苏北盆地滨海隆起月亮湾地热资源特征

刘 峰， 张洋洋， 朱 鹏， 贾志杰， 崔源远， 周 娟， 王泽宇

(江苏省地质勘查技术院，江苏 南京 210049)

0 引 言

地热资源因其清洁性、可持续利用性而具有极大的社会经济和生态环境效益(谢建磊等，2009；高世轩等，2014)。苏北盆地地热资源丰富，已有地热井50口以上，主要分布在阜宁凹陷、建湖隆起和东台凹陷内(杜建国等，2012；徐立，2014；范迪富等，2015；罗璐等，2015；闵望等，2015)，滨海隆起内尚未有地热井报导。2018年11月，滨海月亮湾地热井成功出水，填补了滨海隆起区地热资源的空白。月亮湾地热井在滨海隆起内具有典型性, 探讨其地热资源特征, 对处于同一构造单位内的地热资源勘查评价和开发利用具有指导意义(徐军祥等，1999；王奎峰，2009)。

1 区域地质特征

研究区地处苏北盆地北缘，次级构造位于滨海隆起。苏北盆地为晚白垩世发育起来的“南断北超”箕状凹陷盆地，滨海隆起位于其东北部，为一东西向展布、发育于震旦—三叠系中的隐伏隆起，因其广泛发育北东向褶皱、断裂，亦称滨海断褶带(江苏省地矿局，1984)。

1.1 地层

研究区内地表无基岩出露，全部为新生代地层所深覆盖，松散层(新近+第四系)厚度一般为300～500 m。钻孔揭露区内基岩地层由老至新依次为奥陶系浅海相碳酸盐岩夹海陆交互碎屑岩、志留—泥盆系海相碎屑岩、石炭—二叠系浅海相碳酸盐岩、海相-海陆交互相碎屑岩夹含煤碎屑岩、白垩系、古近系陆相碎屑岩(图1)。

图1 区域地质构造图(图b据闵望等，2015修改)

1.2 构造

研究区以八滩—小街断裂(F5)为界，八滩南—大淤尖背斜(A3)和滨淮倒转向斜(A2)分别位于其东西两侧(图1)。

1.2.1 滨淮倒转向斜(A2) 沿35°～55°展布于滨淮镇一带，轴面倾向为北西向，倾角约为50°，沿轴向延伸达48 km以上，沿轴向北东端昂起，南西端倾伏，宽约8 km，组成向斜的核部地层为二叠系，组成翼部的地层为石炭—志留系，北西翼倒转。

1.2.2 八滩南—大淤尖背斜(A3) 沿50°展布于八滩南—小街南—大淤尖一带，沿轴向延伸长度约为30 km，宽4～5 km。组成背斜核部的地层为奥陶系，两翼地层可能为志留—奥陶系，但被北东向断裂破坏，东翼局部为浦口组所覆。

1.2.3 八滩—小街断裂(F5) 破坏了A2与A3的完整性，位于八滩—小街—大淤尖北一带。其走向约为60°，倾向南东，倾角约55°，长约34 km，控制奥陶系与志留系界线，南被古近系地层覆盖。

1.2.4 其他断裂 主要在燕山晚期—喜马拉雅早期形成，包括北东向、北北西、近东西3组断裂。主干北东向断裂，与八滩—小街断裂(F5)类似，控制着隐伏褶皱及地层的分布，北西向平移断裂切割早期北东向断裂。

1.3 岩浆岩

据滨海地区普查找煤资料，研究区及其邻区部分钻孔可见凝灰质角砾岩、玄武岩、辉绿岩等，属喜马拉雅期基性岩浆活动的产物(江苏省地矿局，1984)。

2 地热地质条件

2.1 地热井钻遇地层

月亮湾DR01井位于可控源音频大地电磁测深(CSAMT)L2线1 650 m处(图2)，根据岩屑录井，实际钻遇地层划分如下。

(1)第四+新近系(Q+N)：0～315 m，棕色、灰黄色粉砂质黏土为主，夹细砂、中粗砂。

(2)志留系(S)：315～1 116 m，灰白、灰绿色砂岩、长石石英细砂岩、粉砂岩为主，夹杂色、紫色泥岩，局部含硅质条带。

图2 月亮湾DR01位置略图

(3)奥陶系中—上统(O2-3)：1 116～2 800 m，灰白色、灰色灰岩、细晶灰岩、泥灰岩为主，局部夹泥岩、页岩，裂隙较发育。

(4)奥陶系下统(O1)：2 800～2 919 m，浅灰-灰白色白云质灰岩。

2.2 地温特征

图3 DR01井测温曲线

对月亮湾DR01井进行全孔测温(图3)。根据公式r=(t-t0)/(H-H0)(式中r表示地温梯度，H、t分别表示某一深度及其地温，H0、t0分别表示常温层的深度和地温，用地表年平均气温14.1 ℃代替)，对不同井深的地温梯度进行加权平均，得到DR01地热井平均地温梯度，为每百米2.26 ℃。图3显示，300～500 m段出现了温度的突变，认为是在变径时(二开—三开)分2次测井所致。推测由于该段处于印支面附近，沿深大断裂上导的地热水止于此，并被新生界封存，形成了局部地温异常(张百鸣等，2006；范迪富等，2015)。500 m以深地温与深度呈明显线性关系，即地温随着深度的增加而增加，显示传导型地热特征，没有附加热源，温度来自地球内部传导。

2.3 热储层及其赋水性

苏北盆地滨海隆起晋宁期基底之上主要发育3个构造层：① 印支加里东构造层：下古生界寒武—奥陶系、上古生界石炭—二叠系碳酸盐岩地层因裂隙岩溶发育而成为区内重要的地热储层；② 燕山构造层(白垩系)：以陆相碎屑岩地层为主，因不含水、热导率低、厚度大而成为区内良好的地热盖层；③ 喜马拉雅构造层(新近系、第四系)：以松散堆积为主，为良好的地热盖层。位于滨海隆起背部的月亮湾地区，新近系盐城组直接覆盖于下古生界志留系之上，缺失上古生界。

DR01地热井位于北东走向八滩—小街断裂(F5)的东南侧，出水量为2 171.28 m3/d，出水温度为51 ℃。根据岩屑录井、裸眼位置、测井解译结果综合分析，作为主要含水段的破碎带共有16层，累积厚度274.30 m，主要位于1 200～2 919 m，孔隙度多为9%～20%，渗透率多为0.01～0.11 μm2，岩性主要为奥陶系中上统灰岩、下统白云质灰岩，因此月亮湾地区热储层主要为奥陶系碳酸盐岩。

2.4 热盖层

月亮湾地区的地热盖层主要为第四系、新近系和志留系。第四系、新近系松散层厚度较大，黏土层热导率低，透水性差。志留系亦具有较好的隔热保温作用，纵向上形成致密不渗透层的层状叠覆状，水力联系弱，有利于热储层蓄热增温，构成了良好的地热盖层。

2.5 通道

研究区处于苏北盆地滨海隆起，发育于隐伏的奥陶—二叠系中，印支期—燕山早期褶皱、断裂以及燕山晚期—喜马拉雅期隆凹相间构造发育，地热构造条件有利。研究区处于断凸与断凹交界处，八滩—小街断裂(F5)控制了它们的分布，断裂经过之处造成局部开放空间，打开由浅层直达深部热源通道，是深部大地热流汇集的有利地段，断裂破碎带则为地热水提供了储集空间。

3 地热概念模型

3.1 地热资源成因类型

范迪富等(2015)将苏北盆地地热资源分为松散岩类孔隙型、古构造面岩溶型及构造裂隙型3个亚类。其中，松散岩类孔隙型、古构造面岩溶型属于传导类地热系统；构造裂隙型地热资源包括传导型与对流型2种地热系统，传导型地热系统热量主要来自于地球深部，通过自然增温形成，温度与深度呈线性关系，严格受“源、通、储、盖”条件控制(杜建国等，2012)。

研究区热储层主要为奥陶系灰岩，盖层为志留系泥岩、新近+第四系黏土层。温度与深度线性关系明显，热源为地下深处按一定地温梯度增加的累积热盘的自然增温传导。八滩—小街断裂为一张性断裂，为热源提供了通道。因此，研究区地热资源类型为传导型地热系统的构造裂隙型。

3.2 成矿模式

研究区地热的补给来源主要为大气降水、构造带的垂直补给及弱含水层的越流补给(曾向东，2018)，水流贮存于断裂构造裂隙、岩溶裂隙中，水介质在原地静态接收热量，并不断吸收围岩的微量元素(范迪富等，2015)。热量主要来自地球深部，通过自然增温形成，温度与深度呈线性关系。控制性断裂为北东向张性断裂，处于断裂的开启状态，有利于地热水的运移与储存(范迪富等，2012)。地热概念模型见图4。

图4 月亮湾地热概念模型(据曾向东，2018修改)

4 地热水的水化学特征

DR01地热井水温为50.5 ℃，偏硅酸、氟、偏硼酸体积质量分别为36.5、1.96、1.36 mg/L，依据《地热资源地质勘查规范》(GB/T 11615—2010)，温度、氟、偏硼酸含量达到“有医疗价值”标准，偏硅酸含量达矿水“有医疗价值”标准(表2)。综合评价认为研究区地热水不宜用作饮用水，可用于洗浴、理疗、养殖、温室等行业。

表1 月亮湾DR01井水质分析结果

表2 月亮湾DR01井理疗热矿水水质评价

5 结 论

(1)DR01井测温曲线显示，500 m以深地温与深度线性关系明显，出水层段地层主要为奥陶系灰岩，说明研究区地热资源属传导型地热系统的构造裂隙型，严格受“源、通、储、盖”条件控制。

(2)研究区热源来自于地下深处的自然增温传导，热储层主要为奥陶系灰岩，盖层为新近+第四系黏土层以及志留系泥岩，控制性断裂为八滩—小街断裂。

(3)地热水中氟、偏硼酸含量达到医疗价值，偏硅酸含量达到矿水标准，可用于洗浴、理疗、养殖、温室等行业。