陳金國

(湖北省第三探礦工程大隊，湖北 黃岡　438000)

0　引言

地?zé)崮苡捎谄淝鍧嵖稍偕?已經(jīng)成為世界第3 大可再生能源,其主要分為水熱型和干熱巖型兩種類型。干熱巖是一種沒有水或蒸汽的熱巖體,主要是各種變質(zhì)巖或結(jié)晶巖類巖體,較常見的巖石有黑云母片麻巖、花崗巖、花崗閃長巖等。干熱巖普遍埋藏于距地表2～6 km 的深處,其溫度范圍很廣,在150～400 ℃之間[1]?，F(xiàn)階段,干熱巖地?zé)豳Y源是專指埋深較淺(2～3 km)、溫度較高(150 ℃)、有開發(fā)經(jīng)濟價值的熱巖體,保守估計地殼中干熱巖所蘊含的能量相當(dāng)于全球所有石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30 倍[2]。

判斷某地方是否有干熱巖存在的潛力,最明顯的標(biāo)志是看地溫梯度是否有異常,或地下一定深處(2 000～5 000 m) 溫度是否達到150 ℃以上。

鄂東地區(qū)是湖北省地?zé)豳Y源的重要成礦區(qū),在全省已發(fā)現(xiàn)分布的64處溫泉中,鄂東分布有16處(英山和羅田各6處,黃石、大冶、蘄春、武穴各1處)。目前查明的16處地?zé)豳Y源可開采熱量超過16.00×1014kcal,相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤2 500萬t,可開采地?zé)崃黧w量超過25 000 m3/d。其中羅田三里畈溫泉是湖北省境內(nèi)天然出露溫度最高的溫泉,最高水溫為73 ℃[3-5],另外該地區(qū)處于中國第20個國家級重點成礦帶武當(dāng)—桐柏—大別成礦帶內(nèi),地處華北和中南兩大地塊的交接地帶,是相對獨立的三角形古老變質(zhì)巖塊。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,巖漿活動頻繁,變質(zhì)作用強烈,具有良好的地?zé)岢傻V地質(zhì)條件和深部地?zé)嵴业V前景;廣泛的地?zé)豳Y源分布以及獨特的地質(zhì)構(gòu)造特征,為鄂東干熱巖的存在提供了較好的佐證。下面從地質(zhì)背景條件、地?zé)豳Y源分布特征等方面,對鄂東地區(qū)存在干熱巖的可能性進行初步探討分析。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

1.1　地質(zhì)構(gòu)造條件

鄂東位于揚子準(zhǔn)地臺下?lián)P子臺褶帶的西端,北與秦嶺褶皺系大別復(fù)隆相接,南與修水—錢塘緣褶帶相連,西以漢江斷坳為界[6]。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜,處于隆坳過渡帶的構(gòu)造活動地段,從造山帶結(jié)構(gòu)上看,該地區(qū)主要分布在桐柏—大別造山帶東大別剪切帶內(nèi),該區(qū)域中生代在陸陸俯沖碰撞造山作用下,構(gòu)造活動強烈,以發(fā)育北西向、北東向及近南北向斷裂為特征;按照其展布方向分別有:①北向或北北西斷裂,主要分布在桐柏—大別山一帶,一般規(guī)模巨大,并經(jīng)歷多期活動,新生代以來仍然繼續(xù)活動;②北北東向斷裂,以浠水?dāng)嗔选閳F斷裂一帶最為發(fā)育,挽近期活動性較強;③北東向斷裂:主要分布在三里畈—但店斷裂一帶,規(guī)模巨大,挽近期活動性強;④北東東向斷裂,主要分布在天堂寨斷裂以東一帶,斷裂規(guī)模較小,數(shù)量較少。

在鄂東一帶,作為大別山斷塊的一部分,不僅經(jīng)歷了前寒武紀(jì)的劇烈變動,而且在中生代時曾劇烈“活化”,新生代以來繼續(xù)活動,北北東、北東向構(gòu)造疊加于古老的北西向構(gòu)造之上,巖漿活動和混合巖化作用強烈而普遍,斷裂密集[7],從而導(dǎo)致了該區(qū)域地殼中的熱流密度和地溫梯度普遍高于省內(nèi)其他前寒武紀(jì)變質(zhì)巖區(qū),在該區(qū)塊內(nèi),地?zé)豳Y源蘊藏豐富,從而說明了深部存在熱源的可能性。

1.2　地層巖性

鄂東地區(qū)地層按照其特征可以耿集—泉水河斷裂為界分為兩大塊,北區(qū)地層以變質(zhì)巖系為主,自西向東各地層的原巖組成及變質(zhì)過程略有不同,南區(qū)以沉積巖為主。在北區(qū),屬于秦嶺地層區(qū)的東延部分,主要分布元古界—下古生界變質(zhì)巖,為一套淺至中深區(qū)域變質(zhì)和混合巖化作用生成的各種變質(zhì)巖,有片麻巖、混合巖、片巖、板巖、千枚巖、白云巖和大理巖及火山碎屑巖等。南部地區(qū)屬揚子地臺區(qū),出露地層主要為古生界地層,兼有中、上元古界級中新生界地層;其中在北部地區(qū),地?zé)豳Y源分布眾多。

1.3　巖漿巖活動特征

鄂東地區(qū)巖漿巖發(fā)育,主要由大別—呂梁期超基性、基性及中、酸性巖和燕山期酸性巖組成,除太古界大別—呂梁期的花崗巖體外,還有中生代花崗巖類出露。

1.3.1大別—呂梁期侵入巖

主要以中酸性花崗巖及花崗閃長巖類為主,巖體多呈巖基、巖墻、巖株及巖盆狀產(chǎn)出,成群分布。它們皆侵入前震旦系中,同位素年齡測定為7.9億～9.36億年[8]。

1.3.2燕山期侵入巖

為省內(nèi)最強烈的一次巖漿活動和圍巖混合巖化作用;在大別山區(qū)巖漿巖侵入體星羅棋布,絕大多數(shù)為酸性花崗巖侵入體,測年大約在1.8億～0.9億年,另外在大別山主峰及其兩側(cè)地區(qū)的元古界,普遍經(jīng)受混合巖化作用,而且越接近主峰巖化作用越強烈;以中酸性花崗巖及花崗閃長巖為主,巖體規(guī)模大小懸殊,分布較密集,多斜交地層走向或近南北向延展,侵入新太古界和元古界中。

鄂城—大冶地區(qū)為中酸性花崗閃長巖、花崗巖、石英閃長斑巖等,以巖基、巖盤及巖脈狀產(chǎn)出,單個巖體的延展呈近東西向,多個巖體的串聯(lián)方向為北北東向,侵入三疊系—侏羅系中,同位素年齡為1.06億～1.57億年。

幕阜山地區(qū)以酸性花崗巖、二長花崗巖為主。呈巖基狀產(chǎn)出,北北東—南西西向伸延,侵入前震旦系和下古生界中,同位素年齡為1.17億～1.62億年。

此外,分布在下第三系的玄武巖體,規(guī)模雖小,但在鄂東鄂城、黃梅、麻城、黃陂等地可零星見到,據(jù)航磁資料還發(fā)現(xiàn)一批隱伏巖體,它們多沿活動斷裂帶分布,從其圍巖分析,可能屬喜山運動早期產(chǎn)物。

縱觀全省巖漿巖分布,鄂東多于鄂西,而東部地?zé)岢雎稊?shù)量也遠遠多于西部,二者在分布區(qū)域上存在一致性,也說明了存在深部熱源的可能性。

1.4　地震活動特征

燕山運動奠定了本區(qū)的主要構(gòu)造和地貌輪廓,挽近期活動主要表現(xiàn)為河流階地的形成和近代有感地震的發(fā)生,自公元前159年至公元1980年的2139年期間,東部地區(qū)共發(fā)生破壞性地震14次(圖1),其中最強烈的一次是1932年4月6日麻城黃土崗地震,地震震級>6級,震中烈度Ⅶ度,調(diào)查表明,此次地震與北北東向一組樞紐斷層的強烈活動有關(guān),該組斷層所夾持的塊體—鷹山尖有明顯的隆起異常,是麻團斷裂新活動跡象,其余強震主要分布在黃梅、浠水、鄂州和英山等地;另據(jù)統(tǒng)計,1974年—1979年本區(qū)共發(fā)生微震和弱震共計283次,主要集中分布于沿江斷裂的廣濟一帶,鄂城—嘉魚斷裂的武昌和嘉魚一帶,麻團斷裂的麻城一帶,大別山主峰一帶,微震震中沿主峰呈北西向密集排列,本區(qū)地震屬于淺緣構(gòu)造地震,震源深度一般8～12 km。

據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖(GB 18306—2001)》及附錄A:中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖(1∶400萬),羅田、英山東北部鄂皖交界處,地震動峰值加速度為0.10g,相當(dāng)于地震烈度Ⅶ度區(qū);而集中在英山、羅田一帶出露的地?zé)崽锕?4處,占全省地?zé)峥倲?shù)22%,地震的活動為地?zé)岢雎短峁┝肆己玫耐ǖ馈?/p>

2　地溫異常及地?zé)犸@示特征

2.1　莫霍面特征

莫霍面是深部構(gòu)造研究的主要對象,其等深線圖反映了深部構(gòu)造基本面貌。從莫霍面等深線圖中可以看出湖北省地殼橫向不均一性明顯,地殼厚度變化總趨勢是自東向西顯示臺階式變厚。全省深部構(gòu)造特點是:太行—武陵深層構(gòu)造變異帶斜貫全省中部,且將全省深層構(gòu)造分化為西部幔坪區(qū)和東部幔坪區(qū)。

東部幔坪區(qū)由北西或東西向的桐柏—大別幔陷、武漢幔隆和幕阜幔陷組成。武漢幔隆是全省薄殼區(qū),地殼最小厚度30.5 km,南、北以地幔斜坡形式與幔陷過渡。桐柏—大別幔陷呈北西向,地殼厚32.5～34.5 km,北為北淮陽地幔斜坡,它與陜西秦嶺幔陷一樣,可能是印支褶皺系殘存山根的反映,地貌上呈隆起特點。幕阜幔陷呈東西向,與幕阜褶皺山地對應(yīng),地殼厚32～33.5 km。

湖北省現(xiàn)今深部構(gòu)造的基本輪廓是印支運動以來,特別是燕山運動以來,濱太平洋構(gòu)造域的殼幔運動對前期深層構(gòu)造繼承改造,以及老的深部構(gòu)造在新構(gòu)造條件下產(chǎn)生變革的綜合反映。這種殼幔結(jié)構(gòu)對于湖北中生代以來的沉積建造、巖漿活動、構(gòu)造形變和成礦作用具有重要的控制作用和影響。

縱觀湖北省莫霍面的起伏,省內(nèi)地殼厚度總的變化趨勢是東部薄,西部厚,而地?zé)狳c的分布也是東部多于西部,并且在水溫變化上也是東部高于西部。

圖1　湖北省東部地震震中分布略圖Fig.1　Distributing chart of epicentre in the east of Hubei Province1.6/1932.4震級≥6級(分子為震級，分母為發(fā)震時間，下同)；2.5/1913.2震級≥5～5.9級；3.4/1985.9震級≥4～4.9級；4.實測及推測為近期活動性斷裂。

2.2　大地?zé)崃髦堤卣?/h3>

根據(jù)中國大陸地區(qū)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)匯編(第一版和第三版)和部分公開發(fā)表文獻中的統(tǒng)計數(shù)值。此次共收集湖北大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)29個(表1),為分析湖北省大地?zé)崃魈卣魈峁┮罁?jù)。

圖3為湖北省大地?zé)崃鲌D,從圖3可以看出,大地?zé)崃髯钚≈禐?1.9 mW/m2,最大值為69 mW/m2,平均值53.7 mW/m2,遠低于中國大陸地?zé)岽蟮責(zé)崃髌骄?61 mW/m2)和全球大陸地區(qū)大地?zé)崃髌骄?65 mW/m2)。其中熱流值<50 mW/m2的有9個,占總數(shù)的31%;50～60 mW/m2有12個,占總數(shù)的41%;>60 mW/m2的有8個,占總數(shù)的28%。

省內(nèi)大地?zé)崃鞣植疾痪?基本呈現(xiàn)“南高北低,東高西低”特征,其中異常高值點主要在深大斷裂帶分布。江漢盆地?zé)崃髦?1.9～69 mW/m2,平均值為53.2 mW/m2,南襄盆地平均值為45 mW/m2,鄂東南地區(qū)熱流值42～69 mW/m2,平均值為54 mW/m2,鄂西地區(qū)熱流平均值根據(jù)前人分析為49 mW/m2。

湖北省大地?zé)崃鞔嬖趦蓚€高值異常帶,分別為黃石—大冶一帶和江漢盆地一帶,黃石—大冶最高達到69 mW/m2,這主要是由于其地殼淺層熱導(dǎo)率結(jié)構(gòu)決定,黃石—大冶一帶的石灰?guī)r分布區(qū)其熱導(dǎo)率高達3.34～3.61 W/m·K,而江漢盆地的高值異常帶則主要取決于>30 ℃/km的高地溫梯度。

同時,將湖北境內(nèi)的莫霍面的埋藏深度與大地?zé)崃鞣植紝φ?發(fā)現(xiàn)兩者有很好的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)湖北省莫霍面等深線圖可以看出,省內(nèi)地殼厚度總的變化趨勢是東部薄,西部厚,在莫霍面深度較淺的地方,殼內(nèi)存在著高熱熔融物質(zhì)的構(gòu)造背景,大地?zé)崃髦递^高。而莫霍面較深的地方,大地?zé)崃髦递^小。說明了湖北熱流的分布與莫霍面的相對埋深存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.3　溫泉分布特征

鄂東地區(qū)一共分布有16處地?zé)豳Y源(英山和羅田分別6處,黃石、大冶、蘄春和武穴各1處),占全省溫泉出露總數(shù)的25%,根據(jù)收集到的資料分析,地?zé)豳Y源分布具有以下特點:

2.3.1溫泉分布與區(qū)域地球物理場相吻合

省內(nèi)地殼厚度總的變化趨勢是東部薄,西部厚。這一規(guī)律恰恰與其地?zé)岱植紶顟B(tài)相吻合。在區(qū)域上地?zé)狳c在數(shù)量上東部多于西部,在水溫變化上,東部高、西部低。在東部地區(qū),地?zé)豳Y源分布同樣是在地殼較薄地方溫度高,出露點多,對這種吻合關(guān)系解釋是:地殼較薄的部位,利于深部熱流向地表傳遞,在一般情況下或同一傳熱介質(zhì)情況下熱流值較大,且有利于水熱活動的形成。

圖2　湖北省莫霍面等深線圖Fig.2　Batymetric chart of Moho in Hubei

圖3　 湖北省大地?zé)崃鲌DFig.3　Terrestrial heat flow of Hubei1.≤50 mW/m2;2.50～60 mW/m2;3.≥60 mW/m2。

表1　湖北省大地?zé)崃髦到y(tǒng)計表Table 1　Statistical table of heat flow values in Hubei

位置深度范圍地溫梯度熱導(dǎo)率大地?zé)崃鹘?jīng)度緯度m℃/kmW/m·KmW/m2112°48′06″30°24′13″0～175534．61．5453．3113°11′53″30°26′48″0～47654．3113°12′46″30°24′38″0～43632．71．2841．9112°51′20″30°13′49″0～171139．321．5560．9112°58′54″30°17′01″0～216029．041．8252．9112°37′02″30°29′29″0～220333．91．5452．2112°42′27″30°29′47″0～187035．31．5454．4112°41′28″30°23′31″0～138533．481．5451．6112°08′26″30°13′43″0～330428．361．9053．9113°11′36″30°26′13″0～111035．61．2845．6111°50′32″31°18′19″2090～290019．72．3245．8112°00′00″30°24′28″80～350020．62．4951．2112°02′00″30°41′34″2400～501025．72．5866．4112°28′00″30°45′00″20～96020．62．0943．0112°50′55″30°9′24″2160～260027．92．2261．8113°10′29″30°11′54″2450～248018．4113°13′59″30°21′45″700～322024．7113°27′42″30°02′12″2090～298028．6113°41′09″30°19′36″20～329020．2113°58′28″30°16′10″10～365022．5114°41′55″30°45′06″2140～257025．61．947．3111°41′42″30°43′27″3329～500024．22．858111°52′00″30°36′00″1700～380023．82．4959．2112°35′00″31°59′00″41112°46′00″32°05′00″45114°18′00″30°13′00″50114°26′00″30°39′00″42114°42′00″30°45′00″54114°44′00″30°12′00″56114°52′00″30°11′00″63114°53′00″29°58′00″69114°53′00″30°08′00″60114°53′00″30°11′00″65115°21′00″29°58′00″49115°21′00″30°02′00″64

2.3.2地?zé)岫喔患诘刭|(zhì)構(gòu)造復(fù)合或聯(lián)合部位

在構(gòu)造體系的復(fù)合和聯(lián)合部位,地殼形變比較強烈,各種破裂結(jié)構(gòu)面比較發(fā)育,有利于深部熱流向地面擴散,亦有利于地下水深循環(huán),促使水熱活動生成。在鄂東片區(qū)變質(zhì)巖隔水,地?zé)崃黧w的分布主要受斷裂控制,在該區(qū)內(nèi)的溫泉分布主要受北50°東壓或壓扭性斷裂的控制,溫泉的出露和水溫及水量主要受兩組或兩組以上斷裂的性質(zhì)和規(guī)模及相互切割情況的控制,例如英山溫泉出露于北東向英山斷裂與黃尾河—雷店斷裂相交地區(qū),分布于東安河斷裂帶上的溫泉有羅田城關(guān)溫泉、湯河溫泉、許家沖溫泉,都是因為有一條北西向張性斷裂與主干斷裂相切而出露,其中白蓮河斷裂規(guī)模最大,與其切割相關(guān)的許家沖溫泉水溫最高,水的礦化度最大,而羅田城關(guān)地區(qū)的沿河斷裂規(guī)模最小,所以其溫度最低。

2.3.3地?zé)狳c多分布在地震活躍地帶

英山于1584年發(fā)生過5.5級地震,圍繞震中附近出露溫泉6處;赤壁于1954年發(fā)生4.75級地震,在其震中附近出露溫泉2處;咸寧地區(qū)有記載地震活動在1993年最頻繁,該區(qū)也是省內(nèi)溫泉分布較多的地區(qū)。上述地震皆屬構(gòu)造地震,是地殼現(xiàn)代活動的一種表現(xiàn),地震的發(fā)生可使巖體產(chǎn)生新的破裂和原有的破裂結(jié)構(gòu)面再活動,增大其透水性能,促使地下水深部運移。地震本身釋放的部分能量也可以轉(zhuǎn)化成熱能。以上因素有助于水熱活動生成。

2.3.4地?zé)嵘膳c地層巖性分布有一定關(guān)系

根據(jù)省內(nèi)地?zé)岢雎痘蚍植加诘貙訉游唤y(tǒng)計:出露于巖漿巖和前震旦系變質(zhì)巖中者有14處,約占全省熱水點總數(shù)的21%; 該14處溫泉全部出露于鄂東地區(qū)。

2.3.5地?zé)崤c巖漿巖活動關(guān)系密切

前已述及,湖北省東部地區(qū)地?zé)狳c分布數(shù)量遠遠多于西部,而且在水溫上也高于西部,這一特點恰恰與全省中生代以來巖漿活動規(guī)律相一致。全省東部燕山期巖漿活動非常強烈,形成較多的侵入巖體,并還有眾多的第三紀(jì)噴出巖(玄武巖)分布。從省內(nèi)一些地區(qū)的地溫實測數(shù)據(jù)來看,在同一個地質(zhì)構(gòu)造單元中,有玄武巖分布的江陵地區(qū)地溫梯度值為3.88 ℃/100 m,無玄武巖分布的浩口一帶地溫梯度值為2.8 ℃/100 m[9-13]。由此可見,巖漿活動對地溫場變化有著一定的控制作用,并與地?zé)嵘珊头植加兄芮新?lián)系。全省也確有一些溫泉出露于燕山期巖漿活動比較活躍地帶,有的甚至直接出露在這些巖體上中,如蘄春的桐梓溫泉、通城的茶鋪溫泉和通山的婁下溫泉等。

3　結(jié)語

(1) 鄂東地區(qū)作為大別山斷塊的一部分,不僅經(jīng)歷了前寒武紀(jì)的劇烈變動,而且在中生代時曾劇烈“活化”,巖漿活動和混合巖化作用強烈而普遍,斷裂密集,該區(qū)域地殼中的熱流密度和地溫梯度普遍高于省內(nèi)其他前寒武紀(jì)變質(zhì)巖區(qū)。

(2) 鄂東地區(qū)地層巖性主要為變質(zhì)巖區(qū),地下水資源類型主要為基巖裂隙水,地下水分布主要受斷裂構(gòu)造控制,地下水資源貧乏;另外在鄂東地區(qū)巖漿巖活動頻繁,燕山晚期花崗巖體星羅棋布,酸性巖漿侵入十分活躍。三里畈以北發(fā)現(xiàn)重晶石、熒石等熱礦床,斷裂帶中多見紅長石重結(jié)晶現(xiàn)象;該現(xiàn)象是因為構(gòu)造和地溫梯度致使成礦熱液沿構(gòu)造帶上涌,因此,在鄂東地區(qū)應(yīng)該存在巨大的巖基式酸性巖漿體,貯存巨大的熱源。

(3) 鄂東地區(qū)地?zé)豳Y源分布廣泛,熱源主要來自于巖漿余熱、放射性物質(zhì)蛻變和地?zé)嵩鰷?。該地區(qū)大量測溫資料均表明:一方面隨鉆孔不斷加深,水溫相應(yīng)增高;同時也證明地?zé)崃黧w分布嚴(yán)格受斷裂控制,在斷裂上盤地?zé)崃黧w隨深度增加而增高,在斷層主要通道以上,溫度增加明顯,主要通道附近水溫最高,穿過主要通道溫度趨于穩(wěn)定,根據(jù)上述分析,可認(rèn)為本區(qū)地?zé)豳Y源是在深循環(huán)中獲得燕山晚期侵入巖體的余熱加溫而形成的。

(4) 鄂東地區(qū)出露的溫泉附近,普遍存在侵入巖體的分布,在英山羅田一帶溫泉集中出露區(qū),最大地?zé)岬販靥荻冗_13.6 ℃/100 m,該地段地溫場高和地溫梯度異常明顯,地溫梯度是正常地殼2倍,屬地?zé)岙惓^(qū),熱源可認(rèn)為與花崗巖有關(guān)。根據(jù)英羅地區(qū)已勘查地?zé)崽锝y(tǒng)計發(fā)現(xiàn)各勘查地?zé)崽锏責(zé)豳Y源循環(huán)逕流最深處熱儲的溫度一般均超過了100 ℃,熱動力平衡深度一般>1 000 m,由此可以認(rèn)為該地區(qū)在挽近期仍為侵入活動的地帶,很可能有淺埋的干熱巖體。

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