于人人, 劉玲霞, 畢志偉,3

(1.河北地質大學 地球科學學院，河北 石家莊 050031； 2.中國地質科學院 水文地質環(huán)境地質研究所，河北 石家莊 050803； 3.中國地質調查局 第四紀年代學及水文環(huán)境演變重點實驗室，河北 石家莊 050803)

溫泉是地下熱水流出地表的露頭，是構造活動期間產生的熱量被基巖裂隙水所攜帶，通過斷裂帶或者巖石孔隙流出地表的產物。地熱的能量一般是來源于地球內部的熔巖，儲存在構造斷裂處的裂縫或者巖石孔隙中的熱能[1]。臨沂市地處魯西隆起的南部，背靠群山，沂沭斷裂縱貫南北，地熱資源豐富，溫泉歷史悠久。近年來隨著基礎設施建設和城市的發(fā)展，提高地熱資源的利用率，加強對地熱資源的保護和合理開發(fā)利用成為必然趨勢。本文以臨沂市為例，探討地熱資源的成因模式，為溫泉資源的合理開發(fā)利用、保護和管理提供參考。

1 地理概況

臨沂是山東省的地級市，位于魯東南地區(qū)，鄰近黃海，東連日照，西與棗莊、泰安、濟寧相接，北與淄博、濰坊相鄰，南部與江蘇省相鄰。氣候類型為暖溫帶大陸性氣候，氣候適宜，年均溫14.1 ℃，無霜期長，雨熱同期。區(qū)內以低山丘陵為主，平原區(qū)主要位于東南部，地勢西北高東南低，主要山脈呈西北-東南走向，主要河流為沂河和沭河，屬淮河流域水系，沂沭河流域西、北、東三面環(huán)山，南部為沖積平原。區(qū)內航空、鐵路和高速公路有效支撐了對外交通格局，工業(yè)部門類型全面。

2 地質背景

臨沂市在大地構造上屬于華北板塊魯西隆起區(qū)南部，郯廬斷裂山東段即沂沭斷裂帶將其分成東西兩個地塊，斷裂東西兩側的沉積和地層截然不同[2]。沂沭斷裂帶是一條深切至地幔、破碎寬度大的深大斷裂，斷裂以東屬膠南-威海隆起區(qū)的巖石區(qū)，長期遭受剝蝕，為侏羅系、白堊系地層；斷裂以西除志留系、泥盆系、三疊系、古近系、新近系地層缺失外，其他地層均有發(fā)育[3]。區(qū)內地層系統(tǒng)較為復雜，受構造影響，地層多為NW-SE向展布，在凹陷區(qū)覆蓋較厚的中生代地層[4]。

臨沂市大部分地區(qū)主要為花崗巖、灰?guī)r、砂頁巖的裸露區(qū)，巖漿巖分布面積廣，約占全區(qū)面積的1/6，主要分布在斷裂帶的凸起斷塊上，巖性主要是二長花崗巖、閃長巖和花崗閃長巖之類的酸性巖漿巖。第四系地層普遍欠發(fā)育，在不同地區(qū)厚度不同，一般為0.5～7 m，河道地區(qū)主要分布著砂礫石，丘陵和平原地區(qū)主要沉積著亞黏土和亞砂土[5]。

3 溫泉分布和成因

我國的地熱資源以兩種形式存在，一是賦存于構造隆起區(qū)裂隙帶中的熱水，一是沉積盆地深部熱儲層的熱水。構造隆起區(qū)的溫泉主要是依靠構造活動提供的熱量，沉積盆地的溫泉主要是依靠地溫梯度提供淺層或者深層地溫能。地熱一般以汽或水的形式出露地表，強烈的構造活動形成構造變形，隨后造成的斷裂帶為汽或水提供了儲存空間和上升的通道，因此地熱資源受構造活動的控制。

溫泉的形成一般分為兩種：一種是地殼內部巖漿作用而形成，另外一種是地表水向地下滲透循環(huán)并吸收地熱梯度而形成。地殼內部高溫高壓，巖漿作用十分強烈，基巖裂隙水在滲透進入地殼內部之后，通過熱交換吸取到巖漿作用產生的熱量，在通過一系列的運移后出露地表。一般來說，形成溫泉要滿足三個基本條件：一是有地下熱水存在；二是存在靜水壓力差；三是有能夠讓熱水到達地面的裂隙[6]。補給水源首先在補給區(qū)下滲，一般以基巖裂隙水的形式在巖層中運移，隨后逐漸運移至斷裂破碎帶。到達斷裂破碎帶之后繼續(xù)向深處循環(huán)形成地下水，在接觸到地下熱源作用之后，地下水受熱形成熱水，由此形成溫度較高的地下水。當沉積在構造之上的隔水巖體使地下熱水處于相對封閉的環(huán)境中，其水壓升高，當覆巖體后期遭受構造作用、風化剝蝕或流水侵蝕作用破碎后，地下熱水便在構造裂隙處出露形成溫泉[7]。

4 溫泉的形成模式

4.1 構造條件

臨沂市地處華北板塊魯西隆起的南部、沂沭斷裂的南段，斷裂、褶皺等構造均有發(fā)育，地質構造復雜。自前寒武紀至晚古生代研究區(qū)內經歷過一系列強烈的構造運動，發(fā)育了四條主要的深大斷裂帶：鄌郚—葛溝斷裂、沂水—湯頭斷裂、安丘—莒縣斷裂和昌邑—大店斷裂。構造斷裂處地熱異常，熱源為上地幔和深部地殼巖體中儲存的大量溫度高且穩(wěn)定的熱；熱儲溫度場為受構造斷裂控制的基巖裂隙；蓋層為寒武系砂頁巖、白堊系凝灰?guī)r、砂礫巖[8]。這些構造運動和斷裂帶的存在為地熱資源的形成提供了良好的地質條件。臨沂市構造斷裂較多且活動強烈，這為其提供較為有利的構造條件。臨沂市地熱資源集中分布在構造斷裂帶附近，多以構造模式下的地熱溫泉出露，著名的地熱溫泉有智圣溫泉、湯頭溫泉、觀唐溫泉，均沿斷裂帶分布，屬于構造控制型地熱溫泉。

4.2 補給水源

深層地下水的活動與水動力條件密切相關，水動力條件強時，地下水運動也相對活躍，水動力條件弱時，地下水運動也相應減弱。臨沂市構造發(fā)育，地質條件復雜，地下水的補給、運移和賦存等受構造活動控制。臨沂市背靠沂蒙山，面向沂河谷地，為典型的沿河型城市。臨沂市地下水的補給水源主要為大氣降水補給，地下水的主要流向為沿地勢較高的沂蒙山向東南徑流至沂河谷地，流量在逐漸增加。

臨沂市地熱溫泉多在河谷、河流階地等地出露。出露地點多數(shù)為海拔高度較大的山地前緣，山地地區(qū)的大氣降水沿地表下滲進入基巖裂隙，在吸收巖體中賦存的熱量之后，通過地下徑流匯集形成熱水富集區(qū)，熱水富集區(qū)受到海拔高度的影響形成靜水壓力差[9]，受壓力的影響最終在裂隙帶或地表較破碎地區(qū)出露形成溫泉。

4.3 熱源

在巖漿巖廣布的地區(qū)，當?shù)叵滤虻乇斫邓c巖體斷裂帶熱接觸時，水體吸收巖體斷裂帶中的熱可形成地熱水，從而形成溫泉。另外，根據(jù)地溫梯度的變化，隨著深度的增加，地下溫度在逐漸增加，這也可以提供大量的熱源。因此，有學者認為地下熱水的熱源來自巖漿活動的熱量。他們同樣認為，地殼活動產生變形，變形較大之后會產生一系列的構造活動，構造活動也會帶來大量的熱量，這些也可以支撐溫泉的熱量來源。隨著對地熱研究的不斷深入，部分學者對巖漿巖是否能為溫泉提供熱源提出了不同的觀點，他們認為在巖漿活動不活躍的地區(qū)，巖漿余熱不足以支撐溫泉的熱量來源，部分溫度較高的溫泉水可能開采自深部地下熱水，其熱源并非巖漿余熱。臨沂市溫泉的熱源主要依靠地殼內部的巖漿作用產生的熱量以及構造活動產生的熱量，這些熱源為臨沂市溫泉提供較為充足的熱量來源。

4.4 溫泉形成機理

根據(jù)熱儲、熱蓋及補給水的水文特征分析，臨沂市地熱溫泉儲熱層主要分為兩種：一般分為無蓋或較薄沉積的蓋層，另一類是有蓋層。其中無蓋層的形成過程是：補給水源沿斷裂破碎帶下滲形成深循環(huán)對流，吸收深部巖體中的熱能形成地下熱水。有蓋層的形成過程是：地下熱水通過富集之后形成地下承壓水，在后期構造作用下或受斷裂影響蓋層受到破壞，地下熱水沿構造裂隙處或斷裂部位出露至地表，形成溫泉。

5 結論

通過本文分析可以得出以下結論：

臨沂市位于華北板塊魯西隆起區(qū)南部地帶，區(qū)內新構造運動強烈，至今依舊有構造活動，發(fā)育了北西向和北東向斷裂構造，研究區(qū)內的斷裂構造為溫泉資源的形成和發(fā)展提供了良好的地質條件。

臨沂區(qū)內的溫泉主要受構造運動控制，體現(xiàn)在溫泉資源富集地區(qū)為主要的斷裂破碎帶附近，溫泉多以較高溫度的熱水形式出露地表，為典型的受構造控制的地熱溫泉，熱源為地下巖體中的熱能和構造活動產生的熱能。

臨沂地區(qū)溫泉水的主要補給水源是大氣降水，補給水源區(qū)為北側的沂蒙山脈。補給水沿斷裂帶下滲經歷深部循環(huán)后吸收深部巖體中的熱能，而后通過斷裂出露地表；臨沂市的溫泉形成多為有蓋層，在經過地下水吸收熱量形成富集區(qū)高壓環(huán)境之后，經過后期的地表活動，有斷裂帶出露。

我國中低溫地熱資源較為豐富，缺乏高溫地熱資源。通過探討溫泉的成熱機理和地熱資源的形成規(guī)律對開發(fā)利用地熱溫泉和推動地區(qū)經濟發(fā)展，提高居民生活質量等方面有著重要意義。臨沂地區(qū)地熱資源豐富，其分布存在一定的規(guī)律，探討地熱資源的分布規(guī)律可為該地區(qū)今后地熱勘探，溫泉資源的合理開發(fā)利用、保護和管理提供參考。