浙江省水熱型地熱資源特征及賦存規律

韋 毅，毛官輝，呂 清，彭 鵬，陳俊兵，鄭 敏

（浙江省水文地質工程地質大隊，浙江·寧波 315012）

地熱具有綠色資源和清潔能源的多層屬性，因其分布廣泛、儲量巨大、持續穩定等特征，可廣泛用于發電、采暖、生活熱供水、溫泉洗浴、理療、農業溫室、水產養殖等產業領域，對實現碳中和具有重要的推動作用。

浙江省內具有較為豐富的地熱資源。因水熱型地熱與康養旅游、低碳環保的融合度高，市場需求大，開展水熱型地熱資源勘查的時間較早。1959年，省水文隊在寧海深甽鎮調查中發現36℃的溫泉。1960年進行地熱鉆探，當年建立水溫47℃的熱水井，并興建省內第一個溫泉療養院。至2020年底，各地級市均開展了水熱型地熱資源勘查。隨著水熱型地熱資源成礦理論的完善和勘查的不斷深入，浙江省已發現水熱型地熱資源點49處（圖1），“探明的+控制的”可采資源量達到21256 m3/d。

本文通過對浙江省水熱型地熱資源的類型及分布特征進行總結分析，對今后浙江省水熱型地熱資源的開發利用、促進綠色經濟可持續發展均具有一定的指導意義。

1 地熱資源類型與特征

圖1 浙江省水熱型地熱資源分布Fig.1 Distribution of hydrothermal geothermal resources in Zhejiang Province

水熱型地熱資源類型的分布與浙江省的地質背景密切相關。以江山—紹興深斷裂為界，分為浙西北和浙東南兩個截然不同的地質單元，熱儲類型也存在明顯不同。有學者曾依據賦存環境和熱傳導方式，將浙江省地熱資源分為沉積盆地型和隆起山地型兩類[1-2]。本文根據儲層巖石類型和控礦構造特征，將浙江省地熱類型分為層狀、帶狀和帶狀兼層狀3個大類，又進一步細分為新生代沉積盆地碎屑巖類孔隙亞型、白堊紀沉積盆地蓋層碎屑巖夾玄武巖孔隙裂隙亞型、白堊紀沉積盆地火山巖（花崗巖）類構造裂隙亞型、白堊紀沉積盆地其它巖類構造裂隙亞型、構造隆起區火山巖（花崗巖）類構造裂隙亞型、構造隆起區其它巖類構造裂隙亞型、火山巖（花崗巖）類火山構造裂隙亞型、白堊紀沉積盆地基底碳酸鹽巖巖溶裂隙亞型和構造隆起區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，形成層狀地熱資源。目前揭露地熱井的單井地熱資源量在400～1000m3/d，水溫一般43～58℃，水化學類型為SO4-Na型，溶解性總固體達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。地熱井選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，尋找具有一定規模的砂巖層位。

1.2 白堊紀沉積盆地蓋層碎屑巖夾玄武巖孔隙裂隙亞型

以白堊紀盆地巨厚的沉積碎屑巖為蓋層，松散的石英砂巖層、鈣質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、桐鄉凹陷等地。但由于埋藏深度等原因，尚無單獨揭露該套熱儲的地熱井。運熱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81.3 mg/L，可形成硅水。

1.3 白堊紀沉積盆地火山巖（花崗巖）類構造裂隙亞型

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，地熱點和異常點眾多，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，盆地構造為主要控礦構造，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 白堊紀沉積盆地其它巖類構造裂隙亞型

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，盆地構造為主要控礦構造，以石英砂巖、巖屑砂巖等節理裂隙發育的碎屑巖構成熱儲的地熱資源。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℃，水化學類型為HCO3·SO4-Na 型，溶解性總固體1708～8746 mg/L，達標組分通常為氟、鋰等。

1.5 構造隆起區火山巖（花崗巖）類構造裂隙亞型

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，地熱點包括泰順、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熱資源，區域斷裂為主要的控礦構造。因上部缺失白堊系碎屑巖蓋層，水溫與熱水循環深度、斷裂淺部的閉合程度密切相關，低者為30℃，高者可達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1800 m3/d，水化學類型以HCO3-Na為主，溶解性總固體通常不大于500 mg/L，極少數可達1000 mg/L以上。達標組分通常為氟、偏硅酸、氡等。

1.6 構造隆起區其它巖類構造裂隙亞型

主要分布于嘉興、千島湖等地，以砂巖、石英砂巖、硅質巖等脆性巖石類型為熱儲層的地熱資源，區域斷裂為主要控礦構造[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巖。水量在125～600 m3/d之間，水溫42～48℃，水化學類型為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）類火山構造裂隙亞型

分布范圍與火山構造（火山穹窿、破火口）密切相關，主要控礦構造為火山作用形成的環狀、放射狀裂隙，熱儲巖性以火山巖、花崗巖為主。目前僅在天臺發現一處異常點，水溫39℃，氟化物達到礦水命名濃度，是浙江后期地熱擴能的一個方向。

1.8 白堊紀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熱資源，中間存在長期的沉積間斷，分布在白堊紀沉積盆地基底褶皺帶內，嘉興、杭州、衢州、湖州都有分布。湖州太湖南岸、嘉興桐鄉凹陷、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造切割密切相關，受斷裂切割的碳酸鹽巖熱儲巖溶發育程度好，水量較大，嘉興運熱1井，水量達2000 m3/d，水溫達64℃，是目前浙江水量最大、水溫最高的地熱井。水化學類型為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 構造隆起區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，已知地熱點分布于湖州太湖南岸南皋橋向斜以西隆起區以及臨安湍口等地。上古生界寒武系、奧陶系碳酸鹽巖由于缺少沉積間斷，巖溶發育規模不大，區域斷裂是主要的控礦構造。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。偶因深部熱水沿斷裂通道運移，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 地熱賦存規律

2.1 地熱與巖性的關系

水熱型地熱資源的賦存、組分與地層巖性高度相關。高孔隙度的松散巖類、溶蝕性強的碳酸鹽巖類、硬脆性火山巖類花崗巖類等受構造破壞后易形成破碎空間，能夠構成有利的熱水賦存空間和水熱運移的通道。而泥巖類、膏鹽、沉凝灰巖等塑性巖類，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熱點有11處，占22.4%；碳酸鹽巖類出露的地熱點有10處，占20.4%；火山巖類花崗巖類出露的地熱點有28處，占57.2%；泥巖類尚未發現地熱點。

松散巖類熱儲由于封閉性較好，碎屑巖成分較復雜且礦物易水解，形成的地熱水化學組分豐富，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熱水中偏硅酸含量通常達不到礦水命名濃度（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系Fig.2 Metasilicic acid content in karst water versus temperature

2.2 地熱與斷裂構造的關系

浙江省內地熱大多受斷裂構造的控制，占全省地熱點的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，靠近斷裂的區域單位涌水量也要高于單純的砂巖熱儲層區。ZK3井與慈熱1井均位于長河凹陷內，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。

據統計，浙江省最主要的地熱控礦斷裂是北東和北西向斷裂（表1）。當兩組斷裂交匯時，往往是水熱型地熱賦存的有利位置。地熱控礦斷裂通常具有多期次活動、明顯的張性活動特征[4]，表現為斷裂破碎帶內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，溫州瑞安湖嶺鄉的HL2地熱井的控礦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，表明該斷裂經歷多期次活動，近期力學性質以張性、張扭性為主。

表1 典型地熱點控礦斷裂類型統計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

大多數控制地熱的斷裂為多期次活動斷裂,瑞安1:50000地熱地質補充調查發現，區內以北東向和北西向構造為主，北西向垟寮—下山根斷裂，明顯切錯北東向斷地熱裂，為瑞安HL2地熱井的控礦斷裂。金華湯溪地熱勘查區內，以東西向和北東向斷裂為主，北西向斷裂規模較小，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，北北東向錯斷北東向斷裂，北北東向為甽3井主要的導水構造。

2.3 地熱與螢石礦化蝕變的關系

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

地熱水往往與螢石礦相伴生，賦存于螢石成礦通道內，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出大中型螢石礦，北西向及東西向賦存的螢石礦規模相對較小（表2）。相對應，北東向及其他方向斷裂復合部位礦脈中的地熱異常點通常溫度也較高、水量較大，北東向次之，北西向及東西向礦體內發現的地熱異常點較少，溫度較低。兩者具有較好的一致性。

表2 武義縣地熱異常點水量 水溫 賦存條件與螢石礦類型統計Table 2 Statistics of water quantity, water temperature, occurrence conditions and fluorite ore types at geothermal anomaly points in Wuyi County

2.4 地熱與地震活動的關系

浙江省地震主要沿斷層活動段分布，如沿著馬金—烏鎮北段、江山—紹興斷裂、麗水—余姚斷層南段和北段、溫州—鎮海斷裂、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的地震點均位于兩組斷裂交匯位置。

地震活動對地下熱水的運移、地熱異常的形成等會產生深刻的影響，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，為深部熱水向上運移打開通道。地震活動的烈度與水溫呈正相關，較強地震集中的地區附近常發育地熱異常。瑞安HL2井、深甽地熱、泰順承天溫泉、運熱1井等水溫較高的地熱點均分布于溫州—鎮海斷裂、湖州—嘉善活動斷裂等較強地震區。地震孕育的過程中，也常可觀察到突發地熱異常。汶川地震前四五天，湍口盆地內的臨19井連續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地層，賦存環境相對封閉，地熱水的水溫相對較穩定，除盆地邊緣外，井口水溫一般在39～52℃，與增溫率基本一致。而構造隆起區的水溫跨度較大，既有大于60℃的中高溫熱水，也有25℃的低溫熱水。深部熱水沿斷裂帶向上運移過程中，受到淺部冷水的混合補給，從而導致水溫降低。δ18O和δD分析結果表明熱水來源于大氣降水，而14C測年則表明地熱水來源為古大氣降水[5]。在Na-K-Mg三角圖（圖4）上，省內地熱水多位于未成熟水區或部分平衡區，說明熱水在運移的過程中一定程度上受到淺部冷水滲入的影響，減緩了水巖反應的進程。

圖4 各類型地熱水Na-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—焓混合模型來計算[6-9]。假設熱水上移與冷水混合作用后沒有發生硅沉淀，控制二氧化硅濃度的礦物是石英。熱水質量分數為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；地下冷水質量分數為1-A，假設溫度為T2℃，熱焓為HL，二氧化硅含量SL采用熱水點附近泉點的實測值。混合后水溫及二氧化硅含量SH采用熱水實測值，其控制方程為：

寧海深甽、瑞安HL2井、永嘉NR1井計算的熱水質量分數為33%～37%，熱儲溫度分別為99℃、106℃、103℃（圖5）。

熱水沿溫州—鎮海斷裂向上運移過程中，有高達63%～67%的淺部冷水混入，導致熱水實際出水溫度僅50℃左右；臨安湍口盆地灰巖熱儲直接隱伏于第四系松散層之下，淺部巖溶發育，呈網脈狀，巨量的冷水與沿斷裂上涌的熱水在湍口盆地內混合，冷水混入比例高達94%[7]，導致實際揭露的地熱水溫僅30℃左右，同時也稀釋了熱水中的游離二氧化碳等化學組分。

因此，隆起區由于淺部裂隙發育，熱水沿斷裂帶上涌過程中缺少與淺部水隔絕的屏障，導致冷熱水自然混合引起水溫下降，而非成井工藝的問題。

4 結論

（1）浙江省具有較為豐富的水熱型地熱資源。根據儲層巖石類型和控礦構造特征，分為三大類9個亞類。新生代沉積盆地型是浙江省少見的層狀熱儲，封閉性較好，水化學組分豐富，地熱水類型豐富；隆起區地熱水化學組分含量少，白堊紀沉積盆地型化學組分含量介于兩者之間，均以氟水最為常見。

圖5 地熱井熱水質量分數Fig.5 Mass fraction of hot water in geothermal wells

（2）浙江省內斷裂構造十分發育，區域性大斷裂切割深，為深部巖層的富水及導熱創造了良好的條件，地熱資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造，斷裂交匯部位往往是水熱型地熱賦存的有利位置。熱儲層巖性、斷裂活動性、螢石礦化和地震活動是地熱資源的分布和規模的主要影響因素，勘查過程中應重點關注。

（3）水熱型地熱的熱源為深部的傳導熱，水溫與儲層埋藏深度呈正相關。熱水沿斷裂上涌過程中易遭受淺部冷水的入滲，缺少天然的阻隔屏障，導致熱水水溫下降。隆起區的冷水入滲比例高達63%～94%，水溫跨度大，且呈現古大氣降水和現代大氣降水雙重補給的特征。