华东地区地热资源评价研究——以苏皖地区为例

张飞燕，平立华，吴　英

(1.中国石化华东油气分公司勘探开发研究院， 南京　210011；2.江苏煤炭地质局， 南京　210046)

0　概况

地热资源是一种清洁能源，相对现在世界消费的煤、石油等一次性能源主力，其具有对环境污染小、储量大、可再生等优点，是目前各国重点研究开发的新能源之一。地下热水是地热能源的直接表现形式之一，已被广泛应用于采暖、旅游、洗浴、发电、医疗、温室、农业灌溉等众多领域，取得一定的成果。我国的地热能源利用已在京、津等地取得较好的综合效益，目前对其的研究开发掀起另一个高潮。相比之下经济较为发达的苏皖地区地热资源利用还是不充分。苏皖地处东部沿海地区，人口密度较大，地热需求利用较高，虽没有滇、藏、台等地的高温异常条件，但却高于不少的西部盆地和南方地区，是地热开发利用最为有利的远景区。特别是近年来苏皖两省的发展越来越紧密，也迫切需要对其的地热整体规划。本文将通过现有资料结合前人成果以两省作为一个整体分析其现今地热地质特征，并根据两省发展和地方上经济发展的需求提出最有利的地热远景区。

1　区域地质特征

1.1　区域构造及岩浆岩

苏皖地块经历过复杂的构造演化史，其中海州、晋宁、印支、燕山运动都比较强烈，在地层中留下明显的不整合；加里东运动、海西运动与喜山运动也有清楚的踪迹，但一般以升降为主，地层间表现为假整合和微角度不整合。其中，燕山运动是亚洲东部继印支运动之后最重要的一次构造事件，奠定了今日的构造格架之基础。

研究区自晚古生代至新生代，经历了多个构造旋回，形成了一系列的坳陷和断裂。此断裂体系中的深、大断裂构造系主要为北北东向、北东向、东西向、南北向、北西向以及分布广泛的推覆构造等。苏皖地区分属华北板块、苏鲁造山带、秦岭大别造山带和下扬子板块；因地区深大断裂发育，尤其是郯庐断裂对苏皖地区的大地构造格局起到明显的控制作用[1]。

苏皖地区因处于华北板块与扬子板块碰撞结合部位，经历多期次剧烈岩浆活动，其喷出岩和侵入岩在研究区的出露面积可达1.7×104km2[2-3]。

1.2　地层

研究区内发育自下元古界至第四系，因地层分布受构造控制，可划分为扬子、华北、和北淮阳等三个地层区[2]。

扬子地层区主体分布于下扬子板块，根据沉积变化，可分为江南地层亚区和下扬子地层亚区，大致以东至—泾县一线为界。下扬子地层区的地层，属扬子型沉积区，地层系统与华北型明显不同。区内地层发育较全，太古界-中元古界多分布在东海、泗阳、海州等地，为苏鲁隆起的主体，上部多为中浅变质的片岩夹石英角斑岩和含磷大理岩，下部出露混合花岗岩和深变质片麻岩等。震旦系至三叠系广泛分布于苏南隆起之上，在南通、溧水、宁镇等地区常构成丘陵或山地，而在苏北盆地则掩伏于在中新生代之下。地层主要由海相碳酸盐岩和砂泥质碎屑岩组成，间夹海陆交互相和陆相碎屑岩沉积。其溶蚀裂隙和砂岩孔隙可作为较好的地热储层。在宁镇东段埤城地区，震旦纪地层之下，钻孔中见有中下元古界片麻岩，可能代表扬子准地台基底。侏罗一白垩系为内陆盆地型沉积，在苏南隆起古生代褶皱地层(包括三叠系)之上，陆相碎屑岩与中基性一中酸性火山岩广泛发育，苏北盆地3 000m以内存在多种地热储层类型，其中新生界地热储层为新近系松散砂层及古近系弱固结砂岩，热储层类型为孔隙水、孔隙裂隙水；热储层类型为岩溶裂隙水的地热储层为裂隙—岩溶型发育的震旦系—中生界碳酸盐岩。新生界分布广泛，古近系、新近系广泛分布，以陆相杂色碎泥岩为主，不整合接触于下伏地层，古近系主要发育在苏北盆地之内，其它地区发育较少。而南部地区，古近系分布零星，仅限于局部盆地以内，沉积千余米不等。新近系以苏北盆地内发育较全。主要为河湖相砂泥质和黏土局部夹玄武岩。各地厚度变化较大，一般在数百米以上，苏中地区最大厚度超过1 500m。第四系全区大面积发育，可分为下更新统、中更新统、上更新统和全新统。第四系各统的砂层和砂砾层，因岩石的孔隙发育，常为地下热水的赋水层，而亚黏土和黏土层则为隔水层[3-4]。

华北地层区位于华北板块，多被第四系所覆盖，缺失中元古界、中奥陶系晚期至泥盆系以及古近系渐新统。其断陷盆地内的热储层较多，包含岩溶裂隙水和孔隙水及孔隙裂隙水，多为层状，分布稳定，水径流条件较差。

北淮阳地层区位于秦岭大别造山带北部，地理位置上位于舒城—霍山之北，庐江—肥东以西，本研究区缺失上太古界、中元古界、寒武系至泥盆系、二叠系至侏罗系下统以及古近系渐新统沉积。

2　地温场特征

2.1　地热显示特征

地质构造控制地热场，苏皖研究区地热显示总体受断陷盆地、断块隆起带和深大断裂的控制[4]。综合出露的温泉(≥20℃)及已查到的部分钻孔资料等，如图所示，可观察出温泉出露分带明显，主要集中分布在苏鲁隆起断裂区、泰州低凸起、建湖隆起、沿江断裂、大别隆起区、巢湖-庐江及皖南山区等，华北准地台、皖东及苏南隆起中少见。纵向上大地热流值显示在不同地区也存在差异，多与地质构造背景有关，不同构造单元热流值各异。在统一构造单元内，热流值的离散度也较大，这可能是由于近地表带内数据受地下水运动、结晶基底起伏、断裂等影响所致。整体分析认为地热高值区多分布在苏北盆地、沿江地带、亳州-阜阳盆地以及定远盆地等地区；秦岭大别造山带高值等值线与其构造方向一致；研究区南部温泉出露带呈窄条状，零星分布；苏北盆地内基底凸起、次级隆起部位特别是靠近边界断裂一侧为较高地温分布区等，这些特征的差异多与深部地热场有关，一般较高热流值区域地热显示也较多，比如温泉的出露也是一种高热场的表现形式。

2.2　恒温带特征

目前，研究区内这方面资料较少，仅南京、徐州、东海、苏州等地区进行过的恒温带测量工作。恒温带温度因地而异，多不超过40m，温度多为20°左右。但也存在恒温带缺失区，如汤庙温泉区缺失恒温带，地表以下地温急剧升高，显示出地温异常状态。

图2　苏皖地区热流分布图Figure 2　Jiangsu-Anhui area heat flow distributions

2.3　地温梯度特征

华北板块的徐淮块体及皖中块体紧邻郯庐断裂，郯庐断裂的分布控制其地温场，整体地温梯度在2.5～4.78℃/100m，地温高值大多紧邻郯庐断裂带，皖中地区的合肥盆地地温梯度相对较低，其中实测安参1井的地温梯度为2.75℃/100m，整体由苏皖地区地温梯度分布图上可以发现，该区的地温梯度平面展布受郯庐断裂控制，与其走向基本一致。而位于郯庐断裂带东部的下扬子地区的地温梯度在1.6～4.1℃/100m，在安徽庐江出现4.12℃/100m以上的异常带，认为受到郯庐断裂及沿江断裂的双重影响。总体分析该区大部分的区域地温梯度分布在1.8～2.5℃/100m。其中，苏北盆地为高梯度区域，平均为3.0℃/100m(图3)[5-7]。

由以上地温梯度分布特征结合构造背景等综合分析认为构造背景和岩石物性等因素控制盆地地温梯度的高低及分布格局。郯庐断裂带因中-新生代期间活动强烈，早白垩世晚期整体转换为伸展体制，伸展活动总体上发生于晚白垩世-古近纪；郯庐断裂带于古近纪末结束了断陷活动，之后新近纪出现正反转，表现为逆冲活动特征，至今断裂带仍处于挤压构造环境。整个活动过程中存在大量的岩浆活动、岩石圈减薄的特征，造就现今地温梯度整体偏高。苏北盆地为新生代拉张盆地，其地温梯度较高的主要影响因素同样是岩石圈减薄，深部热物质上涌。此外，坳陷区整体高于隆起区，分析认为坳陷区内有较厚的新生代盖层的有效保护，深层热量得以较好保存之故，而隆起区一般不具备这样的条件，致使地温梯度相对减小。但通过较为详实的苏北地区资料显示，凹陷区内次级隆起高于次级坳陷。同时，整个区域高值区除反应高水温梯度背景外，还受基底凸起及深部隐伏断裂的影响控制。

2.4　现今大地热流分布特征

大地热流指地球内热在地表单位面积上和单位时间内向太空散发的热量，它的计算是根据傅立叶定理；大地热流反映地壳岩石圈的厚度、基底稳定性、活性和地幔的热结构及其地球物理场关系等[5-8]。大地热流值为岩石热导率与垂直地温梯度的乘积。

其公式为：

Q=-kdT/dH

式中，dT/dH为地温梯度，℃/100m；k为岩石热导率，W/m·K；Q为地表热流量，mW/m2。“-”号表示热流方向与地温梯度方向相反。

图3　苏皖地区现今地温梯度分布图Figure 3　Jiangsu-Anhui area present geothermal gradients distribution

一般而言，相应井段的岩石热导率和地温梯度的乘积即为该井段的热流值。

本次热流值主要借鉴前人成果，综合分析其分布规律等等。整体分析认为下扬子区热流分布范围为48～80mW/m2，多在60mW/m2以上。在苏南(50～55mW/m2)和安徽马鞍山(48.1mW/m2)等地出现异常低值，而在在苏北盆地区(54～83mW/m2，平均为68mW/m2)和郯庐断裂带以及沿江断裂等地出现高值。如同以上所分析的地温梯度分布特征，该区的热流分布也表现出NNE向的构造格局。热流值大小及分布明显受断裂及基地起伏等因素的影响(图4)。

华北板块的大地热流展布平面上表现为近N-S向，总体分析为东高西低。在靠近郯庐断裂带附近、蚌埠以东地区的大地热流值为72.0mW/m2，而位于徐州西南方向的淮北矿区其大地热流值为53.0mW/m2。合肥盆地大地热流值相对最低，以安参1井为代表的大地热流值为47.7mW/m2。

如上所述，下扬子中古生代时期发生的碰撞造山及岩浆活动等构造-热事件，因成岩时代古老，余热散失殆尽，目前已不能发现明显的热异常，从而从而造就热流背景值处于中等。区内局部的如苏北盆地、郯庐断裂带等高热流区与最后一次热事件发生的时间有一定的相关性，比如新生代期间的岩石圈伸展和玄武岩喷发，热流上涌，可出现现今明显的热异常。

隆起区内热流值偏低多分布在新生代不发育区。如上图所示的郯庐以西的徐州、丰沛等地，位于华北构造区，但却处于相对隆起区，多不发育新生界盖层，山区基岩裸露，同时又缺少一些明显的活动性断裂，而且此地区上元古界和古生界也有较多的碳酸盐岩地层，地下水活动比较强烈，散热循环较快，整体导致了其地温明显偏低的现象，与下扬子乃至整个华北平原相比其地热异常较少。

3　地热远景区预测

结合区域地质构造、水文地质和地温场、地热异常等综合研究，结合已有资料提出苏皖地区较为有利地热远景区[4，9-10]。

笔者通过已有资料整体分析认为活动断裂带是寻找地热指向区， 最近热事件的隐伏火成岩是寻找地热指向区，“坳中隆”、 “隆中凹”等构造为寻找地热有利指向区，地热异常显示也是重要的找热标志等，同时具备“储、盖”必要条件，结合深部地壳因素整体分析，提出预测区圈定的主要原则：

图4　苏皖地区现今大地热流分布图Figure 4　Jiangsu-Anhui area present telluric heat flow distribution

图5　苏皖地热远景区分布图Figure 5　Jiangsu-Anhui area geothermal prospects distribution

①各类地热异常展布范围，比如温泉>20℃、热流值大于1.5个热流单位等；

②关键的控热构造分布，如郯庐断裂、沿江断裂以及苏北新生代断裂、六安断裂以及徐淮弧形构造；

③较新侵入岩发育区，如晚燕山-喜山期的侵入岩等；

④砂岩孔隙储层、岩溶储层、裂隙储层等储层发育区；

⑤泥岩覆盖区，针对隆起区内，寻找第四系覆盖区；

⑥地温梯度、大地热流高值区。

根据以上原则，同时寻找居里面埋深较浅地区，依据目前所掌握资料粗略圈定苏皖地区地下热水资源远景预测区分别为：沿江预测区、盐城预测区、泰州预测区、亳州-阜阳预测区、合肥-肥东预测区等。其中沿江预测区位于沿江断裂和郯庐断裂相交处，两条断裂均为长期活动断裂，是地热发育的有利条件。目前沿江预测区已发现一系列温泉如汤泉、汤庙、汤山、韦岗、庐江、和县等，进一步证实本预测区为有利远景区；另外江苏、安徽两省发展越来越紧密，尤其是沿江地带综合发展，共同构建，因其优越的地理位置和自然条件，成为我国经济增长最快的地区之一，可将此远景区作为地热开发利用的重点远景区首先进行地热规划。

4　结语

本文在前人研究成果的基础上，结合现今经济形势，以两省作为一个整体分析其现今地热地质特征，同时提出最有利的地热远景区，为该地区未来地热资源开发利用提供了科学依据。另外，苏皖地处环太平洋沿岸的地热带，同时是华北板块与扬子板块的碰撞结合带，构造极为发育，

尤其是郯庐断裂带、沿江断裂带等长期活动断裂的存在为研究区地热的形成和导热提供了良好的通道，因此，对这些断裂附近的远景区是进一步研究的重中之重。建议下一步对这些远景区进行更为详尽的野外地质调查、地下水点测温等，确定规划区结合适当的物探及钻探工作量，进行更为详实的地热资源调查研究，并结合目前的开发利用状况、经济发展状况等，确定更为合理的开发利用方向，将地热资源的开发利用纳入苏皖地区整体经济开发规划中。

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