使用多學科方法表征裂隙基岩中的熱水循環：以愛爾蘭聖戈爾曼井為例
抽象的
裂隙石灰岩環境中低焓溫泉的來源、循環路徑和時間變化的水文地質概念模型源自多學科方法。St. Gorman's Well 是愛爾蘭中東部的一個溫泉，具有複雜多變的溫度分布（最高 21.8 °C）。來自三維 (3D) 音頻大地電磁 (AMT) 調查的地球實體資料與延時水文地質資料和來自先前發表的水化學分析的資訊相結合，以研究這個有趣的熱液系統的運作。水化學分析和延時測量表明，熱水一直在石炭紀都柏林盆地的裂隙石灰岩中流動，但顯示出流量和溫度的變化。地下的 3D 電阻率模型揭示了兩個突出的結構：(1) 兩個石灰岩岩性之間的 NW 對齊斷層接觸；(2) 一個溶解增強的、北向排列的、可能為新生代的斷層。這兩個結構的交彙處允許石灰岩基岩岩溶化，形成了管道，促進了都柏林盆地石灰岩層序内相對較深的熱液循環（估計深度可能在 240 至 1,000 米之間）的運作。這項研究的結果支援一個假設，即每年冬天在聖戈爾曼井觀察到的最高溫度和同時增加的排放量是結構控制的熱液循環系統内大氣水的快速滲透、加熱和再循環的結果。
作為 IRETHERM 項目的一部分，愛爾蘭已經探索了利用深層地熱地下水的地熱能的潛力，該項目由愛爾蘭科學基金會資助。使用多學科方法研究了許多低熱函溫泉，結合了地球實體調查、水文地質參數的延時測量和詳細的水化學分析，目的是 (1) 确定地熱地下水的源含水層，（2）表征循環系統，以及（3）評估未來地熱開發的更深、更高溫度、循環模式存在的可能性。該項目已經出版了兩份出版物；布萊克等人。( 2016a) 介紹了一組愛爾蘭溫泉的水化學分析結果，Blake 等人。描述了在其中一個泉水（Kilbrook spring, Co. Kildare）進行的地球實體調查。本文介紹了聖戈爾曼泉水熱變化最大的案例研究，該泉水位于愛爾蘭中東部石炭紀都柏林盆地的石灰岩中。
愛爾蘭島的平均地下水溫度通常在 9.5 到 10.5 °C 之間，溫泉被認為是年平均溫度明顯高于平均地下水溫度的天然地下水泉。聖戈爾曼井位于密斯郡恩菲爾德市中心附近，具有“聖井”的曆史文化意義。有證據表明這個泉水最初是獻給聖烏爾坦的，泉水現在的名字可能源自愛爾蘭語goradh的英語化，這意味着熱量。聖戈爾曼井作為一個短暫的池塘自然排放，在夏季通常是幹涸的。在 20 世紀 80 年代後期，在靠近泉水的地方鑽了幾個鑽孔；其中兩個位于池塘以西 20 米處，在冬季排放自流暖水（SG4 和 SG7）。來自 SG4 和 SG7 鑽孔的水顯示了愛爾蘭一些最高的淺層地下水溫度（在本研究期間 SG4 中記錄的最高溫度為 21.8 °C）。鑽孔 SG4 是本研究的主要監測點，因為即使在池塘幹燥時也可以進行測量（SG4 在本文中以下稱為聖戈爾曼井）。
聖戈爾曼井的溫度和流量剖面複雜且全年變化。冬季氣溫最高，在本研究期間介于 10.5 和 21.8 °C 之間。最大流量出現在冬季（1,018 m 3 /天，1982 年 1 月測量，年平均流量為 398 m 3 /天。這種變化進一步增加了将泉水作為地熱資源的特征描述的複雜性，因為可用于開發的熱能數量全年都在變化。
一個三維 (3D) 電阻率模型，該模型來自 St. Gorman's Well 的音頻大地電磁 (AMT) 勘測。AMT 方法是一種被動電磁地球實體技術，廣泛用于勘探地熱資源 和水文地質目标（由于它能夠檢測地表下的低電阻率含水岩石。根據基岩的電阻率，穿透深度可以達到地表以下數百米，甚至超過一公裡。當用作多學科方法（結合地質、水文地質和其他地球實體資料）的一部分時，AMT 可以成為改善裂隙岩石地下水循環系統特征的有效方法。3D 地球實體模型與詳細的延時水文地質測量（溫度、電導率和水位）以及先前發表的春季季節性水化學資料分析一起讨論 來調查和開發這種不尋常的溫泉運作的概念模型。
愛爾蘭溫泉沿着一條從東北到西南橫穿愛爾蘭中部的寬帶出現在石炭紀石灰岩基岩中，與下古生代土衛八縫合帶的推定趨勢大緻一緻。ISZ 是在志留紀晚期、喀裡多尼亞造山循環的後期階段土衛八最終關閉時産生的。碰撞之後，陸地沉積物在泥盆紀期間沉積，之後由于最早的石炭紀時期的區域海侵而轉向以碳酸鹽沉積為主. 在 Tournaisian 和 Viséan 期間，由于構造運動和沉降，愛爾蘭各地發展了幾個克拉通内盆地，主要受 NE–SW 導向構造運動控制，其方向繼承自潛在的喀裡多尼亞特征。在愛爾蘭，密西西比河的大部分地區繼續大量生産碳酸鹽，然後在 Serpukhovian 和 Bashkirian。
