浙江省东阳市横店镇忠信堂温泉地热地质条件分析与验证

鲁彦宏 周新潮 冯益潘

摘  要：通过对浙江省横店镇忠信堂地热区域地质、矿产地质等资料的分析，并结合地热地质调查、钻探及物探等勘查工作，基本查明忠信堂地热地质特征、热储结构与空间分布，证实忠信堂地下热水的分布受断裂构造控制，且与萤石矿帶的成因联系，热水由大气降水沿导水、储水的构造系统深循环形成。

关键词：忠信堂;地热;热储

中图分类号：P314         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）24-0087-03

Abstract： Based on the analysis of the geological and mineral data of Zhongxintang geothermal area in Hengdian Town， Zhejiang Province， and combined with geothermal geological survey， drilling and geophysical exploration， the geothermal geological characteristics， thermal reservoir structure and spatial distribution of Zhongxintang geothermal area are basically figured out. It is confirmed that the distribution of geothermal water in Zhongxintang is controlled by fault structure and related to the genesis of fluorite ore belt， and hot water is formed by deep circulation of atmospheric precipitation along the structural system of water diversion and storage.

Keywords： Zhongxintang; geothermal; thermal storage

前言

浙江省内地热流体多处在地下矿井中发现，且与萤石矿的开采关系密切，尤其是在浙中地区，如武义、遂昌、仙居温泉等，地热流体与萤石矿相关，萤石成矿与火山后期地热水作用有关，说明了萤石成矿环境与引张构造环境密切相关。忠信堂萤石矿控矿构造下切深度较大，与深部沟通良好，具有一定的导热条件。

1 地质概况

1.1 区域地质背景

东阳市横店镇忠信堂位于丽水-余姚大断裂北西侧，永康-南马断陷盆地之北东，属本省二级构造单元——浙东南台隆的溪口-陈蔡隆起（IV级构造）。构造体系属东阳-唐先，与壶镇-回山北北东向构造带之过渡部位，属佛堂-岭口东西向构造带的南缘。

壶镇-回山构造带为晚侏罗系火山喷发带，其北西为白垩系断陷盆地。区内出露地层为侏罗系上统高坞组、白垩系下统朝川组泥及第四系地层组成。

区域岩浆岩往往是与火山喷发、喷溢作用有密切关系的超浅成侵入岩或火山喷溢中的通道相次火山岩。其岩性复杂，有中基性的安山玄武玢岩、中性的安山玢岩、酸性的流纹岩、流纹斑岩、霏细斑岩等。

1.2 矿区地质特征

1.2.1 地层

区内地层出露，主要为侏罗系上统西山头组第一段（J3x）、白垩系下统朝川组（K1c）和第四系。

侏罗系上统西山头组第一段（J3x）流纹质玻屑凝灰岩：灰白-浅灰色，玻屑凝灰岩结构，块状构造。碎屑成分主要为玻屑，次为晶屑、少量岩屑。

白垩系下统朝川组（K1c）分布于矿区北部，上部以泥岩、粉砂岩为主夹砂砾岩;下部以含砾砂岩、砂砾岩为主夹泥岩。

1.2.2 构造

勘查区位于白马中生代沉积盆地东南侧，侏罗纪火山岩隆起区内。区内断裂主要有四条，分别由北东向的F1、F2，北西向的F3、F4。

F1断裂是早白垩系断陷盆地边缘断裂。位于矿区北西部，已被早白垩系次安玄玢岩和次安山玢岩侵位，走向北东，倾向北西320～330°，倾角54～58°，由于一系列近平行的节理组成，断裂带宽15m左右，上盘节理发育明显，白垩纪层较破碎，下盘较完整。

F2探矿构造带位于矿区中部，走向北东50°左右，长1700米左右，倾向以南东为主，局部倾向北西，倾向70～85°，呈帚状分布，沿构造带发育多组节理裂隙，溶蚀裂隙中孔洞发育，为低温热水提供良好的储存条件。F2构造具二次以上活动。早期断面较平整，沿走向和倾向均呈舒缓波状，显示了右行压扭的构造特征。晚期构造再次活动形成构造角砾岩，表现为张扭性构造特征。

F3断裂：位于矿区南西侧，走向北西310～320°。该断裂形成较晚，切穿北东向F2构造，断面被第四系覆盖，但根据两侧地质界线和矿体形态分析，推测断面倾向北东，属张性断裂。

F4断裂：位于矿区中部，走向315°。断裂规模小，为成矿后断裂，但对矿体破坏及影响较小。

2 地热地质条件

2.1 热源

2.1.1 地热异常

忠信堂萤石矿区在主竖井水仓测得混合水水温为21.5～28°，测得正常排水量180～200m3/d，水温有变化主要有两个原因：一是北东向采矿区域，因为水仓水是上部岩脉和开采穿透岩脉的裂隙水（包括常温水和地热温水）混合后向下渗流，汇集进水仓，受气候、开采、抽水疏干时间长短等因素影响有关。二是西南侧，属必采矿区，且地势低洼，地表水较丰富，又距主竖井较近，因此主竖井在排水疏干中，西南侧的地表水、地下水通过裂隙向主竖井渗流排泄。

热水涌出点位于F2断层中的萤石矿体顶板一侧，溶洞或岩体破碎带是温水的通道，或者说，在地下温水循环深度内，F1、F2有合并或交叉现象，区内地热水系受断裂构造控制的带状热储类型。

2.1.2 热源条件

（1）地热系统类型

勘查区地下温水是通過断层破碎带、节理裂隙、溶洞、溶缝等导水通道向深部径流，被深部热异常热源加热并储存于构造带裂隙系统中的地热流体资源。在人类工程活动，如开采条件下，将引起浅部常温水向深部渗流造成原始水温、水位、水质等动态变化。

（2）热源形成条件

勘查区有安山玢岩，说明萤石矿成矿之后，一带仍有岩浆活动。勘查区巷道、矿区排水钻孔中均见有安山玢岩，且萤石矿体被岩脉错动断开，萤石矿控矿构造下切深度较大，与深部沟通良好，进一步证实了地热异常区萤石成矿期后岩浆活动的存在。

从上分析可知，勘查区地热流体热源与控矿断裂有关，通道沿断裂由深部热流向上传导，使储存于浅部裂隙水加热形成地热流体后循环到地表以温泉或人工开采形式排泄。其热源主要来源于深部的大地热流，大气降水沿断裂带深循环向深部运移并加温，形成热源。

2.2 热储

萤石矿及其矿化带，由于地下水中氟（F）含量较高，易形成溶洞、溶缝及晶洞。萤石矿矿体均沿断层充填，矿体形态产状受控矿断层的性质产状控制。控矿断层有多次活动迹象，特别是成矿后期的再次活动，引起萤石矿体挤压破碎，断层旁侧火山岩节理裂隙发育。断层的挤压破碎、岩体节理裂隙存在，为地下水循环创造了良好的流动空间。地下水循环流动，溶蚀矿体和围岩，形成了溶洞和溶缝。从矿坑中、钻孔中均可见到萤石矿化体中、石英脉中小溶洞、溶缝。这些小溶洞、溶缝不仅是地下水良好的通道，也是地下水的储存空间。

依据忠信堂萤石矿F2断层特征及萤石矿成矿规律，勘查区存在一个北东走向，向北延伸的带状热储体，地热资源主要赋存在忠信堂萤石矿F2断裂破碎带其围岩裂隙中，属构造裂隙型带状热储，与萤石矿脉相伴生。

2.3 盖层

勘查区地层围岩为流纹质含角砾晶玻屑熔结凝灰岩，在钻孔中见有浅绿色、浅色砂岩、粗砂岩，红色、紫红色厚层状粉砂岩，局部夹泥岩层。凝灰质砂岩、粉砂岩，下部常见凝灰质含砾砂岩、砂砾岩。矿区地层透水性弱，均为隔水层，热导率、热扩散率较低。构造带上部经后期充填胶结，构成自封闭条件形成的热储具有隔热隔水结构。

2.4 通道

勘查区地层受后期区域性构造活动影响，岩层中形成断层，并出现相应的次级构造。萤石成矿以后，断层的再次活动，伴随安山玢岩侵入，引起萤石矿体挤压破碎，断层旁侧岩层产生大量的节理裂隙。断层的挤压破碎、岩体节理裂隙存在，为地下水循环创造了良好的流动空间。

2.5 热储概念模型

通过对热源、热储、盖层、通道的分析，勘查区为对流型地热系统，对流通道、地热流体储存空间为控矿断层破碎带，特别是萤石矿体溶蚀带。勘查区地层受后期区域性构造活动影响，岩层中形成断层，并出现相应的次级构造。萤石成矿以后，断层的再次活动，伴随安山玢岩侵入，引起萤石矿体挤压破碎，断层旁侧岩层产生大量的节理裂隙。断层的挤压破碎、岩体节理裂隙存在，为地下水循环创造了良好的流动空间。地下水循环流动，溶蚀矿体和围岩，出现了溶洞和溶缝。断层破碎空间、矿体溶蚀空间构成了热储。

横店忠信堂位于低山丘陵区，地势较低，其补给区在矿区北东侧地势高的低山区，大气降水相对高差产生的静水压力是地表水深循环径流的动力条件。大气降水沿周边断裂下渗至深部热储，在深循环过程中，在正常的区域地温梯度条件下吸取围岩传导热而增温，并与周围的围岩发生溶滤作用。在自然状态下，热水被盖层封存于深部热储层或断裂构造中，当钻探揭露或采矿巷到穿透时，因提供了有利通道（井、孔）而造成深部地下热水压力平衡破坏而涌出或抽取出地表（详见图2）。

3 物探

物探工作主要依据该区已有地质资料，测线方向尽可能垂直地质构造线（F2断裂带），并满足可控源音频大地电磁法（CSAMT）测线要求。基本查明并推断了工作区内的构造的形态，结合地质资料进一步验证萤石矿区地质资料中钻孔在海拔标高约120m处见到萤石矿，正好对应物探勘查中F2断层的电阻率梯级带上，而萤石矿的形成与地下的热液运动存在密切关系，因此推测F2断层的深部存在与热液运动有关的活动，深部可能存在“热源”。

依据可控源音频大地电磁测深测成果——断层在不同深度切片图、断面的位置解译图可知，断层F2和F5可能相连通，剖面线测地热流体通道下限可能在-550～-690m、-1000～-1100m，两条断层的存在为地下水循环提供了“通道”。

在剖面上海拔标高-560m处和海拔标高-950m处的低阻异常区，推测富水较为有利，储存空间理想。

根据当地实际，应在当前经济技术许可的条件下，在保证存在有一定的地热流体（有水）的前提下，应当尽可能地获取最高的流体温度（尽可能加大勘探开发深度）和最大的流量。物探建议在剖面布置钻孔进行验证，编号为TJZK1和TJZK2，其中TJZK1设计直孔孔深约为850m，TJZK2设计直孔孔深约为1280m，如图3。

4 勘探与测井

依据地热资源地质调查及物探成果，综合分析圈定的忠信堂矿区F2萤石矿断裂带南西区域作为勘探工作的靶区，设计并施工勘探孔DR1（即TJZK1）。

根据DR1测井报告结合野外岩芯特征编录情况判定，DR1井钻探至399.4处遇到F2断层，钻至650m处将F2断层破碎带打穿，其说明F2断层主要分布于399.4～650m之间的地层中。从岩芯记录看F2断层在深部倾角有所舒缓，角度为70°以下，该断层呈帚状分布，裂隙呈网状发育。根据钻探进施工中断层破碎带的漏浆程度分析，钻进中的399.4～401m、412～413.2为主要大量漏浆部位外，泄露量约4m3/h，后续的515～650均出现不同程度的膨润土泥浆泄露，泄露量约2m3/h。确定DR1井共计12处破碎带，其中5处推断为出水位置。DR1井每100m地温梯度平均为3.10℃，从表1看地温梯度最高位于400～700m之间，与岩石、萤石热导率有关，根据钻探编录DR1在400～600m均不同程度的遇到小规模萤石矿脉。

5 结论

（1）忠信堂地区地热异常区萤石成矿期后岩浆活动的存在，热源主要来源于深部的大地热流。粉砂岩夹泥岩地层为弱透水层、构造带上部经后期充填胶结，构成自封闭条件形成的热储具有隔热隔水结构。断层破碎空间、矿体溶蚀空间构成了热储，同时也是良好通道。“源、通、盖、储”等地热地质条件完备，构成的整个热储模型较为较理想。（2）通过对横店忠信堂地热资源的调查、物探、钻探及抽水试验等工作， 基本查明忠信堂地热地质条件和热矿水赋存特点。忠信堂温泉属断裂带状热储低温地热资源，经抽水试验，实际抽水量为360m3/d（水位降深120m），稳定水温27.3～28.5℃，属重碳酸钙纳型低温含偏硅酸氟水，并含有锶、锂等活性元素，可作为温泉洗浴和理疗用水等开发利用，地热资源前景良好。

参考文献：

[1]浙江省第一地质大队.浙江省东阳市横店镇忠信堂地热地质勘查报告[R].2014.

[2]潘桂棠，肖庆辉，陆松年，等.中国大地构造单元划分[J].中国地质，2009，36（1）.

[3]王才贵，金太平，等.浙江省武义县溪里温泉地热地质条件及成因分析研究[J].地质灾害与环境保护，2009（03）.