地热能是一种新的洁净能源,在近年来人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下,对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐,同时地热能巨大的开发潜力使地热能的利用具有非常广阔的利用前景。根据赋存形式及埋藏深度,地热资源可分为浅层地温能、地热流体和干热岩。目前,我国的水热型地热资源（地热流体）的应用最为广泛,不同的应用领域主要根据地热流体温度的不同而划分,高温地热流体（大于150℃）和中温地热流体（150℃-90℃）之间由于温度较高,可广泛用于地热发电、工业领域中的烘干加热等。低温地热流体（小于90℃）则以直接利用为主,由于其温度适宜、水质清洁、富含多种对人体有益的微量元素和矿物质,可用于地热供暖、浴疗保健、娱乐旅游、种植养殖等。在评价水热型地热系统中的地热资源时,对热储层中地热流体的温度的估算往往是非常重要的一步,而相对于气体地热温度计和同位素地热温度计,传统的水化学地热温度计在地热田热储温度的估算方面有着巨大的优势。因此,此次研究基于不同的水化学地热温度计所存在的问题,对水化学地热温度计开展大范围深入的研究,探讨影响各类水化学温度计准确性的关键性因素和适用条件。论文的主要内容包括:1、在全球范围内搜集地热井孔中地热流体相关的水化学数据,分析不同温度结晶岩热储中水岩相互作用的差异,以及其对相关地热温度计的影响。通过不同地热温度计的估算结果与地热井中的热储温度（包括实测地热井的热储温度、SiO₂地热温度计估算温度）进行对比,从而对不同地热温度计在不同热储温度下的适用性进行整体分析。之后选取具有较为准确实测热储温度的地热水样品,借助于水文地球化学模拟软件（WATCH）模拟在热储中不同水化学组分的分配,获取其活度值,从而开展不同热储温度下水岩相互作用、水化学组分的水文地球学特征研究。研究结果表明:可以以200℃左右为界,将热储分为高温热储和中低温热储,在高温热储和中低温热储中,水岩相互作用存在着差异,同时在一定程度上也影响了与钾相关的地热温度计的准确性。在中低温热储中,钾长石与白云母往往会控制着地热流体中K⁺和Al³⁺的浓度,而随着热储温度的升高,地热流体中容易实现Na、K之间与钾长石、钠长石的离子交换平衡。与Na-K之间的平衡不同,中低温热储中地热流体K-Mg之间的平衡相对更易实现,即使在低温条件下（低于100℃）,也可获得K-Mg的平衡,然而在高温热储中,地热流体中的K-Mg之间的平衡则可能被多种因素所干扰。其原因可能有两种:1)钾长石与白云母之间的平衡被钾长石和钠长石之间的离子交换平衡所取代;2)高温热储地热流体中过低的Mg浓度使K-Mg比值容易受到影响。而Na-K-Ca地热温度计的准确性则与Na-K和K-Ca之间平衡有关,同时Na-Ca比值却并不受相关矿物的控制,而是间接受到Na-K和K-Ca之间的平衡影响。在判定地热流体中Na-K-Mg三者之间是否达到水岩相互作用的平衡时,对于来自于高温热储中的地热流体,仍然可以通过原始Na-K-Mg三角图中的完全平衡线来判定地热流体是否在热储中达到水岩相互作用的平衡,而利用K、Mg、SiO₂之间的平衡关系则可以更好地用以估算中低温热储中地热流体的温度。2、以四川的巴塘地热田和乡城然乌地热田为例,来进一步研究影响Na-K-Ca地热温度计准确性的关键性因素,同时进一步分析高矿化度重碳酸盐型地热流体应用水化学温度计的差异性。在无岩浆脱汽的直接影响的情况下,巴塘地热田和然乌地热田中地热水主要是以高矿化度的重碳酸型地热流体为主。与有岩浆热源的地热系统类似,热储温度仍然是影响水岩相互作用程度大小的主要因素。在巴塘地热田和乡城地热田,K-Mg地热温度计与玉髓地热温度计的估算结果更能代表着其下部热储的温度,即温度在180℃左右,这也就说明了这些热储中已经建立了K-Mg-SiO₂体系的平衡。Na-K、Na-Li之间在热储中并没有达到相互之间的离子交换平衡,同时在升流的过程中,与围岩的相互作用较弱,使得来自于同一个深部热储的不同温度热泉中Na-K和Na-Li之间的比值基本保持不变。而Li-Mg之间无法建立与热储温度的相关关系。在无岩浆脱汽的直接影响的地热田中,地热流体的循环深度较浅,同时热储温度相对较低（低于200℃）,而传导冷却过程可能并不足以对K-Mg地热温度计的准确性产生影响,因此,K-Mg地热温度计和玉髓地热温度计更适用于此地热系统下部热储温度的估算。而Na-K地热温度计、Na-Li地热温度计则往往会出现对热储温度过高的估算,Li-Mg地热温度计的估算结果则会偏低。虽然重碳酸型地热流体在热储中可能有充足的CO₂补给,实现了K-Ca比值与温度之间的相关关系,但由于Na-K平衡的不易实现,Na-K-Ca地热温度计也不适用于此类地热系统下部热储温度的估算。3、借助于广东沿海地区的信宜、丰顺地热田,通过分析地热流体对花岗岩中矿物的溶解过程,来研究低温热储中水化学平衡建立的难易程度以及其对不同水化学温度计准确性的影响。在花岗岩形成的低温热储层中,水岩相互作用的程度较低,地热流体以低矿化度的重碳酸型为主。虽然此类地热流体更不宜达到水-岩之间的完全平衡,但热储中的部分矿物可能达到溶解的平衡。在地热流体对原生矿物溶解的过程中,绿泥石和玉髓更易达到与地热流体之间的平衡,同时钾长石与白云母或高岭石之间也可实现离子交换的平衡,并且控制着地热流体中K和Al的浓度。而对于含Na和含Ca的矿物（斜长石）的溶滤作用却难以达到溶解的平衡,不同程度的水岩溶解过程使得地热流体中的Na和Ca的浓度可能有较大的变化范围。除此之外,低温热储中地热流体的Li浓度变化的随机性相对较大,与热储温度的相关性较差,因此与Li相关的水化学地热温度计并不适合此类水热型地热田下部热储的估算。在应用FixAl法来估算下部热储中的温度时,假定平衡的铝硅酸岩类矿物最易选择微斜长石（钾长石的动力学替代矿物）,而不是钠长石。4、以国内的云南热海地热田、四川康定地热田为研究对象,分析地热流体离开热储层上升过程中经历不同冷却过程之后,其化学组分的变化对不同水化学地热温度计产生的影响。在自然界中的地热田中,只经历绝热冷却过程上升至地表的地热流体可以更好的保留热储层中水岩相互作用后与温度相关的水化学信息,即使脱汽过程可能会形成一定的硅华沉积和钙华沉积,但对石英地热温度计与Na-K-Ca地热温度计的估算结果并不会产生大的影响。而不同热储温度下,水岩相互作用的差异会是影响水化学温度计准确性的关键因素。地热流体从热储层中缓慢升流至地表的过程中,其中的Mg离子最易受到影响,升流过程中的水岩相互作用使得地热流体中的Mg浓度升高,从而引起K-Mg地热温度计的估算结果偏低。根据入渗地下水的不同水化学类型,混合过程可能会对原始地热流体中的水化学组成产生较大的影响,在使用水化学温度计来估算热储中的温度时,一定不能忽略可能参与混合流体的水化学类型,以及混合过程。与Li相关的水化学地热温度计,Na-Li地热温度计更适用于高温热储温度的估算,而就此次选取的腾冲热海地热田和四川康定地热田而言,Li-Mg地热温度计并不适用。