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地热水资源是一种新型能源，开发利用地下热水，具有重要的经济效益、社会效益和环境效益。碳酸盐岩热储层的地热田是我国广泛分布的地热田类型，由于其特殊岩性和结构，其中赋存有丰富的地热水资源，如何寻找该类型地热田已成为地热勘探的重要内容。山西省郑庄地热田是以寒武～奥陶系碳酸盐岩为热储层的地热田，通过该地热田地热水的水化学特征及形成条件研究，阐明地热田深浅层地下水相互关系，圈定地热田范围，为水文地球化学在碳酸盐岩地热田勘察中的应用提供理论支持和新的方法，丰富地热学理论及地热勘探技术。
本文在分析前人研究成果的基础上，采用水化学分析、Piper三线图、同位素分析、地球化学温标计算等方法，从郑庄地热田地下水的钙镁锶等化学元素来源及水化学特征研究入手，圈定出郑庄地热田范围，并确定了热水补给高程、热储温度、循环深度和热水年龄，利用PHREEQC水化学模拟软件进行了地热水与浅层水混合作用模拟。通过研究，主要结论如下：
1．郑庄地热田的热储层为奥陶系热储层和寒武系热储层，寒武～奥陶系碳酸盐岩层，岩溶裂隙发育，具有良好透水性，是良好含水层；区域内石炭～二叠系为一套泥岩、页岩、粉砂岩夹煤层的岩系构成地热田的盖层；地热热源主要是上地幔的热源传导散热而形成：沁水盆地周边较高地形的寒武～奥陶系碳酸盐岩裸露区，直接接受大气降水渗入补给，形成深循环，所以地热水补给水源是大气降水。郑庄地热田地热系统是属于没有局部特殊热源的岩溶水深循环对流型地热系统。
2．郑庄地热田热水的水化学成分比浅层地下水复杂，pH值呈中性，矿化度较高。其中主要的阳离子是K<+>、N<+>、Ca<2+>、Mg<2+>，主要的阴离子是HCO<,3><->、Cl<->、SO<,4><2->,热水的水化学类型为SO<,4>-Ca·Na型水。热水中还含有Li、sr、Ba、zn、Fe、Mn、Pb等多种微量元素，其中锶的含量可高达10.8mg/l。根据医疗矿泉水水质规范，郑庄地热水属于达多项指标的复合型医疗天然热矿水。
3．郑庄地热水水化学成分是在一定水文地质条件下长期进行水岩相互作用形成的。郑庄地热田水化学成分的主要形成作用有，溶滤作用、氧化还原作用、离子交换吸附作用和混合作用等。根据岩溶动力系统原理和地热水的碳酸平衡，计算出热水方解石、白云石饱和指数，表明都处于过饱和状态。
4．根据郑庄地区浅层地下水温度、Ca/Sr值、Mg/Sr值、矿化度及河水水化学特征，圈定出郑庄地热田的范围。郑庄地热田的中心部位在东大、西大河谷地带，圈定其地热田范围约12km<2>。
5．根据硅矿物溶解度建立起来的硅温标计算方法，得出郑庄地热田的热储温度为69.4℃，地热水的循环深度为2km。按照氢氧稳定同位素的高程效应原理，推算出郑庄地热田热水补给区高程为1600～2350m。郑庄热矿水年龄约为1.5万年。
本文结合区域地质、水文地质条件，全面系统地研究了沁水盆地郑庄地热水系统的水化学场、温度场、流动场的特征及成因。总结出郑庄地热田碳酸盐岩地热水的化学特征、成因机制及地热显示，并圈定出郑庄地热田范围。对郑庄地热水系统充分认识的基础上，利用水文地球化学模拟这一方法，研究郑庄深层热水与浅层水混合作用，为水文地球化学方法圈定地热田提供了依据。