浙江省水熱型地?zé)豳Y源特征及賦存規(guī)律

韋 毅，毛官輝，呂 清，彭 鵬，陳俊兵，鄭 敏

（浙江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，浙江·寧波 315012）

地?zé)峋哂芯G色資源和清潔能源的多層屬性，因其分布廣泛、儲量巨大、持續(xù)穩(wěn)定等特征，可廣泛用于發(fā)電、采暖、生活熱供水、溫泉洗浴、理療、農(nóng)業(yè)溫室、水產(chǎn)養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，對實(shí)現(xiàn)碳中和具有重要的推動作用。

浙江省內(nèi)具有較為豐富的地?zé)豳Y源。因水熱型地?zé)崤c康養(yǎng)旅游、低碳環(huán)保的融合度高，市場需求大，開展水熱型地?zé)豳Y源勘查的時(shí)間較早。1959年，省水文隊(duì)在寧海深甽鎮(zhèn)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)36℃的溫泉。1960年進(jìn)行地?zé)徙@探，當(dāng)年建立水溫47℃的熱水井，并興建省內(nèi)第一個(gè)溫泉療養(yǎng)院。至2020年底，各地級市均開展了水熱型地?zé)豳Y源勘查。隨著水熱型地?zé)豳Y源成礦理論的完善和勘查的不斷深入，浙江省已發(fā)現(xiàn)水熱型地?zé)豳Y源點(diǎn)49處（圖1），“探明的+控制的”可采資源量達(dá)到21256 m3/d。

本文通過對浙江省水熱型地?zé)豳Y源的類型及分布特征進(jìn)行總結(jié)分析，對今后浙江省水熱型地?zé)豳Y源的開發(fā)利用、促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展均具有一定的指導(dǎo)意義。

1 地?zé)豳Y源類型與特征

圖1 浙江省水熱型地?zé)豳Y源分布Fig.1 Distribution of hydrothermal geothermal resources in Zhejiang Province

水熱型地?zé)豳Y源類型的分布與浙江省的地質(zhì)背景密切相關(guān)。以江山—紹興深斷裂為界，分為浙西北和浙東南兩個(gè)截然不同的地質(zhì)單元，熱儲類型也存在明顯不同。有學(xué)者曾依據(jù)賦存環(huán)境和熱傳導(dǎo)方式，將浙江省地?zé)豳Y源分為沉積盆地型和隆起山地型兩類[1-2]。本文根據(jù)儲層巖石類型和控礦構(gòu)造特征，將浙江省地?zé)犷愋头譃閷訝?、帶狀和帶狀兼層?個(gè)大類，又進(jìn)一步細(xì)分為新生代沉積盆地碎屑巖類孔隙亞型、白堊紀(jì)沉積盆地蓋層碎屑巖夾玄武巖孔隙裂隙亞型、白堊紀(jì)沉積盆地火山巖（花崗巖）類構(gòu)造裂隙亞型、白堊紀(jì)沉積盆地其它巖類構(gòu)造裂隙亞型、構(gòu)造隆起區(qū)火山巖（花崗巖）類構(gòu)造裂隙亞型、構(gòu)造隆起區(qū)其它巖類構(gòu)造裂隙亞型、火山巖（花崗巖）類火山構(gòu)造裂隙亞型、白堊紀(jì)沉積盆地基底碳酸鹽巖巖溶裂隙亞型和構(gòu)造隆起區(qū)碳酸鹽巖巖溶裂隙亞型九大亞類。

1.1 新生代沉積盆地碎屑巖類孔隙亞型

該類型為浙江最大規(guī)模的層狀熱儲，主要分布于慈溪長河凹陷中，巖石沉積年代比較晚，厚度大，其成巖作用較弱，砂巖、砂礫巖的粒狀碎屑格架間往往尚存原生的孔隙，孔隙度一般15%～20%，為地下水的儲存提供了空間，形成層狀地?zé)豳Y源。目前揭露地?zé)峋膯尉責(zé)豳Y源量在400～1000m3/d，水溫一般43～58℃，水化學(xué)類型為SO4-Na型，溶解性總固體達(dá)7500～15000 mg/L，離子組分豐富，通常為碘水，斷裂帶附近可形成碘氟復(fù)合型熱水。

由于淺地表廣泛分布咸水層，電法勘探的探測深度不甚理想，往往會形成低阻屏蔽效應(yīng)。地?zé)峋x址一般需要通過地震勘探等方法圈定長一段砂巖的分布范圍和厚度，尋找具有一定規(guī)模的砂巖層位。

1.2 白堊紀(jì)沉積盆地蓋層碎屑巖夾玄武巖孔隙裂隙亞型

以白堊紀(jì)盆地巨厚的沉積碎屑巖為蓋層，松散的石英砂巖層、鈣質(zhì)粉砂巖及玄武巖夾層為熱儲層，呈層狀特征，主要分布于金衢盆地、桐鄉(xiāng)凹陷等地。但由于埋藏深度等原因，尚無單獨(dú)揭露該套熱儲的地?zé)峋?。運(yùn)熱1井揭露了玄武巖（埋深1387～1393 m）夾層及深部的碳酸鹽巖裂隙，井口水溫64℃，水化學(xué)類型為Cl·SO4·HCO3-Na，溶解性總固體4858 mg/L，偏硅酸含量36.8 mg/L，氟化物6.7 mg/L，為含硅氟水。省內(nèi)玄武巖孔隙裂隙水中偏硅酸含量通常較高，最高檢出在武義，含量高達(dá)81.3 mg/L，可形成硅水。

1.3 白堊紀(jì)沉積盆地火山巖（花崗巖）類構(gòu)造裂隙亞型

典型的帶狀特征，主要分布在江山—紹興深斷裂與麗水—余姚深斷裂之間的龍泉—寧波隆起帶，地?zé)狳c(diǎn)和異常點(diǎn)眾多，武義盆地、湖山盆地、嵊州盆地、仙居盆地以及金華湯溪、磐安和橫店均揭露該種類型熱儲。以白堊系碎屑巖為隔水隔熱蓋層，盆地構(gòu)造為主要控礦構(gòu)造，儲層巖性主要為火山巖或花崗巖類。水量普遍在300～1000 m3/d，水溫29～45℃，水化學(xué)類型以HCO3-Na為主，溶解性總固體183～4117 mg/L。因常與螢石礦伴生，通常為氟水。

1.4 白堊紀(jì)沉積盆地其它巖類構(gòu)造裂隙亞型

帶狀熱儲，主要分布于太湖南岸、金衢盆地等。以白堊系碎屑巖為隔水隔熱蓋層，盆地構(gòu)造為主要控礦構(gòu)造，以石英砂巖、巖屑砂巖等節(jié)理裂隙發(fā)育的碎屑巖構(gòu)成熱儲的地?zé)豳Y源。主要熱儲層位有志留-泥盆系砂巖、同山群砂巖、壽昌組砂巖、粉砂巖和長塢組砂巖。水量在125～1500 m3/d，水溫41～45℃，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Na 型，溶解性總固體1708～8746 mg/L，達(dá)標(biāo)組分通常為氟、鋰等。

1.5 構(gòu)造隆起區(qū)火山巖（花崗巖）類構(gòu)造裂隙亞型

浙江最為典型的帶狀特征，主要分布在麗水—余姚斷裂帶及以東的溫州—定海隆起帶，地?zé)狳c(diǎn)包括泰順、永嘉南陳、寧海深甽、瑞安HL2井、青田鶴溪、龍泉八都等。熱儲為火山巖或花崗巖類的地?zé)豳Y源，區(qū)域斷裂為主要的控礦構(gòu)造。因上部缺失白堊系碎屑巖蓋層，水溫與熱水循環(huán)深度、斷裂淺部的閉合程度密切相關(guān)，低者為30℃，高者可達(dá)60℃以上。除部分海島，水量普遍大于400 m3/d，目前揭露的最高可達(dá)1800 m3/d，水化學(xué)類型以HCO3-Na為主，溶解性總固體通常不大于500 mg/L，極少數(shù)可達(dá)1000 mg/L以上。達(dá)標(biāo)組分通常為氟、偏硅酸、氡等。

1.6 構(gòu)造隆起區(qū)其它巖類構(gòu)造裂隙亞型

主要分布于嘉興、千島湖等地，以砂巖、石英砂巖、硅質(zhì)巖等脆性巖石類型為熱儲層的地?zé)豳Y源，區(qū)域斷裂為主要控礦構(gòu)造[3]。目前主要揭露熱儲有志留-泥盆系砂巖、長塢組砂巖和震旦系硅質(zhì)巖。水量在125～600 m3/d之間，水溫42～48℃，水化學(xué)類型為Cl·HCO3-Na、HCO3-Na型，溶解性總固體通常在1000～1500 mg/L之間，通常為氟水或含硅氟水。

1.7 火山巖（花崗巖）類火山構(gòu)造裂隙亞型

分布范圍與火山構(gòu)造（火山穹窿、破火口）密切相關(guān)，主要控礦構(gòu)造為火山作用形成的環(huán)狀、放射狀裂隙，熱儲巖性以火山巖、花崗巖為主。目前僅在天臺發(fā)現(xiàn)一處異常點(diǎn)，水溫39℃，氟化物達(dá)到礦水命名濃度，是浙江后期地?zé)釘U(kuò)能的一個(gè)方向。

1.8 白堊紀(jì)沉積盆地基底碳酸鹽巖巖溶裂隙亞型

該類型僅指以石炭—二疊系、寒武—奧陶紀(jì)和震旦系碳酸鹽巖為熱儲層且與白堊系碎屑巖直接接觸的地?zé)豳Y源，中間存在長期的沉積間斷，分布在白堊紀(jì)沉積盆地基底褶皺帶內(nèi)，嘉興、杭州、衢州、湖州都有分布。湖州太湖南岸、嘉興桐鄉(xiāng)凹陷、王店凸起揭露的熱儲均屬于該種類型。水量在300～2000 m3/d不等，水溫一般39～52℃。水量和水溫大小與碳酸鹽巖地層是否受斷裂構(gòu)造切割密切相關(guān)，受斷裂切割的碳酸鹽巖熱儲巖溶發(fā)育程度好，水量較大，嘉興運(yùn)熱1井，水量達(dá)2000 m3/d，水溫達(dá)64℃，是目前浙江水量最大、水溫最高的地?zé)峋Ｋ瘜W(xué)類型為HCO3-Na·Ca、Cl·HCO3-Na·Ca型，溶解性總固體通常大于1000 mg/L，一般為氟水、鋇水。

1.9 構(gòu)造隆起區(qū)碳酸鹽巖巖溶裂隙亞型

該類型包括其它類型的全部碳酸鹽巖熱儲，廣泛分布于浙西褶皺帶內(nèi)，已知地?zé)狳c(diǎn)分布于湖州太湖南岸南皋橋向斜以西隆起區(qū)以及臨安湍口等地。上古生界寒武系、奧陶系碳酸鹽巖由于缺少沉積間斷，巖溶發(fā)育規(guī)模不大，區(qū)域斷裂是主要的控礦構(gòu)造。上古生界石炭二疊系黃龍組、船山組、棲霞組及長興組、青龍組等碳酸鹽巖多以向斜露于淺部。偶因深部熱水沿?cái)嗔淹ǖ肋\(yùn)移，熱量散失或與常溫地下水混合，普遍溫度低，通常為30℃左右，由于冷水混合程度較高，水量普遍較大，在1000 m3/d以上。水化學(xué)類型為HCO3-Ca型，溶解性總固體小于1000 mg/L，一般為氟水或碳酸水。

2 地?zé)豳x存規(guī)律

2.1 地?zé)崤c巖性的關(guān)系

水熱型地?zé)豳Y源的賦存、組分與地層巖性高度相關(guān)。高孔隙度的松散巖類、溶蝕性強(qiáng)的碳酸鹽巖類、硬脆性火山巖類花崗巖類等受構(gòu)造破壞后易形成破碎空間，能夠構(gòu)成有利的熱水賦存空間和水熱運(yùn)移的通道。而泥巖類、膏鹽、沉凝灰?guī)r等塑性巖類，難以形成破碎空間，往往只能作為隔水邊界。

在松散巖類出露的地?zé)狳c(diǎn)有11處，占22.4%；碳酸鹽巖類出露的地?zé)狳c(diǎn)有10處，占20.4%；火山巖類花崗巖類出露的地?zé)狳c(diǎn)有28處，占57.2%；泥巖類尚未發(fā)現(xiàn)地?zé)狳c(diǎn)。

松散巖類熱儲由于封閉性較好，碎屑巖成分較復(fù)雜且礦物易水解，形成的地?zé)崴瘜W(xué)組分豐富，類型多樣，可形成碘水、氟水、鋰水、硅水等；碳酸鹽巖因含有重晶石等礦物，通常能形成鋇水、碳酸水、氟水等。受限于目前揭露熱儲層的埋藏深度，碳酸鹽巖井的水溫為39～52℃，造成單一碳酸鹽巖成因的地?zé)崴衅杷岷客ǔ＿_(dá)不到礦水命名濃度（圖2）；火山巖花崗巖類成分較單一，通常為氟水、硅水或碳酸水，深大斷裂附近可形成氡水。

圖2 巖溶水中偏硅酸含量與水溫關(guān)系Fig.2 Metasilicic acid content in karst water versus temperature

2.2 地?zé)崤c斷裂構(gòu)造的關(guān)系

浙江省內(nèi)地?zé)岽蠖嗍軘嗔褬?gòu)造的控制，占全省地?zé)狳c(diǎn)的83.7%，呈帶狀分布的特征明顯。即使是呈層狀分布的新生代沉積盆地碎屑巖類孔隙亞型，靠近斷裂的區(qū)域單位涌水量也要高于單純的砂巖熱儲層區(qū)。ZK3井與慈熱1井均位于長河凹陷內(nèi)，井深均為1800 m，揭露的主要熱儲層同為長河組砂巖，但ZK3井在880～1110 m處揭露斷裂構(gòu)造，單位涌水量為8.73 m3/d·m，而慈熱1井的單位涌水量僅為0.98 m3/d·m。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，浙江省最主要的地?zé)峥氐V斷裂是北東和北西向斷裂（表1）。當(dāng)兩組斷裂交匯時(shí)，往往是水熱型地?zé)豳x存的有利位置。地?zé)峥氐V斷裂通常具有多期次活動、明顯的張性活動特征[4]，表現(xiàn)為斷裂破碎帶內(nèi)礦物沿裂隙面不完全充填，形成晶洞或晶簇，或沿破碎帶侵入的巖脈被后期斷裂破壞等。這些特征在滲透性差的硬脆性火山巖花崗巖類熱儲中尤為明顯。例如，溫州瑞安湖嶺鄉(xiāng)的HL2地?zé)峋目氐V斷裂沿主斷面及裂隙面充填安山巖脈、花崗斑巖脈（圖3），巖脈受擠壓破碎，表明該斷裂經(jīng)歷多期次活動，近期力學(xué)性質(zhì)以張性、張扭性為主。

表1 典型地?zé)狳c(diǎn)控礦斷裂類型統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of typical hydrothermal geothermal

圖3 瑞安HL2井控礦斷裂Fig.3 Rui'an HL2 well control fracture

大多數(shù)控制地?zé)岬臄嗔褳槎嗥诖位顒訑嗔?瑞安1:50000地?zé)岬刭|(zhì)補(bǔ)充調(diào)查發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)以北東向和北西向構(gòu)造為主，北西向垟寮—下山根斷裂，明顯切錯(cuò)北東向斷地?zé)崃?，為瑞安HL2地?zé)峋目氐V斷裂。金華湯溪地?zé)峥辈閰^(qū)內(nèi)，以東西向和北東向斷裂為主，北西向斷裂規(guī)模較小，北東向斷裂普遍切割東西向斷裂和白堊系地層，TXRT2井即受北東向斷裂控制。寧海深甽一帶，以北北東向、北東向斷裂為主，北北東向錯(cuò)斷北東向斷裂，北北東向?yàn)楫l3井主要的導(dǎo)水構(gòu)造。

2.3 地?zé)崤c螢石礦化蝕變的關(guān)系

浙江省螢石礦在國內(nèi)是首屈一指的優(yōu)勢礦床，全省有六百多處螢石礦床點(diǎn)，其中有80%分布在浙東南隆起區(qū)，很大程度上受區(qū)域斷裂控制。高氟區(qū)沿省內(nèi)主干斷裂呈帶狀分布，又以龍泉—寧波隆起帶分布最為密集。

地?zé)崴c螢石礦相伴生，賦存于螢石成礦通道內(nèi)，分布范圍具有較好的一致性。因此，氟水也是浙江省最主要的水熱類型。以武義盆地為例，螢石礦的賦存主要受北東向斷裂控制，北東向斷裂與其他斷裂交匯部位通常產(chǎn)出大中型螢石礦，北西向及東西向賦存的螢石礦規(guī)模相對較?。ū?）。相對應(yīng)，北東向及其他方向斷裂復(fù)合部位礦脈中的地?zé)岙惓｜c(diǎn)通常溫度也較高、水量較大，北東向次之，北西向及東西向礦體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的地?zé)岙惓｜c(diǎn)較少，溫度較低。兩者具有較好的一致性。

表2 武義縣地?zé)岙惓｜c(diǎn)水量 水溫 賦存條件與螢石礦類型統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of water quantity, water temperature, occurrence conditions and fluorite ore types at geothermal anomaly points in Wuyi County

2.4 地?zé)崤c地震活動的關(guān)系

浙江省地震主要沿?cái)鄬踊顒佣畏植?，如沿著馬金—烏鎮(zhèn)北段、江山—紹興斷裂、麗水—余姚斷層南段和北段、溫州—鎮(zhèn)海斷裂、孝豐—三門灣、松陽—平陽活動斷層、湖州—嘉善活動斷裂分布。中等強(qiáng)度地震大多落入活動斷層的交匯部位，淳安、溫州、臨安、蕭山等地烈度大于4的地震點(diǎn)均位于兩組斷裂交匯位置。

地震活動對地下熱水的運(yùn)移、地?zé)岙惓５男纬傻葧a(chǎn)生深刻的影響，引起斷裂重新活動，使因充填等因素已堵塞或半封閉的斷裂重新開啟，為深部熱水向上運(yùn)移打開通道。地震活動的烈度與水溫呈正相關(guān)，較強(qiáng)地震集中的地區(qū)附近常發(fā)育地?zé)岙惓?。瑞安HL2井、深甽地?zé)?、泰順承天溫泉、運(yùn)熱1井等水溫較高的地?zé)狳c(diǎn)均分布于溫州—鎮(zhèn)海斷裂、湖州—嘉善活動斷裂等較強(qiáng)地震區(qū)。地震孕育的過程中，也?？捎^察到突發(fā)地?zé)岙惓！ｃ氪ǖ卣鹎八奈逄?，湍口盆地?nèi)的臨19井連續(xù)記錄到井水溫度升高，最高升高約10℃。

3 熱水的成因

沉積盆地型具有豐富的泥質(zhì)地層，賦存環(huán)境相對封閉，地?zé)崴乃疁叵鄬^穩(wěn)定，除盆地邊緣外，井口水溫一般在39～52℃，與增溫率基本一致。而構(gòu)造隆起區(qū)的水溫跨度較大，既有大于60℃的中高溫?zé)崴?，也?5℃的低溫?zé)崴?。深部熱水沿?cái)嗔褞蛏线\(yùn)移過程中，受到淺部冷水的混合補(bǔ)給，從而導(dǎo)致水溫降低。δ18O和δD分析結(jié)果表明熱水來源于大氣降水，而14C測年則表明地?zé)崴畞碓礊楣糯髿饨邓甗5]。在Na-K-Mg三角圖（圖4）上，省內(nèi)地?zé)崴辔挥谖闯墒焖畢^(qū)或部分平衡區(qū)，說明熱水在運(yùn)移的過程中一定程度上受到淺部冷水滲入的影響，減緩了水巖反應(yīng)的進(jìn)程。

圖4 各類型地?zé)崴甆a-K-Mg三角圖Fig.4 Na-K-Mg relationships for various types of geothermal water

淺部冷水滲入具體的比例采用硅—焓混合模型來計(jì)算[6-9]。假設(shè)熱水上移與冷水混合作用后沒有發(fā)生硅沉淀，控制二氧化硅濃度的礦物是石英。熱水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為A，溫度為T1℃，熱焓為HR，二氧化硅含量為SR熱水中溶解的H4SiO4形式的SiO2含量為C1，mg/L；地下冷水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-A，假設(shè)溫度為T2℃，熱焓為HL，二氧化硅含量SL采用熱水點(diǎn)附近泉點(diǎn)的實(shí)測值?；旌虾笏疁丶岸趸韬縎H采用熱水實(shí)測值，其控制方程為：

寧海深甽、瑞安HL2井、永嘉NR1井計(jì)算的熱水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33%～37%，熱儲溫度分別為99℃、106℃、103℃（圖5）。

熱水沿溫州—鎮(zhèn)海斷裂向上運(yùn)移過程中，有高達(dá)63%～67%的淺部冷水混入，導(dǎo)致熱水實(shí)際出水溫度僅50℃左右；臨安湍口盆地灰?guī)r熱儲直接隱伏于第四系松散層之下，淺部巖溶發(fā)育，呈網(wǎng)脈狀，巨量的冷水與沿?cái)嗔焉嫌康臒崴谕目谂璧貎?nèi)混合，冷水混入比例高達(dá)94%[7]，導(dǎo)致實(shí)際揭露的地?zé)崴疁貎H30℃左右，同時(shí)也稀釋了熱水中的游離二氧化碳等化學(xué)組分。

因此，隆起區(qū)由于淺部裂隙發(fā)育，熱水沿?cái)嗔褞嫌窟^程中缺少與淺部水隔絕的屏障，導(dǎo)致冷熱水自然混合引起水溫下降，而非成井工藝的問題。

4 結(jié)論

（1）浙江省具有較為豐富的水熱型地?zé)豳Y源。根據(jù)儲層巖石類型和控礦構(gòu)造特征，分為三大類9個(gè)亞類。新生代沉積盆地型是浙江省少見的層狀熱儲，封閉性較好，水化學(xué)組分豐富，地?zé)崴愋拓S富；隆起區(qū)地?zé)崴瘜W(xué)組分含量少，白堊紀(jì)沉積盆地型化學(xué)組分含量介于兩者之間，均以氟水最為常見。

圖5 地?zé)峋疅崴|(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.5 Mass fraction of hot water in geothermal wells

（2）浙江省內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，區(qū)域性大斷裂切割深，為深部巖層的富水及導(dǎo)熱創(chuàng)造了良好的條件，地?zé)豳Y源呈帶狀分布的特征明顯。以北東向和北西向斷裂為最主要的控礦構(gòu)造，斷裂交匯部位往往是水熱型地?zé)豳x存的有利位置。熱儲層巖性、斷裂活動性、螢石礦化和地震活動是地?zé)豳Y源的分布和規(guī)模的主要影響因素，勘查過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

（3）水熱型地?zé)岬臒嵩礊樯畈康膫鲗?dǎo)熱，水溫與儲層埋藏深度呈正相關(guān)。熱水沿?cái)嗔焉嫌窟^程中易遭受淺部冷水的入滲，缺少天然的阻隔屏障，導(dǎo)致熱水水溫下降。隆起區(qū)的冷水入滲比例高達(dá)63%～94%，水溫跨度大，且呈現(xiàn)古大氣降水和現(xiàn)代大氣降水雙重補(bǔ)給的特征。