浙江省水热型地热资源特征及赋存规律

韦 毅，毛官辉，吕 清，彭 鹏，陈俊兵，郑 敏

（浙江省水文地质工程地质大队，浙江·宁波 315012）

地热具有绿色资源和清洁能源的多层属性，因其分布广泛、储量巨大、持续稳定等特征，可广泛用于发电、采暖、生活热供水、温泉洗浴、理疗、农业温室、水产养殖等产业领域，对实现碳中和具有重要的推动作用。

浙江省内具有较为丰富的地热资源。因水热型地热与康养旅游、低碳环保的融合度高，市场需求大，开展水热型地热资源勘查的时间较早。1959年，省水文队在宁海深甽镇调查中发现36℃的温泉。1960年进行地热钻探，当年建立水温47℃的热水井，并兴建省内第一个温泉疗养院。至2020年底，各地级市均开展了水热型地热资源勘查。随着水热型地热资源成矿理论的完善和勘查的不断深入，浙江省已发现水热型地热资源点49处（图1），“探明的+控制的”可采资源量达到21256 m3/d。

本文通过对浙江省水热型地热资源的类型及分布特征进行总结分析，对今后浙江省水热型地热资源的开发利用、促进绿色经济可持续发展均具有一定的指导意义。

1 地热资源类型与特征

图1 浙江省水热型地热资源分布Fig.1 Distribution of hydrothermal geothermal resources in Zhejiang Province

水热型地热资源类型的分布与浙江省的地质背景密切相关。以江山—绍兴深断裂为界，分为浙西北和浙东南两个截然不同的地质单元，热储类型也存在明显不同。有学者曾依据赋存环境和热传导方式，将浙江省地热资源分为沉积盆地型和隆起山地型两类[1-2]。本文根据储层岩石类型和控矿构造特征，将浙江省地热类型分为层状、带状和带状兼层状3个大类，又进一步细分为新生代沉积盆地碎屑岩类孔隙亚型、白垩纪沉积盆地盖层碎屑岩夹玄武岩孔隙裂隙亚型、白垩纪沉积盆地火山岩（花岗岩）类构造裂隙亚型、白垩纪沉积盆地其它岩类构造裂隙亚型、构造隆起区火山岩（花岗岩）类构造裂隙亚型、构造隆起区其它岩类构造裂隙亚型、火山岩（花岗岩）类火山构造裂隙亚型、白垩纪沉积盆地基底碳酸盐岩岩溶裂隙亚型和构造隆起区碳酸盐岩岩溶裂隙亚型九大亚类。

1.1 新生代沉积盆地碎屑岩类孔隙亚型

该类型为浙江最大规模的层状热储，主要分布于慈溪长河凹陷中，岩石沉积年代比较晚，厚度大，其成岩作用较弱，砂岩、砂砾岩的粒状碎屑格架间往往尚存原生的孔隙，孔隙度一般15%～20%，为地下水的储存提供了空间，形成层状地热资源。目前揭露地热井的单井地热资源量在400～1000m3/d，水温一般43～58℃，水化学类型为SO4-Na型，溶解性总固体达7500～15000 mg/L，离子组分丰富，通常为碘水，断裂带附近可形成碘氟复合型热水。

由于浅地表广泛分布咸水层，电法勘探的探测深度不甚理想，往往会形成低阻屏蔽效应。地热井选址一般需要通过地震勘探等方法圈定长一段砂岩的分布范围和厚度，寻找具有一定规模的砂岩层位。

1.2 白垩纪沉积盆地盖层碎屑岩夹玄武岩孔隙裂隙亚型

以白垩纪盆地巨厚的沉积碎屑岩为盖层，松散的石英砂岩层、钙质粉砂岩及玄武岩夹层为热储层，呈层状特征，主要分布于金衢盆地、桐乡凹陷等地。但由于埋藏深度等原因，尚无单独揭露该套热储的地热井。运热1井揭露了玄武岩（埋深1387～1393 m）夹层及深部的碳酸盐岩裂隙，井口水温64℃，水化学类型为Cl·SO4·HCO3-Na，溶解性总固体4858 mg/L，偏硅酸含量36.8 mg/L，氟化物6.7 mg/L，为含硅氟水。省内玄武岩孔隙裂隙水中偏硅酸含量通常较高，最高检出在武义，含量高达81.3 mg/L，可形成硅水。

1.3 白垩纪沉积盆地火山岩（花岗岩）类构造裂隙亚型

典型的带状特征，主要分布在江山—绍兴深断裂与丽水—余姚深断裂之间的龙泉—宁波隆起带，地热点和异常点众多，武义盆地、湖山盆地、嵊州盆地、仙居盆地以及金华汤溪、磐安和横店均揭露该种类型热储。以白垩系碎屑岩为隔水隔热盖层，盆地构造为主要控矿构造，储层岩性主要为火山岩或花岗岩类。水量普遍在300～1000 m3/d，水温29～45℃，水化学类型以HCO3-Na为主，溶解性总固体183～4117 mg/L。因常与萤石矿伴生，通常为氟水。

1.4 白垩纪沉积盆地其它岩类构造裂隙亚型

带状热储，主要分布于太湖南岸、金衢盆地等。以白垩系碎屑岩为隔水隔热盖层，盆地构造为主要控矿构造，以石英砂岩、岩屑砂岩等节理裂隙发育的碎屑岩构成热储的地热资源。主要热储层位有志留-泥盆系砂岩、同山群砂岩、寿昌组砂岩、粉砂岩和长坞组砂岩。水量在125～1500 m3/d，水温41～45℃，水化学类型为HCO3·SO4-Na 型，溶解性总固体1708～8746 mg/L，达标组分通常为氟、锂等。

1.5 构造隆起区火山岩（花岗岩）类构造裂隙亚型

浙江最为典型的带状特征，主要分布在丽水—余姚断裂带及以东的温州—定海隆起带，地热点包括泰顺、永嘉南陈、宁海深甽、瑞安HL2井、青田鹤溪、龙泉八都等。热储为火山岩或花岗岩类的地热资源，区域断裂为主要的控矿构造。因上部缺失白垩系碎屑岩盖层，水温与热水循环深度、断裂浅部的闭合程度密切相关，低者为30℃，高者可达60℃以上。除部分海岛，水量普遍大于400 m3/d，目前揭露的最高可达1800 m3/d，水化学类型以HCO3-Na为主，溶解性总固体通常不大于500 mg/L，极少数可达1000 mg/L以上。达标组分通常为氟、偏硅酸、氡等。

1.6 构造隆起区其它岩类构造裂隙亚型

主要分布于嘉兴、千岛湖等地，以砂岩、石英砂岩、硅质岩等脆性岩石类型为热储层的地热资源，区域断裂为主要控矿构造[3]。目前主要揭露热储有志留-泥盆系砂岩、长坞组砂岩和震旦系硅质岩。水量在125～600 m3/d之间，水温42～48℃，水化学类型为Cl·HCO3-Na、HCO3-Na型，溶解性总固体通常在1000～1500 mg/L之间，通常为氟水或含硅氟水。

1.7 火山岩（花岗岩）类火山构造裂隙亚型

分布范围与火山构造（火山穹窿、破火口）密切相关，主要控矿构造为火山作用形成的环状、放射状裂隙，热储岩性以火山岩、花岗岩为主。目前仅在天台发现一处异常点，水温39℃，氟化物达到矿水命名浓度，是浙江后期地热扩能的一个方向。

1.8 白垩纪沉积盆地基底碳酸盐岩岩溶裂隙亚型

该类型仅指以石炭—二叠系、寒武—奥陶纪和震旦系碳酸盐岩为热储层且与白垩系碎屑岩直接接触的地热资源，中间存在长期的沉积间断，分布在白垩纪沉积盆地基底褶皱带内，嘉兴、杭州、衢州、湖州都有分布。湖州太湖南岸、嘉兴桐乡凹陷、王店凸起揭露的热储均属于该种类型。水量在300～2000 m3/d不等，水温一般39～52℃。水量和水温大小与碳酸盐岩地层是否受断裂构造切割密切相关，受断裂切割的碳酸盐岩热储岩溶发育程度好，水量较大，嘉兴运热1井，水量达2000 m3/d，水温达64℃，是目前浙江水量最大、水温最高的地热井。水化学类型为HCO3-Na·Ca、Cl·HCO3-Na·Ca型，溶解性总固体通常大于1000 mg/L，一般为氟水、钡水。

1.9 构造隆起区碳酸盐岩岩溶裂隙亚型

该类型包括其它类型的全部碳酸盐岩热储，广泛分布于浙西褶皱带内，已知地热点分布于湖州太湖南岸南皋桥向斜以西隆起区以及临安湍口等地。上古生界寒武系、奥陶系碳酸盐岩由于缺少沉积间断，岩溶发育规模不大，区域断裂是主要的控矿构造。上古生界石炭二叠系黄龙组、船山组、栖霞组及长兴组、青龙组等碳酸盐岩多以向斜露于浅部。偶因深部热水沿断裂通道运移，热量散失或与常温地下水混合，普遍温度低，通常为30℃左右，由于冷水混合程度较高，水量普遍较大，在1000 m3/d以上。水化学类型为HCO3-Ca型，溶解性总固体小于1000 mg/L，一般为氟水或碳酸水。

2 地热赋存规律

2.1 地热与岩性的关系

水热型地热资源的赋存、组分与地层岩性高度相关。高孔隙度的松散岩类、溶蚀性强的碳酸盐岩类、硬脆性火山岩类花岗岩类等受构造破坏后易形成破碎空间，能够构成有利的热水赋存空间和水热运移的通道。而泥岩类、膏盐、沉凝灰岩等塑性岩类，难以形成破碎空间，往往只能作为隔水边界。

在松散岩类出露的地热点有11处，占22.4%；碳酸盐岩类出露的地热点有10处，占20.4%；火山岩类花岗岩类出露的地热点有28处，占57.2%；泥岩类尚未发现地热点。

松散岩类热储由于封闭性较好，碎屑岩成分较复杂且矿物易水解，形成的地热水化学组分丰富，类型多样，可形成碘水、氟水、锂水、硅水等；碳酸盐岩因含有重晶石等矿物，通常能形成钡水、碳酸水、氟水等。受限于目前揭露热储层的埋藏深度，碳酸盐岩井的水温为39～52℃，造成单一碳酸盐岩成因的地热水中偏硅酸含量通常达不到矿水命名浓度（图2）；火山岩花岗岩类成分较单一，通常为氟水、硅水或碳酸水，深大断裂附近可形成氡水。

图2 岩溶水中偏硅酸含量与水温关系Fig.2 Metasilicic acid content in karst water versus temperature

2.2 地热与断裂构造的关系

浙江省内地热大多受断裂构造的控制，占全省地热点的83.7%，呈带状分布的特征明显。即使是呈层状分布的新生代沉积盆地碎屑岩类孔隙亚型，靠近断裂的区域单位涌水量也要高于单纯的砂岩热储层区。ZK3井与慈热1井均位于长河凹陷内，井深均为1800 m，揭露的主要热储层同为长河组砂岩，但ZK3井在880～1110 m处揭露断裂构造，单位涌水量为8.73 m3/d·m，而慈热1井的单位涌水量仅为0.98 m3/d·m。

据统计，浙江省最主要的地热控矿断裂是北东和北西向断裂（表1）。当两组断裂交汇时，往往是水热型地热赋存的有利位置。地热控矿断裂通常具有多期次活动、明显的张性活动特征[4]，表现为断裂破碎带内矿物沿裂隙面不完全充填，形成晶洞或晶簇，或沿破碎带侵入的岩脉被后期断裂破坏等。这些特征在渗透性差的硬脆性火山岩花岗岩类热储中尤为明显。例如，温州瑞安湖岭乡的HL2地热井的控矿断裂沿主断面及裂隙面充填安山岩脉、花岗斑岩脉（图3），岩脉受挤压破碎，表明该断裂经历多期次活动，近期力学性质以张性、张扭性为主。

表1 典型地热点控矿断裂类型统计Table 1 Statistics of typical hydrothermal geothermal

图3 瑞安HL2井控矿断裂Fig.3 Rui'an HL2 well control fracture

大多数控制地热的断裂为多期次活动断裂,瑞安1:50000地热地质补充调查发现，区内以北东向和北西向构造为主，北西向垟寮—下山根断裂，明显切错北东向断地热裂，为瑞安HL2地热井的控矿断裂。金华汤溪地热勘查区内，以东西向和北东向断裂为主，北西向断裂规模较小，北东向断裂普遍切割东西向断裂和白垩系地层，TXRT2井即受北东向断裂控制。宁海深甽一带，以北北东向、北东向断裂为主，北北东向错断北东向断裂，北北东向为甽3井主要的导水构造。

2.3 地热与萤石矿化蚀变的关系

浙江省萤石矿在国内是首屈一指的优势矿床，全省有六百多处萤石矿床点，其中有80%分布在浙东南隆起区，很大程度上受区域断裂控制。高氟区沿省内主干断裂呈带状分布，又以龙泉—宁波隆起带分布最为密集。

地热水往往与萤石矿相伴生，赋存于萤石成矿通道内，分布范围具有较好的一致性。因此，氟水也是浙江省最主要的水热类型。以武义盆地为例，萤石矿的赋存主要受北东向断裂控制，北东向断裂与其他断裂交汇部位通常产出大中型萤石矿，北西向及东西向赋存的萤石矿规模相对较小（表2）。相对应，北东向及其他方向断裂复合部位矿脉中的地热异常点通常温度也较高、水量较大，北东向次之，北西向及东西向矿体内发现的地热异常点较少，温度较低。两者具有较好的一致性。

表2 武义县地热异常点水量 水温 赋存条件与萤石矿类型统计Table 2 Statistics of water quantity, water temperature, occurrence conditions and fluorite ore types at geothermal anomaly points in Wuyi County

2.4 地热与地震活动的关系

浙江省地震主要沿断层活动段分布，如沿着马金—乌镇北段、江山—绍兴断裂、丽水—余姚断层南段和北段、温州—镇海断裂、孝丰—三门湾、松阳—平阳活动断层、湖州—嘉善活动断裂分布。中等强度地震大多落入活动断层的交汇部位，淳安、温州、临安、萧山等地烈度大于4的地震点均位于两组断裂交汇位置。

地震活动对地下热水的运移、地热异常的形成等会产生深刻的影响，引起断裂重新活动，使因充填等因素已堵塞或半封闭的断裂重新开启，为深部热水向上运移打开通道。地震活动的烈度与水温呈正相关，较强地震集中的地区附近常发育地热异常。瑞安HL2井、深甽地热、泰顺承天温泉、运热1井等水温较高的地热点均分布于温州—镇海断裂、湖州—嘉善活动断裂等较强地震区。地震孕育的过程中，也常可观察到突发地热异常。汶川地震前四五天，湍口盆地内的临19井连续记录到井水温度升高，最高升高约10℃。

3 热水的成因

沉积盆地型具有丰富的泥质地层，赋存环境相对封闭，地热水的水温相对较稳定，除盆地边缘外，井口水温一般在39～52℃，与增温率基本一致。而构造隆起区的水温跨度较大，既有大于60℃的中高温热水，也有25℃的低温热水。深部热水沿断裂带向上运移过程中，受到浅部冷水的混合补给，从而导致水温降低。δ18O和δD分析结果表明热水来源于大气降水，而14C测年则表明地热水来源为古大气降水[5]。在Na-K-Mg三角图（图4）上，省内地热水多位于未成熟水区或部分平衡区，说明热水在运移的过程中一定程度上受到浅部冷水渗入的影响，减缓了水岩反应的进程。

图4 各类型地热水Na-K-Mg三角图Fig.4 Na-K-Mg relationships for various types of geothermal water

浅部冷水渗入具体的比例采用硅—焓混合模型来计算[6-9]。假设热水上移与冷水混合作用后没有发生硅沉淀，控制二氧化硅浓度的矿物是石英。热水质量分数为A，温度为T1℃，热焓为HR，二氧化硅含量为SR热水中溶解的H4SiO4形式的SiO2含量为C1，mg/L；地下冷水质量分数为1-A，假设温度为T2℃，热焓为HL，二氧化硅含量SL采用热水点附近泉点的实测值。混合后水温及二氧化硅含量SH采用热水实测值，其控制方程为：

宁海深甽、瑞安HL2井、永嘉NR1井计算的热水质量分数为33%～37%，热储温度分别为99℃、106℃、103℃（图5）。

热水沿温州—镇海断裂向上运移过程中，有高达63%～67%的浅部冷水混入，导致热水实际出水温度仅50℃左右；临安湍口盆地灰岩热储直接隐伏于第四系松散层之下，浅部岩溶发育，呈网脉状，巨量的冷水与沿断裂上涌的热水在湍口盆地内混合，冷水混入比例高达94%[7]，导致实际揭露的地热水温仅30℃左右，同时也稀释了热水中的游离二氧化碳等化学组分。

因此，隆起区由于浅部裂隙发育，热水沿断裂带上涌过程中缺少与浅部水隔绝的屏障，导致冷热水自然混合引起水温下降，而非成井工艺的问题。

4 结论

（1）浙江省具有较为丰富的水热型地热资源。根据储层岩石类型和控矿构造特征，分为三大类9个亚类。新生代沉积盆地型是浙江省少见的层状热储，封闭性较好，水化学组分丰富，地热水类型丰富；隆起区地热水化学组分含量少，白垩纪沉积盆地型化学组分含量介于两者之间，均以氟水最为常见。

图5 地热井热水质量分数Fig.5 Mass fraction of hot water in geothermal wells

（2）浙江省内断裂构造十分发育，区域性大断裂切割深，为深部岩层的富水及导热创造了良好的条件，地热资源呈带状分布的特征明显。以北东向和北西向断裂为最主要的控矿构造，断裂交汇部位往往是水热型地热赋存的有利位置。热储层岩性、断裂活动性、萤石矿化和地震活动是地热资源的分布和规模的主要影响因素，勘查过程中应重点关注。

（3）水热型地热的热源为深部的传导热，水温与储层埋藏深度呈正相关。热水沿断裂上涌过程中易遭受浅部冷水的入渗，缺少天然的阻隔屏障，导致热水水温下降。隆起区的冷水入渗比例高达63%～94%，水温跨度大，且呈现古大气降水和现代大气降水双重补给的特征。