朱華雄

(浙江煤炭地質(zhì)局，杭州 310000)

隨著社會經(jīng)濟高速發(fā)展，人們生活質(zhì)量日益提高，對環(huán)境因素提出了更高要求，當前國家和政府大力提倡開發(fā)新型能源，地熱資源就是其重要組成部分。太湖南岸的湖州地區(qū)近年來，在地熱勘查方面取得了突破性進展，如WQ10地熱井，日出水量1 300余噸，井口水溫達63℃。通過分析研究，對這一地區(qū)的構造因素、地熱的形成、地熱成藏模型也在不斷的認識和深化過程中，本文在此提出太湖南岸“地熱田”的概念，結合區(qū)域地質(zhì)構造、“地熱田”的成藏特征，以及我們在這一區(qū)域地熱勘查工作經(jīng)驗等，提出了太湖南岸地區(qū)今后的地熱勘查工作方向。

1 地質(zhì)構造背景條件

本區(qū)地處揚子板塊的東南緣，在漫長的地質(zhì)時期，經(jīng)歷了多期的構造作用和復雜的地史演化過程。湖州地區(qū)斷裂構造極其發(fā)育，斷裂活動具有多期性和力學性質(zhì)多重性，區(qū)內(nèi)主要有北東、北西和東西向三組斷裂體系(圖1)。有學川—湖州深大斷裂(F-2)、長興―奉化深大斷裂(F8)與湖州—嘉善深大斷裂(F-5)(見圖1)。

1.1 北東向斷裂帶

馬金-烏鎮(zhèn)深斷裂:呈北東向分布，斷裂帶寬3～5km，巖石破碎強烈，沿斷裂帶有酸性巖體侵入，局部見玄武巖，該斷裂形成于元古代，印支運動，斷裂活動劇烈。斷裂性質(zhì)為壓性及張性兼有，斷面多傾向東南。

湖州-學川大斷裂(F-2斷層)：走向北東，斷面傾向南東，傾向60°～80°，斷裂帶形成于燕山早期，燕山晚期曾多次活動，沿斷裂帶有多處酸性基性巖脈侵入。

上述兩條北東向斷裂的深部電性反映，兩者均傾向南東，以壓扭性為主，馬金-烏鎮(zhèn)斷裂為一條殼幔斷裂；湖州-學川大斷裂為早-中更新世活動斷裂，斷裂經(jīng)過處表現(xiàn)十分明顯的低阻帶，在深部上地殼底界面處，湖州-學川大斷裂交匯于馬金-烏鎮(zhèn)深斷裂，并延深至殼幔深處[1]。

1.2 北西向斷裂帶

長興-奉化大斷裂(F8、F9斷層為其主干斷層)：該斷裂西起長興煤山，向西南延伸至奉化，總體走向310°～320°，是由多條北西向斷裂呈斜列、平行或斷續(xù)出現(xiàn)構成，在地表，這些北西向斷裂表現(xiàn)出右旋走滑特征，而在人工地震剖面上普遍表現(xiàn)為張性，表明該斷裂具有張扭性質(zhì)，它錯斷了早期北東，東西向斷裂，具有明顯的新生性，其活動時間主要集中在侏羅紀至古近紀，在晚白堊世活動尤為劇烈[2]。

長興—奉化大斷裂與北東走向斷裂的交匯處附近1987年曾發(fā)生的鹽官43/4級地震。區(qū)域上與北東走向、東西走向斷裂的交匯處有6個地熱異常點分布，其中本區(qū)蒼山地熱點井口溫度31℃，還有2個突發(fā)性水溫異常點分布[3](桐鄉(xiāng)3號井，1989年水溫曾達95℃；寧波孔浦39號井，1980-1981年水溫為65℃)[3]。

1.3 東西向斷裂帶。

湖州-嘉善大斷裂(F-5斷層)呈東西向展布，斷裂形成燕山晚期，性質(zhì)以剪切斷裂為主，控制著斷裂兩側(cè)的中、新生代沉積盆地發(fā)育。斷裂南側(cè)為嘉興東西向隆起，稱湖州升山隆起。

上述3組斷裂均為區(qū)域性的深大斷裂，斷裂帶在地表一般由一系列平行、斜列的斷層斷裂帶組成，斷裂帶寬度2～8km，縱向切割深，部分甚至延伸到殼幔深處；這些斷裂帶在平面上切割、交匯于湖州市區(qū)的周圍，造成湖州及周邊地區(qū)的斷裂構造十分發(fā)育，破壞了地層的連續(xù)性和完整性。同時還控制著本區(qū)中新生代沉積盆地的形成和發(fā)育。

圖1 太湖南岸地區(qū)構造綱要圖Figure 1 Structural outline map of Taihu Lake’s southern shore area

區(qū)域性北東向斷裂形成時期最早，壓扭性為主；北西向斷裂、東西向斷裂形成時期相對較晚，以拉張、張剪性為主，并切割北東向斷裂；這些深大斷裂是區(qū)域內(nèi)良好的導熱、導水構造。

2 地熱分區(qū)

湖州太湖南岸地區(qū)的深部構造屬開化—桐廬幔隆區(qū)(Ⅱ2)，此處的莫氏面埋深29.5km,是浙江省范圍內(nèi)最薄的地區(qū)。上海奉城—湖州長周期MT剖面顯示，在馬金—烏鎮(zhèn)深斷裂與學川—湖州大斷裂之間的地下20km左右有2個低阻圈呈串珠狀分布，可能是殘留巖漿體的證據(jù)[1]。熱源主要來自區(qū)域大地熱流。湖州地區(qū)熱流值約70MW/m2,地溫梯度基本正常，大約每百米2.0～2.5℃。

太湖南岸地勢西高東低,構成一個較完整的水文地質(zhì)單元。區(qū)內(nèi)具有較好的地下水賦存條件，自上而下有①長興組、青龍群灰?guī)r溶洞裂隙水(稱上灰熱儲)；②黃龍組、船山組、棲霞組灰?guī)r溶洞裂隙水(稱下灰熱儲)和③志留系、泥盆系砂巖裂隙水(稱砂巖熱儲)等3套含水層分布。

根據(jù)地層沉積特點、沉積環(huán)境、地貌類型，結合地熱地質(zhì)特征將本區(qū)分為東、西兩個地熱分區(qū)，即西部基巖出露區(qū)(Ⅰ區(qū))和東部斷陷沉積盆地區(qū)(Ⅱ區(qū))，分區(qū)界線以F-2斷層及其分支斷層為界。

2.1 西部基巖出露區(qū)(Ⅰ區(qū))

西部為低山丘陵區(qū)，石炭、二疊系灰?guī)r，泥盆系與志留系砂巖出露地表，接受大氣降水補給。大氣降水沿著砂巖含水層節(jié)理、裂隙與灰?guī)r含水層的巖溶裂隙,以及斷裂破碎帶下滲進入地下水循環(huán)體系，由上向下、由淺部向深部、由山區(qū)及山前向平原區(qū)徑流。地下水徑流沿斷裂破碎帶向深部循環(huán)，經(jīng)深部熱傳導加熱后，熱水沿斷裂帶上升，形成對流型地熱。Ⅰ區(qū)蓋層薄或不完整，區(qū)域內(nèi)地熱異常明顯，當?shù)責崴ㄟ^斷裂上升形成地熱流體，由于近地表處灰?guī)r巖溶發(fā)育，淺層地下水大量混入加速對流。所以Ⅰ區(qū)地熱系統(tǒng)以對流型為主，單井水量較大，孔口水溫多在25～31℃，水質(zhì)類型為HCO3-Ca型，淡水。

2.2 東部沉積斷陷盆地區(qū)(Ⅱ區(qū))

東部為平原區(qū)(Ⅱ區(qū))，接受西部地下水徑流的補給。上部覆蓋有80～100m第四系松散層，下部有厚度不等的白堊系、侏羅系。根據(jù)區(qū)域地熱地質(zhì)情況分析認為，在沉積斷陷盆地發(fā)育前，東、西兩區(qū)的地質(zhì)條件基本相同，屬于同一地質(zhì)單元，石炭二疊系灰?guī)r出露于地表，接受大氣降水、風化、溶蝕作用的影響，經(jīng)歷了相同的灰?guī)r巖溶發(fā)育階段。后來由于F-2、F-5斷裂的沉陷作用，東部區(qū)進入斷陷沉積盆地的發(fā)育階段，白堊系、侏羅系等中新代沉積蓋層覆蓋在古生代熱儲層之上，形成了良好的封蓋，造就了當前太湖南岸“地熱田”的狀況。

F-2斷裂帶構成沉積斷陷盆地的西部邊界，斷層傾向南東，由于同沉積構造作用，南東盤下陷沉積明顯。而且斷陷盆地中的北北東向基底階梯狀斷層發(fā)育，由西向東分別為F-1、Fa、Fb等斷層組成，這些斷裂與F-2斷裂呈平行排列，均表現(xiàn)出為東側(cè)下陷，熱儲層埋深由西向東逐級加大，在CSAMT剖面的斷裂帶附近反映出規(guī)模較大的低阻異常，異常帶東側(cè)重力異常曲線出現(xiàn)陡降情況，說明斷裂帶東南盤下降，蓋層厚度加大。至Fa斷層以東一帶，上部的白堊系、侏羅系蓋層厚度已超過2 200m(如WQ13井揭示)。

沉積斷陷盆地區(qū)由于北東向、東西向、北西向三組區(qū)域性深大斷裂帶相互交錯，基底地層遭受斷裂切割形成網(wǎng)格狀斷裂體系，為地下水的深循環(huán)創(chuàng)造了有利條件，使層狀熱儲層與帶狀熱儲體融為一體，地熱形成模式可以概括為“層控熱儲-側(cè)向逕流補給-大地熱流供熱”模式。

3 太湖南岸“地熱田”

地熱田是指在目前技術條件下可以采集的深度內(nèi)，富含可經(jīng)濟開發(fā)和利用的地熱流體的地域。它一般包括熱儲、蓋層、熱流體通道和熱源四大要素，是具有共同的熱源，形成統(tǒng)一熱儲結構，可用地質(zhì)、物化探方法圈閉的特定范圍。

3.1 “地熱田”的蓋層及熱儲層

我們根據(jù)現(xiàn)階段地熱地質(zhì)工作程度，結合區(qū)域地質(zhì)構造條件、蓋層、熱儲層分布，以F-2、F-5、Fa斷裂(Fa斷裂為地質(zhì)工程控制)，以及北部的太湖岸線為界，圈定了一個沉積斷陷型地熱田。周邊由地質(zhì)工作控制的斷裂構造圍限，地熱田內(nèi)以層狀熱儲層深部熱傳導為主，斷裂對流傳導為輔。

蓋層條件：地熱田上部蓋層條件良好，由于區(qū)域內(nèi)斷裂構造十分發(fā)育，蓋層主要是指分布連續(xù),且受斷裂構造影響相對較少的侏羅系、白堊系以及新地層。區(qū)域內(nèi)侏羅系為一套巨厚的陸相火山-沉積巖系，白堊系為河湖相及沖積相的紅色陸屑建造。區(qū)內(nèi)白堊系熱導率在1.9～3.4w/m·k，侏羅系火山巖熱導率在2.6～3.8w/m·k，均是良好的隔水保溫蓋層。中新生代蓋層主要分布在斷陷沉積盆地區(qū)，厚度一般700～1 500m，往東南部厚度還有加大趨勢。

圖2 地熱分區(qū)示意圖Figure 2 A schematic diagram of geothermal subareas

太湖南岸“地熱田”熱儲層主要為石炭二疊紀石灰?guī)r，熱源為沿區(qū)內(nèi)深大斷裂上涌的大地熱流，可能還有殘余巖漿熱的影響，經(jīng)地東部的地熱鉆孔揭露地下熱水水溫42～63℃，為中溫(40～60℃)-中高溫(60～80℃)水，水化學類型為HCO3-Na·Ca或CL·HCO3-Na型微咸水，具有顯著地下深層熱水的特點。

3.2 “地熱田”熱能

地熱井地熱流體可開采量所采出熱量、年累計可利用的熱能分別按如下公式計算：

Wt=4.186Q(t-t0) ∑Wt=86.4DWt/K，

Wt—熱功率，kW；

計算結果：WQ10地熱井地熱流體可開采量所采出熱量達3 036.52kW；年累計可利用的熱能達131 177 854MJ。WQ09地熱井地熱流體可開采量所采出熱量達398.78kW；年累計可利用的熱能達17 227 373MJ。WQ12地熱井地熱流體可開采量所采出熱量達760.4kW；年累計可利用的熱能達32 850 884MJ[4]。

3.3 “地熱田”可采資源量

根據(jù)目前的區(qū)域地熱地質(zhì)工作程度，現(xiàn)階段控制的地熱田面積約18.2km2，熱源主要來自區(qū)域大地熱流，受斷裂構造影響，熱儲層深埋，蓋層條件良好；同時蓋層之下普遍發(fā)育古生代層狀灰?guī)r熱儲，形成封閉狀態(tài)的地熱田。盆緣斷裂和盆地基底階梯狀斷裂，溝通了層狀灰?guī)r熱儲，形成了兼有層狀熱儲與帶狀熱儲特征的地熱田。

目前地熱田中有3口井的水溫、水量均可供開發(fā)利用。熱礦水單井可采資源量為WQ09井，井口水溫42℃，可采資源量308m3/d(主要出水段為上灰熱儲)； WQ10井，井口水溫63℃，可采資源量1 010m3/d(主要出水段為下灰熱儲)；WQ12井，井口水溫45℃，可采資源量573m3/d(主要出水段為下灰熱儲)。這3個地熱井分布于地熱田的不同位置，該區(qū)地下水補給較為充沛，單井抽水時相互間干擾影響不大，目前單井地熱水可采資源量之和即為現(xiàn)階段“地熱田”地熱水可采資源量。

4 東、西兩區(qū)地下熱水水質(zhì)對比分析

以F-2斷裂為界分為西部基巖出露區(qū)、東部斷陷沉積盆地區(qū)，區(qū)域內(nèi)發(fā)育上灰熱儲、下灰熱儲、砂巖熱儲等三套層狀熱儲，同時由于斷裂構造的影響，斷裂帶成了導熱、儲水通道。

西區(qū)：西部基巖出露區(qū)地熱異常明顯，這一區(qū)域蓋層條件不好，屬開放型地熱異常，孔口水溫多在25～31℃，近地表處被淺層地下水大量混入，地下熱水類型是HCO3-Na·Ca型淡水，屬于有補給來源的循環(huán)型水。

東區(qū)：由于同沉積斷裂構造影響，熱儲層深埋，熱儲以層狀石炭-二疊系灰?guī)r為主，形成了一個沉積斷陷型地熱田。熱源以深部熱傳導為主、以對流傳導為輔。地熱井孔口水溫度達42～63℃，水質(zhì)類型為HCO3-Na·Ca或Cl·HCO3-Na型微咸水。

我們從東、西兩區(qū)選擇了5個較為典型的地熱井水質(zhì)分析指標，對比兩區(qū)地熱資源的水質(zhì)成分，見表1：

表1 由西向東排列的地熱井水質(zhì)指標Table 1 Geothermal wells water quality indices arranged from west to east mg/l

據(jù)“浙江省湖州市太湖南岸地熱資源勘查報告”摘錄

由此可見，東、西兩區(qū)地熱井的水質(zhì)存在著明顯的差異，東區(qū)地熱水中的二氧化碳、鍶、鐵、鋰、偏硅酸含量及水質(zhì)總礦化度、總硬度等，比西區(qū)地熱水高出2～5倍，顯示出東區(qū)地熱水接受了更多深層地下水的補給。

5 地熱勘查方向

太湖南岸的石炭二疊系灰?guī)r，存在相同的灰?guī)r巖溶發(fā)育階段，無論是上灰熱儲、還是下灰熱儲，無論是東部斷陷盆地沉積區(qū)、還是西部基巖出露區(qū)，在總體斷裂構造發(fā)育的背景條件下，灰?guī)r的巖溶均發(fā)育良好，具有較好的含水條件，灰?guī)r熱儲是本區(qū)最重要的熱儲層，是今后地熱勘查的主要目標層。

太湖南岸地區(qū)整體都表現(xiàn)出較為明顯的地熱異?，F(xiàn)象，但由于地形地貌、地層分布、斷裂構造影響，地熱分區(qū)現(xiàn)象明顯，不同的區(qū)域有不同的地熱異常表現(xiàn)。針對其不同的地熱賦存狀態(tài)將采取不同的地質(zhì)工作手段。以F-2斷裂為界，以西為丘陵區(qū)，古生代地層出露地表，局部有少量新地層覆蓋。由于缺乏足夠蓋層保溫，西區(qū)以斷裂帶對流型熱傳導為主，孔口水溫度25～31℃。由于淺層地下水的大量混入，水溫上升區(qū)間不大。針對這類區(qū)域我們重點是要控制深大斷裂，以尋求斷裂帶深部的對流型地熱資源。到目前為止在西區(qū)所進行的地熱勘查活動都以尋找淺層地下水為主，鉆探控制深度均未超過600m。今后若在這一區(qū)域開展地熱鉆探工作應考慮更深的鉆孔，孔深大于1 000m，并封隔淺層的地下水，表層套管下至350～400m為宜，尋找深部對流型斷裂裂隙水，可能會有所突破。

東區(qū)則有較好的蓋層條件，但蓋層厚度因斷裂構造變化較大，這類地區(qū)我們的工作重點是控制蓋層厚度，尋找其下的層狀灰?guī)r熱儲。為此，我們建議太湖南岸地區(qū)地熱勘查工作，一是針對東、西兩區(qū)不同的地熱地質(zhì)特征采取不同的地質(zhì)工作手段加以控制；二是對“地熱田”分布區(qū)和區(qū)域地熱構造異常帶作重點研究和控制。

(1)沿北東向F-2斷裂分布存在著1個規(guī)模很大的灰?guī)r熱儲巖溶發(fā)育帶，沿著區(qū)域性的F-2、Fa等北東向斷裂帶分布，即是地熱田分布區(qū)，有穩(wěn)定的層狀灰?guī)r熱儲，斷裂之間相互溝通，形成了大規(guī)模的巖溶發(fā)育帶，其上有良好的蓋層條件，是今后地熱勘查最重要的區(qū)域。地熱田中蓋層的分布范圍和沉積厚度明顯受北東向盆緣斷裂、基底斷裂控制。蓋層厚度總體由西向東逐漸加厚，WQ10、WQ09控制蓋層厚度達900～1 400m,至Fa斷裂附近蓋層厚度(WQ13井控制)已達2 200m。在未進一步查明Fa斷裂東側(cè)基底構造的情況下，在“地熱田”以東地區(qū)布設地熱井應采取謹慎的態(tài)度。

同時我們也要以發(fā)展的眼光看待問題，從目前所掌握的資料來看，由西向東蓋層厚度是逐級增加的，但趨勢也不是一成不變的，還可能存在地塹式的斷陷沉積盆地類型，繼續(xù)向東也可能會出現(xiàn)相應的對稱式抬升，如出現(xiàn)這種趨勢將給今后的地熱勘查提供了更為廣闊的空間，即繼續(xù)向東會出現(xiàn)蓋層變薄的現(xiàn)象。本文前面論述的內(nèi)容主要集中在湖州城區(qū)及周邊一帶，地理位置僅相當于太湖南岸的西部區(qū)域(即本次地熱勘查的工作范圍)，太湖南岸其實包含了更大的區(qū)域范圍，向東延伸還有湖州的織里、南潯以及嘉興的烏鎮(zhèn)等地。嘉興“運熱1號井”(位于嘉興秀洲區(qū)運河農(nóng)場)，孔口水溫64℃，氟含量4.7mg/l，可開采量大于2 500m3/d，熱儲主要賦存于上古生界碳酸鹽巖構造裂隙中(熱儲埋深在2000m左右)。這樣浙江省兩口水溫最高，出水量最大的地熱井均分布于這一區(qū)域。這就要求我們進一步深入研究Fa斷裂以東地區(qū)的基底構造形態(tài)，調(diào)查了解這一區(qū)域的地層沉積特征、熱儲埋藏條件等，再加上相應的工程控制，我們可以在這一地區(qū)圈定出更大范圍的地熱田，進一步擴大地熱勘查的潛力區(qū)域，開發(fā)前景十分美好。

(2)沿北西向也存在著1個規(guī)模較大的灰?guī)r熱儲巖溶發(fā)育帶，即長興—奉化深大斷裂帶，有F8、F9等斷裂通過，在CSAMT上表現(xiàn)為整體的低阻異常，灰?guī)r的巖溶裂隙發(fā)育、水量豐富。這個深大斷裂帶也是更大范圍內(nèi)的區(qū)域性導熱構造所在，沿此斷裂有眾多的地熱異常點出現(xiàn)，所以區(qū)域性的北西向構造也是今后地熱勘查的重點方向。

[1]于鵬、吳健生、王家林、等.上海奉城-浙江湖州長周期MT剖面提揭示的深部電性結構[J].地球物理學報，52(2),2008.

[2]姚琪、張微、廖林，等.杭州灣地區(qū)長興-奉化斷裂的展布及中新生代活動特征研究[J].大地構造與成礦學，34(1),2009.

[3]陳維君,黃立勇. 浙江省突發(fā)性地熱點基本特征[J].物探與化探,2006(04):283-288，311,2017.

[4]嚴金敘、戴家生,等.浙江省湖州市太湖南岸地熱資源勘查報告[R].浙江：浙江煤炭地質(zhì)局，2016(10).