英罗地区地热资源形成条件及找矿前景

刘 波，陈金国

(湖北省地质环境总站孝感站，湖北孝感 432000)

0 引言

英(山)罗(田)地区是湖北地热的重要成矿区，在已发现的鄂东北地区分布的16处地热资源中，英罗地区占有12处(英山6处，罗田6处)。目前查明英罗地区12处地热资源可开采热量1 568 360.00×108kcal，相当于标准煤22 405 142.86 t，可开采地热流体量23 678.30 m3/d。英罗地区温泉天然出露水温27～73℃，罗田县三里畈温泉是湖北省境内天然出露温度最高的温泉，最高水温为73℃。英罗地区处于中国第20个国家级重点成矿带武当—桐柏—大别成矿带内，地处华北和中南两大地块的交接地带，是相对独立的三角形古老变质岩块。本区地质构造复杂，岩浆活动频繁，变质作用强烈，具有良好的地热成矿地质条件和深部地热找矿前景。

1 区域地质背景

从造山带结构上看，英罗地区处在桐柏—大别造山带东大别剪切带内(图1)。该剪切带在不断的再造、调整和改造过程中形成了各类构造岩，包括塑性域中形成的糜棱岩系(糜棱岩类和变晶糜棱岩类)、在脆性域中形成的碎裂岩系以及在过渡域中形成的面理化碎裂岩和半塑性糜棱岩［1］。根据刘晓春等可利用的地质和地球物理资料整理的桐柏、西大别和东大别高压/超高压变质体的三维地壳结构模型(图2)，从地貌上看，桐柏—大别地体呈楔形，东宽西窄［2］。英罗地区处于桐柏—大别地体向东挤出的东大别地区，该区域中生代在陆俯冲碰撞造山作用下，构造活动强烈，以发育北西向、北东向及近南北向断裂为特征。

英罗地区岩浆岩发育，主要由大别—吕梁期超基性、基性及中、酸性岩和燕山期酸性岩组成，除太古界大别—吕梁期的花岗岩体外，还有中生代花岗岩类出露。

2 地热资源形成的地质条件

英罗地区广布太古界大别群、元古界红安群中浅、中深变质岩系及不同时代的侵入岩、混合花岗岩，该类岩石形成基岩裂隙水一般储水空间狭小，富水性较弱，地下水露头少见，地下水贫乏。然而，就在这同一地区却贮存十分丰富的地热资源，这是与英罗地区地质构造密切相关的。英罗地区地热资源形成是该区地质构造条件和地下水活动作用的结果。

2.1 地质构造条件

英罗地区分布最广、最古老的岩层为大别核部杂岩［3］，由太古界—元古界的花岗质片麻岩及变质表壳岩、变质基性岩等组成，经历了高级变质作用及多期次的混合岩化作用。按不同的构造形迹和展布方位、形态特征及成生联系，主要可分为北东向构造带、弧形构造带、淮阳山字型脊柱构造带。英罗地区地壳在中生代时曾剧烈“活化”，并伴随有中生代花岗岩体侵入，新生代以来还在继续活动，主要表现在三个方面:①NNE－NE向褶皱迭加于老的NWW－NW向褶皱构造之上;②燕山期强烈的岩浆活动和围岩混合岩化作用;③燕山期后大别山断块(磨子潭断裂以南、沿江断裂以北、麻团断裂以东、桐城—太湖断裂以西)在新生代以来断块继续活动。

英罗地区断裂构造主要有NWW－NW和NNE向两组Ⅰ级断裂带。前者主要成生前燕山期，后者主要成生燕山期。由于它们奠定的构造格局控制了区内地层的展布、岩浆活动。NNW－NW向Ⅰ级断裂带多生成于中、晚元古代，早期以韧性变形为主，后期叠加脆性变形，是长期活动、影响很深、性质多变的岩石圈断裂。NNE向断裂成生于中生代，早期以左行韧性剪切和逆冲为主，晚期具右行引张特征。

图1 桐柏大别山造山带构造简图Fig.1 Tectonicmap of Tongbai-Dabie orogenic belt

图2 桐柏、西大别和东大别高压/超高压变质地体的地壳结构模型(据liu et al.，2010)Fig.2 Interpretativemodel for the crustal structure of Tongbai，western Dabie and eastern Dabie HP/UHPmetamorphic terranes

2.2 水文地质条件

英罗地区气候温暖，四季分明，雨量充沛，给地下水的贮存创造了有利的条件。由于地下水贮存严格受岩性控制，在河谷地区分布松散岩类孔隙水，广布的变质岩、火成岩、混合花岗岩地区分布基岩裂隙水。松散岩类孔隙水一般分布在河流一级阶地上，由第四系全新统冲、冲洪积砂、砂砾石和亚砂土、砂、砂砾石层组成，富水性中等—贫乏;基岩裂隙水依据不同的岩性和贮水特征，可分为变质岩裂隙水、混合花岗岩裂隙水及火成岩风化裂隙水，其富水性均属水量贫乏级别。英罗地区存在明显的断裂集水带和围岩接触带集水地段。如属弧形构造带压扭性断裂的大河岸断裂集水带，破碎带宽达50m以上，由角砾岩、糜棱岩组成，成分为二长片麻岩、角闪二长岩、云母石英片麻岩等。胶结程度相对较低，两盘都有泉水出露，北西盘为主要充水盘，并在汤河一带有汤河温泉溢出。英罗地区侵入体具岩石类型多、规模小，与同时期构造相和谐，与围岩常有明显的界线等特征。由于火成岩体的侵入，使围岩挤压破碎，易使降水入渗和贮存，形成局部集水带。如英山尖侵入体西侧围岩接触集水地段，位于两山之间的冲沟中。大别—吕梁期片麻状花岗岩侵入于铁冶组而造成角闪奥长片麻岩受挤压，出现强烈褶皱和小型张性断裂，降水下渗贮存于不同岩性的接触带和裂隙、断裂带中，泉水出露较多，流量较大。泉流量最高达259m3/d。

2.3 地质构造对地下水的控制

2.3.1 褶皱对地下水的控制

英罗地区北东向构造带形迹以褶皱为主，褶皱构造构成了北东向构造骨架。英罗地区褶皱倾没端与扬起端，特别是倾没端，由于张裂隙较为发育，易于地下水富集。据1∶20万罗田幅区域水文地质资料了解，牛占鼻背斜南倾没端，方家冲倒转背斜两端，新屋咀倒转背斜两段具有流量＞10 m3/d泉水分布。英罗地区褶皱轴部及两翼纵张节理发育地段是泉水较为集中分布的地段。如牛占鼻背斜两翼、方家冲倒转背斜核部具有泉水点出露，莲花山倒转向斜轴部及其在张性断裂诱导下出现英山一带流量较大的泉。英罗地区由于褶皱使纵张节理发育，是地下水贮存与排泄的良好场所。

2.3.2 断裂构造对地下水的控制

英罗地区断裂构造主要有北西西—北西向和北北东向两组Ⅰ级断裂带。前者成生于前燕山期，后者成生于燕山期。由它们奠定的断裂构造格局不但控制了区内地层展布、岩浆的活动，而且控制了地热成矿作用。张、张扭性断裂的破碎带，一般胶结程度相对较低，常是地下水上泄地表的良好通道。压、压扭性断裂，地下水的贮存条件取决于破碎带的胶结程度，若破碎带胶结程度较低，是地下水贮存、径流的良好场所，大河岸断裂就是典型，破碎带宽50 m以上，胶结较低，汤河一带有上升泉出露。两组以上断裂的复合部位，岩石往往破碎，常是地下水排泄的良好通道，如罗田许家冲温泉。

2.3.3 构造体系复合部位对地下水的控制

英罗地区处于桐柏—大别地体向东挤出的东大别地区。各构造体系相互作用，对区内地下水控制明显。如英山县城关附近，山字型脊柱构造将弧形构造强行归并为其成分，活动频繁，应力集中，导致多处温泉出露;罗田三里畈一带，新华夏系构造与北东向、弧形构造显斜切关系，并伴随不同时期的花岗岩侵入，导致岩石破碎，构造规模宏伟，为地下水的深循环创造了良好径流条件。钻孔揭露三里畈地热田单一断裂带上的钻孔涌水量要比两组以上断裂复合部位处钻孔的涌水量小得多。

3 地热资源分布规律

3.1 地质构造对地热资源分布的控制

英罗地区已发现并评价了10多处地热资源，它们均分布在不同构造体系的不同断裂带上，地下热水的成生和分布严格受断裂构造所制约(图3)。英罗地区地下热水的分布规律如下:

(1)各构造体系中压、压扭性断裂，因具备延伸远、切割深、破碎带宽、一般胶结程度相对较低的特点，对地热资源的成生、分布起着主要的控制作用。

区内温泉均出露在不同构造体系和压、压扭性断裂带上:杨柳、芭茅街、汤河、白庙河温泉分别出露在弧形构造带;尤以南北向挤压带延伸、切割更甚，三里畈熊家墩温泉就是典型，挤压带南北延伸数十千米，破碎带最宽400 m，岩石强烈挤压极其破碎胶结程度相对较低，小褶曲十分发育，直接控制地热资源的成生及分布;东汤河温泉的成生受三条南北向挤压带控制，虽然它们延伸不远，但破碎带宽数十米，胶结不良;西汤河温泉受两条南北向挤压带控制，北汤河温泉更为显著，而受四条南北向压、压扭性断裂控制。

(2)张、张扭性断裂因其横切主要结构面，沟通了贮存于压、压扭性断裂带中的地热资源，成为导出地热资源的良好通道。

芭茅街温泉由北60°西张扭性断裂导出;许家冲温泉由北50°东张扭性断裂导出;西汤河、北汤河温泉均系由北60°东张、张扭性断裂导出;东汤河温泉由北70°西张性及北60°东扭性两组断裂导出。大河岸汤河地热田等温线长轴方向分别与北东向压扭性断裂延展方向吻合。

(3)不同构造体系的复合部位，应力集中、强化，是地热资源泄露的良好途径。

①东汤河温泉出露在莲花山倒转向斜核部，向斜属于弧形构造带成份，自北东延伸至东汤河南北向构造带强行归并为淮阳山字型脊柱成份。这里应力集中、强化，近期地震频繁，断裂活化。在应力集中的地方发育一组北70°西张、张扭性断裂，直接导出地热资源涌出形成温泉。

②三里畈熊家墩温泉的成生是受南北向挤压带制约，新华夏系压扭性断裂呈斜切关系汇于熊家墩，从属新华夏系构造带，两者斜接于罗田城关，在复合部位显示地热资源。

(4)挽近期活动性断裂，其破碎带多次活动破坏，不仅控制地热资源的成生和分布，而且具备水温高的特点。

北汤河据钻孔揭露，断裂角砾岩有再次破裂现象，说明挽近活动频繁，地热流体溢出地表温度64℃。三里畈熊家墩新华夏系压扭性断裂，不仅错断了深大的南北向挤压带，而且切割了燕山晚期花岗岩体，挽近期活动异常强烈，地热流体溢出地表温度73℃，勘探孔内最高达80℃。但是应指出:所有挽近期活动性断裂以及同一断裂的不同部位，并非都有地热资源分布。这要取决于断裂性质、切割深度，更重要的是取决于破碎带的胶结程度。

3.2 地质构造对地下热源的控制作用

据王连喜等对桐柏大别山地区金矿成矿条件分析，认为桐柏大别山区内断裂构造存在如下特征:①NNW－NW向Ⅰ级断裂带是区内不同地质发展阶段的构造分区边界，分别控制了中新元古代至古生代含金基性火山岩—碎屑岩建造和古生代、中生代酸性侵入岩的分布，并构成规模宏大的构造—岩浆岩带，制约着区内金矿呈NWW－NW向带状分布的趋势。多数Ⅰ级断裂带的两侧都伴有不同规模的次级断裂和韧性剪切带，它们往往是重要的控矿、容矿构造;②Ⅰ级断裂带对燕山晚期岩浆活动和晚白垩世—第三纪盆地沉积有明显的控制作用，对近代地貌有深刻的影响。NNW向断裂与NWW－NW向断裂复合部位对金矿的分布也有一定的控制作用。

图3 英罗地区地质构造及温泉地热资源分布图Fig.3 Distribution map of geologic structure and geothermal resources in Yingshan－Luotian area

对桐柏大别山地区金矿成矿条件研究表明［4］，桐柏大别山区内NNW－NW向Ⅰ级断裂带对区内，不同期次岩浆岩的空间展布有明显的控制作用，也是控制本区地热资源成矿的主导因素;NNW－NW向Ⅰ级断裂带叠加的脆性断裂是成矿热液运移的良好通道。其伴生、派生的构造空间则是成矿热液聚积、赋存的主要场所。

英罗地区地质构造对地下热源控制明显。英罗地区断裂构造控制了不同期次岩浆的空间展布，燕山期中酸性岩浆活动是本区成矿化的主要矿源和热源;NWW－NW向Ⅰ级断裂带及其伴、派生断裂的构造空间是成矿热液运移的良好通道和聚积、赋存的主要场所。

4 地热资源的形成机理

地热资源的成因取决于热源，而热源主要来自于岩浆余热、放射性物质蜕变和地热增温。综合英罗地区区域地质背景和地热资源形成地质条件，区内地热资源的形成机理如下:

英罗地区燕山晚期花岗岩体星罗棋布，酸性岩浆侵入十分活跃［5－6］。英罗地区可能存在巨大的岩基式酸性岩浆体，贮存巨大的热源。NNW－NW向、NNW向Ⅰ级断裂带及淮阳山字型脊柱南北向挤压带切穿了区内酸性花岗岩岩体，三里畈以北发现重晶石、荧石等热矿床，断裂带中多见红长石重结晶现象，这些现象说明大气降水沿断裂下渗在深循环中，可以获得岩浆余热的加温。

区内温泉无一不是出露在断裂上。淮阳山字型脊柱出露6处温泉，弧型构造带出露4处温泉。英罗地区大量测温资料均表明［7－12］:随钻孔不断加深，水温相应增高;同时也证明地下热水严格受断裂控制，断裂上盘水温随深度增加而增高，在断层主要通道以上，温度变化剧烈，主要通道附近水温最高，穿过主要通道温度趋于稳定。

虽然地热资源可以从多方面获得加温，根据上述分析，可认为本区地热资源是在深循环中获得燕山晚期侵入岩体的余热加温而形成的。

5 深部地热找矿前景

依据本地区地热资源的分布及地热资源形成地质条件分析，区内地质构造对地下水和地下热源控制作用明显。英罗地区位于鄂东北区，属于大别山断块的一部分，该区与本省其他前寒武纪变质岩分布区相比，有较独特的地质结构。一是该地区地壳不仅经历寒武纪剧烈变动，而且在中生代时曾剧烈“活化”，新生代以来还在继续活动;二是该区北北东、北东向构造迭加于老的北西向构造之上、岩浆活动和混合岩化作用强烈而普遍。英罗地区出露的高温温泉附近，一般均有时代不明的侵入岩体及燕山期侵入岩体。英罗地区在岩浆岩分布区，特别是挽近期仍有侵入活动的地带，很可能有浅埋的热熔岩体。这些地质结构使得该区地壳中的地热流体密度和地温梯度值普遍高于省内其他前寒武纪变质岩区，如罗田县三里畈温泉最高水温高达73℃、最大地热地温梯度达13.6℃/100 m。根据英罗地区已勘查地热田统计发现各勘查地热田地热资源循环迳流最深处热储的温度一般均超过了100℃，热动力平衡深度一般＞1 000 m，英罗地区深部具有较大的地热找矿前景。

6 结语

通过对英罗地区地热资源的分布及近十年来对该地区地热资源的勘查，系统总结了英罗地区地热资源形成的地质条件、地热资源的分布规律及机理，并对该区深部热找矿前景进行了探讨，以期通过对处于中国第20个国家级重点成矿区带武当—桐柏—大别成矿带的英罗地区地热资源的研究，引起相关部门的足够重视，在统筹部署推动找矿突破中，考虑英罗地区深部地热找矿的突破。

［1］钟增球，索书田，徐启东.桐柏—大别造山带剪切带阵列的构造岩研究［J］.地质学报，1996，70(4):315 －323.

［2］刘晓春，江博明，李三忠，等.桐柏高压变质体:对桐柏—大别—苏鲁高压/超高压变质带构造框架和俯冲/折返机制的制约［J］.岩石学报，2011，27(4):1151 －1162.

［3］张利，钟增球，张宏飞，等.桐柏—大别造山带高压变质单元岩石Pb同位素组成［J］.地球科学:中国地质大学学报，2005，30(6):729－737.

［4］王连庆，徐刚，郑达兴.桐柏大别山地区金矿成矿条件分析［J］.矿床地质，2002，21(增刊):682 －684.

［5］唐祈明，周湘泉.罗田幅1∶20万区域水文地质普查报告［R］.荆州:湖北省水文地质工程地质大队，1977.

［6］陈联峰，陈保立，陈象正，等.湖北东部地下热水形成条件及分布规律研究报告［R］.荆州:湖北省水文地质工程地质大队，1988.

［7］唐祈明，刘定律.湖北省罗田县城关—三里地下热水普查报告［R］.荆州:湖北省水文地质工程地质大队，1979.

［8］祝振先，李继昌，徐惠良，等.湖北省罗田县三里畈地热初步勘察报告［R］.荆州:湖北省水文地质工程地质大队，1987.

［9］周衍龙，等.湖北省英山县地热资源调查评价报告［R］.武汉:湖北省地质环境总站，2002.

［10］周衍龙，朱洵.李福重.湖北省英山县南汤河—杨柳地区地热田地热资源详查报告［R］.武汉:湖北省地质环境总站，2004.

［11］刘波，覃能辉，等.湖北省罗田县汤河地热田地热资源预可行性勘查报告［R］.武汉:湖北省地质环境总站，2012.

［12］刘波，刘勇，等.湖北省罗田县许家冲热田地热资源预可行性勘查报告［R］.武汉:湖北省地质环境总站，2013.