在经济全球化的时代,不可再生能源储量面临枯竭,能源使用产生的次生污染也对环境造成了严重的破坏。为了践行可持续发展观以及人与自然协调发展的理念,地热等清洁、可再生能源成为了产业发展的重中之重。地热水资源是集热、水、矿为一体的绿色新能源,其功能多,用途广,全球化发展的速度与日俱增。将来,地热水资源也可能取代化石燃料,成为缓解全球气候变化的主要能源。在碳酸盐岩地区,岩层具有较高的孔隙度和渗透性,地下水资源非常丰富。碳酸盐岩地热水资源是除岩浆活动区域外最重要的地热资源,而浅层岩溶水的混入使碳酸盐岩地区广泛分布中-低温地热水资源。在地热水资源的开发利用中,中-低温地热水资源开发利用条件好、方式多,技术要求低,因此在碳酸岩盐地区勘探开发地热水资源是改变经济落后现状的有效途径。重庆市地处川东平行岭谷区,碳酸盐岩的分布接近重庆市总面积的一半,大面积的岩溶地貌形成了一个巨大的地下储水构造,丰富了重庆市的地热水资源,享有“世界温泉之都”的美誉。渝东南位于重庆市东南部,区内道路交通阻塞、经济落后,是国家扶贫开发示范区、重点生态功能区。随着国家“生态文明,绿色发展”等政策的实施,渝东南断裂型碳酸盐岩地热水资源将很可能成为拉动其经济发展的支柱产业。截止目前,渝东南断裂型碳酸盐岩地热水资源的勘查开发及利用均较少,对其展开科学研究则显得尤为重要。基于此,本文在野外采样的基础上,测试渝东南13个温泉和4口地热钻井的主要水化学和环境同位素指标,研究地热水的地球化学过程、水源与补给（补给区及补给期气候）、热源、热储温度和深部循环特征。通过文献梳理和野外调查,发现渝东南断裂型碳酸盐岩地热水的热储层主要为中上寒武统和下奥陶统白云岩及灰岩,局部含有岩盐和蒸发岩型硫酸盐;热储盖层为中上奥陶统和下奥陶统大湾组页岩、粉砂质页岩和粉砂岩;热储下部隔水层主要为中寒武统高台组页岩。研究区断裂型碳酸盐岩地热水出口温度为19～54.2℃,属于中低温热水;pH值为6.8～8,呈中性至弱碱性。以郁山断裂为界,地热水可以分成两组:郁山断裂以西的A组地热水,其TDS高,为Cl-Na型;郁山断裂以东的B组地热水,其TDS低,水化学类型主要为SO₄-Ca·Mg型,辅以HCO₃·SO₄-Ca·Mg、SO₄·Cl-Ca·Na等类型。根据Gibbs图,A组地热水分布于蒸发-浓缩作用附近,B组地热水分布于岩石风化作用附近,但是研究区并不属于干旱区,所以推测研究区地热水中的主要离子均是来源于岩石（蒸发岩）风化作用。通过PCA和离子比例系数分析,A组地热水中Na⁺、K⁺、Cl^–的方差贡献率（42.9%）和SO₄^2–、Ca²⁺、Sr²⁺的方差贡献率（40.2%）非常高,而地热水均分布于Na⁺:Cl^–=1:1和Ca²⁺:SO₄^2–=1:1直线附近,说明A组地热水中主要离子来源是受到岩盐的溶解影响,同时由于岩盐的溶解也促进了蒸发性硫酸盐（石膏/硬石膏）的溶解。B组地热水中Ca2+、Mg2+、SO4^2–方差贡献率为45.6%,Na+、K+、Cl–的方差贡献率为33.8%,而所有的水点分布于Ca²⁺:SO₄^2–=1:1直线附近,说明在B组地热水中蒸发性硫酸盐（石膏/硬石膏）的溶解占主要因素,同时也存在少许岩盐的溶解。根据地热水中δ³⁴S_SO4值（25.3‰～37.4‰）和δ¹⁸O_SO4值（9.17‰～16.2‰）,地热水中的SO₄^2–也是来自于寒武纪和奥陶纪时期形成的石膏/硬石膏的溶解。地热水的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值为0.7090～0.7098,平均值是0.7093;Sr²⁺含量与Ca²⁺和SO₄^2-含量均呈现出正相关关系,而Sr²⁺与HCO₃^-含量却为负相关关系,也说明在地热水中蒸发性硫酸盐（石膏/硬石膏）的溶解占主要作用,并且由于同离子作用,碳酸盐岩的溶解也受到了抑制。研究区地热水中δ¹⁸O_H2O值为–9.2‰～–7.0‰,平均值为–8.84‰,δD_H2O值为–62.1‰～–41.8‰,平均值为–58.17‰,所有的地热水均分布于全球大气降水线和重庆市大气降水线两侧,没有蒸发或水-岩石相互作用的迹象,说明地热水来自于大气降水补给。通过补给高程公式计算,地热水中除了No.16,其余地热水的补给高程集中于767～1267m,平均值为1094m,推测出补给区为分布在渝东南的岩溶中山区。利用¹⁴C定年校正模型-ALK模型对地热水的¹⁴C定年数据进行校正,得出地热水中除No.16外,校正年龄为9～21 ka BP,平均年龄为14.8 ka BP,即地热水来自于气候相对湿润、寒冷的晚更新世大气降水补给。根据石英、修正的SiO₂和理论化学地热温标法,估算出A组地热水的平均热储温度为69℃,B组地热水的平均热储温度为81℃。根据地温梯度和循环深度公式,计算出研究区的平均地温梯度为21℃/km;A组地热水中除No.16,地热水的循环深度为2.1～3.5km,平均值为2.5km,B组地热水的循环深度为2.5～4.2km,平均值为3.1km。B组地热水和A组中的No.16地热水均分布于Na-K-Mg图的Mg²⁺附近,并且地热水中Nos.2、3、7、9、10的δ¹⁸O_SO4值低于石膏溶解的δ¹⁸O_SO4值,逐渐接近研究区河水的δ¹⁸O_SO4值（5.78‰～12.89‰,平均值8.43‰,未发表）,说明地热水中存在与冷水的混合现象,由此利用基于⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和Sr²⁺质量浓度的混合模型,计算出研究区地热水的稀释率为65%。基于以上的研究,本论文提出渝东南断裂型碳酸盐岩地热水循环的概念模型:当大气降水到达补给区地面后,不断下渗并且逐渐接受来自地壳深部的热传导,使水温不断升高。由于受到重力（地形）的影响,大气降水从补给区通过岩溶地下形态径流到排泄区。在此过程中不断与围岩发生水-岩相互作用,改变着地热水本身的水化学特征,使郁山断裂以西主要赋存高TDS的Cl-Na型地热水,郁山断裂以东主要赋存低TDS的SO₄-Ca·Mg型,辅以HCO₃·SO₄-Ca·Mg、SO₄·Cl-Ca·Na等类型的地热水。随着地热水的不断上升,浅层岩溶水跟地热水也不断混合,使地热水的稀释率达到65%,最终地热水在深大断裂以及河流横切处出露,形成地热水资源。