地热能作为一种稳定、绿色且储量丰富的清洁能源,是实现“双碳”目标的重要途径之一。温泉作为地热资源的一种重要表现形式,常见白云岩型热储岩石类型。贵州水晶温泉具有富SO4^2-的特性,且热储层为寒武纪娄山关群白云岩,是研究富硫酸盐型地热水较为理想的研究对象。为探究水晶温泉水化学成分来源及其形成机制,本文在温泉水化学分析的基础上,开展了以温度、pH、CO₂为变量的系列水-岩反应实验,主要获得以下结论: (1)水晶温泉水化学测试表明,温泉为中性中温温泉(pH=7.25,41.6℃),水化学类型为SO4^2-·HCO₃^-—Ca²⁺·Mg²⁺型,TDS介于544~723 mg/L。阳离子浓度序列为Ca²⁺>Mg²⁺>K⁺>Sr²⁺>Na⁺,阴离子为HCO₃^->SO4^2->Cl^-,与前人数据对比表明,温泉水化学参数保持长期稳定。 (2)氢氧稳定同位素(δ²H–δ¹⁸O)分析结果指示,水晶温泉的补给来源为大气降水,补给高程为1087~1567 m,补给区温度约11.5℃。K–Na–Mg三角图判定其为未成熟水,热储温度约93.5℃、埋藏深度约3644 m、循环深度约2336 m。 (3)白云岩溶蚀实验表明,25℃和90℃条件下,溶出离子初始的Ca/Mg摩尔比接近反应岩石本身的化学计量比(一致溶解),随着反应的进行,Ca/Mg摩尔比值持续升高(不致溶解,Ca²⁺优先溶出);150℃时摩尔Ca/Mg比值始终显著高于岩石原值,呈现不一致溶解特征。所有实验最终的Ca/Mg摩尔比值均高于原岩,表现为不一致溶解。 (4)热储白云岩溶蚀机制的实验研究表明,温度是主要控制因素,CO₂和SO4^2-的促进溶蚀作用顺序为CO₂>SO4^2-,且SO4^2-浓度与溶蚀速率正相关;溶液pH值的影响顺序为pH=2>pH=4>pH=10>pH=12。偏硅酸(H₂SiO₃)的溶出量与温度正相关;pH和CO₂的影响顺序为pH=12>pH=10>CO₂>pH=4>pH=2。 (5)水化学成因分析:水晶温泉的水化学成分主要受水-岩相互作用控制,表现为高温含SO4^2-–CO₂流体对白云岩储层的长期协同溶蚀。其中,Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-主要来源于大气降水携CO₂对白云岩的溶蚀;Sr²⁺和SO4^2-源于天青石和膏岩;K⁺主要来自钾长石;Na⁺源于钠长石、盐岩和黏土矿物;偏硅酸则来自长石类及石英矿物。