周洲强，秦海燕

ZHOU Zhou-Qiang,QIN Hai-Yan

（浙江省第十一地质大队，浙江温州325006）

(The No.11 Geology Team of Zhejiang Province,Wenzhou 325006,Zhejiang,China)

浙江泰顺承天氡泉热储概念模型探讨

周洲强，秦海燕

ZHOU Zhou-Qiang,QIN Hai-Yan

（浙江省第十一地质大队，浙江温州325006）

(The No.11 Geology Team of Zhejiang Province,Wenzhou 325006,Zhejiang,China)

泰顺承天氡泉地处断陷盆地边缘，元古界基底隆起区。在资料搜集整理和实地调查的基础上，分析了其控矿因素，研究了地热地质条件，提出了泰顺承天氡泉热储概念模型。

承天氡泉；地热；热储；概念模型

我国自20世纪70年代开始在西南地区和东部地区开展了比较系统的地温场及地热资源的研究[1]，在较短的时间内取得了丰富的研究成果，大大缩短了我国在这个领域与国际领先水平的差距。对东南沿海地热研究主要集中在开发利用方面，且缺乏系统研究。本文通过地热地质资料搜集整理、区域地质资料分析，结合物探等资料、实地观测、采样分析、遥感解译和综合编图等手段，对泰顺承天氡泉的热源、地温控制因素、热储的类型及其概念模型进行了初步分析和讨论，为下一步泰顺地区地热研究提供了线索和基础资料。

1 区域地质概况

研究区位于华南褶皱系东南沿海华力西褶皱之浙闽隆起区，处于温州-泰顺断拗之南端，温州-镇海深大断裂、NE向泰顺-黄岩大断裂和NW向衢州-苍南大断裂挟持部位，构成了主体构造格架[2]。印支运动后由于太平洋板块对欧亚板块的俯冲相对作用，古陆壳裂开形成局部弧后盆地，东南邻区福鼎南溪出露一套浅变质的复理石建造，夹灰岩和硅质岩，韵律层理发育，常见水下槽沟及角砾岩、原生小褶皱、象形印模，形成了本区基底。燕山期断块活动极为活跃，大规模酸性岩浆喷发和侵入活动是构成浙东南火山岩浆岩带的重要组成部分。燕山早期，火山活动进入全盛期，形成了陆缘型火山岩建造，中酸性火山岩广泛分布，厚度巨大；燕山晚期，泰顺火山构造洼地出现了继承性的等轴状洼地接受沉积作用沉积一套河湖相为主的沉积岩系，继之而来的是沿断裂薄弱带尤其是NW、NE交汇中心地带出现中酸性火山喷溢与侵入作用，形成两期侵入的大小不等二长花岗岩、（钾长）花岗岩多个侵入体（图1）。

2 大地热流背景

浙江地处环太平洋岩浆活动带的西半环，燕山期发生了频繁的地质构造运动，并伴有岩浆活动，地壳深处的熔融岩浆热源，通过深层地下水的循环，沿构造带传送到地表，形成了38处地热点和地热异常点。主要分布在宁波- 甽深 、温州-泰顺两个地热区，浙东地热（温泉）带中的温泉以水温较高和含氡、氟量高为特点。

据1︰20万水文地质资料和中科院地质所提供的区域地温梯度参考资料，温州-泰顺地区地热增温率值△t在（2.63-3.30）℃/l00 m之间，平均为3.03℃/l00 m。从“浙江省3000 m深度等温线图”看出，泰顺一带3000 m深度等温线属＞95℃的地温高值区，故△t可取3.30℃/l00 m[3]。

现代地温场特征研究表明，承天氡泉热流值介于75 mw/m2以上，处于大地热流值的高值区和3000 m深温州-衢州地温高值区，反映出地温梯度对深部地下水起到加热的作用，地壳深部传导热是控制本区地温场的主导因素。

3 主要地热控制因素

3.1 控水构造

研究区位于南田-龟湖剩余重力异常带，该带以剩余重力正异常为主，在南部长坑出现一局部剩余重力负异常，轴向NE，推断异常由隐伏侵入岩体与火山岩共同引起；其外围横岗-黄沙坑-龟湖剩余重力正异常带，呈环形围绕剩余重力负异常，推断剩余重力正异常为元古界隆起所致。

图1 区域地质构造略图Fig.1 Simplified tectonic map of Taishun area

研究区内发育的NE和NNE向的巨型深大断裂带是区域性的控制构造，具多期性和继承性的活动，控制了区内花岗岩类岩石的分布及地温场；在晚近期则控制了区域的新构造运动及地震活动；同时它也是区域地下热水的主要控制构造。受太平洋菲律宾板块向NW向运动的影响，该区在NW方向则产生一组引张或张扭性断裂，受太平洋菲律宾板块运动的影响，在NW方向产生引张或张扭性断裂，这组张性断裂使深部的地下热水沿其上升至地表而形成一系列温泉出露[4]。

区内断裂构造十分发育，NW和NE向断裂为主，次为E-W向和S-N向断裂。NW向断裂共5条，走向305°-320°之间，倾向NE为主。承天（f1）大断裂走向N320°W、倾向NE、倾角80°，断裂带长约13 km，宽达50 m，断裂带内见有构造角砾岩，沿断裂带方向多处出现呈透镜状的辉绿岩、石英岩岩脉，根据岩石薄片鉴定，两侧岩石强烈硅化，这些多说明该断裂带具有一定的深度。从断裂面擦痕判断，断裂在先张后扭（平移活动）过程中，在其下盘面形成了阻水隔热的断裂面，而其上盘岩层较为破碎，形成导水、导热含水构造带。

阻水构造来控制地下水补给范围[5]。承天氡泉所在的会甲溪，共出露有三处温泉，其阻水构造主要有两种：（1）侵入岩形成的岩墙和岩脉阻水作用，这些侵入岩体可起到阻水或回水作用，从而使温泉出露地表，承天氡泉下游发育的英安玢岩岩脉、花岗岩岩脉就属于这种阻水构造；（2）压性、压扭性断裂构造或平移断层可以起阻水作用，承天氡泉上、下游两处地热显示点的的下方，均有压性、压扭性断裂构造起阻水作用。

3.2 岩浆岩

研究区位于龟湖航磁东侧附近，异常中心极大值可达150 nT，地表出露黄沙坑二长花岗岩体，异常的形成与岩体相关；往北东部彭溪一带磁异常强度在-25～50 nT之间，呈NE向相间分布。文成-顺溪以东地区，为磁场强度最大的、异常变化最剧烈的地区，磁异常等值线总体呈NE向，局部磁异常轴向NW，该类磁异常多与火山岩等相关。

燕山晚期钾长花岗岩（ζγ53(3)）：分布于北东部彭溪一带，岩体面积达17.8 km2，呈岩株状产出，属燕山晚期第三次侵入。岩石具斑状结构，斑晶石英5%，钾长石15%；基质中石英＜30%，钾长石42%，更钠长石5%，黑云母l%，铁矿物2%等，据1︰20万区调报告，岩石化学成分：SiO26.83%、Al2O312.1%、TiO20.15%、Na2O 4.6%、K2O 3.21%、CaO 0.68%、MgO 0.10%、Fe2O31.03%、FeO 0.19%，属铝过饱和过碱性岩石。

会甲溪地热资源是浅层地下水沿着深大断裂带循环到地下深处，地温梯度对其起到加热的作用，同时研究区的热源还来源于放射性元素释放的热量。研究区地处浙东南，燕山晚期强烈的造山运动过程中，引发剧烈的断裂和火山、岩浆活动，所发育的岩浆岩属于燕山晚期形成的岩体，其余热已消失殆尽。但花岗岩岩体中含有的铀、钍、钾等放射性元素蜕变释放的热量对地下水起到加热的作用，这些热量足以使地热的增温率增大，此外也是热流上升的良好通道。放射性元素含量及其半衰期的长短对水的加热效果有一定的影响，其含量愈高、半衰期愈长，蜕变释放的热量对水的加热效果也就愈显著。泰顺会甲溪地热资源中氡的出现进一步说明了花岗岩岩体对地热资源具有控制作用。

3.3 热矿水

3.3.1热矿水补给

地热显示区内溪水、热矿水及冷泉进行氢氧同位素测定结果见表1[6]。

表1 顺泰地区不同水源水的氢氧同位素测试结果Table 1 H-O isotopic composition of different origin water in Taishun area

将氢氧同位素值投在列克雷格雨水线δD-δ18O相关图（图2）中得出氡泉热矿水氢氧同位素值在大气降水线附近，说明氡泉水是由现代大气降水补给。热矿水补给高程估算如下：H=Hr+（D-/Dr）gradD（Hr-溪水高程式195 m，D--热矿水，Dr会甲溪水δD值，gradD-高程递减梯度-3‰/100m），由此推算出热矿水补给高程大于750 m。从会甲溪水两侧地形条件分析，补给区来自为北东部花眉尖-福亭基大气降水。

图2 δD-δ18O相关图Fig.2 δD-δ18O plot for different origin water in Taishun area

3.3.2热矿水年龄

根据地下水年龄估算公式：

t=λ lgAo/A

λ-氚衰变常数40.75；Ao-地下水补给氚含量取长江三角洲大气降水平均值41.7 Tu；A-承天温泉6.3 Tu。

推算出t值为了33.4年,表明接受大气降水补给经过地下水迳流、深循环到导水断裂涌出地表需要30余年。

4 热储结构

4.1 热储层

研究区断裂构造非常发育，承天大断裂在强烈大地构造应力作用下，经历了多次不同性质的活动，形成破碎裂隙发育带，构造带类型复杂，有硅化，构造角砾岩化和糜棱岩化构造带，断裂在地热流体作用下产生水热蚀变，为地热流体的运移和贮存提供了空间，属会甲溪地热的热储层。

4.2 热储盖层

区内热储盖层以上侏罗统西山头组和下白垩统馆头组朝川组凝灰岩为主，具有热导率低，隔热保温性能好的特征，是良好的热储盖层。其次为第四系坡残积层和冲洪积层。第四系坡残积层以粘性土为主，为具有良好的隔水性和隔热性的热储盖层。第四系冲洪积层的砂、砾石层是良好的储水层，透水性能好。局部第四系岩土体在地表水冲刷、侵蚀作用下及沟谷侵蚀下切，厚度变薄甚至缺失，形成热储层与地表相通的天窗，使地热水向地表排泄而形成自然温泉。

4.3 通道

会甲溪断裂 (F1)是承天氡泉内较大规模的断裂，走向NW 320°，宽达50 m，带内见有构造角砾岩。断裂下盘有后期安山岩脉侵入，形成了阻水隔热墙，上盘岩层较为破碎，构成了导水、导热含水构造通道。

4.4 热储温度估算

采用地球化学温标法来估算热储温度是根据地热流体与矿物在一定温度条件下，达到化学平衡，随地热流体温度降低时，这个“平衡记忆”仍予保持。承天温泉平均温度约50℃，水质为HCO3-Na型水，水中可溶性SiO2含量达80.36 mg/L，Na+含量高达122.38 mg/L，钾含量达5.01 mg/L、镁含量达0.87 mg/L（以上含量均为多年平均值）。故可采用无蒸汽损失的SiO2温标法和钾钠温标法进行估算。

（1）无蒸汽损失的石英温标公式：

式中：t-热储温度，℃；SiO2-水中可溶性SiO2浓度，取80.36 mg/L。

（2）钾钠地热温标法

K+-水中钾的浓度，取5.01 mg/L；Na+-水中钠的浓度，取122.38 mg／L。

上述二种方法估算结果见表2，数据处理见表3。

从计算结果可以看出，两种方法估算的热储温度在117.8～130.06℃之间，两种方法计算的热储温度的平均值为123.98℃。因此，可推测承天温泉热储温度约为125℃。

表2 热储温度计算表Table 2 Temperature calculation result of heat reservoirs

表3 计算结果统计分析表Table 3 Statistic of calculation results of temperature of heat reservoirs

4.5 热储深度估算

根据热储温度，采用如下公式计算热储深度：

式中：h-热储深度(m)；

t-热储温度(℃)，采用125℃计算；

t0-恒温带温度(℃)，采用年平均气温计，年平均气温17.7℃；

△t-区域地温梯度，取3.30℃/l00m根据以上计算，热储深度为3250 m。

5 热储类型及概念模型

5.1 热储类型

热储是指地热流体相对富集、具有一定深透性并含载热流体的岩层或岩体破碎带。层状热储是赋存于盆地沉积地层中呈层状分布的热储；带状热储主要是指受断裂控制，沿断裂带呈带状分布的热储。在盆地边缘或断裂发育的盆地内部经常出现受断裂控制的小型沉积断块，这种断块中的热储通常被视为层状热储[7]。

5.2 概念模型

大气降水和会甲溪上游的地表水沿裂隙发育的高渗透率岩石渗入地下或孔隙向下渗透，通过风化裂隙构造、岩体侵入破碎带和断裂裂隙等构造网络向NE、SW方向运移，沿断裂向深处循环，热能由地下水从热储层钾长花岗岩中“收集”而来，在承天（F1）大断裂破碎带中汇集，水温随地下水循环深度加深而升高，在约3000 m深处达到120℃+；并在运移、深循环过程中经长时期的水岩化学作用，溶滤了岩体及周围岩石中的铝硅酸盐矿物、微量元素及镭衰变产物氡，形成矿水。在山前较浅处，因有近源低温水的混合而使水温有所降低，形成中低温承压水层。进入大断裂的地热矿水以承压热水的形式继续向上运动，在会甲溪断裂与NE向断裂裂隙交汇地形低洼处，受下游有英安玢岩岩脉阻挡，地热矿水运动受阻后形成回流，上涌形成群泉。故承天温泉属深循环对流型地热资源类型的低温水热系统。

综上所述，泰顺承天氡泉热储概念模型是：地壳深部供热（钾长花岗岩岩体）→深大断裂导水、导热→大气降水补给→岩脉阻挡回流→低洼破碎带涌出成泉(图3)。

6 结论

(1)研究区位于华南褶皱系东南沿海华力西褶皱之浙闽隆起区，区内发育的NE和NNE向的巨型深大断裂带是区域性的控制构造，控制了区内花岗岩类岩石的分布及地温场；受太平洋菲律宾板块向NW方向的运动的影响，发育的NW向引张或张扭性断裂使深部的地下热水沿其上升至地表而形成一系列温泉出露。

(2)泰顺承天氡泉地热的主要控制因素：1）控水构造，NW向、NE和NNE向断裂及侵入岩形成的岩墙和岩脉；2）钾长花岗岩岩体。

(3)泰顺承天氡泉热储概念模型是：地壳深部供热（钾长花岗岩岩体）→深大断裂导水、导热→大气降水补给→岩脉阻挡回流→低洼破碎带涌出成泉。

图3 承天氡泉热储概念模型Fig.3 Heat reservoir conceptual model of Chengtian radon spring

[1]王钧,黄尚瑶,黄歌山,汪 集 旸.中国地温分布的基本特征[M].北京:地震出版社,1990:1-39.

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[7]陈墨香，汪集.中国地热资源[M]..北京:科学出版社, 1994:91-123.

Zhou Z Q and Qin H Y.The conceptual model of geothermal reservoir in Taishun radon spring, Zhejiang Province.,2014,30(4):389-394.

The area of Chengtian,Taishun county is situated in the margin of the fault basin,where the basement is Paleozoic swells.On the basis of data collected and field investigation,the ore-controlling factors are analyzed, and the conditions of geothermal geological is studied in the paper,The conceptual model of geothermal reservoir in Taishun radon spring is put forward.

chengtian radon spring;geotherm,geothermal reservoir;conceptual model

P641.5

A

1007-3701(2014)04-389-06

10.3969/j.issn.1007-3701.2014.04.011

2014-08-19；

2014-09-15.

浙江省国土厅2009年地质环境项目(编号：200903).

周洲强（1962—），男，本科，高级工程师，研究方向为地质矿产与环境地质，E-mail：zhouzhouqiang@163.com.