中国地热资源类型和特征探讨

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(核工业二〇三研究所，陕西 咸阳 712000)

地热是一种综合性矿产资源，我国地热资源丰富，以水热型资源为主，发展地热产业对国家能源结构调整、节能减排、环境改善等有着重要的意义。20世纪70年代“地热会战”至今，我国地热勘查开发历时四十余年，取得了丰硕的研究成果，黄尚瑶、Muffler、汪集旸、陈墨香、廖志杰、赵平、徐世光、郭远生等[1-8]对我国地热资源的类型和特征做了大量的研究。但以往的工作多为对某一地区或某一种地热资源类型展开的研究总结[[9-21]]，本文在总结前人地热研究成果的基础上，结合我国地质演化特点和地热地质条件，论述了中国地热资源的分类和主要特点，探讨了地热资源形成的大陆动力学背景，对地热资源区划进行了初步研究，以期抛砖引玉，由于本人认识有限，有不足之处恳请各位同仁讨论交流、批评指正。

1 我国地热资源概述

地热资源主要集中于构造活动带和大型沉积盆地中[22]，一般分为浅层地温能资源、水热型地热资源和干热型地热资源[23]；根据地热系统所处的地质环境和热能传导方式，陈墨香将我国水热型地热资源划分为隆起山地对流型(火山型、深循环型)和沉积盆地传导型(断陷盆地型和坳陷盆地型)[24]。(表1)

隆起山地对流型地热资源中的火山岩-岩浆岩型地热资源多分布于板块边缘、板块活动边缘，该类地热水补给以大气降水为主，可用来发电；断裂-深循环型资源分布于区域性深大断裂，水源补给以大气降水为主、沿海地区也有海水补给，该种资源温度相对前者较低，可用于采暖、发电。沉积盆地传导型的中、新生代断陷盆地型，一般位于板内裂谷地区，新生界和其下地层构成良好的盖-储组合，水源以大气降水和古沉积水为主，一般为中、低温地热资源，是我国目前主要开发利用的资源类型，主要用于供暖；坳陷盆地型地热资源除少量可供提取化工原料外，一般实际利用意义较小。

表1 我国水热型地热资源类型及特征

注：该表根据文献24、25修改。

图1 中国大陆及邻域Moho深度[30]

2 中国地热资源形成的背景

2.1 岩石圈厚度特征

我国岩石圈厚度整体上呈现西厚东薄的趋势[26-30]。西部青藏高原岩石圈平均厚度为 170 km，塔里木盆地中西部及准噶尔盆地岩石圈平均厚度约为155 km，天山地区岩石圈厚度为125～145 km；中东部岩石圈总体呈阶梯状，东部沿海区域岩石圈厚度约为95～105 km，渤海黄海区域岩石圈厚度约95 km，南中国海岩石圈平均厚度为70～80 km。岩石圈厚度和我国地质构造特征表现出高度的一致性，中西部岩石圈呈带状展布，与印度板块和亚欧板块碰撞带的走向相一致；中东部岩石圈厚度分布特征与太平洋板块和菲律宾海板块对亚欧板块俯冲带的走向大致相同。四川盆地和鄂尔多斯盆地可能是受到相对较小的地幔熔融作用[8]，该区岩石圈厚度同周围地区有明显的不协调，约为140 km。(图1、图2)

图2 中国大陆及邻域的LAB深度[30]

2.2 大地热流特征

大地热流是研究岩石圈热结构和地球动力学，进行区域地热资源潜力评价的必要参数[31]。中生代以来太平洋板块向西俯冲和新生代以来欧亚板块与印度板块发生陆-陆碰撞，我国东部地区发生深部地幔对流，产生引张应力环境；西部地区发生地壳增厚，走滑拉分[32]。在以上构造体制下，我国大陆地区热流分布总体表现为：东高、中低，西南高、西北低[15]。高热流区分布于活动的陆块(如华北陆块)及中-新生代造山系(西藏-三江造山系、武夷-云开-台湾造山系)；与稳定的构造背景、正常或偏厚的岩石圈厚度及相对较弱的中新生代构造-热活动有关[15、33]，低热流区主要分布于稳定的克拉通陆块(如扬子陆块、塔里木陆块等)及古老的造山系(如天山-兴蒙造山系、秦祁昆造山系即中央造山系等)。

3 隆起山地对流型地热资源

隆起山地对流型地热资源主要分布于我国的东南沿海、台湾、藏南-川西-滇西和胶辽半岛等地区，从目前地热开发的实践来看，板缘型水热系统的开发潜力优于板内系统，消减型板缘系统优于陆-陆碰撞型板缘系统。

3.1 藏南-川西-滇西地热带

藏南-川西-滇西水热型地热带是地中海-喜马拉雅地热带的东段，属于陆-陆碰撞板缘型水热系统，是一种潜火山岩型地热资源。喜马拉雅碰撞带是晚白垩世末-始新世新特提斯洋盆闭合后，叠置在欧亚板块南缘的新生带陆内强变形带；沿雅鲁藏布缝合带分布的碰撞型火成岩说明该区新生代以来有着强烈的热活动，为水热型地热资源提供了热源[34、35]。以北部的斑公湖-怒江一线和南部的雅鲁藏布江为界可以将地热资源分为藏北、藏中及藏南三个水热区[36]，水热活动呈现出北弱南强的趋势，水热活动界线与活动构造带展布方向一致。

3.2 台湾地热带

台湾地热带属环太平洋地热带的组成部分，是典型的火山型地热资源；大地构造位置位于菲律宾板块与欧亚大陆板块的俯冲带上，属于消减型的板缘系统。在菲律宾板块与欧亚大陆板块碰撞的过程中，岩浆减压熔融上涌、构造板片的势能向热能转化，构成了台湾地热带高温热储的温度来源，大地热流值80～120 mW/m2。台湾地热带可划分为三个小区：中央山脉区，西部山麓区和海岸山脉区；地热水大多属于碳酸盐泉，少数属于硫酸盐泉和氯化物泉；在火山岩区，以酸性硫酸盐泉居多；其它岩石区出露的多为中、碱性碳酸盐泉，少数为氯化物泉。

3.3 东南沿海地热带

东南沿海地热带是我国东部温泉最密集的区域。该带分属扬子板块和华南板块，受南海块体沿马尼拉海沟向东俯冲和菲律宾板块向欧亚大陆板块俯冲作用影响，中国东南部整体处于引张应力体制下，发育了一系列NEE-NE向和NW向为主的活动断裂，为温泉的形成创造了良好的构造条件。该区燕山期侵入岩和火山岩发育，由于热量的散失，燕山期岩浆岩并非热水的热源；但岩浆岩能干性强，第四纪以来台湾弧向西北推挤，NW向张裂发育，在岩体内形成了深破碎带，并成为热水运移的通道，因此该带地热资源大部产于与燕山期花岗岩有关的断裂、裂隙系统中，以中、低温热水为主，热水循环深度一般在4 km以内，热田面积较小，一般为0.3～0.5 km2，最大不超过10 km2。

3.4 胶辽地热带

胶辽半岛位于太平洋板块与欧亚板块边界的西北侧，是板块内部相对稳定但缓慢隆起的地区。该带地温梯度受西太平洋的俯冲引起的深部地幔对流影响，与新生代火山集中分布范围相一致[37、38]。现已发现的温泉主要集中在栖霞复背斜、乳山-威海复背斜和牟平-即墨NE向断裂束三个构造单元内。该带背斜核部广泛出露前寒武系基底岩石以及花岗岩体，热流向背斜轴部或核部集中，使背斜沿轴迹方向形成高热流异常带。温泉的出露受断裂构造和岩浆侵入的控制，出露于复背斜核部的NNE或NE向断裂与NNW或NW向断裂的交汇处。胶东半岛发现温泉均为中低温温泉，水化学类型为重碳酸盐型、硫酸盐型和氯化钠型。

4 沉积盆地传导型地热资源

沉积盆地传导型地热资源主要分布于我国的中、东部地区，华北盆地、淮河盆地、松辽平原、苏北盆地、江汉平原以及西部环鄂尔多斯断陷盆地等地区。可将我国中、新生代盆地划分为断陷盆地和坳陷盆地，中、新生代的断陷盆地与地热关系最为密切。

4.1 中、新生代断陷盆地地热区

华北盆地、苏北盆地、松辽盆地、下辽河盆地、渭河盆地和雷琼盆地新生代表现为断陷性质，下面以华北盆地和渭河盆地为例，概述中、新生代断陷盆地地热资源特征。

华北盆地基底为古生界和前古生界，具有多旋回、构造发育的特点。盆地主要的断裂有：郯庐断裂、太行山东麓断裂、沧东断裂带、聊兰断裂带、宝坻-昌黎断裂、齐河-上饶断裂和黄河断裂，亦发育许多次级大断裂。盆地中形成了新近系低温热水储层、古近系地压型地热储层和裂隙型岩溶中低温热水储层。地温梯度在凸起区为3.5～8.8℃/100m，凹陷区较为2.5～3.5℃/100m，古生界和前古生界的地温梯度一般为1～3℃/100m。

渭河盆地沿渭河呈东西向展布，南为秦岭，北为渭北台塬，是新生代发育起来的断陷盆地；北部基底为下古生界碳酸盐岩，南部为前寒武系变质岩和花岗岩；发育NE向和NW向两组断裂，形成凹凸并列的构造格局。盆地北浅南深，渭河断裂南部新生界厚度一般大于3 000 m，最厚可达万米。主要储层为：早更新统三门组、新近系张家坡组和蓝田-灞河组及古近系白鹿塬组。盆地大地热流50～80 mW/m2，地温梯度2.8～3.7℃/100m。

4.2 中、新生代坳陷盆地地热区

中、新生代坳陷盆地以准噶尔盆地和塔里木盆地为代表，此类盆地发育过程以稳定下沉、持续沉积为特点。中、新生代厚度2 000～5 000 m或更大；盆地大地热流值、地温梯度和温度值均低于断陷盆地，大地热流值小于50mW/m2，地温梯度一般为2～3℃/100m，1 000 m深的温度小于40℃。地下水含盐量有随深度增加的趋势，山前坳陷带磨拉石建造中的地下水，矿化度较低，但受山前地下冷水渗流的影响，水温普遍偏低。

4.3 中生代坳陷盆地地热区

中生代坳陷盆地以鄂尔多斯盆地和四川盆地为代表，发育时期主要为中生代，具有稳定下沉的特点，新生代地层较薄或缺失。四川盆地中生代形成宽缓的背斜和向斜，鄂尔多斯盆地则表现为幅度不大的隆起和拗陷，盆地内断裂活动局部强烈。为低大地热流区，大地热流平均50mW/m2；地温梯度一般2～2.5℃/100m。中生界砂岩为地下热水的赋存层位，具高矿化度的特点；四川盆地2 000 m内，以小于80℃的卤水为主，盆地周缘分布着一系列温泉，水温一般小于50℃，规模较小但有一定的开发利用价值。

5 中国地热资源区划

不同时期的造山带，围限了华北、扬子和塔里木三大克拉通，是中国最基本的构造特征。中国西南部受印度板块向北持续俯冲，青藏高原物质向东、向东南逃逸，形成了龙门山逆冲断裂系和西南三江地区走滑断裂系；东部地区中、新生代以来，受到环太平洋构造域的影响，软流圈上涌，发生局部岩石圈拆沉，地壳伸展，形成了走滑-裂谷构造体系，使稳定的华北克拉通发生破坏。中国地热资源的分布与中国岩石圈、上地幔动力学演化密切相关，区域构造又控制、影响了地热流体的运移、富集和成藏(图3)。

图3 中国主要泉水分布图(底图根据文献39修改)

不同成矿区地热资源类型和特征有所不同，勘查、评价和开发利用方案也有所区别，本文结合中国地质构造演化和地热资源成藏特征[40-43]，对中国地热资源进行了初步划分。地热资源可分为边缘型和板内型。板缘型可分为两种，陆-陆碰撞型板缘型地热分布在我国西部、西南部，以高温水热型为主；俯冲消减板缘型主要分布在我国东部沿海，以中高温地热为主；板内型按照盆地构造、沉积特征可分为断陷盆地沉积传导型和坳陷盆地周缘对流型两种，前者以华北盆地、松辽盆地为代表，后者以四川盆地周缘地热带为代表。(表2、图4)

表2 中国地热资源成矿区带划分表

Ⅰ-1.特提斯地热域；Ⅰ-2.滨太平洋地热域；Ⅰ-3.华北地热域；Ⅰ-4.塔里木地热域；Ⅰ-5.柴达木地热域；Ⅰ-6.中上扬子地热域；Ⅰ-7.古亚洲地热域

图4中国地热资源区划(底图根据文献39修改)

6 结语

(1)我国水热型地热资源可分为隆起山地对流型(火山型、深循环型)和沉积盆地传导型(断陷盆地型和坳陷盆地型)，隆起山地对流型主要分布在东南沿海、台湾、藏南-川西-滇西和胶辽半岛等地区；沉积盆地传导型地热资源可划分为断陷盆地和坳陷盆地，中新生代的断陷盆地与地热关系最为密切。

(2)火山型地热资源多分布于板块边缘、板块活动边缘，可用于发电；断裂-深循环型资源与区域性深大断裂相关，可用于采暖、发电等；中新生代断陷盆地型地热资源，一般位于板内裂谷地区，以中、低温地热资源为主，主要用于供暖；中、新生代坳陷盆地型地热资源实际利用价值较小。

(3)中国地热资源的分布与中国岩石圈、上地幔的动力学演化密切相关，区域构造控制、影响了地热流体的运移、富集和成藏；根据中国地质构造演化和地热资源成藏特征，可将我国地热资源初步划分为7个地热域15个地热区(带)。