土壤元素地球化学异常对天津地区地热田异常的指示

王卫星，赵 娜，张亚娜，曹淑萍，李攻科

(1. 天津市地质调查研究院，天津 300191；2. 天津地热勘查开发设计院，天津 300250)



土壤元素地球化学异常对天津地区地热田异常的指示

王卫星1，赵 娜2，张亚娜1，曹淑萍1，李攻科1

(1. 天津市地质调查研究院，天津 300191；2. 天津地热勘查开发设计院，天津 300250)

地热属于清洁的可再生能源，天津地区蕴藏着丰富的地热资源。As、B、Be、Bi、Hg、Sb等可以作为岩石、土壤、水系沉积物测量的重要指标，在土壤地球化学测量中可以使用这些元素来进行地热田异常调查。本文利用天津地区多目标地球化学土壤调查数据，分析了天津地区地热田异常区内表层和深层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb的地球化学异常，研究认为土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb的地球化学异常对天津地区地热田异常具有很好的指示作用，可以为今后预测地热资源的空间分布和规划开发提供重要依据。

地球化学 地热田 天津地区

Wang Wei-xing, Zhao Na, Zhang Ya-na, Cao Shu-ping, Li Gong-ke. Geochemical anomalies of soil elements and their implications for geothermal fields in the Tianjin area[J]. Geology and Exploration, 2015,51(5):0932-0938.

地热属于清洁的可再生能源，中国是世界上地热资源储量较大的国家之一，尤其是中低温地热资源，开发利用潜力巨大(蔺文静等，2013)。大于25℃的中低温热水型地热资源用途广泛，储量丰富，易于开发利用，经济效益十分可观(耿莉萍，1998)。天津地区蕴藏着丰富的地热资源，地热资源已被普遍用于城市居民冬季取暖、生活用水、温泉洗浴、渔业养殖、工业利用等各个方面，极大地改善了天津市的城市环境和居住条件(王卫星等，2010)。天津地热资源的开发利用也存在一定问题，如现已探明的地热资源开采过度，地热水位年降幅较大，回灌率较低，有些井回灌效果不明显等问题(曾梅香等，2008；刘杰等，2012)。因此，寻找新的地热资源对天津市地热资源可持续发展至关重要。研究表明As、B、Be、Bi、Hg、Sb等是地热水运动带来的组分，它们可以作为岩石、土壤、水系沉积物测量的重要指标，类似于热液金属矿床原生晕分带中的前缘晕组分，在土壤地球化学测量中可以普遍使用这些元素来进行地热田异常调查(蒋敬业等，2006)。前人研究认为地热田土壤中Rn和Hg气异常的分布特征可指示隐伏地热田的分布范围(童运福等，1993；朱丙球，1993)。天津地区多目标地球化学调查系统采集了全市范围内的表层(0cm～20cm)和深层(80cm～100cm)土壤样品，分析了表层(1点/4km2)和深层(1点/16km2)土壤组合样品，获得了大量土壤元素含量资料。

本文通过对地热田内表层和深层土壤中相关元素地球化学异常的研究，来分析土壤元素地球化学异常对天津地区地热田异常的指示作用，为今后预测地热资源的空间分布和规划开发提供重要依据。

1 地热田分布

天津地区地热田主要分布在天津市南部平原，从北向南依次为周良庄地热田、潘庄-芦台地热田、山岭子地热田、王兰庄地热田、万家码头地热田(图1)。周良庄地热田呈椭圆状，位于宝坻区东南部的周良庄镇，地热田异常面积约180km2。潘庄-芦台地热田呈葫芦状，位于宁河县西部的潘庄-芦台镇一带，地热田异常面积约610km2。山岭子地热田呈似圆状，位于东丽区山岭子村，地热田异常面积约315km2。王兰庄地热田呈似椭圆状，位于市区中南部-蔡公庄镇一带，地热田异常面积约534km2。万家码头地热田呈葫芦瓢状，位于津南区南部-大港区西部一带，地热田异常面积约235km2。周良庄、潘庄-芦台、万家码头地热田均位于郊县，是近些年来发现的相对比较年轻的地热田，目前地热开发处于起步阶段。山岭子、王兰庄地热田位于市区和市郊，发现相对较早，地热开发利用程度相对较高(林黎等，2005；夏大平等，2008)。

图1 天津地区地热田分布与构造地质简图Fig.1 Diagram of distribution of geothermal field and tectonic geology in Tianjin area1-周良庄地热田；2-潘庄-芦台地热田；3-山岭子地热田；4-王 兰庄地热田；5-万家码头地热田1-Zhouliangzhuang geothermal field；2-Panzhuang-Lutai geothermal field；3-Shanlingzi geothermal field；4-Wanglanzhuang geothermal field；5-Wanjiamatou geothermal field

2 地热田地质特征

2.1 周良庄地热田

周良庄地热田位于王草庄凸起部位，基岩主体构造为背斜构造，该凸起基岩面起伏不大，向东西两侧略有加深(柴蕊，2006)。钻孔揭露的热储层有新近系明化镇组和馆陶组热储层、奥陶系热储层、寒武系热储层、蓟县系雾迷山组热储层。明化镇组热储层为一套砂岩、砂砾岩与泥岩频繁交互叠置的河流相沉积层，热储顶板埋深约250m～350m，出水温度约28℃～50℃。馆陶组热储层为一套河流相碎屑岩，顶板埋深约1200m～1450m，出水温度约40℃～60℃。奥陶系热储层裂隙发育很不均匀，一般靠近凸起中心部位或断裂带附近裂隙、岩溶发育较好处，热储顶板埋深约880m～1500m，出水温度约60℃。寒武系热储层区域发育不稳定，热储顶板埋深约1500m～2500m，出水温度约90℃。雾迷山组热储层在区内普遍分布，热储顶板埋深约2200m～2800m，出水温度约102℃。周良庄地热田热储以深部碳酸岩岩溶-裂隙型热储为主，目前开发的主要热储层为奥陶系。

2.2 潘庄-芦台地热田

潘庄-芦台地热田主要位于潘庄凸起附近，沧县隆起北部，北以汉沽断裂为界与王草庄凸起相连，西、北以下第三系剥蚀线为界与武清凹陷相邻，南与大小东庄凸起相接，东以沧东断裂为界与北塘凹陷相隔(王继革等，2013)。钻孔揭露的热储层有新近系明化镇组和馆陶组热储层、奥陶系热储层。明化镇组和馆陶组热储层是以碎屑岩为主的孔隙型低温热储层，明化镇组热储顶板埋深约500m～1200m，出水温度约40℃～50℃。馆陶组热储顶板埋深约1200m～2000m，出水温度约45℃～65℃。奥陶系热储是以碳酸盐岩为主的岩溶裂隙型中低温热储层，出水温度约70℃。

2.3 山岭子地热田

山岭子地热田位于沧县隆起北段的大小东庄凸起之上，基岩主体岩系是一个由中、新元古界为核部，下古生界寒武系为翼部的背斜构造(林黎等，2007；赵苏民等，2007)。钻孔揭露的热储层有新近系明化镇组和馆陶组热储层、奥陶系热储层、蓟县系雾迷山组热储层。明化镇组热储层在地热田内普遍分布，顶板埋深约300m～700m，出水温度约40℃～75℃。馆陶组热储层在沧县隆起高部位有部分缺失，顶板埋深约1100m～1400m，出水温度约40℃～80℃。奥陶系热储层顶板埋深约1200m～3800m，出水温度约70～90℃。雾迷山组热储层在全区均有分布，顶板埋深约1500m～3100m，出水温度约85～100℃。

2.4 王兰庄地热田

王兰庄地热田位于沧县隆起次一级构造单元双窑凸起上，向东跨过白塘口西断裂，西以天津断裂为界与大城凸起毗邻，南以沧东断裂为界，北部越过海河断裂(天津市地质矿产局，1982；赵维明, 2001)。钻孔揭露的热储层有新近系明化镇组和馆陶组热储层、奥陶系热储层、蓟县系雾迷山组热储层。明化镇组热储层在地热田内均有分布，顶板埋深约400m～600m，出水温度约40℃～55℃。馆陶组热储层在沧县隆起高部位有不同程度缺失，顶板埋深约900m～1500m，出水温度约55℃～65℃。奥陶系热储层在沧县隆起区呈带状或块状分布，在背斜核部和凸起高部位缺失，顶板埋深约1200m～3800m，出水温度约50℃～70℃。雾迷山组热储层在全区均有分布，顶板埋深约900m～4000m，在中部沧县隆起处埋深较浅，在两侧的坳陷区一般大于4000m，出水温度约70℃～95℃。

2.5 万家码头地热田

万家码头地热田位于沧县隆起东北部的小韩庄凸起之上。钻孔揭露的热储层有新近系明化镇组和馆陶组热储层、奥陶系热储层、蓟县系雾迷山组热储层。明化镇组热储层在全区普遍分布，属河流冲积相沉积建造，明化镇组热储顶板埋深约370m～520m，出水温度约40℃～65℃。馆陶组热储顶板埋深约1100m～1350m，出水温度约60℃。奥陶系热储层在地热田东南部东兰坨-万家码头一带缺失，顶板埋深约1200m～1800m，出水温度约60℃。雾迷山组热储层在全区普遍分布，顶板埋深约1300m～3000m，出水温度约88℃～97℃。

3 地热田土壤元素地球化学异常特征

对地热田中表层和深层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb含量的最小值、最大值、平均值等地球化学特征值进行统计，从表1可以看出：周良庄地热田表层和深层土壤中Be、Bi含量平均值分别大于天津市环境背景值和基准值；潘庄-芦台地热田表层和深层土壤中B、Be、Bi含量平均值分别大于天津市环境背景值和基准值；山岭子地热田、王兰庄地热田的表层和深层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb含量平均值均分别大于天津市环境背景值和基准值；万家码头地热田表层土壤中As、B、Bi、Hg、Sb含量平均值大于天津市环境背景值，深层土壤中As、B、Sb含量平均值大于天津市基准值；山岭子、王兰庄、万家码头地热田深层土壤中As含量平均值大于表层土壤。全部地热田表层和深层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb含量最大值均分别大于天津市环境背景值和基准值。

以As、B、Be、Bi、Hg、Sb含量的天津市环境背景值和基准值，分别作为地热田表层和深层土壤中对应元素的异常下限，也就是分别高于环境背景值和基准值时即为异常，累频数达到94%以上为高度异常级别，采用GeoIPAS V3.1软件制作天津地区地热田表层、深层土壤元素异常分布图(图2、图3)。元素含量小于异常下限用灰白色表示；含量大于异常下限而累频数低于94%用灰色表示，为元素地球化学异常区；含量累频数大于94%用深灰色表示，为元素地球化学高度异常区。

表1 天津地区地热田土壤元素地球化学特征值(×10-6)

3.1 周良庄地热田

周良庄地热田表层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb均显示地球化学异常。其中，Be和Bi异常明显，异常几乎分布在地热田全区，且在局部区域Bi具有高度异常区；B、Hg异常主要分布在地热田中部的牛家牌和周良庄一带区域；As和Sb异常在该地热田分布面积相对偏小，主要分布在牛家牌和周良庄一带区域。

图2 天津地区地热田表层土壤元素异常分布图Fig.2 Diagram of distribution of the surface soil element anomaly of geothermal field in Tianjin area

地热田深层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb均显示地球化学异常。其中，Be和Bi异常明显，且异常几乎分布在地热田全区；B异常主要分布在牛家牌和周良庄一带区域；Hg异常主要分布在牛家牌以外区域；As和Sb异常在该地热田分布面积相对偏小，主要分布在地热田南部牛家牌区域，其它区域没有异常。

3.2 潘庄-芦台地热田

潘庄-芦台地热田表层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb均显示地球化学异常。其中，Be异常明显，异常分布在地热田全区，且在南部的造甲城-西堤头-小淀一带区域具有高度异常区；As和Sb异常主要分布在地热田西南部区域，地热田中心和东北部区域没有异常；B和Bi异常在地热田分布面积也相对较大，除了北部区域以外几乎全区分布；Hg异常主要分布在地热田外围的边部，地热田中心以及北部区域没有异常。

图3 天津地区地热田深层土壤元素异常分布图Fig.3 Diagram of distribution of the deep soil element anomaly of geothermal field in Tianjin area

地热田深层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb均显示地球化学异常。其中，Be和Bi异常明显，在地热田中异常面积较大，Bi异常在大黄堡区域具有高度异常区；As和Sb异常主要分布在地热田西部和南部区域；B异常主要分布在地热田中部和东部区域；Hg异常主要分布在地热田外围的边部，地热田中心以及东部区域没有异常。

3.3 山岭子地热田

山岭子地热田表层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb均显示地球化学异常。其中，B、Be、Bi、Hg异常明显，异常几乎分布在地热田全区，Be异常在地热田北部和南部局部区域具有高度异常区，Bi和Hg异常在地热田西部边界区域具有高度异常区；As异常主要分布在地热田中部区域，地热田东西边界区域没有异常。

地热田深层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb均显示地球化学异常。其中，As、B、Be、Bi、Sb均异常明显，异常几乎分布在地热田全区，As和Bi异常在新立镇和军粮城区域具有高度异常区；As和Sb在地热田西部边界区域没有异常。

3.4 王兰庄地热田

王兰庄地热田表层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb均显示地球化学异常，并且异常明显，异常几乎分布在地热田全区；As异常在地热田西部和南部局部区域具有高度异常区；Bi、Hg、Sb异常在地热田北部局部区域具有高度异常区；Hg异常在地热田南部的团泊-蔡公庄一带区域没有元素异常。

地热田深层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb均显示地球化学异常。其中，As、Bi、Hg、Sb均异常明显，异常几乎分布在地热田全区，As异常在中西部区域具有高度异常区；Be和Bi在地热田北部的李七庄以北区域没有异常；B异常主要分布在地热田中部的杨成庄-团泊一带区域，以及南部的蔡公庄和北部的张家窝、大寺一带区域。

3.5 万家码头地热田

万家码头地热田表层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb均显示地球化学异常。其中，B和Be异常明显，且异常几乎分布在地热田全区；Be、Bi、Hg、Sb异常在王稳庄和中粮镇以东区域没有元素异常；As在王稳庄地区没有元素异常。

地热田深层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb均显示地球化学异常，但是在王稳庄和小沽镇以东地区没有元素异常。

4 地热田预测

目前，天津市地热田热储层主要为新近系明化镇组和馆陶组、奥陶系、寒武系、蓟县系雾迷山组，这些热储层在各地热田中均有分布。各地热田地热资源潜力主要与地热田的大小、热储层的分布及发育程度等因素有关。王兰庄地热田和山岭子地热田因为发现相对较早，热储层分布完整，而且离城区近，开发利用程度相对较高，但正由于处于城区且开发利用程度高，考虑到对地质环境的影响目前为限量开发开采。周良庄地热田和万家码头地热田为近十几年来发现的地热田，热储层分布完整，离城区远，开发利用处于起步阶段，地热资源开发潜力大。潘庄-芦台地热田为近年来发现的地热田，离城区远，开发利用才刚刚开始，地热资源开发利用潜力大。已探明的上述五个地热田土壤中的As、B、Be、Bi、Hg、Sb六种元素含量都具有地球化学异常，且这些元素异常在地热田中具有较好的空间套合性。从图2和图3中元素的地球化学异常分布可以看出，表层土壤中Be、Bi、Hg、Sb元素在王兰庄、山岭子、潘庄-芦台三个地热田相邻区域异常强度高，高度异常区主要分布在此区域。深层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb六种元素在山岭子和万家码头地热田相邻及以东区域异常强烈，并且分布有高度异常区，结合“就矿找矿”的找矿理论，可以考虑在这些区域附近寻找新的地热异常区。

5 结论

天津地区地热资源丰富，其开发利用前景广阔。本文根据天津地区地热田分布特征及多目标地球化学土壤调查数据，分析了天津地区地热田异常区内表层和深层土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb的地球化学异常，研究认为土壤中As、B、Be、Bi、Hg、Sb的地球化学异常对天津地区地热田异常具有很好的指示作用。在天津地区地热田普查阶段，对地热田异常进行远景区预测圈定时，可以将土壤中的As、B、Be、Bi、Hg、Sb六种元素的地球化学异常作为重要参考依据，尤其是深层土壤元素的地球化学异常分布，同时参考“就矿找矿”的找矿理论在已探明的地热田附近寻找新的地热异常区。研究认为王兰庄、山岭子、潘庄-芦台三个地热田的相邻区域，以及山岭子和万家码头地热田的相邻及以东区域是寻找新的地热异常区的有利区域。

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[附中文参考文献]

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Geochemical Anomalies of Soil Elements and their Implications for Geothermal Fields in the Tianjin Area

WANG Wei-xing1, ZHAO Na2, ZHANG Ya-na1, CAO Shu-ping1, LI Gong-ke1

(1.TianjinInstituteofGeologicalSurvey,Tianjin300191; 2.TianjinGeothermalExplorationandDevelopment-DesigningInstitute,Tianjin300250)

Geothermal belongs to clean and renewable energy, and there is abundant geothermal resources in Tianjin area. As、B、Be、Bi、Hg、Sb can be used as important indexs of rock、soil、stream sediment survey, and we can use these elements to investigate geothermal anomaly in the soil geochemical survey. This paper analysis geochemical anomalies of As、B、Be、Bi、Hg、Sb in surface and deep soil in thegeothermal field in Tianjin area by soil survey datas of multi target geochemical of Tianjin area. Researching suggests that geochemical anomaly of As、B、Be、Bi、Hg、Sb in soil have very good indicative function on the abnormal geothermal field in Tianjin area, and can provide an important basis for distribution and development of geothermal resources in the future.

geochemistry, geothermal field, Tianjin area

2015-04-20；

2015-08-10；[责任编辑]陈伟军。

中国地质调查局项目(编号：12120113002000)资助。

王卫星(1982年-)，男，2010年毕业于中国地质大学(北京)，获硕士学位，工程师，长期从事应用地球化学工作。E-mail: 66318420@qq.com。

P618

A

0495-5331(2015)05-0932-07