江苏地热资源类型及开发利用前景

杜建国，姚文江，范迪富

(江苏省地质调查研究院，江苏 南京 210018)

江苏地热资源类型及开发利用前景

杜建国，姚文江，范迪富

(江苏省地质调查研究院，江苏 南京 210018)

按照发育深度将江苏地热资源分为地表出露的温泉、深度小于200 m的浅层地温能、深度为200～3 000 m的中浅成地热水和3 500～5 000 m的深成干热岩四大类。江苏地热资源类型较多，成因复杂，各类型地热资源皆具有各自的分布规律与发育特点。其中，浅层地温能、中浅成地热水资源和深成干热岩型地热资源的开发利用前景广阔。

地热资源;类型;特征;开发利用;江苏

0 引言

江苏处于中国东部沿海高热流地热异常带，这种特殊构造位置造就了江苏丰富的地热资源。江苏地热资源类型较多，成因复杂。笔者查阅了大量国内外相关资料，但尚未发现对江苏乃至全国地热资源的系统分类。因此，通过研究江苏地热资源发育地热地质特征，按照地热资源的发育深度以及各深度地热资源的成因，对江苏地热资源进行了分类。该项研究对江苏地热资源勘查与开发利用具有指导意义。

1 地热资源分类及其成因

地热资源按成因可分为对流型与传导型。前者主要指温泉，其形成条件比较严格，分布较局限;后者主要有孔隙型、构造裂隙型及岩溶型3个亚类。按照温度又可分为高温地热资源(＞150℃)、中温地热资源(90～150℃)、低温地热资源(25～90℃)。上述分类研究的重点是温度大于25℃及深度小于3 000 m的地热资源，也是目前地热资源开发利用的重点。随着开发利用水平的提高，小于25℃的浅层地温能及深度大于3 000 m的深成干热岩型地热资源的开发利用逐渐为人们所重视。因此，笔者按照深度将地热资源分为地表出露的温泉、深度小于200 m的浅层地温能资源、深度200～3 000 m中浅成地热水资源和3 500～5 000 m深成干热岩地热资源四大类。

1.1 温泉

地下水的天然露头称泉。一般分布在山区和丘陵区的沟谷和山坡脚下，平原区则多见于洪积扇前缘或河谷阶地前缘陡坡下。当泉水含有特殊的化学组分或高于常温时，分为矿泉、温泉或热泉。一般将泉水温度超过25℃的称作温泉，60℃以上的温泉列为中、高温温泉(徐雪球等，2010)。

温泉型地热资源属于对流型地热成因(汪集旸等，1993;陈墨香等，1994)，是地表水通过多孔透水通道渗透到地下深处，并在深处与热岩相遇，然后水和(或)蒸汽等地热流体受力驱使上行返回到浅部一定深度或出露地表形成温泉和热泉，由此产生对流循环系统，是否出露地表主要取决于地下水循环的动力条件及断裂带导通状况。

1.2 浅层地温能

地源热泵技术的发展，开避了地热利用的新领域，依靠地源热泵可以充分利用浅层地温能。我国浅层地温能的利用起步较晚，但发展较快，现已走在世界前列。北京、沈阳是国内发展最快的地区之一。

浅层地温能通常是指地表恒温带至200 m深度范围内，温度小于25℃，在当前经济技术条件下具备开发利用价值的地球表层的热能资源，其热源主要来自地球深部的热传导。浅层地温能的温度略高于当地平均气温3～5℃，温度比较稳定，分布广泛，开发利用方便。浅层地温能的利用，主要是通过热泵技术的热交换方式，将赋存于地层中的低位热源转化为可以利用的高位热源，既可制热，又可制冷。

1.3 中浅成地热水资源

中浅成地热水资源发育深度一般为200～3 000 m，其特点是地热水温度一般大于25℃，主要发育于岩石空隙中，之所以定义为深度小于3 000 m，是因为大于该深度，地应力较大，岩石空隙不发育。局部小于200 m深度亦可能出现大于25℃地热资源，亦可划归中浅成地热。中浅成地热水资源成因比较复杂，可分为对流型和传导型两大类。传导型地热类型又分为构造裂隙型、松散岩类裂隙型及古构造面岩溶型3个亚类。

1.3.1 中浅成对流型地热资源 其成因与温泉基本相同，不同的是由于地热水循环的动力条件不足和导通条件稍差而末能出露地表，埋藏在地下一定深度，如老子山地热水发育深度200 m，左右，小洋口地热水发育深度1 000 m左右，二者皆属于传导型地热资源。

1.3.2 构造裂隙型地热资源 大气降水在补给区沿断裂破碎带向下渗透达到一定深度，并驻存于断裂带构造裂隙或岩溶裂隙中，不断吸取围岩热量成为热水，同时汲取围岩中的微量元素。其分布呈带状，热量主要来自于地球深部，通过自然增温形成。与对流型地热不同的是，大气降水主要在重力作用下沿着张性断裂带向下渗透，驻存于构造裂隙带并静态地接受围岩热量，断裂一般为活动性引张断裂，可以是新生断裂，也可以是继承性断裂，处于断裂的开启状态，有利于大气降水的运移与储存。要求储层泥质含量少、性脆，这类地层有利于裂隙的发育与贯通，因此，碳酸盐岩、砂岩及火成岩类皆可以成为地热储层。无锡阳山地热井、苏州通安地热井、尚湖地热井、吴江地热井、泗洪临淮地热井等代表着不同岩性构造裂隙水。

1.3.3 松散岩类裂隙型地热资源 富存于新近纪以来松散沉积物砂层及砂砾层中的地下水，埋藏于地下一定深度，经增温形成地热水。江苏该类地热资源广泛发育于苏北盆地的盐城组地层中，呈层状产出，该地层主要为由粗碎屑物质组成的高孔隙度和高渗透性的储集层和由细粒物质组成的阻隔层，储集层主要为砂砾层，阻隔层主要为黏土层(并起着隔热保温作用)。苏北盆地属于裂谷型盆地，其形成与板块运动的扩张有关，主要由于地幔上隆、地壳减薄而发生的断陷，随着沉积物负荷的增加和沉降加积而成，虽然没有附加热源，但大地热流及地温梯度相对皆较高，有利于松散层的地热水增温蓄热成为地热资源。局部地区在附加热源的作用下，存在地温异常，该处新近纪地层中富存的地下水，也具有较高温度，且埋藏深度小，属于松散岩类孔隙水。1.3.4 古构造面岩溶水 埋藏于地下一定深度之下的古构造面是地热水发育的有利部位，特别是印支面是具有蕴藏地热资源潜力的古构造面。古构造面是曾经的剥蚀夷平面，该面上局部为碳酸盐岩地层，经地史时期长期的风化剥蚀形成岩溶，后经构造变动被埋藏，其上覆盖较厚的地层，该岩溶水被埋藏于地下一定深度并被升温成为隐伏地热水。该类型地热水可以不发育在断裂构造带，当然，发育于断裂构造带，更有利于岩溶化的进一步加深。北京及天津地区新生代地层之下构造面上分布有古生代及前古生代碳酸盐岩地层，并发育大量岩溶，北京、天津地区大量的热勘查成果证实，该构造面之下蕴藏着丰富的地热资源。

1.4 深成干热岩型地热资源

深成干热岩型地热是一种包含在地壳深处岩石中的热能。地壳深处的岩石不含水和蒸汽，本身具有很高的温度，呈干热状态，可以作为热能资源加以利用。这种地热能系统不要求岩石具有孔渗条件和含有流体，因而在目前钻探技术可达到的勘探深度范围(约10 km)以上分布十分广泛。几乎是一种无限的能源类型。资源分布范围从低于正常地温梯度的地区到高于正常地温梯度的地区均有分布。

由于在地热梯度和热流值较高的地方最有利于干热岩的开发利用，所以从宏观的大地构造角度来考虑，应选择那些板块碰撞地带，包括海洋板块和大陆板块的碰撞带，如日本群岛和美洲的安第斯陆缘弧。在大陆内部，大陆和大陆板块之间的碰撞带也是干热岩发育良好的部位，如印度板块和欧亚板块在喜马拉雅山和我国云南等地的碰撞部位。另外，大陆内部的断陷盆地区也是很好的选址目标。从岩石本身的物理性质考虑，应选择那些密度大、热传导率高的岩石，因此，花岗岩及灰岩是较理想的岩石。从理论上来说，大陆地壳任何部位都有可能作为干热岩的候选地，开发干热岩的经济可行性决定了选址问题。

2 江苏地热资源类型及分布特征

江苏处于中国东部沿海高热流地热异常带，地热资源丰富，类型繁多，成因复杂，但各类地热资源皆有其特殊的分布规律。

2.1 温泉

江苏已知温泉和热泉露头仅10余处，主要为连云港东海温泉、南京江浦温泉和南京汤山温泉。

汤山温泉主要分布在汤山山体东侧的汤山镇区和西侧的侯家塘附近。据资料记载，汤山温泉原有泉眼7处，1961年泉的自流量为1 500 m3/d。20世纪70年代以后，根据实际需要而开挖了一些浅井，至1993年，各浅井基本干涸，1994年南京大旱，各浅井都无地热水可抽。受汤山短轴背斜核部褶皱与断裂控制，组成山体的奥陶系—寒武系上统灰岩、白云岩是本区的主要热储层位。受断裂控制，东端跌落，西端下落倾伏，断裂发育，既导通深部热源，又有较好的储水空间(栾光忠等，1998;徐雪球等，2010)。

连云港东海县温泉位于横淘乡汤庙村。20世纪70年代，温泉地区可见有3个水温在44～48℃的自流温泉，自流量基本稳定在15 m3/h。20世纪80年代—90年代后期，为进一步开发利用区内的地热资源，陆续增打了8眼深井，地下热水的开采规模逐渐增大。目前，年开采量达 36.287 7万m3。泉水出自燕山期花岗岩侵入体(罗庄岩体)的风化带。温泉区地热系统是一个独立完整的、在燕山晚期二长花岗岩岩体中发育起来的裂隙保持深循环对流型地热系统。温泉区内的西晓庄—竹墩断裂是区内延伸远、切割深的区域性断裂，具有良好的控热、控水性。该断裂在温泉区，穿过脆性岩体，形成一定宽度的断裂破碎带，该断裂破碎带在浅部与北西向断裂相互交汇，与地表勾通，在局部地区存在地热异常，在构造破碎带中心，地热水温度较高，向两侧随着混入冷水逐渐增多，地热水温逐渐降低。

汤泉地热资源位于江浦县汤泉镇，地热泉呈北东东向带状分布，东端转为北东向，长约23 km，宽约3.5 km。汤泉地区共28个温泉，4个热水孔。其中25℃以上的热水孔3个、温泉27处，主要集中在西南部汤泉陈庄地段，其次是东北部浦镇地段。汤泉镇—陈庄地段泉群总流量为6 500 m3/d。汤泉处于宁镇隆起西端龙洞山复背斜的北缘和东端，北与滁河中新生代盆地毗邻。复背斜呈北东东向分布，轴面向南东倒转，褶皱轴向东倾斜，主要由震旦系组成核部，南翼因断层断失且被白垩系覆盖，北翼受滁河隐伏断裂影响。复背斜主要由灯影组白云岩、白云质灰岩和硅质岩组成，其上覆寒武纪幕府山组白云质灰岩。白云岩、白云质灰岩溶洞裂隙发育，据钻孔揭露，滁河断裂带附近白云岩内尚见角砾岩，上述岩溶裂隙和构造裂隙为地下热水的赋存提供了热储条件。

2.2 浅层地温能资源

江苏四季分明的气候条件及占全省总面积85%的松散层厚覆盖区，最适宜于浅层地温能的开发利用，利用浅层地温能不仅冬天可以供暖，夏天还可以降温。

江苏是全国地势最为平坦的省区，低山丘陵面积不足全省总面积的15%。气候温和，年降雨量约1 000 mm。大部分平原地区河湖广布。第四系和新近纪松散层分布广泛，厚度大，浅层地下水资源十分丰富，因此，江苏地下蕴藏着丰富的浅层地温能。江苏浅层地温能大至可分为下述6个区，各区的浅层地温能的地质条件存在明显的差异。

(1)黄河冲积平原。分布于丰县、徐州、睢宁、泗阳、涟水、滨海一线，与废黄河展布一致，主要由于黄河泛滥形成的冲积平原，第四系及新近系松散层厚度40～600 m不等，大部分厚度大于100 m。

(2)沿海平原。位于东部沿海，呈条带状分布，岩性以亚黏土、亚砂土为主，富含碘、氟等卤族元素，松散层厚度除了北部连云港地区小于40 m外，其余皆大于300 m，厚度最大的主要位于大丰及海安一带。

(3)里下海水网平原。里下河水网平原位于江苏中部泰州、兴化、宝应、建湖一带，地势低平，水网发达，是全省松散堆积最厚的分布区，第四系及新近系总厚度皆逾千米，是开展浅层地温能地质条件最好的地区。

(4)泗洪—盱眙丘岗区。该区位于江苏中西部洪泽湖周边，属于淮河流域。在地势较高的低山丘岗区，以更新统冲积亚黏土为主，在地势相对较低的冲沟中，以冲积、冲湖积亚黏土为主，其中，淮河入河口以冲积成因的砂土、亚砂土为主。松散层厚度40～200 m不等，山区厚度小于40 m，浅层地温能开发利用条件较差，而平原区一般大于100 m，可开发利用浅层地温能。

(5)长江三角洲平原区。该区位于长江两岸，顶点在仪征附近，北达新通运河，南部以扬中、江阴、常熟、太仓为界，呈喇叭状向东开口，地表出露地层皆为全新世松散堆积层。松散层厚度40～500 m不等，长江两岸存在明显差异，长江以南厚度较小，一般50 m左右，而长江以北大多大于200 m。

(6)太湖平原区。该区位于江苏境内太湖周边，常州、无锡、苏州3市大部分国土划归该区，以平原为主，局部为低山丘岗，出露有晚更新世、全新世地层。太湖平原区松散堆积厚度变化较大，一般为100 m左右，基岩出露区一般小于40 m，最厚地达400 m，主要位于昆山地区。

2.3 中浅成地热水资源

中浅成地热水资源是我国勘查与开发利用最广的地热资源。据估算，我国深度在2 000 m以内的地热资源所含热能相当于2 500亿t煤，保守估计可开发其中的500亿t(关凤峻等，2010)。江苏已掀起勘查与开发中浅成地热水的热潮，全省已完成此类型的钻孔约150多口。根据以往地热勘查成果，中浅成地热水资源存在多种成因类型，并且各成因类型在全省分布具有一定的规律性。

2.3.1 中浅成孔隙型地热资源 苏北盆地属于裂谷型盆地，地幔上隆、地壳减薄而发生的断陷，大地热流及地温梯度相对皆较高，有利于松散层的地热水增温蓄热成为地热资源。苏北盆地是孔隙型地热资源主要分布区，地热资源广泛发育于盐城组地层中，呈层状产出，该地层主要为由粗碎屑物质组成的高孔隙度和高渗透性的储集层和由细粒物质组成的阻隔层，储集层主要为砂砾层，阻隔层主要为黏土层(并起着隔热保温作用)。局部地区在附加热源的作用下，存在地温异常，该处新近纪地层中富存的地下水，也具有较高温度，且埋藏深度小，属于松散岩类孔隙水，主要分布于盆地边缘，如小洋口地区(江苏省地质调查研究院，2011)、宝应地区及盐城市区皆属于此种类型。

2.3.2 构造裂隙型地热资源 严格受“源、通、储、盖”条件控制，热源主要为自然增温，构造是该类型地热发育的先决条件，碳酸盐岩是最理想的储层，当然泥质含量较少的脆性地层亦可作为地热储层，另外要有一定厚度的盖层(热传导率低的地层)才能保证地热资源的温度。宁镇构造隆起区、苏北盆地南北两侧、建湖隆起及郯庐断裂带是孔隙型地热资源发育的远景区。地热资源沿断裂呈带状分布，主要受北西向张性断裂构造控制。

2.3.3 古构造面岩溶型地热资源 该类型的地热资源断裂构造控制不明显，属于古岩溶，与近代断裂构造关系不甚明显，而在目前的地热勘查过程中，几乎所有的地热井都是与断裂构造有关，因此，很难总结该类型地热资源分布规律，有待进一步研究。

2.3.4 中浅成对流型地热资源 该类型地热水因受地下水循环动力条件限制，末能出露地表成为温泉。经研究，老子山地热、宝应地热及小洋口地热成因明显属于该类型，盱眙2号地热井、圌山地热井及临淮地热井成因比较复杂，很可能也属于对流型地热，或者以对流型为主。从对流型地热资源分布规律看，其与规模较大的深大断裂关系比较密切。如小洋口热井与金坛—如皋断裂有关，老子山地热与盱眙2号地热井皆分布于北东向渔沟—桂五断裂带，镇江新区圌山地热井北西向姚桥—大路断裂控制，泗洪县临淮地热井发育于淮(阴)—响(水)断裂带，丹阳胡桥地热井位于北西向建山—丹徒断裂带。

2.4 深成干热岩型地热资源

江苏处于中国东部沿海高热流地热异常区，其成因与太平洋板块对欧亚板块的俯冲作用有关，是与俯冲带有关的软流圈上拱的结果(陈沪生等，1999)。苏北盆地又是江苏高热流分布区，大地热流值大于70 mW/m2，平均地温梯度30℃/km，局部地温梯度大于40℃/km，主要分布于建湖隆起南侧凹陷区宝应、盐城市区至大丰以北一线，溱潼凹陷及秦州凸起局部也有大于40℃/km的地温异常区。因此，宝应、盐城市区至大丰以北、溱潼凹陷及秦州凸起具有开发干热岩地温能的前景，4～5 km的深度地温有望大于200℃。

3 江苏地热资源开发利用前景

江苏地处我国东部最低处，丘陵山地占全省面积的5%，平原占85%，大部分地区为新近纪及第四纪松散层覆盖，这就决定了江苏存在丰富的浅层地温能。近10年来，在地热勘查实践中发现，江苏中浅成地热水资源十分发育，目前已掀起地热资源开发利用热潮。江苏局部高热流分布区存在地温异常，预示着具有开发深成干热岩的巨大潜力。

3.1 温泉

由于受形成条件限制，温泉分布远不及中浅成地热水资源普遍，虽然温泉利用成本较低，但其资源量有限。江苏10.26万km2的国土上仅有10余处，部分温泉由于受季节影响和开发规模的不断扩大，甚至出现了地热井枯竭的现象，因此，对于温泉应进行科学有序地利用。目前，江苏的温泉开发利用主要为温泉健身、温泉旅游、温泉娱乐、温泉集会等，江苏温泉特别是南京汤山温泉具有深厚的历史文化底蕴，有利于打造温泉文化与温泉品牌，使之成为地区经济增长的亮点。

3.2 浅层地温能资源

南京率先开展了浅层地温能的开发利用研究，每年冬夏两季分别能从浅层岩土体和地下水中利用的能量相当于(521～720)万t标准煤，每平方千米浅层地温能可利用量相当于(0.12～0.17)万t标准煤(江苏省地质工程勘察院，2010)。江苏总面积为10.26万km2，松散层覆盖面积约8.72万km2，如果借用南京市浅层地温能评价研究成果对全省浅层地温能进行估算，则年可利用能量相当于(1.046～1.48)亿t标准煤。浅层地温能开发利用前景主要表现在储量巨大、清洁环保、安全经济，通过热泵技术，几乎适用于任何建筑物。农村浅层地温能地质条件优越，适宜开发。未来，浅层地温能空调将会走入农村的千家万户。

3.3 中浅成地热水资源

根据“江苏省地热资源调查与开发应用研究项目设计书”(江苏省地质调查研究院，2006)，江苏可分为16个地热资源远景区，50个地热资源预测区，面积39 500 km2，按平均孔隙率1%、年限100年计算，在1 000～3 000 m深度内，预测地热可采资源量折合标准煤56亿t(地热水温度按65℃计算)，预测年可采资源量0.56亿t，占江苏能源资源消耗量的1/3～1/2。中浅成地热水资源具有温泉所有特质，因其分布广泛、资源量丰富，其利用不仅限于休闲娱乐与健身，更可广泛地应用于取暖、养殖、大棚种植、医疗保健等领域。例如，盐城地区利用地热资源养殖海产品，天津利用地热水建立了花卉温室，部分商家还利用地热资源打造别墅群，促进了房地产的开发与相关产业的的发展。中浅成地热水资源作为清洁、可再生的生态环保型资源，开发利用前景无限。

3.4 深成干热岩型地热资源

根据杨吉龙等人的研究，250℃的干热岩能提供55 MW的电力可长达20年，那么200℃的干热岩能提供55 MW的电力可长达16年，可节省燃煤95万t，如果开发20口干热岩井，1年可节约燃煤超过100万t，约占江苏煤炭产量的10%左右。苏北盆地盐城市及姜堰市溱潼一带是江苏开发干热岩地热资源的远景区。利用干热岩、沿海风力发电，共同打造江苏低碳电力综合示范区，是建设生态江苏的重要内容。

4 结论

综上所述，江苏地热资源可以分为温泉、浅层地温能、中浅成地热水和深成干热岩型四大类。每种类型的地质特征、勘查、开发利用方式均有所不同。其中以南京汤山为代表的温泉利用历史悠久，已成为江苏的一个品牌。浅层地温能正在江苏掀起研究与开发利用热潮;中浅成地热水是目前江苏地热资源勘查利用的主流;深成干热岩型地热资源虽尚未开发，但开发利用前景广阔。

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Geoheat resource types and development prospect in Jiangsu Province

DU Jian-guo，YAO Wen-jiang，FAN Di-fu

(Geological Survey of Jiangsu Province，Nanjing 210018，China)

Based on the development depth of geoheat resource，the authors classified the geoheat resource into four types：surface exposed spring，shallow geoheat of less than 200 m，medium shallow geothermal water as deep as 200 m to 3 000 m，plutonic dry rock as deep as 3 500 m to 5 000 m.Jiangsu was characteristic of varied types of geoheat resource，complicated origin，unique distribution rules and developing properties.In which，shallow geoheat，medium shallow geothermal water and plutonic dry rock were of potential prospect in exploitation.

Geoheat resource;Type;Properties;Development;Jiangsu

TE132.9

A

1674-3636(2012)01-0086-06

2011-08-11;

2011-08-19;编辑：侯鹏飞

杜建国(1968— )，男，高级工程师，地质矿产专业，长期从事地热资源勘查工作，E-mail：djg6841@126.com

10.3969/j.issn.1674-3636.2012.01.86