能源是社会发展的重要物质基础。随着全球能源趋紧以及自然环境的日益恶化，常规能源储量日渐减小，许多国家为寻找可替代能源，掀起了一个以开发新能源和可再生能源的热潮。地热，作为一种绿色新能源受到了世人的关注。由于其形成要具备“储、盖、通、源”四个基本条件，使其成因和流动模式的研究更为复杂。 太原市是山西省政治、经济和文化中心，是我国重要的能源化工基地。区内分布有东山和西山两大岩溶水系统，其中，西山岩溶水系统包含了晋祠泉和兰村泉岩溶水子系统。岩溶地下水是该地工农业用水和居民生活用水的支柱性水源。 太原市早期开展的地热普查并未发现地热异常。但1995年山西省第一水文队在神堂沟岩溶含水层中发现了热水(48℃)，其后，又在沙沟(51℃)、农展馆(54℃)、丽华苑(62.5℃)等地的岩溶含水层中均发现了热水。寒武．奥陶系岩溶含水层是热储层已成为一个不争的事实，但对地热水的热源及其与东西山岩溶水的关系众说纷纭，先后提出了“岩溶水深循环说”、“悬臂梁说”和“幔源说”等<[1，2]>，是否存在幔源热水与岩溶水的混合是争论的焦点之一。 本文以山西太原、忻州和东北的五大连池为研究区，开展沉积岩、变质岩和岩浆岩地下水中惰性气体同位素特征对比研究，分析He同位素对热水成因的指示作用。并在结合太原市岩溶水水化学、氢氧同位素、锶同位素特征基础上，提取有关太原市岩溶热水成因的有关信息，为进一步认识太原市地热水成因，指导该地地热水开发利用提供科学依据。通过2004.10和2005.8分两次采集了水样31组，其中：氢氧同位素11件；锶同位素4件；惰性气体(He、Ne)同位素29件。 通过以上的研究主要得出以下几个结论： 1．对太原市地下水化学类型及各离子分布特征的分析结果表明：补给区岩溶水(RS01，RS02，RS03，RS04)水化学类型为HCO<,3>-Ca·Mg和HCO<,3>·SO<,4>-Ca·Mg型，矿化度一般小于0.5g/L；边山排泄区岩溶水(RS06，RS07)水化学类型为SO<,4>·HCO<,3>-Ca型，矿化度一般介于0.5-1.0g/L之间；而盆地区岩溶热水(RS08，RS09，RS10，RS11)水化学类型为SO<,4>-Ca·Mg和SO<,4>-Ca型水。补给区到边山排泄区再到盆地热水区岩溶水中SO<,4><2->和矿化度逐渐增加的趋势。SO<,4><2->和Ca<2+>在宏量元素中占绝对优势，是该区岩溶型热矿水的典型特征。F离子和SiO<,2>浓度也随着温度的增加而增大。 2．除东山岩溶热水外，其他岩溶水同位素组成均偏离全球Craig雨水线和太原地区雨水线，6D值呈现出从西边山到盆地中部再到东边山不断升高的趋势。西山岩溶水的锶含量呈现出由补给区到排泄区再到热水区逐渐升高的趋势；岩溶热水中的锶含量呈现出西边山最高，东边山最低，而盆地中部居中；各类岩溶水中的锶与钙、镁离子含量呈现出很好的正相关；岩溶冷水的<87>Sr/<86>Sr比值高于岩溶热水。 3．沉积岩中He含量较低，<3>He/<4>He相对较低，变质岩中He含量较高，<3>He/<4>He相对较低，岩浆岩热水He含量较高，<3>H/<4>He也相对较高。这是因为太原市沉积岩热水主要是碳酸岩热水，碳酸岩中U、Th含量较低，且由比值可以看出没有幔源成分的加入，变质岩中U、Th含量较高，所以He含量较高，但<3>He/<4>He比值很低，也可以看出没有幔源成分的加入。五大连池热水<3>He/<4>He比值相对较高，均大于空气中<3>He/<4>He比值，由此可以判断有幔源成分的加入，因此含量也较高。 4．氦单独组分分离结果表明，对于太原市岩溶水，<4>He<,exc>的浓度沿地下水流向呈增加趋势，其中，热水中<4>He的浓度随深度增大无增加趋势；幔源成分小于10％，同时岩溶冷水及热水中氦同位素比值与大气中的相比，除在补给区二者相近外，其余地区前者均小于后者，具有大气和壳源氦混合的特征，与幔源的氦组成有明显差异。 5．通过对水化学、同位素及惰性气体数据的综合分析，再结合太原市水文地质资料得出太原市盆地地热地质模型。太原市岩溶热水主要起源于大气降水，具有深循环的特征，为大气降水通过断裂裂隙向深部运移补给而成，属典型的中低温对流型热系统。 研究的特色在于：在对三大岩类热水特征综合对比基础上，采用了水化学—多同位素(<18>O、D、<87>Sr/<86>Sr和惰性气体(He、Ne)同位素)联用技术提取太原市地热水成因信息。