在中国工业化进程中,由于传统能源的大量使用,引发了一系列的生态环境问题。地热能作为可持续的清洁能源,是重要的战略性资源,对于缓解环境问题具有至关重要的作用。长白山区是我国典型的新生代火山活动区,蕴藏着丰富的地热水资源,其独特的地热地质条件导致地热水类型多样、分布不均和成因机制复杂,特别是玄武岩覆盖区隐伏型地热水资源的研究成果需要进一步完善。因此,查明长白山玄武岩区地热水资源的类型和特征,揭示其成因机制,对于地热水资源的合理、有效、科学的开发具有重要的理论和实际意义,同时对我国清洁能源供给,建立多元供应体系的能源安全战略具有极其重要的推动作用。本文依托于吉林省地质勘查基金项目“吉林省长白山玄武岩区地热资源调查(编号2014-13)”。以地质学、水文地质学、物探学、遥感学、数值模拟等多学科理论为指导,采用资料收集分析、野外地热水文地质调查、采样测试、遥感解译、数理计算、地球物理勘探、地热井钻探、抽水试验、室内水岩实验等综合技术方法和手段研究了长白山玄武岩地热水资源的成因机制。取得了以下成果。(1)查清了区内地热地质条件,确定了地热水资源的类型和分布特征。地热水资源分为火山岩浆型、沉积盆地型和断裂构造型三种。地热水资源异常区可分为4个,分别为:(1)环长白山天池火山口潜在地热区,属于火山岩浆型;(2)松江河镇-抚松县以及二道白河-松江镇潜在地热区,属于沉积盆地型;(3)长白县-十四道沟潜在地热区,属于断裂构造型;(4)仙人桥镇潜在地热区,也属于断裂构造型。(2)研究获得了地热水的水化学和热储层特征。温泉水水化学类型主要为HCO3-Na型,以淡水为主;地热井水水化学类型差异性较大,以微咸水为主。微量组分为偏硅酸、锂、锶、铝和硼酸盐。温泉水热储层埋深为2.94-4.30km,水循环深度为3.05-4.68km,温度在72.27-161.96℃之间;地热井水热储层埋深为3.11-3.88km,循环深度为3.16-3.97km,温度为61.84-114.46℃。(3)从地质构造、地热水的补给机制和年龄、水化学组分成因3个方面研究了地热水资源的成因作用。地热水资源的分布受北北东向、近东西向和北西向断裂构造的控制,主要的补给来源为大气降水,氚同位素年龄均大于62年。水化学组分主要由长石类矿物(钙长石、钠长石和钾长石)和辉石水解生成,并受阳离子交换作用的影响,释放规律基本符合Stanford一阶反应动力学模型。(4)综合分析了地热地质条件,查明了地热水的形成要素。地热水热源包括火山岩浆热源、上地幔传导热、地壳岩石放射性元素衰变产热和有机物降解产生的热。盖层主要为军舰山组玄武岩,果松组、长白组、林子头组的安山岩;热储层主要为奥陶系、寒武系的灰岩和珍珠门组的大理岩。(5)提出了3种不同地热水资源的成因模式,分别为火山岩浆型、沉积盆地型和断裂构造型。(1)火山岩浆型地热水资源成因模式:热源为长白山天池火山口下方往北方向约7-8km的岩浆囊,热量以热传导的方式向上运移;盖层包括白头山组的粗面岩、军舰山组的玄武岩和长白组的安山岩,厚度约1912m;热储层为火山岩断裂破碎带和辽河群大理岩,厚度>780m;地热水接受大气降水的补给,经深部循环(4.00-4.56km),沿断裂带出露于地表,并在浅部发生了冷热水的混合。(2)沉积盆地型地热水成因模式:热源为上地幔传导热;盖层为军舰山组的玄武岩、果松组和长白组的安山岩、安山质凝灰岩,厚度约2400m;热储层为奥陶系和寒武系的灰岩地层,厚度>1200m;地热水接受大气降水和少量封存水补给,经深部循环(3.10-3.30km),受大地热流传导热的加热,沿断裂通道向上运移,在浅部发生冷热水的混合。(3)断裂构造型地热水资源成因模式:热源为中生代晚侏罗世花岗岩中放射性元素衰变产热;盖层为军舰山组的玄武岩和果松组的安山岩,厚度约1067m;热储层为震旦系的砂岩以及奥陶系、寒武系的灰岩,厚度约1500m;地热水接受大气降水补给,经深部循环(3.00-3.50km),受中生代晚侏罗世花岗岩中放射性元素衰变产生的热量加热,与围岩发生水岩化学反应,并在浅部发生了冷热水的混合,在断裂的交汇带上或者是透水岩层和隔水岩层的接触面出露地表。