摘要：臨沂城區(qū)位于沂沭斷裂帶西側，沂沭斷裂帶是一條巨型新華夏系斷裂構造帶。臨沂城區(qū)賦存著豐富的地熱資源，通過對研究區(qū)地球物理勘探、地溫測量、水質分析等資料的研究，分析了研究區(qū)地熱地質特征，論述了地熱資源成因。臨沂城區(qū)東北部熱儲類型為基巖構造裂隙帶狀熱儲，地熱水類型為基巖構造裂隙水，補給來源為大氣降水，沂沭斷裂帶及其次一級斷裂為導水、導熱構造，淺部地下水經過深循環(huán)后被加溫形成地熱資源。地熱水主要為溶濾型的陸相沉積水，水化學類型為ClNa·Ca型，地熱水中常規(guī)組分隨熱儲層深度的增加而增大。選擇鉀鎂地球化學溫標和無蒸汽損失的石英溫標計算熱儲溫度在78～104°C，為中低溫熱儲，為斷裂控制的深循環(huán)對流型地熱田模式。

關鍵詞：沂沭斷裂帶；地熱資源；帶狀熱儲；控熱構造；臨沂城區(qū)；山東省

中圖分類號：P314文獻標識碼：Adoi：10.12128/j.issn.16726979.2023.06.001

引文格式：劉小平，趙有美，張金鑫，等.沂沭斷裂帶地熱資源特征及成因分析——以山東省臨沂城區(qū)地熱為例［J］.山東國土資源，2023，39（6）：17. LIU Xiaoping， ZHAO Youmei，ZHANG Jinxin，et al.Analysis on Characteristics and Origin of Geothermal Resources in Yishu Fault Zone——Taking Geothermal Resources in Urban Area in Linyi City in Shandong Province as an Example［J］.Shandong Land and Resources，2023，39（6）：17.

0引言

地球內部富集有大量的熱量，是天然的熱能儲存供給地下熱庫，地熱能作為一種比較珍貴的礦產資源，已成為一種可供人類利用并有著巨大發(fā)展前景的能源。地熱能已用于發(fā)電、溫室種植、熱帶魚類養(yǎng)殖、居民供暖、醫(yī)學理療、溫泉休閑旅游等方面［1］。臨沂市城區(qū)東北部蘊藏著豐富的水熱型地熱資源，作為“中國溫泉之城”，地熱資源梯級利用率達到 50%以上，地熱作為清潔的可持續(xù)利用的資源，在助力碳達峰、碳中和及促進經濟可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮著重要作用［2］。

臨沂城區(qū)位于沂沭斷裂帶西側，沂沭斷裂帶是一條巨型新華夏系斷裂構造帶。由于其規(guī)模巨大，斷裂破碎帶寬，且深切至上地幔，加之新生代以來巖漿活動頻繁、構造活動強烈，成為形成區(qū)域地熱的主要導水控熱地質構造。沂沭斷裂帶內出露的湯頭溫泉水溫70℃，熱水中含氟、鍶、偏硅酸離子等多種有益元素，水量500m3/d左右，是沂沭斷裂帶內已探明的地熱資源。前人對沂沭斷裂帶地熱地質條件做了較多研究［37］，基于前人研究的基礎上，本文以臨沂城區(qū)東北部2條控水控熱構造為研究對象，通過地球物理勘探、地溫測量、地熱水水化學分析等方法，系統(tǒng)分析臨沂城區(qū)東北部地熱地質特征及影響因素，論述了沂沭斷裂對研究區(qū)地熱資源的控水控熱作用，為臨沂溫泉城建設提供科學支撐。

1區(qū)域地質背景

郯廬斷裂帶是發(fā)育在我國大陸東部的由多條NNE向斷裂組成的巨型構造活動帶，它控制著我國東部地質構造的空間展布［8］。沂沭斷裂帶是郯廬斷裂的中段，它對山東省中部的構造格局、地貌景觀、地層展布、巖漿巖發(fā)育、礦產以及地震等都有著明顯的控制作用［9］。沂沭構造斷裂帶形成時間較老，活動時間長，燕山期和古近紀仍在活動，新近紀以來也相當活躍，是山東主要的發(fā)震構造，對地下熱水資源形成也起到極為重要的作用。斷裂的多次運動，垂直和水平位移及常被EW向、NW向和NE向小斷裂的多次切割，形成構造東側北移，西側南移的復雜構造深斷裂帶。

沂沭斷裂帶呈NNE向10°～25°方向延伸，南窄北寬，主要由4條主干斷裂組成，自東向西為昌邑大店斷裂、安丘莒縣斷裂、沂水湯頭斷裂、鄌郚葛溝斷裂，除4條主干斷裂外尚有白芬子浮來山等平行斷裂束。由于4條主干斷裂的切割，中段形成了兩塹一壘構造，中央為凸起，兩側為地塹式槽地，南北兩端為中新生代凹陷。據(jù)中國科學院地球物理研究所大地電測深資料表明，上述4條斷裂都切穿地殼，深達上地幔（屬地殼斷裂），莫霍面深度30～50 km左右。在沂河地塹下20余千米處，存在高電導層（可能是局部軟、流層）［1011］。斷裂帶下局部巖漿的侵入，將提供大量的熱源，有利于形成高熱流值地帶。

研究區(qū)位于沂沭斷裂帶的西部，區(qū)內斷裂構造較為發(fā)育（圖1），主要斷裂有鄌郚葛溝斷裂、沂水湯頭斷裂、蒙山斷裂、湯頭許家長溝斷裂。根據(jù)地熱鉆孔揭露的資料，研究區(qū)沂沭斷裂帶內地層自上而下為第四系、新近系、白堊系和新太古代泰山巖群。其中新近紀館陶組巖性主要為石灰質膠結礫巖，厚度932.73m。白堊紀八畝地組巖性以安山凝灰?guī)r、火山角礫巖及紫紅色粗砂巖類頁巖為主，厚度240m。新太古代泰山巖群巖性為花崗片麻巖、斜長角閃巖，不等厚互層，質地堅硬。

2研究方法

3結果與分析

3.1地熱資源特征

3.1.1熱儲蓋層

根據(jù)物探資料，結合區(qū)內已施工的地熱井揭露的地層資料，在鄌郚葛溝斷裂帶以東，自上而下電阻率由低到高變化，過度均勻，從等值線變化梯度分析（圖2）。大致可劃分為3個電性層，其中第一層的視電阻率值在100～300Ω·m之間，等值線間距寬變化緩，同一電性層厚度大巖性穩(wěn)定，底板埋藏深度650m左右。第一電性層為新近紀角礫巖；第二層的視電阻率值在350～5000Ω·m之間，自上而下視電阻率逐步增大，等值線變化均勻平緩，說明該電性層所對應的地層巖性穩(wěn)定，厚度大，底板埋藏深度1200m左右。第二電性層為白堊紀安山巖；第三電性層為高阻基地層，其視電阻率值大于5000Ω·m，其主要電性特征為電阻率值高且局部變化不均勻，根據(jù)區(qū)內的地質及地球物理特征分析高阻基地電性層為火成巖埋藏深度1200m左右。

區(qū)內第四系、新近系膠結礫巖及白堊系的砂巖、安山巖孔隙度較小，一般小于20%，為良好的熱儲蓋層。TQ1熱儲蓋層為上覆第四系粉質黏土、粉土和白堊紀安山巖，厚約60m左右；TQ2熱儲蓋層為上覆第四系粉質黏土、粉土、新近紀角礫巖、白堊紀安山巖，厚約1200m左右。

3.1.2熱儲層

沂水湯頭斷裂、鄌郚葛溝斷裂是活動強烈，切割深度大，破碎帶寬構造，在其主干斷裂與其他分支斷裂交會部位，深層構造裂隙較為發(fā)育，脆性的安山巖和花崗巖在斷裂構造的影響下，易形成裂隙，可成為地下水的良好載體，在斷裂交會部位巖石破碎，構造裂隙發(fā)育，形成良好的熱儲層。

根據(jù)已有的地熱井所揭露地層的埋深、巖性、結構、地溫等，研究區(qū)熱儲類型為基巖構造裂隙帶狀熱儲，屬于溫水—溫熱水型。TQ1熱儲層為構造裂隙帶狀熱儲，巖性主要為白堊系青山群的安山巖，熱儲層頂板埋深在60m；TQ2熱儲層為構造裂隙帶狀熱儲，巖性為泰山巖群花崗巖，熱儲層頂板埋深在1200m。

3.1.3地熱通道及水源

研究區(qū)地熱資源的形成主要受構造控制。區(qū)內有主干斷裂沂水湯頭斷裂和鄌郚葛溝斷裂，為深大斷裂，活動強烈，斷裂深切上地殼，在斷裂破碎帶中巖層強烈破碎，是地熱水深循環(huán)的良好通道，次一級斷裂有蒙山斷裂、湯頭許家長溝斷裂，由于長期的構造活動，影響帶寬度較大，其影響帶必然具備一定的寬度，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，其主干斷裂與其他分支斷裂交會部位，深層構造裂隙較為發(fā)育，為熱傳導提供了良好的通道和場所。

研究區(qū)內的北部、東北部和西北部地區(qū)大面積基巖出露，大氣降水和地表水入滲補給基巖裂隙水后，一方面在沂沭斷裂帶的次生斷裂發(fā)育的地段，次生斷裂溝通了與主干斷裂沂沭斷裂帶熱能的聯(lián)系，將深部的熱量傳導至淺部的含水層中，深部傳導出的大量熱能在淺部的熱儲層中的空間儲存下來，加熱地下水形成了地下熱水。另一方面，淺部的基巖裂隙水從北部、東北部、西北部廣大地區(qū)向南和東南方向沿著斷裂和斷裂帶徑流補給到深部基巖構造裂隙帶內，在深部熱能傳導下，經過深循環(huán)后被加溫形成地熱資源。

3.1.4熱源

研究區(qū)地熱水熱源主要來自于地殼深部及上地幔的熱傳導、巖漿巖侵入和火山噴發(fā)時發(fā)出熱能及巖漿巖放射性熱能，并受沂沭斷裂帶的控制。沂沭斷裂帶自中生代以來斷裂帶內新構造活動十分頻繁，新構造運動跡象明顯，伴有巖漿巖侵入和火山噴發(fā)，導致沂沭斷裂帶為高熱流地帶。沂沭斷裂帶4條主干斷裂均深至莫霍面，連接了上地幔的大地熱流，構成區(qū)內循環(huán)對流型熱源。在沂沭斷裂帶的次生斷裂發(fā)育的地段，這些次生斷裂溝通了與主干斷裂沂沭斷裂帶熱能的聯(lián)系，深部傳導出的大量熱能在淺部的熱儲層中的空間儲存下來。同時巖漿巖侵入和火山噴發(fā)時均發(fā)出大量的熱量，沂沭斷裂具有多期活動性，且新構造運動跡象明顯，并伴隨多期的巖漿活動性，白堊紀青山群次火山巖廣布地熱異常區(qū)內，深部還有火成巖體存在，巖漿余熱使深部地下水溫度升高。

3.2地下熱水的地球化學特征

3.2.1地熱水常規(guī)組分

地下熱水的形成是在高溫、高壓的深循環(huán)作用下，流經了復雜的巖層或構造帶，循環(huán)運動中溶解了多種巖石的化學礦物成分，使地下熱水的水化學特征較普通地下水復雜［19］。

研究區(qū)內地熱水水化學類型為ClNa·Ca型，Cl含量為1101.41～1402.66mg/L，SO24為271.26～408.83mg/L，Na⁺為655.00～762.50mg/L，Ca²⁺為230.50～301.14mg/L，礦化度2530.55～3037.89mg/L（表1）；根據(jù)Piper水化學類型三線圖（圖3），研究區(qū)內地熱水分布在相同的區(qū)域，說明研究區(qū)內地熱水具有相同的補徑排條件，地下熱水常規(guī)離子隨熱儲層的深度加大，各離子含量也增加。

利用地熱水中不同離子的比例關系，可以確定地熱水的沉積運移環(huán)境［20］，研究區(qū)中ρ（Cl）/ρ（Br）為1079.81～1149.72，大于300，屬于溶濾水，γ（Na）/γ（Cl）為0.84～0.92，平均為0.88，陸相沉積水，可認為研究區(qū)地熱水為溶濾型的陸相沉積水。

3.2.2地下熱水特征組分

研究區(qū)內氟離子含量為2.75～4.0 mg/L，鍶離子含量為10.75～14.00 mg/L，偏硅酸含量38.01～107.25 mg/L（表2），對照《醫(yī)療熱礦水水質標準》，區(qū)內地熱水中的氟、鍶、偏硅酸含量達到命名礦水濃度，具有醫(yī)療價值［21］。

研究區(qū)內地熱水中氟、鍶、偏硅酸等有益元素富集，是由于圍巖中氟化物、鍶和硅酸鹽礦物成分含量較高，地熱水循環(huán)深度較深，地球化學環(huán)境條件也利于氟離子、鍶、偏硅酸的運移。地熱水中的氟離子、鍶、偏硅酸濃度與水溫大致呈現(xiàn)正相關關系，表明隨著溫度的升高，氟離子、鍶、偏硅酸等離子溶解度隨之增大。

3.3地熱異常區(qū)

3.3.1地熱異常區(qū)圈定

研究區(qū)地熱異常區(qū)受鄌郚葛溝斷裂及沂水湯頭斷裂展布控制。總的規(guī)律是在深大斷裂沂水湯頭斷裂、鄌郚葛溝斷裂帶內地溫梯度較高，一般大于3℃/100m。其分布形狀受斷裂構造的控制，大體沿主干斷裂呈線狀分布，遠離主干斷裂地溫梯度較低，一般小于3℃/100m。

地熱異常區(qū)地溫場在垂直方向上變溫帶、恒溫帶、增溫帶變化規(guī)律明顯（圖4），0～30m，地溫處于下降階段，為變溫帶；30～40m曲線較平直，溫度變化較小，為恒溫帶；40m以后地溫處于逐步上升階段，為增溫帶；30m深度平均地溫為17.5℃。

3.3.2地熱異常區(qū)熱儲溫度

地熱溫標類型很多，各種溫標都有自已的適用條件，根據(jù)研究區(qū)的地熱地質特征和地熱水水化學特征，熱儲埋深較淺的選用鉀鎂溫標、熱儲埋深較深的選用無蒸汽損失的石英溫標計算熱儲基礎溫度。

經計算（表3），研究區(qū)熱儲層估算溫度為78.35～104.56℃，結合實際地熱水溫度，說明研究區(qū)地熱水熱儲為中低溫熱儲，推測深部熱儲溫度大致在78～104°C。

3.4成因模式

根據(jù)臨沂城區(qū)地熱田特定的地質構造、地熱資源特征、熱源及地熱水的補給來源等方面，研究臨沂城區(qū)地熱田的成因機制。臨沂城區(qū)地熱田內的熱儲蓋層主要為第四系松散層、新近系角礫巖、白堊系砂巖、安山巖和泰山巖群花崗巖，其孔隙度較小，保溫效果較好；同時白堊系的砂巖、安山巖、花崗巖在斷裂構造的影響下，易形成裂隙，成為地下水的良好載體，形成熱儲層。

地熱田熱儲為NNE向鄌郚葛溝斷裂、沂水湯頭斷裂與近EW向蒙山斷裂及湯頭許家長溝斷裂控制的構造裂隙型熱儲，熱儲中心在斷裂的交會處。深大斷裂帶兩側構造裂隙發(fā)育既是熱能儲存場所，也是熱能傳輸、運移的主要通道，同時為大氣降水入滲補給和深部熱流上升提供了理想通道。地熱田內地熱水為構造裂隙水，主要接受大氣降水補給和淺部地下冷水的補給，大氣降水和淺部地下水通過鄌郚葛溝斷裂、沂水湯頭斷裂破碎帶入滲，經過深部循環(huán)熱源加熱后形成地熱資源，通過次一級的蒙山斷裂、湯頭許家長溝斷裂破碎帶以對流的方式上升至地表淺部，以地熱井及地熱泉的形式排泄。

綜上所述，臨沂城區(qū)地熱田為深循環(huán)對流型成因（圖5），即在基巖山區(qū)接受大氣降水入滲補給，沿著鄌郚葛溝斷裂、沂水湯頭斷裂等深大斷裂深循環(huán)到地下深處，入滲地下水沿著斷裂構造帶往深部運移過程中不斷吸取來自地殼深部及上地幔傳導的熱流，在吸取熱量的同時不斷地發(fā)生局部水熱傳導對流，熱源主要為導熱斷裂帶水熱對流聚熱，大地熱流傳導、放射性元素衰變等熱源。加熱水溫約78～104°C，通過次一級蒙山斷裂、湯頭許家長溝斷裂循環(huán)至地下60～1200m處形成地熱水資源。

4結論

（1）臨沂城區(qū)地熱流體水化學類型為ClNa·Ca型，地熱水中常規(guī)組分隨熱儲層深度的增加而增大。氟、鍶、偏硅酸濃度與水溫大致呈正相關關系，隨著溫度的升高，溶解度隨之增大，根據(jù)地熱水的ρ（Cl）/ρ（Br）、γ（Na）/γ（Cl）判斷，地熱水主要為溶濾型的陸相沉積水。

（2）研究區(qū)熱儲類型為構造裂隙帶狀熱儲，熱儲為基巖構造裂隙層；熱源主要為導熱斷裂帶水熱對流聚熱，大地熱流傳導、放射性元素衰變等熱源。深大斷裂及次一級斷裂為控水、控熱構造，地熱水經過深循環(huán)后被加溫形成地熱資源。

（3）根據(jù)臨沂城區(qū)地熱形成的地質條件和地熱水水化學特征，選擇鉀鎂地球化學溫標和無蒸汽損失的石英溫標對地熱異常區(qū)熱儲溫度進行估算，推測深部熱儲溫度大致在 78～104°C， 為中低溫熱儲，為斷裂控制的深循環(huán)對流型地熱田模式。

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Analysis on Characteristics and Origin of

Geothermal Resources in Yishu Fault Zone

——Taking Geothermal Resources in Urban Area in Linyi

City in Shandong Province as an Example

LIU Xiaoping ZHAO Youmei ZHANG Jinxin WU Shuang

（1.No.801 Hydrogeology and Engineering Geology Brigade of Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources， Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment of Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources， Shandong Provincial Groundwater Environmental Protection and Rehabilitation Engineering Technology Research Center， Shandong Ji'nan 250014， China; 2.Weifang Land Reserve Center， Shandong Weifang 261000，China;3.Linyi Administrative Approval Bureau Government Service Center， Shandong Linyi 276000， China）

Abstract：Linyi city is located in western Yishu fault zone. It is a giant Neocathaysian fault zone. There are rich geothermal resources in Linyi city. Through geophysical exploration， geothermal measurement and water quality analysis， geological characteristics of geothermal resources in the study area have been analyzed， and the origin of geothermal resources has been discussed. Geothermal reservoirs in the northeastern Linyi city is bedrock structural fissure type， geothermal water is bedrock structural fissure type， and the recharge source is atmospheric precipitation. Yishu fault zone and its secondary faults are water and heat conduction structures. After deep circulation， the shallow groundwater is heated to form geothermal resources. The geothermal water is mainly dissolved and filtrated continental sedimentary water， and hydrochemical type is Cl-Na·Ca. The conventional components of geothermal water will increase accompanying with the depth of thermal reservoir. By using geochemistry temperature scale and the non-steam loss quartz temperature scale of K and Mg， the temperature of the thermal storage is calculated as 78～104 ℃. It is a medium low temperature heat storage， and a deep circulation convection geothermal field model controlled by faults.

Key words：Yishu fault zone；geothermal resources；banded heat storage；heat control structures；Linyi city; Shandong province