临沂市温泉分布及成因机理

2020-12-21于人人刘玲霞毕志伟

资源信息与工程 2020年6期

于人人, 刘玲霞, 毕志伟,3

(1.河北地质大学地球科学学院，河北石家庄 050031； 2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄 050803； 3.中国地质调查局第四纪年代学及水文环境演变重点实验室，河北石家庄 050803)

温泉是地下热水流出地表的露头，是构造活动期间产生的热量被基岩裂隙水所携带，通过断裂带或者岩石孔隙流出地表的产物。地热的能量一般是来源于地球内部的熔岩，储存在构造断裂处的裂缝或者岩石孔隙中的热能[1]。临沂市地处鲁西隆起的南部，背靠群山，沂沭断裂纵贯南北，地热资源丰富，温泉历史悠久。近年来随着基础设施建设和城市的发展，提高地热资源的利用率，加强对地热资源的保护和合理开发利用成为必然趋势。本文以临沂市为例，探讨地热资源的成因模式，为温泉资源的合理开发利用、保护和管理提供参考。

1 地理概况

临沂是山东省的地级市，位于鲁东南地区，邻近黄海，东连日照，西与枣庄、泰安、济宁相接，北与淄博、潍坊相邻，南部与江苏省相邻。气候类型为暖温带大陆性气候，气候适宜，年均温14.1 ℃，无霜期长，雨热同期。区内以低山丘陵为主，平原区主要位于东南部，地势西北高东南低，主要山脉呈西北-东南走向，主要河流为沂河和沭河，属淮河流域水系，沂沭河流域西、北、东三面环山，南部为冲积平原。区内航空、铁路和高速公路有效支撑了对外交通格局，工业部门类型全面。

2 地质背景

临沂市在大地构造上属于华北板块鲁西隆起区南部，郯庐断裂山东段即沂沭断裂带将其分成东西两个地块，断裂东西两侧的沉积和地层截然不同[2]。沂沭断裂带是一条深切至地幔、破碎宽度大的深大断裂，断裂以东属胶南-威海隆起区的岩石区，长期遭受剥蚀，为侏罗系、白垩系地层；断裂以西除志留系、泥盆系、三叠系、古近系、新近系地层缺失外，其他地层均有发育[3]。区内地层系统较为复杂，受构造影响，地层多为NW-SE向展布，在凹陷区覆盖较厚的中生代地层[4]。

临沂市大部分地区主要为花岗岩、灰岩、砂页岩的裸露区，岩浆岩分布面积广，约占全区面积的1/6，主要分布在断裂带的凸起断块上，岩性主要是二长花岗岩、闪长岩和花岗闪长岩之类的酸性岩浆岩。第四系地层普遍欠发育，在不同地区厚度不同，一般为0.5～7 m，河道地区主要分布着砂砾石，丘陵和平原地区主要沉积着亚黏土和亚砂土[5]。

3 温泉分布和成因

我国的地热资源以两种形式存在，一是赋存于构造隆起区裂隙带中的热水，一是沉积盆地深部热储层的热水。构造隆起区的温泉主要是依靠构造活动提供的热量，沉积盆地的温泉主要是依靠地温梯度提供浅层或者深层地温能。地热一般以汽或水的形式出露地表，强烈的构造活动形成构造变形，随后造成的断裂带为汽或水提供了储存空间和上升的通道，因此地热资源受构造活动的控制。

温泉的形成一般分为两种：一种是地壳内部岩浆作用而形成，另外一种是地表水向地下渗透循环并吸收地热梯度而形成。地壳内部高温高压，岩浆作用十分强烈，基岩裂隙水在渗透进入地壳内部之后，通过热交换吸取到岩浆作用产生的热量，在通过一系列的运移后出露地表。一般来说，形成温泉要满足三个基本条件：一是有地下热水存在；二是存在静水压力差；三是有能够让热水到达地面的裂隙[6]。补给水源首先在补给区下渗，一般以基岩裂隙水的形式在岩层中运移，随后逐渐运移至断裂破碎带。到达断裂破碎带之后继续向深处循环形成地下水，在接触到地下热源作用之后，地下水受热形成热水，由此形成温度较高的地下水。当沉积在构造之上的隔水岩体使地下热水处于相对封闭的环境中，其水压升高，当覆岩体后期遭受构造作用、风化剥蚀或流水侵蚀作用破碎后，地下热水便在构造裂隙处出露形成温泉[7]。

4 温泉的形成模式

4.1 构造条件

临沂市地处华北板块鲁西隆起的南部、沂沭断裂的南段，断裂、褶皱等构造均有发育，地质构造复杂。自前寒武纪至晚古生代研究区内经历过一系列强烈的构造运动，发育了四条主要的深大断裂带：鄌郚—葛沟断裂、沂水—汤头断裂、安丘—莒县断裂和昌邑—大店断裂。构造断裂处地热异常，热源为上地幔和深部地壳岩体中储存的大量温度高且稳定的热；热储温度场为受构造断裂控制的基岩裂隙；盖层为寒武系砂页岩、白垩系凝灰岩、砂砾岩[8]。这些构造运动和断裂带的存在为地热资源的形成提供了良好的地质条件。临沂市构造断裂较多且活动强烈，这为其提供较为有利的构造条件。临沂市地热资源集中分布在构造断裂带附近，多以构造模式下的地热温泉出露，著名的地热温泉有智圣温泉、汤头温泉、观唐温泉，均沿断裂带分布，属于构造控制型地热温泉。

4.2 补给水源

深层地下水的活动与水动力条件密切相关，水动力条件强时，地下水运动也相对活跃，水动力条件弱时，地下水运动也相应减弱。临沂市构造发育，地质条件复杂，地下水的补给、运移和赋存等受构造活动控制。临沂市背靠沂蒙山，面向沂河谷地，为典型的沿河型城市。临沂市地下水的补给水源主要为大气降水补给，地下水的主要流向为沿地势较高的沂蒙山向东南径流至沂河谷地，流量在逐渐增加。

临沂市地热温泉多在河谷、河流阶地等地出露。出露地点多数为海拔高度较大的山地前缘，山地地区的大气降水沿地表下渗进入基岩裂隙，在吸收岩体中赋存的热量之后，通过地下径流汇集形成热水富集区，热水富集区受到海拔高度的影响形成静水压力差[9]，受压力的影响最终在裂隙带或地表较破碎地区出露形成温泉。

4.3 热源

在岩浆岩广布的地区，当地下水或地表降水与岩体断裂带热接触时，水体吸收岩体断裂带中的热可形成地热水，从而形成温泉。另外，根据地温梯度的变化，随着深度的增加，地下温度在逐渐增加，这也可以提供大量的热源。因此，有学者认为地下热水的热源来自岩浆活动的热量。他们同样认为，地壳活动产生变形，变形较大之后会产生一系列的构造活动，构造活动也会带来大量的热量，这些也可以支撑温泉的热量来源。随着对地热研究的不断深入，部分学者对岩浆岩是否能为温泉提供热源提出了不同的观点，他们认为在岩浆活动不活跃的地区，岩浆余热不足以支撑温泉的热量来源，部分温度较高的温泉水可能开采自深部地下热水，其热源并非岩浆余热。临沂市温泉的热源主要依靠地壳内部的岩浆作用产生的热量以及构造活动产生的热量，这些热源为临沂市温泉提供较为充足的热量来源。

4.4 温泉形成机理

根据热储、热盖及补给水的水文特征分析，临沂市地热温泉储热层主要分为两种：一般分为无盖或较薄沉积的盖层，另一类是有盖层。其中无盖层的形成过程是：补给水源沿断裂破碎带下渗形成深循环对流，吸收深部岩体中的热能形成地下热水。有盖层的形成过程是：地下热水通过富集之后形成地下承压水，在后期构造作用下或受断裂影响盖层受到破坏，地下热水沿构造裂隙处或断裂部位出露至地表，形成温泉。