 6 g / l) (9,14,15]。潘诺尼亚的/蓬蒂边界被认为是一个区域的底部流动系统(15]。Sodium-HCO₃类型形成水域paleometeoric /大气起源在中新世到上新世晚期沉积物存在,对应Ujfalu Zagyva含水层。水最深的位置,然而,混合物paleometeoric水域和深水挤出厚序列的细粒度潘诺尼亚的沉积物(Algyő弱透水层),底层Ujfalu热水含水层(15- - - - - -18]。更新世至全新世陆地沉积物,这取决于主导粒径分数,包含Na-HCO₃类型(细粒度层)和Ca / Mg-HCO₃类型(粗粒度的床)水域15,16]。

重要的是要注意,上述Na-HCO₃类型水含有大量溶解的有机物(如腐殖质物质,甲烷和短链脂肪酸阴离子)。在研究区,不同的多环芳烃(多环芳烃)比65°C[温暖水域的特点15,17]。另一方面,匈牙利平原是主要的传统石油产地在匈牙利地下室高点也新第三纪盆地充满一种已经被证明的经济价值。此外,大量的浊积岩床的油气藏报告中新世Szolnok形成的盆地,主要在地下室结构陷阱上面高点(29日,39]。

3所示。材料和方法

3.1。抽样和方法论

储集岩特征,h - 1探索核心样本(图1)检查一般岩性和沉积结构。深井钻是热的水勘探在2017年。可用3的核心部分从深度采样间隔1620,低于海平面1800米,对应Ujfalu Algyő的形成,并被详细的矿物(x射线粉末衍射,XRPD)和岩相研究(图S1)。Micropetrographic调查20日完成薄片与blue-dyed浸渍环氧树脂的矿物学、地球化学和岩石学,塞格德大学。为了区分方解石、白云石和铁变体,薄片是沾染了茜素红s和铁氰化钾作为被迪克森(40]。此外,在选定的砂岩样品,阴极发光显微镜(CL)也是由Reliotron七冷CL型设备操作在8 - 10 kV和0.6 mA。

为了讨论流体(水热/气体)和固体(储集岩/规模)相互作用,一般的水化学数据(例如,流体化学、气体含量、T和pH值)从可用报告两个地热的设施。热水从管道恢复或接近井口。每个组件在水中溶解的浓度和酚指数测定是在匈牙利的标准,在数字MSZ 1484 - 3:2006和MSZ 1484 - 1:2009,分别。测量了认可的实验室,即使用PerkinElmer Aqualabor有限公司(塞格德),最适条件8000 ICP-OES设备。作为第一步,Langelier和Ryznar稳定指数(分别LSI和肢体重复性劳损症)41)也计算为每个井一起Ujszeged地区供热系统的与时间相关的模式来确定热水域的缩放和腐蚀条件。Ujszeged地热串级系统的地区,水化学记录是在加热段2017 - 2018(从10/15/2017 04/15/2018)。

摘要大规模集成电路和肢体重复性劳损症是用来确定基本的扩展能力和/热水,腐蚀电位。从碳酸盐平衡指数计算基于温度、pH值、TDS,碱度(与HCO的浓度几乎相等₃⁻在这个化学系统)的状态值,以及钙离子的浓度(Ca^{2 +})。如果LSI小于零,水不饱和碳酸钙,因此比例是不可能的在平衡(LSI = 0)。另一方面,规模可以沉淀如果LSI高于零,对应于过饱和条件。随着大规模集成电路的增加价值,扩展潜在的增加。肢体重复性劳损症是指缩放和腐蚀。如果小于6.2,规模将形成但腐蚀不能发生,而如果超过6.8,水是积极的41]。

两个研究地点选择和代表scale-fragment样本通过矿物学和岩石的方法进行调查。总数20矿物沉淀为本研究收集。尺度采样来自地热级联系统的不同部分Ujszeged地区遭受的问题积累碳酸盐物质形成内部管道(衬底材料:碳钢、标准号St37.0),尤其是在靠近缓冲罐(样品G-03和G-04),和内部生产设施等内部缓冲罐的表面,水过滤系统(粗:3毫米;好:80μ米),泵(如泵密封圈、叶片泵和过滤器;基材:耐酸钢,合金元素:铬、镍;标准数量MSZ KO33)机舱(G-05-G-09样品,11人,G-23-G-30)。关于其他级联系统(市区),样本规模从管道和井口之间的缓冲罐(g - 10样本)。碳酸盐规模样本嵌入在环氧树脂、切割、抛光的矿物学、地球化学和岩石学,塞格德大学获得标准岩石薄片。

为了提供一个更详细的岩相学,除了标准的薄片显微镜,荧光和CL(如上所述)显微镜也进行了。Micropetrography使用奥林巴斯BX-41显微镜和荧光显微镜进行配备高压汞柱灯和过滤集到紫罗兰(400 - 440 nm)和紫外线激发(360 - 370海里)。此外,大部分矿物组成代表样本规模也决定使用XRPD下面描述的细节。

3.2。XRPD测量岩石和规模为主要特征的方法

大部分测定矿物组成和特征分离的< 2μm粒径(粘土)分数10 h -井是由XRPD核心样本。均质岩石芯片停飞和粉玛瑙研钵磨(< 2分钟时间/样本)。大部分fabric-selected矿物学和粉样本规模,相应的宏观特征(如颜色、分带),也是决定。约10克的代表样本规模是溶解在稀醋酸(10卷%,24小时在室温下)来描述不溶残渣。代表样本测量由Rigaku创世纪4 x射线衍射仪使用旋转样品持有人(仪器参数:Bragg-Brentano几何,CuKα辐射,石墨单色器,正比计数器,散度和探测器缝2/3在50 kV / 40°马3到70°2θ与测角仪步骤1°速度/分钟和步骤宽度0.05°)的矿物学、地球化学和岩石学,塞格德大学。的定性评估XRPD光谱是由Rigaku PDXL 1.8软件使用ICDD (PDF2010)数据库。半定量的矿物组分确定基于参考强度比率(RIR)方法。碳酸盐矿物的成分估计之间使用经验曲线值和组合calcite-dolomite固溶体系列(42]。域(微晶)的结垢物质被谢勒计算方程后移除工具扩大(43]。样品的衍射图样由不溶残渣不给可评价的山峰,表明非晶的优势(或短程有序)与待定阶段组成。因此,没有进一步讨论有关他们在这项研究中提供。

粒度分离粘土分数分析是通过反复超声抗絮凝作用和重力沉降用斯托克斯定律。高度面向XRPD幻灯片3毫克/厘米²密度是由重复的沉降分离粘土分数标准玻璃样品持有人。脱水和乙烯glycol-solvated准备扫描在45 35 kV / mA,从2至50°2θ与测角仪步骤1°速度/分钟和步骤宽度0.1°。随后,支架治疗在350和550°C和测量后存储在干燥器。半定量的成分的粘土分数估计后摩尔和雷诺兹的建议(44]。

4所示。结果与讨论

4.1。岩心描述、矿物学和岩石学

使用放大镜和图表视觉估计的粒径,研究核心样本可以分为两组,即sand-rich样本(非常细,细粒度砂岩)和泥质(泥岩);也罕见的煤层发生(数字S1和S2)。研究了储集岩的矿物组成组总结表1。基于大部分矿物学(表S1),可以归类为粉砂岩泥岩,粘土质泥灰岩、白云质泥灰岩、粘土岩(白云石和钙质),和含煤页岩。在下部的h(1700 ~),泥岩包含一个稀疏的大型生物(薄壳Paradacna abichi,桑德尔Gulyas珀耳斯。通讯),反映了微咸水和三角洲斜坡沉积相(图S3)。

大部分岩石样品的矿物成分非常相似,但有些差异出现在的相对丰度阶段(图6)。一般来说,石英,10阶段(伊利石±云母),和白云石是主要的组件,而斜长石(可能albitic),方解石,14个阶段(绿泥石±蛭石±蒙脱石或高度设置混合层阶段),7(高岭土)阶段,钾长石是次要的成分。一些样品有极高的10个阶段(伊利石±云母;50 - 60%)而另一些非常丰富的碳酸盐矿物(方解石和白云石≈30 - 40%)或斜长石长石(10 - 20%)。一个核心样本(样本1/7;表S1)有一个独特的矿物学特征;它含有高岭石为主要成分,并可检测黄铁矿的内容。

为了确定三方晶系的碳酸盐矿物的化学计量学,间隔了散装XRPD模式的样本。方解石的情况下的显示了一个相当价值的均匀分布 ( )这表明近化学计量成分与< 2 - 3%(摩尔)MgCO₃内容。的值的白云岩研究沉积物同样显示接近化学计量组成( ; )有百分之几毫克^{2 +}缺乏(表S2)。

对于粘土分数,样品由伊利石成为主流±白云母。然而,14粘土分数的阶段是一个重要的组成部分。它可以确定为绿泥石由于其行为与乙二醇溶剂化作用后和后续热处理。高岭石的通常是一个较小的组件,但两个泥质样本相对富含高岭石(10 - 20%),表明钾长石水解。另一方面,一个高度扩张阶段可以被确定为蒙脱石与~ 17基反射,但更准确的描述和量化无法实现,因为它弥散峰表明贫穷在大多数样品的结晶度。然而,被证明是一个次要的成分分析粘土分数的比例高达5 - 10%。微量的石英、方解石和白云石在所有分析样品检测(图S4)。

泥岩样品的最引人注目的micropetrographic特性是沉积有机质的共同存在和密集的球形骨料(草莓状)微小的黄铁矿晶体(图7)。彩色薄片的岩相分析表明,中等至分选好的砂岩样品矿物学的不成熟。他们是变量组成的混合carbonate-siliciclastic岩石和大量的mono -和多晶石英颗粒,新鲜弱改变长石组成(斜长石和钾长石),云母(莫斯科、黑云母)、绿泥石、粘土、碳酸盐岩屑颗粒(数字7和8)。变质岩和火山岩片段也出现在一个不值得考虑的。碎屑碳酸盐岩颗粒如白云石、石灰石、稀有生物碎屑(如双贝壳)片段是重要的组件(~ 10 - 25%)。此外,还有一些副矿物锆石等电气石、金红石、石榴石,不透明的谷物。polymictic和高度成熟的碎屑成分反映了当地来源的重要性(例如,回收废物来源于侵蚀intrabasinal地下室高点)在Ujfalu和Algyő沉积物的沉积。一些先前的研究32,37)也表明碳酸(白云石、石灰石)源组件在底层上中新世地层(Szolnok和Endrőd)。

值得注意的是研究的核心部分,一个重要的大孔隙度(~ 5 - 25%)砂岩和砂质粉砂岩样品的观察;然而,胶结在本地可以无处不在。减少颗粒间的孔隙度是最丰富的类型(数据7和8)。没有证据表明扩大/大号的粒间孔隙被发现。然而,晶内的次生孔隙度也可以发现在部分淋滤长石组成。这个结果和以前的观测是一致的,这表明有效帕尼尔储层砂岩的孔隙度可以达到22 - 25% (19,37]。

上述矿物数据反映,高岭石粘土矿物水泥由长石蚀变阶段可以偶尔形成与大气水的涌入12,19,37];然而,这是一个较小的组件。早期成岩nonluminescent碳酸盐与变量铁含量是主要研究水泥在所有的粉砂岩和砂岩样品。此外,草莓状黄铁矿水泥比方解石沉淀也会发生。碳酸盐岩染色显示,大部分的研究样本包括铁方解石(铁方解石)水泥,淡紫色的颜色,显示在一个高度不规则分布。只有少数孔隙充填碳酸盐晶体显示蓝色的颜色染色后,的小数量的铁白云石和/或铁白云石为自形的(rhomb-shaped)半形的晶体(图8)。碎屑碳酸盐岩颗粒作为方解石核水泥在大部分的砂岩。水泥晶体的大小控制在部分程度上是由于织物的碳酸盐矿物碎屑颗粒。因此,泥晶灰岩/白云石颗粒微晶方解石生长在第一层的水泥、和晶体成为更大的谷物。另一方面,单一碎屑的石膏晶体有晶石的过度生长。基于之前的研究(37),铁方解石是最有可能的第一个自生体积阶段形成的最重要的水泥类型在底层Szolnok砂岩样本Algyő高。

在浅埋藏成岩作用、孔隙水进行系统性的变化(45]。当孔隙水明显减少溶解氧(< 0.5毫升/ l),低氧地球化学区(包括硝酸盐、锰和铁还原个先后)。此外,在海洋沉积物/微咸,孔隙水含有硫酸溶解和缺乏溶解氧,细菌硫酸盐还原(BSR)可以在浅深度以下几百米深的水沙接口(32,45,46]。在活性铁的存在(例如,Fe-bearing碎屑矿物:黑云母、绿泥石;岩石碎片),铁硫化物的沉淀,水泥早期成岩阶段(即。草莓状黄铁矿晶体的聚合物)是一种常见的过程。此外,增加孔隙水碱度记录从富含有机物存款BSR和黄铁矿形成的影响32,45]。当孔隙水缺乏溶解硫化,过量的铁^{2 +}可以被纳入碳酸盐晶格,形成铁方解石和/或铁白云石、铁白云石水泥阶段(45]。因此,孔隙水成为溶解铁的显著减少^{2 +}和硫化。

4.2。热的水化学

关于热水取样和主要水化学参数、数据生产和回注井列在表中2。所有水域代表Na-HCO₃与变量类型水域TDS内容,从1670年到6350 mg / l。调查生产井表现出高TDS(分别为5430和6350 mg / l),而回注井显示TDS低(< 4640 mg / l)。钠离子是主要的阳离子,从450年到1450 mg / l。的HCO₃⁻是主要的阴离子,从1010到3180 mg / l;Cl⁻是第二个最高的阴离子,从27到420 mg / l。只有生产井的地下水展览可衡量的₄²⁻内容(分别为70和44 mg / l),而溶解和/或硫化气体(h⁻,年代²⁻和H₂年代,分别)内容没有检测到。此外,pH值的范围从7.3到8.5,生产水经常显示高溶解有机物(酚指数:1852 - 2040μ内容g / l)和天然气(甲烷总量:809 - 958 l / m³;有限公司₂:167 - 199 l / m³)。

的含量低到适量的碱土金属(Ca^{2 +}:11.2 mg / l, mg^{2 +}:3.5 mg / l),氯离子(420 mg / l),和硫酸盐离子(70 mg / l)反映碳酸盐溶解的存在,也表明微咸水的毛孔(45,46]。热水域中的总铁含量相对较低(< 2.2 mg / l),尤其是地下水的生产井展览可以忽略不计(< 0.39 mg / l)铁的内容。注意热水化学的变化,如降低一起碱土金属浓度增加铁相关内容在系统操作过程纯粹是人为的环境条件(例如,碳酸盐缩放、腐蚀和生物过程)。它是超出了本文的范围,详细讨论这些技术的影响。

有趣的是,塞格德的两个生产井地热系统相对盐碱地热水域(TDS > 5 g / l),支持他们的扩展潜力。基于hydrostratigraphic目标Ujfalu含水层的位置,这些值明显高于预期的(2 - 4 g / l)。显然,所有的屏蔽层~ 1700和1900之间产生热水中度到高扩展能力因为碳酸氢盐浓度高(3180 mg / l)和相对较高的TDS值(6350 mg / l)。基于LSI的结果,除了安娜,水会形成规模。另一方面,RSI值范围从~ 5到9(表2)。生产井的研究级联系统,RSI值相对较低(< 6.2)也反映了这种规模将形成,而肢体重复性劳损症数据两个回注井与安娜的值表示一个激进的水,所以腐蚀的效果将是巨大的。氯化物含量相对较高(420 mg / l),腐蚀成分,还可以促进钢铁腐蚀的产品可能构成一个有吸引力的结晶基底碳酸盐尺度(6- - - - - -8]。然而,一个案例研究的结果表明,强烈降低氧化还原条件pH ~ 6,高硫、氯、和气体有限公司₂内容与热流体温度过高(> 100°C的含水层)有必要促进高效和快速钢腐蚀(6]。

根据颞Ujszeged的供热系统,测量数据的下降趋势TDS碳酸氢盐含量的波动模式识别(表3),这表明稀释热水含水层的补给筛选部分。现在已知的很长一段时间,迅速冲洗可能发生向下进入Szolnok Algyő上方形成高,上覆Algyő地层砂为主;此外,同沉积断层也可以作为流体运移的通道(11,33,37]。因此,它是可能的,上述特性反映了大气水和/或可能的贡献表明关系的较低的TDS值注入的水(表2),相应的人工环境条件和干扰自然水文地球化学平衡。

基于短期数据2017年,之间没有显著相关性出水量和水化学。然而,水取样后立即淡季(表3第一行)RSI值最高(7.55),反映出的高腐蚀电位死水在生产。相反,2018年~ 3 - 4个月后操作,TDS下降(~ 15%),与此同时碳酸氢盐含量波动一些净增加(~ 10%)。此外,热水温显著增加(从75 ~ ~ 90°C)也被观察到。这些特征可以反映出高温bicarbonate-rich水补给深层蓄水层(例如,三叠纪白云石在研究区含水层),对应于一个开放的地球化学系统。重要的是要注意,这两个指数的计算方解石沉淀研究加热期间。此外,在2018年,低RSI数据(RSI < 5.5 (41)表明,重规模将形成也可以支持在供暖季节改变水文地球化学条件。

4.3。矿物学和岩石特性与遗传方面的材料

研究白灰色是规模的样本可达8厘米厚度之间的管道Ujszeged生产井和缓冲罐代表矿产降雨雪2年,内直径的减少导致的问题(图9)。他们紧凑(F、B1和B3)和多孔(B2)层和薄区划的宏观高度可变厚度,代表季节性(年度)有节奏的增长模式和活动如影响相关期刊运营阶段。这些层经常显示不规则,球形边界和botryoidal-like纹理(数字9和S5)。在市中心的系统,厚(3厘米)的年度规模样本管在生产井和缓冲罐(图显示了非常相似的特征S6)。另一方面,深色居多的天平从设施(如过滤器和泵)在机舱通常薄(mm(范围),层压和纤维沉积(图10)。

矿物学,所有的研究代表规模样本显示统一的Mg方解石组成 ,无论颜色和形态(图的差异11)。根据方解石104反射的特点,一个6 - 7%(摩尔)MgCO₃内容和500 - 600域大小可以被估计。

显微镜下,厚方解石规模样本显示一个典型的序列的区域特点是不同的面料和发光特性。广义序列通常始于一个薄(0.5 - 5毫米)紧凑板组成的清澈,紧密的纤维或刃的晶体(F区;数据12和S6)。破烂的管表面作为第一微小晶体核,相应的在墙上结晶机制(8),和下面的纤维结构可能是有限增长竞争的结果(47]。CL显微镜下,这个板一般nonluminescent或显示了一个非常枯燥,橙色发光(图S6b和c),建议在结晶还原条件。

在研究样本,上述第一板是紧随其后的是几个厚区(B1 B3区;数据9和12)。这些区域形成的规模很大程度上复杂的方解石晶体,通过逐步增加小subcrystals和具有多个分支,对应类型的羽毛树突noncrystallographic的(与模式不符合晶体方向(48,49])。从主分支和分支辐射向外和向上upward-widening字符。因此,天平的内表面显示一个botryoidal-like纹理(数字12和S5-7)。因此,研究树突形态的晶体与他们独特的羽毛分支控制的习惯是竞争增长空间与周边晶体(47- - - - - -49]。树突和羽毛方解石生成的区域通常显示一个沉闷的亮橙色CL(图下发光S7)。有趣的是,一些灌木在这些区域有一个相对较高的内部孔隙度(图12 (e)),因为树枝被安排在一个比较宽松的网络。在这部分的方解石,碎屑矿物(主要是石英、云母和长石)也发生(图S8)。

的厚样本规模Ujszeged地热串级系统,代表两年的沉淀,岩相特征序列显示季节性(年度)重复,和样品可以分为两个主要部分有界的间歇棕色染色和明亮的发光生物膜(B1 / B2边界;数据12 (c)和12 (d))。根据年度的相对厚度区(图9 (d)),稍微提高沉积速率可以建议在过去的供暖季节。这个结果是按照上面讨论水文地球化学条件的变化。此外,主要可以分为若干个结构区,主要依赖人工环境相关的定期(每月/每周或每天)运营阶段。这些个之间的边界通常是由薄(几十微米)黑暗的电影没有可识别的内部结构。根据CL,这些电影经常显示一个明亮的红色发光和轻微的绿色荧光紫蓝色激发下,可能由于其有机质含量。

至于薄(0.8 ~ -1.0毫米),深色的尺度沉淀在机舱设施而言,他们显示一个相对简单的显微组织(图13)。他们是由或多或少的清澈,但经常浑浊的,满满的纤维刃的晶体。此外,多孔树突结构也被观察到。两到三个可以区分薄鳞片与黑暗生物膜层。生物膜可以施加一个被动或主动函数对结垢过程(8];然而,它的范围,详细讨论他们的潜在影响。

观察到的岩石和发光特性的广义增长区域能反映季节(可能每月/每周)的可变性等地球化学参数的氧化还原电位,pH值,受有机物污染(例如,生物膜形成)。锰和铁浓度是最重要的控制因素碳酸盐的阴极发光,和这些元素有不同的氧化还原电位;因此,CL碳酸盐可以用于确定在碳酸盐沉淀(氧化还原条件50,51]。如上所述,在初始阶段的降水,规模一般,清澈的晶体形成nonluminescent或显示暗红色CL,建议稍微还原条件。later-precipitated水泥过度生长(羽毛树突),呈现出明亮的发光,显示丰富的锰^{2 +}方解石晶体的内容但毫不含糊地表明,氧气水平太高了(> 0.5毫升/ l)允许重要的铁^{2 +}存在于水溶液淬火的发光。重要的是要注意,一些进入的氧气可能在脱气的缓冲罐(开放系统)。

根据之前的论文(7,48,49],枝状晶体增长归因于温度等参数的影响,存在各种无机/有机杂质,或过冷液体,导致高水平的过度饱和和随后的快速沉淀。这样的晶体形式通过非生物和生物过程(例如,微生物的存在及其相关生物膜)。方解石晶体生长可以快速:树突在实验室可以在2分钟48]。对于CaCO₃树突,高水平的过度饱和引起的快速脱气有限公司₂从液体pCO高₂通常被推断树突晶体生长条件(48,49]。

方解石晶体树突是方解石石灰华的重要组件,周围形成许多温泉(如冰岛,肯尼亚,和新西兰)(48]。他们的Na-Ca-HCO自然水域₃作文(温度:60 - 99°C;pH值:6.7 - -9.0)不同毫克^{2 +},所以₄²⁻,Cl⁻内容。树枝状方解石沉淀是由快速有限公司₂脱气的有限公司₂丰富的热对CaCO高度过饱和的水₃在降水的时间。此外,溶解毫克可以在晶体形态发生导致更大范围的晶体形态,和从单晶微晶聚合(多晶体的降水)(48,49]。这个解释似乎也适用于研究尺度的方解石树突。类似于温泉系统,可用的矿物学和micropetrographic证据表明low-Mg方解石的羽毛树突沉淀后快速有限公司₂脱气的有限公司₂丰富(有限公司₂:200 - 300 g / m³;HCO₃⁻:3180 mg / l)热水在管道接近缓冲罐有限公司₂脱气是最大的研究系统。

方解石晶体形态发生通常被连接到一个“驱动力”(例如,增加过饱和度和/或过冷)这是一个概念性的测量距离的生长条件的平衡条件(49]。重要的是要注意,树突通常沉淀在远离平衡的条件下(49,52),必须承认事实的解释等分析数据稳定同位素的组成部分。此外,自然热水,石灰华沉积明显证据的低温(~ 13-51°C)非平衡羽毛方解石结晶引起的高有限公司₂脱气也提出了(52]。Micropetrographic分析天平的方解石晶体树突强烈建议这一现象同样适用于自然和人为环境。

4.4。水岩相互作用和热水质

的关键因素控制储层砂岩的孔隙度和渗透率等沉积特征粒径和排序和成岩特征,如水泥和compaction-reduced主要和/或次要孔隙度。在上述因素的影响,矿产水泥含水层的分布对孔隙度的空间变化和至关重要,因此,磁导率。另一方面,占主导地位的水泥类型可以提供卓有成效的水岩相互作用的信息关于自然平衡条件(32,45,46]。最后,我们的岩相分析表明,黄铁矿和碳酸盐(铁方解石居多)水泥的主要成岩矿物研究地热储层岩石。确定水泥阶段表明,方解石和白云石饱和状态的热液体接近平衡状态的死水含水层(45]。支持这种说法nonluminescent (Fe-bearing)镁方解石沉淀结垢的在最初阶段如上所述。

一般来说,离子的主要来源(钙、镁、碳酸氢)海水碳酸盐胶结物,生物碎屑,碳酸盐岩岩屑(45]。研究上的中新世到上新世储层岩石、碎屑碳酸盐岩颗粒无处不在。此外,当地在泥岩有机质浓度,氧化生产有限公司₂在早期成岩作用(45,46),也可以触发碳酸盐沉淀。草莓状黄铁矿总量反映古代孔隙水包含数额可观的硫酸溶解,所以细菌硫酸盐还原可以运行在早期成岩作用,发生大量增加碱度(32,45]。从本质上讲,热水质具有相对较高的扩展潜力研究区域反映出自然(geogen)环境条件在混合carbonate-siliciclastic系统(而不是纯硅质碎屑的地下蓄水层的包体)。

研究区域(例如,关闭塞格德镇附近)有一个近基底隆起的位置(数字2和3)。上升地下室高位尼尔盆地中发挥了重要作用的水文历史次盆地,盆地演化期间提供管道流体迁移(11,12,37]。颞化学和温度的变化产生的热水供暖季节期间建议热水的上升气流从一个潜在的含水层。这水的特点是减少TDS和碳酸氢盐含量增加,重要的是要注意,这两个指数(LSI和肢体重复性劳损症)计算提出一种略有增加(表结垢能力3)。这些化学特性可能反映深层碳酸盐岩含水层水文连接,如三叠纪塞格德白云石形成、流域出现阶段的pre-Neogene地下室(26,27]。此外,先前的模拟结果表明,尼尔盆地的基底骨折高位管理传热和流体流动像“水文地热烟囱,”产生的正温度异常顶部的高位(13]。连续和/或颞向上流basin-derived水可能是通灵的继承张性结构,新构造断层,断层和nontectonic Algyő以上高,因为它是由几位作者在类似地质环境33,36]。

5。结论

塞格德的地热系统(匈牙利),砂岩含水层Na-HCO居多₃型热水,沉积率相对较高的规模已经观察到。储层砂岩的分析显示,它们是矿物学的不成熟混合carbonate-siliciclastic岩石重要的大孔隙度。他们的矿物组合显示,而高成分不同,但由石英成为主流,伊利石±云母、白云石,而斜长石、方解石、绿泥石、蒙脱石、高岭石、钾长石通常是次要的成分。有趣的是,碎屑碳酸盐岩颗粒出现重要框架组件(~ 20 - 25%)。在水岩相互作用,他们可以作为一个潜在来源的钙和碳酸氢根离子,有助于提升扩展的潜力。因此,该砂岩含水层不能被认为是一个传统的硅质碎屑的水库。此外,在陪同泥岩与异质成分,也会发生大量的有机物质,引发有限公司₂生产在早期成岩反应如细菌硫酸盐还原系统。相应地,草莓状黄铁矿和铁方解石是主要的水泥矿物的研究砂岩样品可以表明,方解石饱和状态的热流体在缺氧孔隙水接近平衡状态。

分析的主要碳酸盐晶体的规模可以表明增长羽毛树突low-Mg方解石可能是由快速有限公司₂脱气的有限公司₂丰富的热水在远离平衡的条件下,类似于温泉系统(如冰岛,肯尼亚,和新西兰)(48]。基于水文地球化学数据和相关指数扩展和腐蚀能力,产生bicarbonate-rich热碳酸水有很大的潜力扩展支持上述声明。

考虑到我们目前的知识,研究地热系统的地质背景,相邻位置Algyő高在水文系统至关重要。首先,时间改变化学成分和温度的热水加热期间可以从深层含水层表明流体上涌。关于pre-Neogene地下室,水文接触三叠纪碳酸盐含水层(塞格德白云石形成)可能会反映在观察到的化学特性,比如减少TDS和碳酸氢盐含量与高结垢能力增加。basin-derived提议向上流的水可以引导新第三纪到第四纪断层区,包括压实效果创建断层系统高架地下室上方高。

注意,人为的影响也起到了至关重要的作用对结垢。一个先进的控制技术过程的理解,因此,在未来需要进一步具体研究。

数据可用性

水化学、矿物学和岩石数据用于支持本研究的结果中包括这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢水化学数据和地热供暖系统的规模和岩石样本在塞格德属于地热服务提供商运营有限公司,匈牙利。这项研究是在经济上支持的经济发展和创新的项目(ginop - 2.1.1 - 15 - 2016 - 00970)。对砂岩储层特征,本研究也支持的国家研究,开发和创新基金匈牙利K(项目编号108375)。

补充材料

补充材料图S1:示意图岩性日志调查的核心部分(匈牙利塞格德的h -好),表现出研究样本的位置。图S2:典型的岩性分析的核心部分(核心直径:76毫米)。(一)交流与传播黄铁矿细粒度砂岩和粉砂岩(棕色斑点),核心# 3。(b)交替非常细粒度的砂岩和泥岩,核心# 3。(c)含粘土岩,核心# 1。图S3:双壳类粘土质泥灰岩样品外壳,核心# 2。注意:薄壳的存在Paradacna abichi(箭头所指)反映了三角洲斜坡沉积相。图S4:典型的XRPD模式(< 2μ面向m分数,高度的山)的研究核心样品(样品1/8)。缩写:广告:风干;如:乙二醇溶剂化;在350°C 350:热处理;在550°C 550:热处理;卡尔:方解石;王晓初:绿泥石;痛单位:白云石;生病±μ:伊利石±莫斯科;凯西:高岭石; q: quartz; sm: smectite±highly swelling mixed-layer illite/smectite. Figure S5: scanned overview images of a thin section prepared from the thick calcite scale (inner part of the sample G-03), showing a complex morphology with fibrous (F) to botryoidal (B1 to B3) zones. Note: B1/B2 boundary (an intermittent brownish stained layer) separates seasonal (annual) operational rhythms. Fine lamination represents effects related to the periodical (weekly or daily) operation phases. The growth direction is marked by a yellow arrow. Abbreviations: PPL = plane polarized light; XPL = crossed polars. Figure S6: the studied annual scale sample (sample G-10) from the downtown geothermal cascade system sampled from a pipe between the production well and the buffer tank. (a) The calcite scale shows complex microscopic zonation of highly variable thicknesses. (b) and (c) Limpid, fibrous growth zone followed by a later zone composed of turbid dendritic skeletal crystals. Note that the carbonate precipitation began with the thin, limpid, and nonluminescent lamina (left) and was followed by a thick, luminescent, and more porous lamina with siliciclastic contamination (right). Abbreviations: PPL = plane polarized light; CL = cathodoluminescence. Figure S7: dendritic crystal growth during scale formation (sample G-10, downtown system). (a) and (b) Feather-like dendrites characterized by multiple level of branching. (c) and (d) Contact of a turbid zone, made up of dendritic crystals with bright CL and a limpid, tightly packed zone with dull luminescence. Abbreviations: PPL = plane polarized light; CL = cathodoluminescence. Figure S8: detrital minerals in the porous scale (sample G-03, B2 zone): muscovite (i), quartz (ii), and feldspar (iii). Abbreviations: PPL = plane polarized light; XPL = crossed polars; CL = cathodoluminescence. Table S1: mineralogical composition of the studied bulk rock samples and separated clay fractions. Abbreviations: 14A = 14 Ångström phase (chlorite±vermiculite±smectite); 10A = 10 Ångström phase (illite±mica); 7A = 7 Ångström phase (kaolinite); cal = calcite; chl = chlorite; dol = dolomite; sm = smectite±highly swelling mixed-layer illite/smectite; k = kaolinite; kf = K-feldspar; pl = plagioclase feldspar; pyr = pyrite; q = quartz; tr = trace amount. Table S2: measured值和估计的方解石和白云石构成大部分岩石样本进行了研究。(补充材料)