劉 峰， 張洋洋， 朱 鵬， 賈志杰， 崔源遠， 周 娟， 王澤宇

(江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院，江蘇 南京 210049)

0 引 言

地熱資源因其清潔性、可持續(xù)利用性而具有極大的社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境效益(謝建磊等，2009；高世軒等，2014)。蘇北盆地地熱資源豐富，已有地熱井50口以上，主要分布在阜寧凹陷、建湖隆起和東臺凹陷內(nèi)(杜建國等，2012；徐立，2014；范迪富等，2015；羅璐等，2015；閔望等，2015)，濱海隆起內(nèi)尚未有地熱井報導。2018年11月，濱海月亮灣地熱井成功出水，填補了濱海隆起區(qū)地熱資源的空白。月亮灣地熱井在濱海隆起內(nèi)具有典型性, 探討其地熱資源特征, 對處于同一構(gòu)造單位內(nèi)的地熱資源勘查評價和開發(fā)利用具有指導意義(徐軍祥等，1999；王奎峰，2009)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

研究區(qū)地處蘇北盆地北緣，次級構(gòu)造位于濱海隆起。蘇北盆地為晚白堊世發(fā)育起來的“南斷北超”箕狀凹陷盆地，濱海隆起位于其東北部，為一東西向展布、發(fā)育于震旦—三疊系中的隱伏隆起，因其廣泛發(fā)育北東向褶皺、斷裂，亦稱濱海斷褶帶(江蘇省地礦局，1984)。

1.1 地層

研究區(qū)內(nèi)地表無基巖出露，全部為新生代地層所深覆蓋，松散層(新近+第四系)厚度一般為300～500 m。鉆孔揭露區(qū)內(nèi)基巖地層由老至新依次為奧陶系淺海相碳酸鹽巖夾海陸交互碎屑巖、志留—泥盆系海相碎屑巖、石炭—二疊系淺海相碳酸鹽巖、海相-海陸交互相碎屑巖夾含煤碎屑巖、白堊系、古近系陸相碎屑巖(圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖(圖b據(jù)閔望等，2015修改)

1.2 構(gòu)造

研究區(qū)以八灘—小街斷裂(F5)為界，八灘南—大淤尖背斜(A3)和濱淮倒轉(zhuǎn)向斜(A2)分別位于其東西兩側(cè)(圖1)。

1.2.1 濱淮倒轉(zhuǎn)向斜(A2) 沿35°～55°展布于濱淮鎮(zhèn)一帶，軸面傾向為北西向，傾角約為50°，沿軸向延伸達48 km以上，沿軸向北東端昂起，南西端傾伏，寬約8 km，組成向斜的核部地層為二疊系，組成翼部的地層為石炭—志留系，北西翼倒轉(zhuǎn)。

1.2.2 八灘南—大淤尖背斜(A3) 沿50°展布于八灘南—小街南—大淤尖一帶，沿軸向延伸長度約為30 km，寬4～5 km。組成背斜核部的地層為奧陶系，兩翼地層可能為志留—奧陶系，但被北東向斷裂破壞，東翼局部為浦口組所覆。

1.2.3 八灘—小街斷裂(F5) 破壞了A2與A3的完整性，位于八灘—小街—大淤尖北一帶。其走向約為60°，傾向南東，傾角約55°，長約34 km，控制奧陶系與志留系界線，南被古近系地層覆蓋。

1.2.4 其他斷裂 主要在燕山晚期—喜馬拉雅早期形成，包括北東向、北北西、近東西3組斷裂。主干北東向斷裂，與八灘—小街斷裂(F5)類似，控制著隱伏褶皺及地層的分布，北西向平移斷裂切割早期北東向斷裂。

1.3 巖漿巖

據(jù)濱海地區(qū)普查找煤資料，研究區(qū)及其鄰區(qū)部分鉆孔可見凝灰質(zhì)角礫巖、玄武巖、輝綠巖等，屬喜馬拉雅期基性巖漿活動的產(chǎn)物(江蘇省地礦局，1984)。

2 地熱地質(zhì)條件

2.1 地熱井鉆遇地層

月亮灣DR01井位于可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)L2線1 650 m處(圖2)，根據(jù)巖屑錄井，實際鉆遇地層劃分如下。

(1)第四+新近系(Q+N)：0～315 m，棕色、灰黃色粉砂質(zhì)黏土為主，夾細砂、中粗砂。

(2)志留系(S)：315～1 116 m，灰白、灰綠色砂巖、長石石英細砂巖、粉砂巖為主，夾雜色、紫色泥巖，局部含硅質(zhì)條帶。

圖2 月亮灣DR01位置略圖

(3)奧陶系中—上統(tǒng)(O2-3)：1 116～2 800 m，灰白色、灰色灰?guī)r、細晶灰?guī)r、泥灰?guī)r為主，局部夾泥巖、頁巖，裂隙較發(fā)育。

(4)奧陶系下統(tǒng)(O1)：2 800～2 919 m，淺灰-灰白色白云質(zhì)灰?guī)r。

2.2 地溫特征

圖3 DR01井測溫曲線

對月亮灣DR01井進行全孔測溫(圖3)。根據(jù)公式r=(t-t0)/(H-H0)(式中r表示地溫梯度，H、t分別表示某一深度及其地溫，H0、t0分別表示常溫層的深度和地溫，用地表年平均氣溫14.1 ℃代替)，對不同井深的地溫梯度進行加權(quán)平均，得到DR01地熱井平均地溫梯度，為每百米2.26 ℃。圖3顯示，300～500 m段出現(xiàn)了溫度的突變，認為是在變徑時(二開—三開)分2次測井所致。推測由于該段處于印支面附近，沿深大斷裂上導的地熱水止于此，并被新生界封存，形成了局部地溫異常(張百鳴等，2006；范迪富等，2015)。500 m以深地溫與深度呈明顯線性關(guān)系，即地溫隨著深度的增加而增加，顯示傳導型地熱特征，沒有附加熱源，溫度來自地球內(nèi)部傳導。

2.3 熱儲層及其賦水性

蘇北盆地濱海隆起晉寧期基底之上主要發(fā)育3個構(gòu)造層：① 印支加里東構(gòu)造層：下古生界寒武—奧陶系、上古生界石炭—二疊系碳酸鹽巖地層因裂隙巖溶發(fā)育而成為區(qū)內(nèi)重要的地熱儲層；② 燕山構(gòu)造層(白堊系)：以陸相碎屑巖地層為主，因不含水、熱導率低、厚度大而成為區(qū)內(nèi)良好的地熱蓋層；③ 喜馬拉雅構(gòu)造層(新近系、第四系)：以松散堆積為主，為良好的地熱蓋層。位于濱海隆起背部的月亮灣地區(qū)，新近系鹽城組直接覆蓋于下古生界志留系之上，缺失上古生界。

DR01地熱井位于北東走向八灘—小街斷裂(F5)的東南側(cè)，出水量為2 171.28 m3/d，出水溫度為51 ℃。根據(jù)巖屑錄井、裸眼位置、測井解譯結(jié)果綜合分析，作為主要含水段的破碎帶共有16層，累積厚度274.30 m，主要位于1 200～2 919 m，孔隙度多為9%～20%，滲透率多為0.01～0.11 μm2，巖性主要為奧陶系中上統(tǒng)灰?guī)r、下統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r，因此月亮灣地區(qū)熱儲層主要為奧陶系碳酸鹽巖。

2.4 熱蓋層

月亮灣地區(qū)的地熱蓋層主要為第四系、新近系和志留系。第四系、新近系松散層厚度較大，黏土層熱導率低，透水性差。志留系亦具有較好的隔熱保溫作用，縱向上形成致密不滲透層的層狀疊覆狀，水力聯(lián)系弱，有利于熱儲層蓄熱增溫，構(gòu)成了良好的地熱蓋層。

2.5 通道

研究區(qū)處于蘇北盆地濱海隆起，發(fā)育于隱伏的奧陶—二疊系中，印支期—燕山早期褶皺、斷裂以及燕山晚期—喜馬拉雅期隆凹相間構(gòu)造發(fā)育，地熱構(gòu)造條件有利。研究區(qū)處于斷凸與斷凹交界處，八灘—小街斷裂(F5)控制了它們的分布，斷裂經(jīng)過之處造成局部開放空間，打開由淺層直達深部熱源通道，是深部大地熱流匯集的有利地段，斷裂破碎帶則為地熱水提供了儲集空間。

3 地熱概念模型

3.1 地熱資源成因類型

范迪富等(2015)將蘇北盆地地熱資源分為松散巖類孔隙型、古構(gòu)造面巖溶型及構(gòu)造裂隙型3個亞類。其中，松散巖類孔隙型、古構(gòu)造面巖溶型屬于傳導類地熱系統(tǒng)；構(gòu)造裂隙型地熱資源包括傳導型與對流型2種地熱系統(tǒng)，傳導型地熱系統(tǒng)熱量主要來自于地球深部，通過自然增溫形成，溫度與深度呈線性關(guān)系，嚴格受“源、通、儲、蓋”條件控制(杜建國等，2012)。

研究區(qū)熱儲層主要為奧陶系灰?guī)r，蓋層為志留系泥巖、新近+第四系黏土層。溫度與深度線性關(guān)系明顯，熱源為地下深處按一定地溫梯度增加的累積熱盤的自然增溫傳導。八灘—小街斷裂為一張性斷裂，為熱源提供了通道。因此，研究區(qū)地熱資源類型為傳導型地熱系統(tǒng)的構(gòu)造裂隙型。

3.2 成礦模式

研究區(qū)地熱的補給來源主要為大氣降水、構(gòu)造帶的垂直補給及弱含水層的越流補給(曾向東，2018)，水流貯存于斷裂構(gòu)造裂隙、巖溶裂隙中，水介質(zhì)在原地靜態(tài)接收熱量，并不斷吸收圍巖的微量元素(范迪富等，2015)。熱量主要來自地球深部，通過自然增溫形成，溫度與深度呈線性關(guān)系?？刂菩詳嗔褳楸睎|向張性斷裂，處于斷裂的開啟狀態(tài)，有利于地熱水的運移與儲存(范迪富等，2012)。地熱概念模型見圖4。

圖4 月亮灣地熱概念模型(據(jù)曾向東，2018修改)

4 地熱水的水化學特征

DR01地熱井水溫為50.5 ℃，偏硅酸、氟、偏硼酸體積質(zhì)量分別為36.5、1.96、1.36 mg/L，依據(jù)《地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T 11615—2010)，溫度、氟、偏硼酸含量達到“有醫(yī)療價值”標準，偏硅酸含量達礦水“有醫(yī)療價值”標準(表2)。綜合評價認為研究區(qū)地熱水不宜用作飲用水，可用于洗浴、理療、養(yǎng)殖、溫室等行業(yè)。

表1 月亮灣DR01井水質(zhì)分析結(jié)果

表2 月亮灣DR01井理療熱礦水水質(zhì)評價

5 結(jié) 論

(1)DR01井測溫曲線顯示，500 m以深地溫與深度線性關(guān)系明顯，出水層段地層主要為奧陶系灰?guī)r，說明研究區(qū)地熱資源屬傳導型地熱系統(tǒng)的構(gòu)造裂隙型，嚴格受“源、通、儲、蓋”條件控制。

(2)研究區(qū)熱源來自于地下深處的自然增溫傳導，熱儲層主要為奧陶系灰?guī)r，蓋層為新近+第四系黏土層以及志留系泥巖，控制性斷裂為八灘—小街斷裂。

(3)地熱水中氟、偏硼酸含量達到醫(yī)療價值，偏硅酸含量達到礦水標準，可用于洗浴、理療、養(yǎng)殖、溫室等行業(yè)。