渤海灣盆地干熱巖型地?zé)豳Y源有利區(qū)位研究

董紅偉 王飛

摘? 要：基于沉積盆地型干熱巖的基本特征，系統(tǒng)總結(jié)了渤海灣盆地干熱巖型地?zé)豳Y源選區(qū)的地?zé)岬刭|(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地表地?zé)犸@示、干熱巖資源潛力和地質(zhì)安全性等指標(biāo)，對(duì)渤海灣盆地內(nèi)主要構(gòu)造單元干熱巖賦存背景進(jìn)行了分析，建立了適宜于沉積盆地型干熱巖勘查選區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通過(guò)層次分析和打分法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，渤海灣盆地內(nèi)干熱巖勘查的最有利區(qū)位為滄縣隆起區(qū)，次有利區(qū)位為濟(jì)陽(yáng)坳陷和冀中坳陷，顯示厚覆蓋盆地內(nèi)隆起區(qū)較坳陷區(qū)更為有利，而坳陷區(qū)內(nèi)的次級(jí)凸起構(gòu)造較凹陷構(gòu)造更為有利?；谏鲜稣J(rèn)識(shí)，在有利區(qū)位中進(jìn)一步圈定了滄縣隆起、牛駝鎮(zhèn)-容城凸起、陳莊凸起和樂(lè)亭-昌黎凹陷4個(gè)靶區(qū)，為渤海灣盆地開(kāi)展干熱巖勘查選址指明了方向。

關(guān)鍵詞：干熱巖;渤海灣盆地;評(píng)價(jià)指標(biāo);有利區(qū)位;靶區(qū)

中圖分類號(hào)：P314? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：1007-1903（2019）02-0097-14

Abstract： Based on the basic characteristics of sedimentary basin-type HDR （Hot Dry Rock）， the authors have browsed a large of number of geological， geothermal and geophysical data， and systematically summarized the location of geothermal geology， geophysics， surface geothermal， HDR resource potential and geological safety indicators of sedimentary basin-type HDR in the Bohai Bay Basin. The authors study the background of HDR in the main tectonic units， and estimate a suitable evaluation index system of HDR exploration regional selection for the sedimentary basin. The comprehensive evaluation of analytic hierarchy process and expert scoring method show that the most favorable location for HDR exploration should be focused on the Cangxian uplift in the Bohai Bay， with a comprehensive score of 52 points. The subfavorable areas are Jiyang and Jizhong depressions scored 47 and 39 points. The results also indicate that the uplifted area is more favorable than the depression area in thick-covered basin， and the convex and concave structures also have such characteristics. After comparing the geological background of HDR in the main tectonic units of Bohai Bay Basin， Cangxian uplift， Niutuo-Rongcheng convex， Chenzhuang convex， Leting-Changli concave are selected as four targets for HDR exploration in the Bohai Bay Basin.

Keywords： Hot dry rock; Bohai Bay basin; Evaluation index; Favorable area; Target

0 前言

干熱巖概念（Hot Dry Rock，HDR）是自20世紀(jì)70年代初由美國(guó)科學(xué)家提出，是指埋深數(shù)千米，溫度普遍大于200℃，內(nèi)部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫巖體（Grant et al，2011）。經(jīng)過(guò)40多年的研究和實(shí)踐，干熱巖的概念不斷得到修正和發(fā)展。當(dāng)前，比較公認(rèn)的干熱巖概念是指地下高溫低孔隙度和低滲透性缺少流體的巖石（體），熱量需要人工壓裂干熱巖形成增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（Enhanced Geothermal System）之后方能開(kāi)采，賦存于干熱巖中可以開(kāi)采的地?zé)崮芊Q之干熱巖型地?zé)豳Y源（汪集等，2012）。汪集等認(rèn)為我國(guó)有利干熱巖開(kāi)發(fā)區(qū)分布在藏南、云南西部、東南沿海、渤海灣盆地、汾渭地塹、松遼盆地等地區(qū)。

華北（渤海灣盆地）是由古近紀(jì)的若干個(gè)獨(dú)立斷陷盆地和新近紀(jì)、第四紀(jì)的統(tǒng)一坳陷盆地上下疊合而成（漆家福等，1995）。古近紀(jì)階段形成現(xiàn)今的冀中坳陷、黃驊坳陷、臨清-東濮坳陷、下遼河遼東灣坳陷、渤中坳陷和濟(jì)陽(yáng)坳陷6個(gè)斷陷盆地，盆地間分別為滄縣隆起、邢衡隆起、內(nèi)黃隆起、沙壘隆起和埕寧隆起等所分割（圖1）。這一系列隆起與坳陷的形成受當(dāng)時(shí)各個(gè)控盆斷裂空間幾何特征與活動(dòng)規(guī)律的影響（陳國(guó)童等，1996;Hsiao et al，2004;李三忠等，2011;Zhou et al，2012），后者又受到前新生代構(gòu)造格局以及新生代應(yīng)力場(chǎng)的約束（漆家福等，2004）。本文較系統(tǒng)的總結(jié)了渤海灣盆地干熱巖型地?zé)豳Y源選區(qū)的各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)盆地內(nèi)主要構(gòu)造單元干熱巖賦存背景進(jìn)行論述，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)，確定了渤海灣盆地干熱巖開(kāi)發(fā)的有利區(qū)位，并進(jìn)一步圈定了靶區(qū)。

1 地?zé)岬刭|(zhì)學(xué)指標(biāo)

1.1 基巖地層（合適的干熱巖體）

適合的干熱巖體是干熱巖能量開(kāi)發(fā)的前提和基礎(chǔ)。渤海灣盆地基巖地層包括太古界-古元古界等結(jié)晶基底和不整合于結(jié)晶基底之上的中新元古界-古生界等基巖地層。結(jié)晶基底由魯西地塊、太行山以及燕山3類不同性質(zhì)結(jié)晶基底拼接而成，主要為盆地北側(cè)太古界遷西群和古元古界雙山子群、西側(cè)太古界阜平群和古元古界五臺(tái)群及滹沱群、東南側(cè)太古界泰山群，為多套角度不整合接觸的結(jié)晶變質(zhì)巖系。結(jié)晶基底之上基巖地層主要為中新元古界及下古生界淺海相碳酸鹽建造、上古生界濱海轉(zhuǎn)陸相含煤碎屑巖建造，部分盆地內(nèi)構(gòu)造單元缺失中新元古界（如黃驊、臨清、濟(jì)陽(yáng)等坳陷和滄縣隆起）。

結(jié)晶基底主要由巖漿巖、變質(zhì)巖構(gòu)成，一般此類巖石中放射性元素含量要明顯高于上覆沉積蓋層，而在基底抬高處還可提供更多附加熱源，結(jié)晶基底致密巖石導(dǎo)熱性能明顯優(yōu)于低密度的沉積蓋層，可促使更多熱流集中于基底抬高部位，反映至地面則形成地?zé)岙惓^(qū)。近年來(lái)大量文獻(xiàn)和項(xiàng)目表明，在沉積蓋層中的砂巖等和結(jié)晶基底致密高熱巖石中采熱才代表了增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)的大部分資源潛力（MIT，2006;Zimmermann et al.，2010）。因此，結(jié)晶基底之上的基巖地層（如中元古界底部常州溝組和大紅峪組砂巖、石英巖）亦可作為干熱巖的熱儲(chǔ)。

1.2 基巖起伏形態(tài)

渤海灣盆地由一系列斷陷和隆起構(gòu)成。受斷裂構(gòu)造控制作用，坳陷與隆起內(nèi)部又形成次一級(jí)的凸起和凹陷構(gòu)造，呈凸凹相間的構(gòu)造格局。資料表明，新生界一定深度范圍內(nèi)正向構(gòu)造地溫高、梯度大，負(fù)向構(gòu)造地溫低、梯度小，地溫分布與基巖面起伏呈正相關(guān)性。在高凸深凹相間構(gòu)造格局下，配置的高熱阻蓋層與高熱導(dǎo)率基巖條件下，來(lái)自地球內(nèi)部較均一的熱流在傳導(dǎo)過(guò)程中會(huì)在地殼表部進(jìn)行再分配，熱流由負(fù)向構(gòu)造向正向構(gòu)造集中，在基巖隆起區(qū)淺部形成高溫和高地溫梯度。

1.3 低導(dǎo)熱率蓋層

厚層、低熱導(dǎo)率覆蓋層為沉積盆地中賦存干熱巖資源的必要條件。渤海灣盆地普遍沉積中-新生界蓋層，蓋層厚度巨大松散、熱導(dǎo)率低、導(dǎo)熱性差，能夠起到良好的隔熱保溫作用，使來(lái)自于地殼深部的熱流不會(huì)迅速消失，在熱容量較大區(qū)域形成地?zé)岙惓；虻責(zé)崽?。因此，地塹（斷陷）盆地被認(rèn)為是最適合干熱巖能量開(kāi)發(fā)區(qū)位，目前，國(guó)外進(jìn)行的干熱巖項(xiàng)目絕大部分都選址于盆地中（藺文靜等，2016），如法國(guó)的干熱巖項(xiàng)目選址于Rhine地塹盆地中，澳大利亞第一個(gè)干熱巖項(xiàng)目選址于Cooper盆地中。渤海灣盆地內(nèi)各坳陷、隆起區(qū)蓋層組成及厚度見(jiàn)表1。

1.4 構(gòu)造應(yīng)力

增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)需要對(duì)深部巖石實(shí)現(xiàn)人工壓裂形成熱儲(chǔ)，而最適宜的應(yīng)力條件則為臨界走滑狀態(tài)（McClure，2009;藺文靜等，2016），巖石此狀態(tài)下沿剪破裂方向靜摩擦很小，即只需要很小的應(yīng)力便可使巖石發(fā)生破裂。晚三疊世以前，渤海灣盆地基底受擠壓作用形成褶皺和NNE-NE向逆斷層，中新生代以來(lái)，經(jīng)過(guò)“擠壓-引張-擠壓”的反復(fù)循環(huán)，使得現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)表現(xiàn)為NWW方向擠壓兼走滑狀態(tài)（漆家福，2004），形成了臨界走滑應(yīng)力場(chǎng)。高擠壓構(gòu)造應(yīng)力條件下，能夠讓干熱巖具有低流體滲透性和低熱流傳導(dǎo)性，使得對(duì)流引起的熱損失呈最小化。渤海灣盆地中形成了一系列NNE-NE向坳陷與隆起，就構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)來(lái)說(shuō)，隆起區(qū)的擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)較坳陷區(qū)要更高，形成干熱巖的條件更為有利。

2 地球物理學(xué)指標(biāo)

2.1 大地?zé)崃髦?/p>

大地?zé)崃髦凳歉蔁釒r賦存分布的重要地球物理學(xué)指標(biāo)之一。渤海灣盆地中部經(jīng)巖石圈大規(guī)模伸展減薄弱面（如犁式斷層）向上噴發(fā)火山巖，使得盆地內(nèi)部大地?zé)崃髦得黠@比盆地外圍高，大地?zé)崃髦档戎稻€的分布形態(tài)與渤海盆地邊界形態(tài)及其內(nèi)部隆起和坳陷的分布嚴(yán)格吻合一致（侯貴廷等，2001）。陳墨香等（1990a）實(shí)測(cè)渤海灣盆地大地?zé)崃髦禐?1.5±13.4mW/m2;熊亮平（1993）測(cè)得平均值為64.48±12.56 mW/m2;汪洋（1999）測(cè)得我國(guó)東部盆地區(qū)平均大地?zé)崃髦翟?5 mW/m2以上，高于全球大陸平均值，亦高于全國(guó)大地?zé)崃髦担?1±15.5 mw/m2）。由盆地內(nèi)各構(gòu)造單元熱流值分布（圖1）和熱流統(tǒng)計(jì)（表2）可知：①渤海灣盆地地?zé)釄?chǎng)具有高低相間帶狀展布特點(diǎn)，這一特征主要受盆地基底凸凹相間地質(zhì)構(gòu)造格局控制，與基底構(gòu)造形態(tài)十分相似;②隆起區(qū)熱流值明顯高于坳陷區(qū)，其差值大小由沉積蓋層厚度（或基巖面埋深）比值決定，熱流量的分布與基底埋深有一定關(guān)系;③隆起-坳陷區(qū)構(gòu)造單元內(nèi)部也由凹陷向凸起逐漸增加，基底凸、凹的影響較構(gòu)造區(qū)的坳、隆影響更為顯著;④實(shí)測(cè)大地?zé)崃髦碉@示，滄縣隆起區(qū)熱流最高，次為濟(jì)陽(yáng)坳陷、遼河坳陷，冀中坳陷最低。汪集（1986）實(shí)測(cè)熱流值顯示，黃驊坳陷熱流（地表1.30 HUF）較冀中坳陷（地表1.33 HUF）還要低。

2.2 巖石圈厚度、莫霍面埋深

渤海灣盆地為高熱流值分布區(qū)，與盆地深部巖石圈及地殼拉張變薄、軟流圈地幔物質(zhì)上涌相關(guān)，熱流的分布總體受區(qū)域性殼-幔隆起區(qū)和局部殼-幔隆起帶、坳陷帶及過(guò)渡帶控制（張愷，1993）。盆地深部軟流圈層因底侵和隆起作用形成了如渤海灣柱、下遼河柱、邯鄲柱、郯廬柱等多個(gè)軟流圈上涌柱（邢作云等，2006）（圖2），上涌柱使得巖石圈層明顯減薄，深部熱源沿深大斷裂向上傳導(dǎo)，往往在地表形成具有一定熱量的地?zé)崽?。即巖石圈越薄深源熱量向上傳導(dǎo)則越明顯。渤海灣盆地內(nèi)各隆起區(qū)和坳陷區(qū)巖石圈厚度為：魯西隆起區(qū)60～70km;內(nèi)黃隆起區(qū)和東濮坳陷區(qū)60～70km;膠東隆起區(qū)110km;臨清坳陷區(qū)90～100km;濟(jì)陽(yáng)坳陷區(qū)120km;冀中坳陷區(qū)80～90km;滄縣隆起區(qū)80～90km;黃驊坳陷區(qū)90～100km;埕寧隆起區(qū)7080km（于洋，2016）（圖2）。

渤海灣盆地區(qū)莫霍面相對(duì)隆起部位對(duì)應(yīng)于大地?zé)嶂蹈弋惓^(qū)，而莫霍面相對(duì)坳陷部位則對(duì)應(yīng)于低異常區(qū)（張成科等，1997）。盆地內(nèi)新生代軟流圈上涌致使其地殼下部莫霍面相對(duì)隆起，如新生代渤海灣上涌柱位于渤中坳陷、滄縣隆起、黃驊坳陷北部、濟(jì)陽(yáng)坳陷中北部，新生代下遼河上涌柱位于遼河坳陷，形成大地?zé)嶂蹈弋惓^(qū);中生代軟流圈上涌柱現(xiàn)今已無(wú)明顯隆起，大地?zé)崃髦迪鄬?duì)較低，如中生代郯廬上涌柱（冀中坳陷）和邯鄲上涌柱（臨清坳陷）（圖2）。渤海灣盆地較外圍山區(qū)莫霍面強(qiáng)烈上隆，其莫霍面深度介于28～37km，由東南部向西部、北部山區(qū)逐漸增加，起伏劇烈呈波浪狀，形成一系列相間的莫霍面上隆和下凹。冀中坳陷文安、霸縣一帶莫霍面埋深30km左右（張成科等，1997），黃驊坳陷埋深28～30km，局部抬升幅度可達(dá)6 km（嘉世旭等，2009），渤中坳陷更淺約20～26km（劉廷海等，2008）（圖2）。渤海灣盆地區(qū)各構(gòu)造單元?dú)拥酌鏈囟染h(yuǎn)高于盆地外圍山區(qū)，尤其下地殼底面-莫霍面的溫度，要比盆地外高出400℃，上地幔的溫度同樣具有此特征，且差異更加明顯（孫愛(ài)群等，2000）。

總之，巖石圈減薄的區(qū)域、莫霍面相對(duì)隆起部位、軟流圈上涌地帶、大地?zé)崃髅芏戎蹈弋惓^(qū)，為渤海灣盆地開(kāi)發(fā)干熱巖有利部位。

2.3 殼、幔低速高導(dǎo)層埋深

殼、幔低速高導(dǎo)層內(nèi)物質(zhì)組成密度低、地震波速低、電導(dǎo)率高、溫度高，是重要熱源。渤海灣盆地殼、幔低速高導(dǎo)層埋深均較淺，可向上不斷提供熱量，雖然不是控制干熱巖資源形成的主要因素，但也為干熱巖選區(qū)提供了有利依據(jù)。

殼內(nèi)低速高導(dǎo)層在渤海灣盆地位于中地殼中，埋深12～15km，厚約3～10km，渤海灣盆地殼內(nèi)低速高導(dǎo)層在地殼薄的上地幔隆起區(qū)發(fā)育良好，厚度較大，溫度可達(dá)500℃～600 ℃，而在坳陷區(qū)發(fā)育一般，厚度小且溫度低。上地幔低速高導(dǎo)層在盆地區(qū)內(nèi)、外埋深變化很大，盆地內(nèi)如海中隆起埋深45km，濟(jì)陽(yáng)坳陷、黃驊坳陷50～60km，冀中坳陷50～70km，埕寧隆起和滄縣隆起80～90km;盆地外埋深可達(dá)150～200km。盆地內(nèi)部坳陷區(qū)埋深小于隆起區(qū)，低速高導(dǎo)層起伏變化與上地幔隆起、坳陷吻合。資料表明，渤海灣盆地?cái)嘞輩^(qū)上地幔低速高導(dǎo)層中部分熔融物質(zhì)可達(dá)15%，溫度可達(dá)1000℃～1300 ℃（孫愛(ài)群等，2000）。

2.4 居里面埋深

居里等溫面實(shí)質(zhì)上是磁測(cè)的最大勘探深度（劉沈衡等，1999），其主要反映的是巖石圈的熱狀態(tài)而非地質(zhì)構(gòu)造界面。居里面埋深越淺表明深部熱流向地表傳遞散發(fā)距離越短，對(duì)干熱巖型地?zé)豳Y源的形成則越有利。

渤海灣盆地中黃驊坳陷、冀中坳陷、臨清坳陷等表現(xiàn)為居里面坳陷特征，埋深為26～33km。下遼河坳陷、渤中坳陷、濟(jì)陽(yáng)坳陷由于受到郯廬斷裂的影響居里面都有不同程度的隆起特征。下遼河坳陷基底因劇烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，居里面表現(xiàn)為隆起狀，埋深20～26km。濟(jì)陽(yáng)坳陷在新生代發(fā)育強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng)，居里面呈隆起狀，埋深19～26km。冀中坳陷北部受燕山臺(tái)褶帶影響發(fā)生了磁性層減薄。臨清坳陷北部居里面以坳陷為主，埋深28～33km，南部湯陰地塹與東濮坳陷表現(xiàn)為居里面隆起，埋深24～28km（楊海，2015）?？傮w來(lái)看，渤海灣盆地周圍都被居里面隆起所包圍，中部呈居里面坳陷，而下遼河坳陷、黃驊坳陷、冀中坳陷、臨清坳陷、濟(jì)陽(yáng)坳陷、渤中坳陷等區(qū)域都或多或少分布在居里面隆起及其邊部（圖3）。

2.5 重力異常

一般而言，布格重力異常場(chǎng)值的大小反映基巖地層起伏特征，走向反映區(qū)域地質(zhì)體的宏觀展布方向，等值線密集的重力梯級(jí)帶反映斷裂構(gòu)造信息;重力異常也與溫度場(chǎng)相關(guān)，以蒸汽熱泉為主的地?zé)釁^(qū)通常呈現(xiàn)重力負(fù)異常（西藏羊八井地?zé)崽锵虏靠赡艽嬖趲r漿囊），而有些地?zé)釁^(qū)也會(huì)出現(xiàn)重力正異常（松潘甘孜地區(qū)地?zé)岙惓^(qū)），是由于巖石中的熱變質(zhì)作用導(dǎo)致巖石密度增大，高于周圍壞境，從而表現(xiàn)為重力正異常（盧德源等，2000）;重力數(shù)據(jù)還可以反演莫霍面深度。

渤海灣盆地顯示為場(chǎng)值升高背景（近1/3正值），由東南向北西逐漸遞減（張亞?wèn)|等，2011），反映了地殼西厚東薄的特征，其間發(fā)育多個(gè)北東向的重力高值帶與重力低值帶，相鄰重力高、低之間均有明顯的梯級(jí)帶，為多個(gè)隆起與坳陷的構(gòu)造的反映。其中冀中、黃驊、濟(jì)陽(yáng)、臨清等坳陷為大范圍的低重力異常區(qū)，為地表沉積了較厚新生界的原因，顯示基底坳陷特征，局部高重力異常顯示局部凸起，如冀中坳陷之牛坨鎮(zhèn)凸起;而滄縣、埕寧、內(nèi)黃等隆起屬于高重力異常區(qū)，反映基底隆起特征（徐志萍等，2015）。高、低重力異常之間多以線性延伸的重力梯度帶為界，反映了坳陷與隆起之間多以斷裂為界（宋景明等，2009）（圖4）。在地?zé)崽锇l(fā)育區(qū)（如牛坨鎮(zhèn)凸起），李弘等（2017）研究顯示，重磁異常能夠很好的反映牛坨鎮(zhèn)凸起的形態(tài)、牛東和容城斷裂等控?zé)徇吔缁驅(qū)嵬ǖ酪约盀榈責(zé)崽锕岬那秩霂r體。

2.6 航磁異常

航磁異常反映結(jié)晶基底巖層分布，渤海灣盆地正異常區(qū)為中古太古界深變質(zhì)巖系，負(fù)異常區(qū)為新太古界—古元古界淺變質(zhì)巖系;航磁異常梯級(jí)帶反映深部較大斷裂構(gòu)造帶（邢集善，2002）。此外，弱磁性的中酸性侵入體和強(qiáng)磁性的基性火山巖分布區(qū)常形成局部磁異常;磁異常數(shù)據(jù)還可以反演居里面深度。

渤海灣盆地區(qū)以正磁異常為主，異常走向自南向北由北北東轉(zhuǎn)北東再轉(zhuǎn)北北東。39°以南中部為負(fù)磁異常，四周被串珠狀正磁異常帶所圍，變化較平緩;39? ?～40°之間，北東向線狀異常發(fā)育，顯示構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶特征;40°以北，局部磁異常增多呈密集線性帶排列，異常由太古界及磁性火成巖帶所引起（周立宏，2004）。其中冀中坳陷以負(fù)磁異常為主，滄縣和內(nèi)黃隆起以正磁異常為主，臨清坳陷以負(fù)磁異常為主，位于二者之間，三者自南向北分段明顯，表現(xiàn)為正—負(fù)—正的磁異常特征，顯示發(fā)育NW向的橫向構(gòu)造;黃驊、濟(jì)陽(yáng)坳陷以負(fù)磁異常為主;埕寧隆起以正磁異常為主（李濤等，2009）。區(qū)域磁場(chǎng)形態(tài)總體反映了結(jié)晶基底起伏特征，其中冀中、臨清、黃驊、濟(jì)陽(yáng)等坳陷區(qū)磁場(chǎng)具有寬緩特點(diǎn)，磁場(chǎng)梯度變化平緩、單調(diào);滄縣、內(nèi)黃、埕寧等隆起區(qū)磁異常主要表現(xiàn)為規(guī)模較小的次異常，磁場(chǎng)梯度變化較大，總體變化比較復(fù)雜重、磁異常雖然不能用于直接尋找地?zé)?，但可以結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造、大地?zé)崃髦怠⒌販靥荻鹊鹊淖兓?guī)律分析干熱巖形成的地質(zhì)條件，從而為選區(qū)提供依據(jù)。

3 地表地?zé)犸@示指標(biāo)

3.1 地表地?zé)犸@示

渤海灣盆地處于我國(guó)東部地殼厚度較薄的上地幔隆起地區(qū)，總體上為一個(gè)復(fù)雜的大地?zé)崽铮◤垹柨铮?000），屬于陳墨香等（1994）提出的“一大片”（黃淮海平原）之北部，為我國(guó)開(kāi)發(fā)地?zé)豳Y源最有利的地帶之一。本區(qū)具有良好的熱流背景，在高熱流區(qū)地?zé)岙惓Ｃ黠@，發(fā)現(xiàn)了牛駝鎮(zhèn)、雄縣、王蘭莊、萬(wàn)家碼頭、山嶺子、塘沽、武清等地?zé)崽?，水溫一般低?0 ℃，同屬中低溫型水熱資源，在盆地兩緣形成兩個(gè)NNE走向的地?zé)岙惓В瑤戏植加袦厝?、熱流高值點(diǎn)和新生代火山巖等（蔣林，2013）。MIT（2006研究提出了在水熱系統(tǒng)周邊的干熱巖型地?zé)豳Y源可作為近期勘探開(kāi)發(fā)目標(biāo)的思路。因此，渤海灣盆地內(nèi)地?zé)崽?、溫泉、熱流高值點(diǎn)等分布區(qū)也屬于干熱巖選區(qū)的有利部位。

3.2 地表地?zé)岙惓?/p>

陳墨香等（1990b）按照華北平原區(qū)蓋層地溫梯度G>4℃/100m或大地?zé)崃鱭>62 mW/m2的標(biāo)準(zhǔn)，在渤海灣盆地內(nèi)劃出23個(gè)地?zé)岙惓^(qū)，面積一般為100～300km2，小者僅l0km2左右，最大達(dá)1000～3000km2，異常主要沿隆起邊界斷裂分布。王鈞等（1983）劃分的地?zé)岙惓^(qū)1000m深溫度多在50℃～70℃，2000m深多在80℃～90℃之間，地溫梯度一般4℃/100m～6℃/100m之間，最高可達(dá)11℃/100m。其中牛駝鎮(zhèn)、雙窯和小韓莊等凸起區(qū)，熱水沿牛東、白塘口西和滄東等斷裂帶上涌，導(dǎo)致斷裂帶及其鄰近地段的蓋層地溫梯度高達(dá)5℃/100m～7℃/100m，最大達(dá)9℃/100m～11℃/100m（蔣林等，2013），異常受斷裂構(gòu)造控制明顯。渤海灣盆地內(nèi)其它地?zé)岙惓^(qū)的特征見(jiàn)表3和圖6。

3.3 地溫梯度

地溫梯度是衡量地溫高低的主要因素，而地溫則是干熱巖賦存分布的直接指標(biāo)。陳墨香等（1985）認(rèn)為華北平原區(qū)蓋層地溫梯度分布主要受地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和具有附加熱源意義的地下水活動(dòng)兩大因素控制，主要表現(xiàn)為：①高地溫及高地溫梯度區(qū)與基底隆起和凸起區(qū)相吻合，如埕寧隆起區(qū)平均地溫梯度為4.2℃/100m，滄縣隆起區(qū)3.8℃/100m，坳陷區(qū)內(nèi)的凸起區(qū)3.5℃/100m～5.0℃/100m;②坳陷區(qū)地溫梯度相對(duì)偏低，如黃驊坳陷區(qū)3.2℃/100m，冀中坳陷區(qū)3.3℃/100m，臨清坳陷區(qū)3.4℃/100m，濟(jì)陽(yáng)坳陷區(qū)3.7℃/100m，坳陷中的凹陷部分分別低于3℃/100m（冀中、黃驊、臨清坳陷內(nèi)）和3.5℃/100m（濟(jì)陽(yáng)坳陷內(nèi)）;③太行山、燕山、魯西山麓及與之毗鄰的地帶地溫梯度最低（一般小于2.5 ℃/100m）。華北平原蓋層（不計(jì)山麓低溫區(qū)）地溫梯度平均值為3.5 ℃/100m（圖6）。

龔育齡（2003）對(duì)渤海灣盆地內(nèi)主要構(gòu)造單元的地溫梯度和1000～5000 m深地溫統(tǒng)計(jì)顯示（表4、表5），渤海灣盆地現(xiàn)今地溫梯度為24.0℃/km～55.0℃/km，平均34.7±3.5℃/km，地溫梯度與基底埋深相關(guān)，其分布受凸坳相間構(gòu)造格局控制，表現(xiàn)為凸起區(qū)高，坳陷區(qū)低，如滄縣隆起帶、濟(jì)陽(yáng)坳陷大部分、冀中坳陷之牛駝鎮(zhèn)-高陽(yáng)-寧晉凸起和遼西低凸起等地溫梯度較高地區(qū)形成了高溫區(qū);而渤中坳陷、臨清坳陷東部和濟(jì)陽(yáng)坳陷之惠民凹陷等地溫梯度較低地區(qū)則形成了相對(duì)低溫區(qū)。

4 干熱巖資源潛力指標(biāo)

采取體積法估算干熱巖地?zé)豳Y源量，公式：Q=ρ·Cp·V·（T-To）。式中：Q為干熱巖資源量;ρ為巖石密度;Cp為巖石比熱容;V為巖體體積;T為所計(jì)算深度的巖石溫度（深部缺乏數(shù)據(jù)，本次采用地溫梯度進(jìn)行粗略計(jì)算）;T0為地表溫度（取15℃）。其它參數(shù)：砂巖、泥巖密度取2.1×103kg/m3，比熱900J/kg℃;礫巖、凝灰?guī)r、碳酸鹽巖、火山巖密度取2.1×103kg/m3～3.2×103kg/m3，比熱900J/kg℃～950J/kg℃;結(jié)晶基底密度取3.2×103kg/m3

～3.5×103kg/m3，比熱950J/kg℃。估算渤海灣盆地區(qū)5個(gè)構(gòu)造單元（3～10km深度）干熱巖型地?zé)豳Y源總量為39.20×104EJ，合13.37×1012t標(biāo)準(zhǔn)煤（表6）。按2%下限計(jì)算，可采資源量為0.78×104EJ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤0.27×1012t。按5個(gè)構(gòu)造單元地?zé)峥傎Y源量排序?yàn)椋号R清坳陷>冀中坳陷>濟(jì)陽(yáng)坳陷>黃驊坳陷>滄縣隆起，占盆地總資源量的比例分別為31.34 %、26.26 %、23.72 %、13.51 %、7.83 %。干熱巖地?zé)豳Y源豐度為單位面積的干熱巖地?zé)豳Y源量，該指標(biāo)更易反映干熱巖資源潛力，其值越大干熱巖資源潛力越大，反之則差（張楊，2016）。按干熱巖資源豐度排序?yàn)椋簼?jì)陽(yáng)坳陷>滄縣隆起>冀中坳陷>臨清坳陷>黃驊坳陷，其中濟(jì)陽(yáng)坳陷和滄縣隆起區(qū)資源豐度均大于5EJ/km2，屬于本區(qū)最具干熱巖勘查開(kāi)發(fā)潛力的構(gòu)造單元，其次為冀中坳陷區(qū)（資源豐度>4.5EJ/km2），臨清、黃驊坳陷區(qū)（資源豐度4～4.5EJ/km2之間）潛力相對(duì)最小。

5 地質(zhì)安全性指標(biāo)

一般干熱巖的開(kāi)發(fā)都選址于地?zé)岙惓^(qū)，而地?zé)岙惓^(qū)一般都位于構(gòu)造活動(dòng)帶，而這些區(qū)域通常都是地震的孕育區(qū)，干熱巖項(xiàng)目帶來(lái)的潛在地震活動(dòng)是必須要考慮的重要問(wèn)題之一。

5.1 地震震級(jí)

渤海灣盆地區(qū)地震較為活躍，主要分布了北東向河北平原地震構(gòu)造帶（盆地中部），帶上6級(jí)以上地震主要有1679年 9月 2日發(fā)生的三河-平谷8級(jí)、1966年邢臺(tái)7.2級(jí)、1967年河間6.3級(jí)、1976年唐山7.8級(jí)和灤縣7.1級(jí)。主要集中在東北部的黃驊坳陷中，部分集中于南部的邢橫隆起、臨清坳陷中，小震相對(duì)頻繁，偶有大震，通過(guò)中國(guó)地震年臺(tái)網(wǎng)中心查閱歷年地震情況，自1998年1月張北6.2 級(jí)地震后至今，盆地區(qū)未發(fā)生過(guò)6.0級(jí)以上地震（圖7），為開(kāi)發(fā)干熱巖較適宜地區(qū)。

5.2 地震烈度

由圖7可知，滄縣隆起和黃驊坳陷北部、冀中和臨清坳陷大部分、邢橫隆起、濟(jì)陽(yáng)坳陷東部等區(qū)地震烈度為Ⅶ級(jí);滄縣隆起、冀中坳陷、黃驊坳陷南部、濟(jì)陽(yáng)坳陷大部分地區(qū)地震烈度為Ⅵ級(jí);地震烈度Ⅵ—Ⅶ級(jí)，屬于區(qū)域地殼相對(duì)穩(wěn)定級(jí)別。而冀中坳陷北部北京東南部、黃驊坳陷北部唐山等地區(qū)地震烈度為Ⅷ級(jí)，屬于區(qū)域地殼不穩(wěn)定級(jí)別。

6 綜合評(píng)價(jià)

基于沉積盆地型干熱巖的基本特征，選擇地?zé)岬刭|(zhì)條件、地球物理?xiàng)l件、地表地?zé)犸@示、干熱巖資源潛力、地質(zhì)安全性等5項(xiàng)指標(biāo)和19個(gè)評(píng)價(jià)因子，采用層次分析和打分法對(duì)渤海灣盆地有利勘查選區(qū)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)（表7）。由評(píng)價(jià)結(jié)果可知，渤海灣盆地內(nèi)各構(gòu)造單元有利于開(kāi)展干熱巖勘查的排序?yàn)椋簻婵h隆起>濟(jì)陽(yáng)坳陷>冀中坳陷>黃驊坳陷>臨清坳陷，其中滄縣隆起區(qū)為干熱巖勘查的最有利區(qū)位，其綜合得分高達(dá)52分，濟(jì)陽(yáng)坳陷、冀中坳陷為次有利區(qū)位，綜合得分分別為47分和39分，黃驊坳陷、臨清坳陷得分最低。結(jié)果表明，厚覆蓋盆地內(nèi)隆起區(qū)較坳陷區(qū)更為有利，而坳陷區(qū)內(nèi)的次級(jí)凸起構(gòu)造較凹陷構(gòu)造更為有利，如濟(jì)陽(yáng)坳陷之陳莊凸起、冀中坳陷之牛駝鎮(zhèn)-容城凸起等，也是干熱巖勘查十分有利的地區(qū)。

基于上述認(rèn)識(shí)，結(jié)合各項(xiàng)指標(biāo)的綜合分析，在上述干熱巖有利區(qū)位中進(jìn)一步圈定出了4處干熱巖靶區(qū)（圖6），分別為滄縣隆起靶區(qū)（1）、牛駝鎮(zhèn)-容城凸起靶區(qū)（2）、陳莊凸起靶區(qū)（3）、樂(lè)亭-昌黎凹陷靶區(qū)（4），依次處于滄縣隆起、冀中坳陷、濟(jì)陽(yáng)坳陷和黃驊坳陷中。各靶區(qū)深部存在較好的熱源，熱源主要為由巖漿巖、變質(zhì)巖構(gòu)成的結(jié)晶基底，基巖埋深適中，上覆低熱導(dǎo)率蓋層發(fā)育良好，處于華北巖石圈減薄的區(qū)域、莫霍面和居里面相對(duì)隆起部位、軟流圈上涌地帶上，為大地?zé)崃髅芏戎?、地溫梯度高異常區(qū)。地表地?zé)岙惓Ｃ黠@，形成了滄縣隆起區(qū)之大城、興濟(jì)、獻(xiàn)縣、雙窯-小韓莊凸起地?zé)岙惓?冀中坳陷區(qū)之牛駝鎮(zhèn)、容城凸起地?zé)岙惓?濟(jì)陽(yáng)坳陷區(qū)之陳家莊-青坨子凸起地?zé)岙惓?。異常范圍?nèi)展布著地?zé)崽铩厝?、熱流高值點(diǎn)等，并在滄縣隆起靶區(qū)（1）和牛駝鎮(zhèn)-容城凸起靶區(qū)（2）內(nèi)分別發(fā)現(xiàn)了天津武清熱田和冀中熱田?？傮w來(lái)說(shuō)，4個(gè)靶區(qū)具備“斷盆聚熱—隱伏巖體儲(chǔ)熱—沉積蓋層保熱”這種“三位一體”的有利地?zé)岬刭|(zhì)條件，均處于地質(zhì)地?zé)釛l件、巖石圈結(jié)構(gòu)等熱異常反應(yīng)區(qū)，為渤海灣盆地開(kāi)發(fā)干熱巖有利部位，其中滄縣隆起靶區(qū)（1）和牛駝鎮(zhèn)-容城凸起靶區(qū)（2）為開(kāi)展干熱巖勘查的優(yōu)先地區(qū)。

7 結(jié)論

本文基于沉積盆地型干熱巖的基本特征，系統(tǒng)總結(jié)了渤海灣盆地干熱巖型地?zé)豳Y源選區(qū)的各項(xiàng)指標(biāo)，建立了適宜的干熱巖勘查選區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并在渤海灣盆地區(qū)進(jìn)行了選區(qū)評(píng)價(jià)，獲得如下結(jié)論：

（1）渤海灣盆地區(qū)5個(gè)構(gòu)造單元（3～10km深度）干熱巖型地?zé)豳Y源總量為39.20×104EJ，相當(dāng)于13.37×1012t標(biāo)準(zhǔn)煤，按2%下限計(jì)算，可采資源量為0.78×104EJ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤0.27×1012t，干熱巖型地?zé)豳Y源量巨大。

（2）綜合考慮渤海灣盆地內(nèi)主要構(gòu)造單元干熱巖的賦存背景，建立了適宜于沉積盆地型干熱巖勘查選區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。包括地?zé)岬刭|(zhì)條件、地球物理?xiàng)l件、地表地?zé)犸@示、干熱巖資源潛力、地質(zhì)安全性等5項(xiàng)指標(biāo)以及19個(gè)評(píng)價(jià)因子。

（3）綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，渤海灣盆地內(nèi)干熱巖勘查的最有利區(qū)位為滄縣隆起區(qū)，其綜合得分高達(dá)52分，次有利區(qū)位為濟(jì)陽(yáng)坳陷和冀中坳陷，得分為47分和39分，黃驊坳陷、臨清坳陷得分最低，顯示厚覆蓋盆地內(nèi)隆起區(qū)較坳陷區(qū)更為有利，而坳陷區(qū)內(nèi)的次級(jí)凸起構(gòu)造較凹陷構(gòu)造更為有利。

（4）圈定了4處干熱巖靶區(qū)，分別為滄縣隆起靶區(qū)、牛駝鎮(zhèn)-容城凸起靶區(qū)、陳莊凸起靶區(qū)、樂(lè)亭-昌黎凹陷靶區(qū)，靶區(qū)具備“斷盆聚熱-隱伏巖體儲(chǔ)熱-沉積蓋層保熱”的“三位一體”有利地?zé)岬刭|(zhì)條件，為渤海灣盆地開(kāi)發(fā)干熱巖有利部位，而滄縣隆起靶區(qū)和牛駝鎮(zhèn)-容城凸起靶區(qū)為優(yōu)先勘查區(qū)。

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