山东省蓬莱市艾山地区地热资源开发前景分析

刘 哲，尉小永，郭 帅，马静晨，苗占山，王 治

（北京市地质工程勘察院，北京 100048）

山东省蓬莱市艾山地区地热资源开发前景分析

刘 哲，尉小永，郭 帅，马静晨，苗占山，王 治

（北京市地质工程勘察院，北京 100048）

在资料收集、野外地质、地温调查及现场地面物探工作的基础上，对山东省蓬莱市村里集镇黄泥沟村地区地热地质条件进行综合研究，分析了地热资源的开采前景，目的是基本查明工作区内的断裂构造、地层层序、热储分布、热储埋深、热储温度，预测地热井的成井条件，为地热资源开发利用总体规划及进一步勘探提供依据。分析内容包括地质构造条件、地温场特征、地球物理特征以及热储特征。认为工作区具备开发地热资源的前景条件，地热井成井深度在1500m左右时可获得30℃～40℃的热水。建议投入施工一眼探采结合井，井深设计1500m，井位选择于1000～1200m钻遇NE向断裂下盘，可获得较完善的地热资源赋存信息。

泥石流；遥感解译；综合评分法

0 引言

蓬莱市位于山东省东北部、烟台市境北部，是山东历史文化名城，旅游资源十分丰富。近年来，随着城市化进程的不断加大，使得旅游业的发展迅速向内陆延伸，位于蓬莱市南部的艾山风景区作为旅游开发的重点新区，亟待对该区开展地热资源的前期勘查工作。本次研究工作的重点为艾山风景区北部村里集镇黄泥沟村地区。

1 区域地质背景

（1）大地构造单元

工作区位于三级构造单元胶北隆起内，胶北隆起是胶辽台隆的组成部分，其基底变质岩受到晚中生代构造——热事件的强烈改造，岩浆活动十分频繁，形成大型的侵入岩基（山东省地质矿产局，1991；傅美兰，1985）。工作区正处于其中的伟德山超单元岩体中。

（2）地层特征

工作区内岩浆岩十分发育，形成时代包括新太古代、古元古代、新元古代和中生代，岩性以各类花岗岩为主。其中太古宙和元古宙岩浆岩主要分布于山坡中下部及山体外围，中生代岩浆岩多分布于山体上部。

工作区附近出露岩浆岩主要为侵入岩，包括燕山晚期伟德山超单元牙山亚超单元虎头石单元细粒二长花岗岩（wHtηγ53）、通天岭单元中粗粒二长花岗岩（wTηγ53）及任家沟单元疏斑状中粗粒二长花岗岩（wRηγ53）。

（3）构造特征

艾山地区主要构造为栖霞复背斜和招远至栖霞间密集分布的NNE向断裂群以及与之交汇的NW向断裂。构造线的总体走向与欧亚板块和太平洋板块边缘的营力效应一致，本区板内构造受板缘构造活动的控制。NE向和NNE向断裂大部分以压性和压扭性为主，NW和NNW向断裂大多以张性或张扭性为主（王志才等，2006；杜国云，1995）。

由图1可以看出，一条NE向断裂在工作区西北部穿过，且工作区南部发育了一条NW向的断裂，与NE向断裂交汇。断裂构造是控制鲁东地区温泉地热异常的主导性构造，断裂构造不仅构成了大气降水、地表水入渗和地热水出露的通道，而且在温泉区2组或2组以上断裂的交汇部位，控制了温泉地热异常的空间范围及地热异常范围的长轴方向。

工作区以南艾山温泉，就是受此NNE断裂控制，招远—栖霞一带的温泉多出露于断裂构造发育的花岗质侵入岩中或花岗质侵入岩与新太古代变质地层的接触带处。

图1 艾山地区地质构造图Fig.1 The geological structure map of Aishan area

2 地热地质特征

2.1 地温场特征

（1）大地热流值

从大地构造上看，工作区所处的胶东半岛属于华北板块的一部分，其地热热流值与胶辽台隆区相当，其平均值为47.155mW/m2。据陈墨香等人在黄县第三系盆地中测得该区热流值为62.587mW/m2，黄县第三系煤系地热增温率为4.4℃/100m（陈墨香等，1994）。从侧面反映出胶东半岛有一个相对高的地热流值，成为温泉出露的地热背景。

（2）地温场垂向特征

浅层地温普查是寻找地热资源的一种基础方法，通过浅层的温度变化，可以反映深部地热温度的一些信息，从而为进一步地热勘查工作提供依据。此次井温普查工作测温期间蓬莱市平均气温为10℃，测温时间段均为10：00-15：00。测量仪器为灵敏电阻和单臂电桥，共完成测温点15个。根据A1、A2和A10井的测温数据，工作区常温带位置在埋深30m左右，背景温度定为15℃较为合适。随深度增加温度有所升高，计算增温率取A1、A6和A10井地温梯度的平均值，经计算，30m以深地层的增温率为1.0℃/100m。

（3）地温场平面特征

根据本次测温数据，结合工作区地质条件，绘制出工作区及其附近地区10m埋深温度等值线图（图2），图中较清楚的反映出工作区附近的地温场平面分布规律。在工作区北部郝家村附近的A1、A7地热井，温度在22.2℃～29.7℃之间，井位位于图1地质图上显示的两条断裂交汇处，且井深在500m以上，沟通了地表与深部构造的温度联系，所以温度较高。工作区东北侧A10、A6、A11、A12井，温度在16.1℃～16.5℃之间，工作区内及其周围的A3、A4、A5、A13井，温度在15.3℃～15.6℃之间，工作区西南侧A15井，温度为14.5℃。将相近温度的井位连线，得出图2所示温度等值线，该等值线较清晰的反映出工作区附近地区地温随NE向断裂的分布规律，即地温由东北向西南逐渐降低。

图2 艾山地区10m埋深温度等值线图Fig.2 The 10m depth temperature contour map of Aishan area

2.2 地球物理特征

为深入研究工作区附近地热资源的分布、埋藏条件、含水层的富水性，且得到较准确的结果，根据区域地质特征及现场情况，本次补充了音频大地电磁法（AMT）的地面物探工作。本次AMT工作采用加拿大凤凰公司生产的V8电法工作站，共布设东西向测线5条，点距40m。

通过本次物探工作，大致查明了区内岩浆岩的发育情况，经野外实地踏勘，其与实地地质情况相吻合；在工作区内推断隐伏断裂两条，即F1、F2。其中断裂F1为区内新推断裂，可能是图1中工作区东南部NW向断裂的延长线，也可能是断裂F2的次生断裂构造；断裂F2为区内已知NE向断裂，为区内主要的导水导热通道。从工作区通过的已知NE向断裂在物探成果中显示较为清晰，此次物探工作查明了该断裂在工作区内的空间展布特征（图3）。

2.3 热储特征

综合区域地质资料，野外地质调查及物探工作，从地热田形成的四大要素对工作区的热储特征进行探讨：

（1）热源

地热热源是指地热的直接来源。工作区位于胶东半岛鲁东隆起区，虽无古生代盖层沉积，但中生代以来，该地区地质活化，白垩纪末期强烈活动，广泛出露印支—燕山期的热导率高、渗透性强的花岗岩，而胶东温泉主要出露于上述岩体以及岩体与围岩侵入接触部位。大量岩浆岩从上地幔侵入到地壳上部，带来了巨大的热量，本区新生代以来岩体不断隆起，使深部的热量继续随岩体向地表运动，新生代岩浆活动也向地壳上部提供一定热量（厉愿，2012）。中酸性侵入体和周围的胶东群变质岩均为结晶岩，且深部没有大规模和地表连通性好的含水层存在，主要靠固体传导向大气中散发，有利于地热的保存，当有深大断裂与地下联通后，地热便会沿断裂上升，形成地热异常。因此，工作区属于断裂带导热型热源，断裂切割的深度较大，与深部热源沟通，是理想的热源之一。

图3 音频大地电磁法物探成果图Fig.3 The geophysical prospecting results map of AMT

（2）热储层

热储层主要是指渗透性好的孔隙，裂隙岩层以及构造裂隙岩层，并在其中赋存有丰富的地下热水。工作区地层为燕山晚期二长花岗岩层，该岩层质地脆硬，加上后期构造活动的改造，岩石裂隙发育，且为非层状岩石，岩体中的裂隙具有突出的平直性和透水性，有利于大气降水的补给和地下热水的赋存。因此，工作区热储层为构造裂隙发育的二长花岗岩地层，属于带状热储层。

（3）热储盖层

热储盖层主要由一套透水性不好或不透水的岩层组成，直接覆盖在热储层之上，起到隔热保温的作用。由于工作区热储层上部缺少胶结程度好、导热性差的沉积岩层，所以工作区属于开放型水热系统。因此为保证热储层内地热水温度不受影响，需封固上部冷水地层，使之成为较好的热储盖层。

（4）导热导水构造

导热导水构造是指为深部热流和地下水的运移和分布提供通道和空间条件的构造。根据全球热流统计资料显示，全球热流的分布与地质构造有着密切关系。在构造活动相对稳定的地区，地热流值较低：而在构造活动较强烈的地区，地热流值则较高。同时，就地热异常区（带）的分布来看，多数情况下是由于地下热水通过断裂系统上涌而形成地热异常，因此，地热条件的主要控制因素是断裂。

结合区域地热地质资料分析得出，该区域出露的温泉多集中分布在栖霞复背斜，复背斜核部长期向上拱起遭受强烈风化剥蚀，广泛出露前寒武系基底岩石以及花岗岩体。在背斜构造形态下，上窄下宽的“屋脊式”，有利于热流侧向运移，发生折射和再分配，向背斜轴部或核部集中，使背斜构造沿轴迹方向形成高热流异常带，而温泉的具体出露部位受断裂和岩浆侵入体的控制。纵观区域已有的温泉，皆出露于复背斜核部的NNE或NE向断裂（多为高角度断层）与NNW或NW向断裂构成的X型构造交汇处。这些地方构造裂隙十分发育，岩石破碎，成为温泉出露最为有利的条件，不同时代和性质的断裂构造及其组合对于温泉的形成和出露具有主导性的控制作用，局部上形成控泉构造。

由区域地热地质资料表明，通过艾山温泉的断裂构造穿过工作区，为地热的导热导水构造。在工作区北侧约4km的郝家村和站马张家村，新开凿了两眼地热井，自流井口温度约30℃。两眼地热井是受两条不同走向的断裂控制，即郝家村西侧的NNE向断裂和邓格庄至郝家的NW向断裂，在两条断裂的影响下地层较破碎，有利于地热资源的形成。由此可见，工作区正处于断裂的影响带内，符合区内温泉与构造的关系。

3 地热资源开发利用前景

3.1 开发利用情况

该区地热资源主要分布在花岗岩地区断裂构造带交汇部位，多属断裂构造控制的对流型中低温地热资源，主要热储层（带）是由断裂构造形成的、具有高渗透率、不同时期的花岗岩破碎体。地热田共有2处，分别是温石汤地热田和艾山汤地热田。

温石汤地热田属于自然出露地表的地热温泉，出水温度50℃～52℃，出水流量可达1000m3/d；艾山汤地热田，泉水采自地下两千多米，出水温度52℃，含有丰富的氟、偏硅酸、锂等矿物质和镭、铀等微量元素，具有很高的理疗价值。此外，郝家村和站马张家村，新开凿了两眼地热井，井深1000～1200m，自流井口温度约30℃。

3.2 前景分析

工作区地热系统属中低温深循环对流型，略微偏高的大地热流是其主要热源，地表水是地下热水的补给水源，地下水通过发育在花岗岩中的断层或断裂破碎带，下渗和深循环对流，在径流过程中不断吸取围岩热量成为热水，沿断裂上升过程中，与地下浅部裂隙水混合而成为化学成分各异、温度高低不等的温泉水（图4）（张云吉等，1999）。

图4 艾山地区地热资源形成模式图Fig.4 The geothermal resources formation pattern map of Aishan area

从地热田形成的四大要素来看，工作区具备开发利用地热资源的前景条件。热源为断裂带导热型，热储层为构造裂隙发育的二长花岗岩带状热储，热储盖层为封固完好的二长花岗岩地层，导热导水断裂为通过工作区的NE向断裂。通过分析整理工作区附近地热资源的开发利用情况，认为工作区成井深度在1500m左右时可获得30℃～40℃的热水。

4 结论

本次工作所提出的地热资源开发利用条件，是通过地质调查、地温调查、物探工作成果进行推断，对该地区深部地层的赋水性和温度等情况尚缺乏实钻经验，建议投入施工1眼探采结合井，井深设计1500m，井位选择于1000～1200m钻遇NE向断裂下盘，可获得较完善的地热资源赋存信息。

［1］山东省地质矿产局. 山东省区域地质志［M］. 北京：地质出版社，1991：597.

［2］傅美兰. 胶东半岛变质岩区基岩裂隙水形成机理及其开发利用［J］. 山东地质，1985，1（2）：61～69.

［3］王志才，邓起东，晁洪太，等. 山东半岛北部近海海域北西向蓬莱—威海断裂带的声波探测［J］. 地球物理学报，2006，49（4）：1092～1101.

［4］杜国云. 威海—蓬莱断裂带地质特征与胶东新构造运动区划［J］. 烟台师范学院学报（自然科学版），1995，11（2）：60～64.

［5］陈墨香，王集炀，等. 中国地热资源［M］. 北京：科学出版社，1994：260.

［6］厉愿. 山东省地热资源热成因机制分析［D］. 山东：山东科技大学，2012：92.

［7］张云吉，金秉福. 综合开发胶东半岛地热资源的几点建议［J］. 资源开发与市场，1999，15（3）：156～157.

The Prospective Analysis of Geothermal Resources Development of Huangnigou Village， Cunliji Town， Penglai City of Shandong Province

LIU Zhe， YU Xiaoyong， GUO Shuai， MA Jingchen， MIAO Zhanshan， WANg Zhi
（Beijing Institute of Geological and Prospecting Engineering， Beijing 100048）

Based on the data collection， geological survey， ground temperature survey， and geophysical prospecting， this paper comprehensively studies geothermal geological conditions of Huangnigou Village， Cunliji Town， Penglai City of Shandong Province， and makes a prospect analysis of geothermal resource， and it aims to work out the fracture structure， stratigraphic sequence， geothermal reservoir distribution， buried depth of the geothermal reservoir， temperature of geothermal reservoir in the study area， and to predict the supplying conditions of geothermal wells in order to provide basis for the development and utilization of geothermal resources planning and further exploration. In this paper， the contents include the geological structure conditions and geothermal feld characteristics， geophysical characteristics and the characteristics of geothermal reservoirs. Through the analysis，the study area has the prospect of the development of geothermal resources conditions， and the geothermal water with 30-40℃ can be obtained in the geothermal well， which is about 1500m depth. We suggest that the exploration wells are about 1500m depth and located to meet NE faulting footwall in about 1000-1200m depth. So we can get a perfect occurrence of geothermal resources information.

Geothermal resources； Geothermal geological condition； Prospective analysis； Shandong

P642.23

A

1007-1903（2016）02-0065-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.03.012

刘哲（1986- ），男，主要从事地热地质研究。E-mail：liuzhedante@126.com