中文摘要：

已有水质检测资料表明，在华北平原明化镇组地热水的超采区和严重超采区约60％的地热井，出现了国内外尚未报道的亚硝酸盐含量增高的现象，与开采之初相比一般增高3～10倍，最大增高达70倍，表现出深部地热水开采状态下水赋存环境的变异。项目拟以研究基础较好的天津市城区、塘沽、开封、郑州地热开采区为典型，利用水压、水量、水温及水化学（含环境同位素）等多元信息资料，结合室内仿真模拟试验，研究地热水赋存环境及"三氮"的时空演变规律；通过围岩介质与地热水中"三氮"的平衡条件分析，和水压、水量、水温、环境同位素及溶解氧量对地热水赋存环境和"三氮"含量的影响分析，研究围岩介质与地热水中"三氮"的迁移转化机理和亚硝酸盐增高的动力机制，确定指示亚硝酸盐处于临界超标状态的主要影响因子的阈值，建立适用于华北平原的预测地热水亚硝酸盐浓度变化的综合数学模型，预测亚硝酸盐超标的可能性。

结论摘要：

在开封松散孔隙型热储层埋深为600-1800m的含水层中，NO2-、NH4+的含量有不同程度的超标现象，其中又以NO2-超标现象较为严重。以河南省开封市明化镇组热储层细砂为岩土介质，开展了Br-和NO3-的溶质运移、“三氮”的迁移转化模拟实验。这对探索目前我国局部地热井出现的亚硝酸盐、氨氮含量增高具有重要意义。研究结果表明在同样的环境水文地质条件下，Br- 的纵向弥散系数大于硝酸盐的数值。随着流速、温度、运移距离的增加，NO3-运移的纵向弥散系数均在增加，溶质扩散能力增强，弥散度也随着运移距离的增加而增加。氨氮在岩样上的吸附是一个放热的物理吸附过程，温度升高，岩样对氨氮的吸附能力减小，氨氮污染物更容易进入地下水污染水质。其在岩样中的运移过程符合两点位化学非平衡运移模型。岩样对硝酸盐和亚硝酸盐的吸附作用可忽略不计。当地下水达西流速分别在7.76、6.34、2.39、2.09cm/h时，氨氮在岩样中的运移过程中没有明显的硝化反应趋势，当进一步降低达西流速至接近于0（0.0034cm/h）时，由于增大了溶质和水岩系统的作用时间、有利于细菌对环境的适应和生长繁殖，岩样中的有机碳也更易溶解于水中，氨氮可发生硝化反应且反应速率随温度的升高而增加，但由氨氮的硝化反应引起地热水中亚硝酸盐升高的几率很小。由于在模拟的还原环境中DO含量有限，因此氨氮的硝化反应速率明显低于硝酸盐的还原反应速率。在模拟的松散孔隙型热储层中，水样的pH值在7~8.29间波动，一直呈弱碱性或碱性环境，水样的氧化还原电位都在随着时间而减小，在这有利的还原环境下，硝酸盐容易转化生成较多的亚硝酸盐和少量的铵离子，亚硝酸盐的反硝化作用强度大于硝化作用强度。随着温度的升高，硝酸盐的转化速率和亚硝酸盐的富集量都在增加。由于岩样中有机碳的溶解而使水中DOC含量随温度的升高而升高，并且水样的硫酸盐和总铁含量没有明显的变化趋势，因此可以判断硝酸盐在模拟的松散孔隙型热储层中同时存在有硝酸盐的异养反硝化和异化还原作用，但以异养反硝化作用为主。由于受到“碳源”和反硝化菌种类和数量的限制，仅有少量硝酸盐生成了NO、N2O或N2，并且在45、60℃硝酸盐转化为NO、N2O或N2的量明显高于在20、35℃的值。