论太湖南岸“地热田”及地热勘查方向

朱华雄

(浙江煤炭地质局，杭州 310000)

随着社会经济高速发展，人们生活质量日益提高，对环境因素提出了更高要求，当前国家和政府大力提倡开发新型能源，地热资源就是其重要组成部分。太湖南岸的湖州地区近年来，在地热勘查方面取得了突破性进展，如WQ10地热井，日出水量1 300余吨，井口水温达63℃。通过分析研究，对这一地区的构造因素、地热的形成、地热成藏模型也在不断的认识和深化过程中，本文在此提出太湖南岸“地热田”的概念，结合区域地质构造、“地热田”的成藏特征，以及我们在这一区域地热勘查工作经验等，提出了太湖南岸地区今后的地热勘查工作方向。

1 地质构造背景条件

本区地处扬子板块的东南缘，在漫长的地质时期，经历了多期的构造作用和复杂的地史演化过程。湖州地区断裂构造极其发育，断裂活动具有多期性和力学性质多重性，区内主要有北东、北西和东西向三组断裂体系(图1)。有学川—湖州深大断裂(F-2)、长兴―奉化深大断裂(F8)与湖州—嘉善深大断裂(F-5)(见图1)。

1.1 北东向断裂带

马金-乌镇深断裂:呈北东向分布，断裂带宽3～5km，岩石破碎强烈，沿断裂带有酸性岩体侵入，局部见玄武岩，该断裂形成于元古代，印支运动，断裂活动剧烈。断裂性质为压性及张性兼有，断面多倾向东南。

湖州-学川大断裂(F-2断层)：走向北东，断面倾向南东，倾向60°～80°，断裂带形成于燕山早期，燕山晚期曾多次活动，沿断裂带有多处酸性基性岩脉侵入。

上述两条北东向断裂的深部电性反映，两者均倾向南东，以压扭性为主，马金-乌镇断裂为一条壳幔断裂；湖州-学川大断裂为早-中更新世活动断裂，断裂经过处表现十分明显的低阻带，在深部上地壳底界面处，湖州-学川大断裂交汇于马金-乌镇深断裂，并延深至壳幔深处[1]。

1.2 北西向断裂带

长兴-奉化大断裂(F8、F9断层为其主干断层)：该断裂西起长兴煤山，向西南延伸至奉化，总体走向310°～320°，是由多条北西向断裂呈斜列、平行或断续出现构成，在地表，这些北西向断裂表现出右旋走滑特征，而在人工地震剖面上普遍表现为张性，表明该断裂具有张扭性质，它错断了早期北东，东西向断裂，具有明显的新生性，其活动时间主要集中在侏罗纪至古近纪，在晚白垩世活动尤为剧烈[2]。

长兴—奉化大断裂与北东走向断裂的交汇处附近1987年曾发生的盐官43/4级地震。区域上与北东走向、东西走向断裂的交汇处有6个地热异常点分布，其中本区苍山地热点井口温度31℃，还有2个突发性水温异常点分布[3](桐乡3号井，1989年水温曾达95℃；宁波孔浦39号井，1980-1981年水温为65℃)[3]。

1.3 东西向断裂带。

湖州-嘉善大断裂(F-5断层)呈东西向展布，断裂形成燕山晚期，性质以剪切断裂为主，控制着断裂两侧的中、新生代沉积盆地发育。断裂南侧为嘉兴东西向隆起，称湖州升山隆起。

上述3组断裂均为区域性的深大断裂，断裂带在地表一般由一系列平行、斜列的断层断裂带组成，断裂带宽度2～8km，纵向切割深，部分甚至延伸到壳幔深处；这些断裂带在平面上切割、交汇于湖州市区的周围，造成湖州及周边地区的断裂构造十分发育，破坏了地层的连续性和完整性。同时还控制着本区中新生代沉积盆地的形成和发育。

图1 太湖南岸地区构造纲要图Figure 1 Structural outline map of Taihu Lake’s southern shore area

区域性北东向断裂形成时期最早，压扭性为主；北西向断裂、东西向断裂形成时期相对较晚，以拉张、张剪性为主，并切割北东向断裂；这些深大断裂是区域内良好的导热、导水构造。

2 地热分区

湖州太湖南岸地区的深部构造属开化—桐庐幔隆区(Ⅱ2)，此处的莫氏面埋深29.5km,是浙江省范围内最薄的地区。上海奉城—湖州长周期MT剖面显示，在马金—乌镇深断裂与学川—湖州大断裂之间的地下20km左右有2个低阻圈呈串珠状分布，可能是残留岩浆体的证据[1]。热源主要来自区域大地热流。湖州地区热流值约70MW/m2,地温梯度基本正常，大约每百米2.0～2.5℃。

太湖南岸地势西高东低,构成一个较完整的水文地质单元。区内具有较好的地下水赋存条件，自上而下有①长兴组、青龙群灰岩溶洞裂隙水(称上灰热储)；②黄龙组、船山组、栖霞组灰岩溶洞裂隙水(称下灰热储)和③志留系、泥盆系砂岩裂隙水(称砂岩热储)等3套含水层分布。

根据地层沉积特点、沉积环境、地貌类型，结合地热地质特征将本区分为东、西两个地热分区，即西部基岩出露区(Ⅰ区)和东部断陷沉积盆地区(Ⅱ区)，分区界线以F-2断层及其分支断层为界。

2.1 西部基岩出露区(Ⅰ区)

西部为低山丘陵区，石炭、二叠系灰岩，泥盆系与志留系砂岩出露地表，接受大气降水补给。大气降水沿着砂岩含水层节理、裂隙与灰岩含水层的岩溶裂隙,以及断裂破碎带下渗进入地下水循环体系，由上向下、由浅部向深部、由山区及山前向平原区径流。地下水径流沿断裂破碎带向深部循环，经深部热传导加热后，热水沿断裂带上升，形成对流型地热。Ⅰ区盖层薄或不完整，区域内地热异常明显，当地热水通过断裂上升形成地热流体，由于近地表处灰岩岩溶发育，浅层地下水大量混入加速对流。所以Ⅰ区地热系统以对流型为主，单井水量较大，孔口水温多在25～31℃，水质类型为HCO3-Ca型，淡水。

2.2 东部沉积断陷盆地区(Ⅱ区)

东部为平原区(Ⅱ区)，接受西部地下水径流的补给。上部覆盖有80～100m第四系松散层，下部有厚度不等的白垩系、侏罗系。根据区域地热地质情况分析认为，在沉积断陷盆地发育前，东、西两区的地质条件基本相同，属于同一地质单元，石炭二叠系灰岩出露于地表，接受大气降水、风化、溶蚀作用的影响，经历了相同的灰岩岩溶发育阶段。后来由于F-2、F-5断裂的沉陷作用，东部区进入断陷沉积盆地的发育阶段，白垩系、侏罗系等中新代沉积盖层覆盖在古生代热储层之上，形成了良好的封盖，造就了当前太湖南岸“地热田”的状况。

F-2断裂带构成沉积断陷盆地的西部边界，断层倾向南东，由于同沉积构造作用，南东盘下陷沉积明显。而且断陷盆地中的北北东向基底阶梯状断层发育，由西向东分别为F-1、Fa、Fb等断层组成，这些断裂与F-2断裂呈平行排列，均表现出为东侧下陷，热储层埋深由西向东逐级加大，在CSAMT剖面的断裂带附近反映出规模较大的低阻异常，异常带东侧重力异常曲线出现陡降情况，说明断裂带东南盘下降，盖层厚度加大。至Fa断层以东一带，上部的白垩系、侏罗系盖层厚度已超过2 200m(如WQ13井揭示)。

沉积断陷盆地区由于北东向、东西向、北西向三组区域性深大断裂带相互交错，基底地层遭受断裂切割形成网格状断裂体系，为地下水的深循环创造了有利条件，使层状热储层与带状热储体融为一体，地热形成模式可以概括为“层控热储-侧向迳流补给-大地热流供热”模式。

3 太湖南岸“地热田”

地热田是指在目前技术条件下可以采集的深度内，富含可经济开发和利用的地热流体的地域。它一般包括热储、盖层、热流体通道和热源四大要素，是具有共同的热源，形成统一热储结构，可用地质、物化探方法圈闭的特定范围。

3.1 “地热田”的盖层及热储层

我们根据现阶段地热地质工作程度，结合区域地质构造条件、盖层、热储层分布，以F-2、F-5、Fa断裂(Fa断裂为地质工程控制)，以及北部的太湖岸线为界，圈定了一个沉积断陷型地热田。周边由地质工作控制的断裂构造围限，地热田内以层状热储层深部热传导为主，断裂对流传导为辅。

盖层条件：地热田上部盖层条件良好，由于区域内断裂构造十分发育，盖层主要是指分布连续,且受断裂构造影响相对较少的侏罗系、白垩系以及新地层。区域内侏罗系为一套巨厚的陆相火山-沉积岩系，白垩系为河湖相及冲积相的红色陆屑建造。区内白垩系热导率在1.9～3.4w/m·k，侏罗系火山岩热导率在2.6～3.8w/m·k，均是良好的隔水保温盖层。中新生代盖层主要分布在断陷沉积盆地区，厚度一般700～1 500m，往东南部厚度还有加大趋势。

图2 地热分区示意图Figure 2 A schematic diagram of geothermal subareas

太湖南岸“地热田”热储层主要为石炭二叠纪石灰岩，热源为沿区内深大断裂上涌的大地热流，可能还有残余岩浆热的影响，经地东部的地热钻孔揭露地下热水水温42～63℃，为中温(40～60℃)-中高温(60～80℃)水，水化学类型为HCO3-Na·Ca或CL·HCO3-Na型微咸水，具有显著地下深层热水的特点。

3.2 “地热田”热能

地热井地热流体可开采量所采出热量、年累计可利用的热能分别按如下公式计算：

Wt=4.186Q(t-t0) ∑Wt=86.4DWt/K，

Wt—热功率，kW；

计算结果：WQ10地热井地热流体可开采量所采出热量达3 036.52kW；年累计可利用的热能达131 177 854MJ。WQ09地热井地热流体可开采量所采出热量达398.78kW；年累计可利用的热能达17 227 373MJ。WQ12地热井地热流体可开采量所采出热量达760.4kW；年累计可利用的热能达32 850 884MJ[4]。

3.3 “地热田”可采资源量

根据目前的区域地热地质工作程度，现阶段控制的地热田面积约18.2km2，热源主要来自区域大地热流，受断裂构造影响，热储层深埋，盖层条件良好；同时盖层之下普遍发育古生代层状灰岩热储，形成封闭状态的地热田。盆缘断裂和盆地基底阶梯状断裂，沟通了层状灰岩热储，形成了兼有层状热储与带状热储特征的地热田。

目前地热田中有3口井的水温、水量均可供开发利用。热矿水单井可采资源量为WQ09井，井口水温42℃，可采资源量308m3/d(主要出水段为上灰热储)； WQ10井，井口水温63℃，可采资源量1 010m3/d(主要出水段为下灰热储)；WQ12井，井口水温45℃，可采资源量573m3/d(主要出水段为下灰热储)。这3个地热井分布于地热田的不同位置，该区地下水补给较为充沛，单井抽水时相互间干扰影响不大，目前单井地热水可采资源量之和即为现阶段“地热田”地热水可采资源量。

4 东、西两区地下热水水质对比分析

以F-2断裂为界分为西部基岩出露区、东部断陷沉积盆地区，区域内发育上灰热储、下灰热储、砂岩热储等三套层状热储，同时由于断裂构造的影响，断裂带成了导热、储水通道。

西区：西部基岩出露区地热异常明显，这一区域盖层条件不好，属开放型地热异常，孔口水温多在25～31℃，近地表处被浅层地下水大量混入，地下热水类型是HCO3-Na·Ca型淡水，属于有补给来源的循环型水。

东区：由于同沉积断裂构造影响，热储层深埋，热储以层状石炭-二叠系灰岩为主，形成了一个沉积断陷型地热田。热源以深部热传导为主、以对流传导为辅。地热井孔口水温度达42～63℃，水质类型为HCO3-Na·Ca或Cl·HCO3-Na型微咸水。

我们从东、西两区选择了5个较为典型的地热井水质分析指标，对比两区地热资源的水质成分，见表1：

表1 由西向东排列的地热井水质指标Table 1 Geothermal wells water quality indices arranged from west to east mg/l

据“浙江省湖州市太湖南岸地热资源勘查报告”摘录

由此可见，东、西两区地热井的水质存在着明显的差异，东区地热水中的二氧化碳、锶、铁、锂、偏硅酸含量及水质总矿化度、总硬度等，比西区地热水高出2～5倍，显示出东区地热水接受了更多深层地下水的补给。

5 地热勘查方向

太湖南岸的石炭二叠系灰岩，存在相同的灰岩岩溶发育阶段，无论是上灰热储、还是下灰热储，无论是东部断陷盆地沉积区、还是西部基岩出露区，在总体断裂构造发育的背景条件下，灰岩的岩溶均发育良好，具有较好的含水条件，灰岩热储是本区最重要的热储层，是今后地热勘查的主要目标层。

太湖南岸地区整体都表现出较为明显的地热异常现象，但由于地形地貌、地层分布、断裂构造影响，地热分区现象明显，不同的区域有不同的地热异常表现。针对其不同的地热赋存状态将采取不同的地质工作手段。以F-2断裂为界，以西为丘陵区，古生代地层出露地表，局部有少量新地层覆盖。由于缺乏足够盖层保温，西区以断裂带对流型热传导为主，孔口水温度25～31℃。由于浅层地下水的大量混入，水温上升区间不大。针对这类区域我们重点是要控制深大断裂，以寻求断裂带深部的对流型地热资源。到目前为止在西区所进行的地热勘查活动都以寻找浅层地下水为主，钻探控制深度均未超过600m。今后若在这一区域开展地热钻探工作应考虑更深的钻孔，孔深大于1 000m，并封隔浅层的地下水，表层套管下至350～400m为宜，寻找深部对流型断裂裂隙水，可能会有所突破。

东区则有较好的盖层条件，但盖层厚度因断裂构造变化较大，这类地区我们的工作重点是控制盖层厚度，寻找其下的层状灰岩热储。为此，我们建议太湖南岸地区地热勘查工作，一是针对东、西两区不同的地热地质特征采取不同的地质工作手段加以控制；二是对“地热田”分布区和区域地热构造异常带作重点研究和控制。

(1)沿北东向F-2断裂分布存在着1个规模很大的灰岩热储岩溶发育带，沿着区域性的F-2、Fa等北东向断裂带分布，即是地热田分布区，有稳定的层状灰岩热储，断裂之间相互沟通，形成了大规模的岩溶发育带，其上有良好的盖层条件，是今后地热勘查最重要的区域。地热田中盖层的分布范围和沉积厚度明显受北东向盆缘断裂、基底断裂控制。盖层厚度总体由西向东逐渐加厚，WQ10、WQ09控制盖层厚度达900～1 400m,至Fa断裂附近盖层厚度(WQ13井控制)已达2 200m。在未进一步查明Fa断裂东侧基底构造的情况下，在“地热田”以东地区布设地热井应采取谨慎的态度。

同时我们也要以发展的眼光看待问题，从目前所掌握的资料来看，由西向东盖层厚度是逐级增加的，但趋势也不是一成不变的，还可能存在地堑式的断陷沉积盆地类型，继续向东也可能会出现相应的对称式抬升，如出现这种趋势将给今后的地热勘查提供了更为广阔的空间，即继续向东会出现盖层变薄的现象。本文前面论述的内容主要集中在湖州城区及周边一带，地理位置仅相当于太湖南岸的西部区域(即本次地热勘查的工作范围)，太湖南岸其实包含了更大的区域范围，向东延伸还有湖州的织里、南浔以及嘉兴的乌镇等地。嘉兴“运热1号井”(位于嘉兴秀洲区运河农场)，孔口水温64℃，氟含量4.7mg/l，可开采量大于2 500m3/d，热储主要赋存于上古生界碳酸盐岩构造裂隙中(热储埋深在2000m左右)。这样浙江省两口水温最高，出水量最大的地热井均分布于这一区域。这就要求我们进一步深入研究Fa断裂以东地区的基底构造形态，调查了解这一区域的地层沉积特征、热储埋藏条件等，再加上相应的工程控制，我们可以在这一地区圈定出更大范围的地热田，进一步扩大地热勘查的潜力区域，开发前景十分美好。

(2)沿北西向也存在着1个规模较大的灰岩热储岩溶发育带，即长兴—奉化深大断裂带，有F8、F9等断裂通过，在CSAMT上表现为整体的低阻异常，灰岩的岩溶裂隙发育、水量丰富。这个深大断裂带也是更大范围内的区域性导热构造所在，沿此断裂有众多的地热异常点出现，所以区域性的北西向构造也是今后地热勘查的重点方向。

[1]于鹏、吴健生、王家林、等.上海奉城-浙江湖州长周期MT剖面提揭示的深部电性结构[J].地球物理学报，52(2),2008.

[2]姚琪、张微、廖林，等.杭州湾地区长兴-奉化断裂的展布及中新生代活动特征研究[J].大地构造与成矿学，34(1),2009.

[3]陈维君,黄立勇. 浙江省突发性地热点基本特征[J].物探与化探,2006(04):283-288，311,2017.

[4]严金叙、戴家生,等.浙江省湖州市太湖南岸地热资源勘查报告[R].浙江：浙江煤炭地质局，2016(10).