東南沿海黃沙洞地熱田地應力與控熱構造研究

范艷霞， 李海龍*， 張軍龍， 王強茂， 任天翔，張敏， 黃少鵬， 秦向輝

1 中國地質科學院深部探測中心， 北京 100037 2 中國地震局地震預測研究所， 北京 100036 3 廣東省有色金屬地質局九三五隊， 廣東惠州 516001 4 深圳大學深地科學與綠色能源研究院， 廣東深圳 518060 5 中國地質科學院地質力學研究所， 北京 100081

0 引言

東南沿海地熱資源豐富、地表熱流值普遍較高，其地溫梯度明顯高于華南地區平均水平：藺文靜等(2016)據胡圣標等學者2001年已發表數據統計中國大陸東南地區大地熱流值平均為70±19 mW·m-2，遠高于我國南方平均水平(64.2 mW·m-2).謝和平等(2019)統計大灣區北緣熱流較低，熱流值在63.5～70 mW·m-2之間，而南部包括惠州在內的高熱流區其值大于80 mW·m-2.

該區受古太平洋—太平洋板塊俯沖、印度—歐亞板塊碰撞的遠程效應和臺灣—菲律賓弧陸碰撞的影響，經歷了不同時期、不同構造動力體制和不同性質應力場的復雜轉換過程(李三忠等，2011，2013，2018；張岳橋等，2012；Li et al.，2014；王新毓等，2020；王椿鏞等，1998).區域性斷裂帶反復活動、斷層系統性質轉換和巖漿多期次侵入和噴發的背景可能是中低溫地熱資源形成與賦存的主要原因(藺文靜等，2016；張健等，2018；汪嘯，2018).其中，廣東省出露區域溫泉數量眾多，共出露320多眼，前人計算可開采量高達約23.8×104m3/d(袁建飛，2013).廣東也是地熱資源利用較早的區域，1970年廣東豐順地熱實驗電站的建成投產掀開了我國地熱發電的新篇章，使中國成為世界上第8個掌握地熱發電技術的國家，但此后規?；責岚l電產業發展極為緩慢(Huang，2012)，其最本質的原因是對本區域地熱分布規律掌握不清楚以及對中高溫地熱田的空間分布特征和控熱構造的研究不足，進而無法有效評估資源量.2016—2018年，中國地質調查局實施了“全國地熱資源調查評價與勘查示范”工程，在廣東省惠州市黃沙洞地熱田完成了深度為3009.17 m的“惠熱1井”鉆探.該井于2900 m處溫度127.7 ℃，放噴試驗井口井壁溫度118 ℃，最大流量137 m3/h，最大允許開采量268 m3/h，是目前廣東省內發現的溫度最高、水量最大的地熱井.本文選取該地熱田為研究對象，基于野外地質調查、遙感解譯、水文地質鉆探和地應力測量等手段的研究，解析了該地熱田的控熱構造特征，討論了廣東省地熱田的分布與應力狀態的關系.該研究對廣東省地熱分布規律和形成機理認識以及對地熱資源的開發具一定參考價值.

1 地質背景及研究現狀

研究區位于華南板塊東部邊緣，其東為太平洋板塊，其南受到新特提斯構造域的影響，自新元古代到中生代經歷了多次的板塊拼貼、裂解和多期次的構造演化(舒良樹，2012；Lin et al.，2018a，b).晚中生代受古太平洋俯沖影響，華南地區發生廣泛的造山作用(張岳橋等，2012；李三忠等，2018)，在東南沿海地區形成了一系列醒目的北東向斷裂帶(閆義等，2005；林長松等，2006；王霄飛等，2014)，其穩定延伸幾百公里，規模較大可切割至巖石圈.在本研究區出露有晚中生代強烈活動的河源斷裂帶、紫金—博羅斷裂帶、蓮花山斷裂帶、長樂—南澳斷裂帶和濱海斷裂帶等(Li et al.，2014).中生代從古亞洲洋向古太平洋俯沖機制轉換引起的東西向構造域向北西向構造域轉換(李三忠等，2013，2017)；晚侏羅世以來古太平洋板塊的后撤，區域從早期的擠壓構造轉換為伸展構造體系(Li et al.，2012，2014)；隨后又從安第斯型大陸構造邊緣過渡為西太平洋型被動大陸邊緣(Suo et al.，2019)；晚白堊世以來地表伸展構造發育(Suo et al.，2019)使得深部巖石圈結構顯著減薄(王敏玲等，2015)，引發了大量巖漿活動(Li et al.，2014；Li and Li，2007；Zhou et al.，2006)和東部海岸山帶的坍塌(陳丕基，1997；Li and Zhou，2017)，在區域上形成了一些晚中生代以來的盆地，如南雄盆地、河源盆地、官草湖盆地等(鄧勇等，2007).盆地內部見有堿性玄武巖(100～70 Ma)侵位(舒良樹等，2004；Shu et al.，2009)，部分盆地還見有流紋質、凝灰巖沉積(鄧勇等，2007；張維和方念喬，2014).

中-新生代以來強烈的構造活動和深部巖漿活動為包括大灣區在內的廣東省提供了有利的地熱資源富集條件(張珂等，2002；袁玉松等，2006；曹新文等，2018；Tannock et al.，2019).在廣東省的廣州—惠州—豐順一線的區域上均有地熱田發育，宏觀上顯示NE走向，與區域大型斷裂帶的展布一致，顯示了二者的空間相關性.王強茂(2021)基于河源盆地新生代以來的構造-熱演化歷史，通過沉積學和同位素年代學的研究，識別出南海洋盆的打開在北部陸源區與華南東南隅的直接影響，研究表明南海盆地的拉張造成的深部物質上涌發生在本研究區或其鄰區，是熱源重要背景.

黃沙洞地熱田位于NE走向的紫金—博羅斷裂帶的南側(圖1)，目前已經取得了一些研究成果.藺文靜等(2016)基于水文地球化學，給出了黃沙洞地熱田的基底和蓋層情況以及熱異常原因.閆曉雪等(2019)對廣東省惠州市至從化市典型中低溫對流型熱水和冷水的水化學特征和同位素數據展開分析，分析了熱水的補給來源及其經歷的深部地熱過程.張根袁等(2020)通過深部重磁電震等地球物理資料的研究揭示了熱物質上涌的通道和來源.但是目前的研究依然是概念性的控制控熱，缺少構造-地熱關系的深入剖析.地應力的研究對地熱資源分布規律的勘探意義重大.一方面地應力狀態控制了地熱儲層滲透性斷裂網絡的形成，對應力狀態的調查對地熱鉆井選址意義重大(Lowry et al.，2017；Siler et al.，2019；Ito et al.，2022).地熱區的應力場方向是輔助建模以及更好地解決未來地熱開發問題的關鍵參數(Romagnoli et al.，2010；Ebigbo et al.，2016；Ratouis et al.，2016；Carlino et al.，2016；Ansari et al.，2017；Salimzadeh et al.，2018).另一方面在構造活動區，研究地應力的性質特點結合構造地質野外調查，是獲取研究區構造運動特征的有效手段.而目前獲取應力場信息的方法主要是基于鉆孔探測和震源機制(Yin and Ranalli，1993；Yin，1996；Liotta and Andrea，2020).本文在前人區域地質和區域水文地質調查的基礎上，完成了820.53 m的水文地質鉆探工作，基于實施的黃沙洞鉆探工作(HSD-ZK001)，在121 m以下開展了水壓致裂法地應力測試，本文成功獲得了5個測段的水壓致裂原地應力測試資料和2個測段的印模定向資料.鉆進期間每進尺100 m進行一次測溫工作，共進行了9次測溫，在孔底820 m處，測量溫度最高為90 ℃，地溫梯度為8.83 ℃/hm.極高的地溫梯度暗示了深部地熱能的充足以及干熱巖的可能存在.同時，聯合包括黃沙洞地熱田控熱斷層的遙感解譯等多種方法解析了該地熱田的控熱-控水構造特征，討論了廣東省地熱田的分布與應力狀態的關系，這些工作為理解黃沙洞地熱田的控熱構造和控水構造提供了新的思路，對廣東省地熱分布規律和形成機理的認識具有重要的意義.

圖1 區域地質簡圖(a)及大地構造背景(b).其中，(a)改自Wang等(2022)，圖(b)改自廣東省地質礦產局(1988)Fig.1 Regional geological map (a) modified after Wang et al.(2022) and regional tectonic map (b) modified after Bureau of Geology and Mineral Resources of Guangdong Province (1988)

2 潼湖—黃沙洞斷裂與黃沙洞地熱田

潼湖—黃沙洞斷裂是紫金—博羅斷裂帶的南側分支斷裂(圖1).該斷裂帶呈北東向延伸， 空間上可分為兩段，西段為潼湖斷裂，發育在潼湖盆地的北側，東段為黃沙洞斷裂，發育在黃沙洞地熱田的南側(黃沙洞地熱田的位置見圖1，圖2星標位置)，兩條分支斷裂呈斜列狀展布(圖1，圖2).遙感影像解譯圖顯示該斷裂控制了潼湖盆地的北側邊界，造成了東江水系局部拐彎.

2.1 潼湖斷裂

潼湖斷裂是潼湖盆地的北側控盆斷裂(圖2a，2b)，該斷裂走向 NE，傾向SE，傾角45°～70°，斷裂帶寬度小于400 m，在遙感圖像上呈現出明顯的線性分布特征，根據遙感解譯圖像將潼湖斷裂錯斷的山體及河流進行復原，可見其明顯的右旋走滑特征(圖3a，圖3b).潼湖斷裂以北(即斷層下盤)為時代較老的橋源組地層(Jqy).區域資料顯示斷裂以南(即斷層上盤)為時代較新的漳平組(Jzh)，顯示正斷分量.前人的研究顯示濕地底部存在的殘積土層可與深圳地區對比，按照潮濕地帶巖石及花崗巖風化殼脫硅速率，其形成時代大概在0.25～0.6 Ma(魏柏林等，2002)；濕地第四系沉積物底部基底的紅壤化風化殼，呈透鏡狀產出，上覆的含碎石粉質粘土根據其粒度和接觸特征與鄰區殘積土上覆地層的特征對比，鄰區殘積土上覆的沉積物多為礫石或細粒土，均夾有一定數量的角礫，呈泥質弱膠結，且有弱風化跡象，表明研究區含碎石粉質的粘土應形成于早更新世早期或中更新世(李偉榮，2007).野外實際調查發現潼湖斷裂錯段了第四系含木屑沉積層(圖3c，圖3e)和礫石沉積層(圖3d，圖3f).據上，顯示了潼湖斷裂晚更新世晚期以來的活動跡象.

圖2 潼湖—黃沙洞斷裂展布情況 (a—c) 分別為山影渲染圖、遙感解譯圖和拉分盆地形成示意圖.Fig.2 Distribution of Tonghu-Huangshadong Fault(a—c) are diagrams of terrain rendering, remote sensing interpretation and pulling-apart basin formation.

圖3 潼湖斷裂的地貌特征及晚更新世活動證據(a) 潼湖斷裂的地形分析，其南側控制了潼湖盆地的北側邊界； (b) 潼湖斷裂右行走滑分量的復原圖； (c—f) 發育在第四系地層內部的斷裂行跡，顯示潼湖斷裂帶晚更新世晚期以來的活動.Fig.3 The geomorphological features of Tonghu fault and evidence of Late Pleistocene activity(a) The topographic analysis of Tonghu fault，and its southern side controls the northern boundary of Tonghu basin; (b) The restoration map of right-lateral strike slip components of Tonghu fault; (c—f) Fault traces within Quaternary strata， which show the activity of Tonghu fault since late Pleistocene.

2.2 黃沙洞斷裂與黃沙洞盆地

黃沙洞斷裂位于黃沙洞地熱田南側(圖4—5).在地貌上，該斷裂帶造成被錯斷的河谷沿斷層兩側不連續分布(圖5)；而斷層南側山脊明顯高于北側，顯示了向北側的正斷分量(圖5).區域地質調查的資料該斷裂顯示出正斷特征兼具右行走滑的分量(1∶5萬橫瀝幅地質圖及調查報告).在圖4中可見，留名坑斷裂(F4)與黃沙洞斷裂斷裂近正交，NNW向延伸，控制了黃沙洞地熱田西南邊界.區域構造解析顯示潼湖—黃沙洞斷裂在黃沙洞盆地附近表現為右階斜列狀態(圖1，圖2).當斷層呈現右階斜列并且為右旋運動時，在分支斷裂帶的轉換部將處于拉張狀態，會形成正斷層并且斷陷形成小盆地，而黃沙洞地熱田即位于兩個分支的轉換部位.這些特征表明黃沙洞盆地(圖4藍色線條所圍限的區域)實際上為潼湖—黃沙洞斷裂伴生的小型拉分盆地.

圖4 黃沙洞地熱田地質詳圖Fig.4 Geological map of Huangshadong Geothermal Field in detail

圖5 黃沙洞斷裂與黃沙洞盆地(a) 對黃沙洞斷裂的兩側的地貌分析可以觀測到其對河流谷地的切割與限制，這暗示了該斷裂的較新的活動歷史； (b) 遙感解譯可以識別出黃沙洞斷裂的右行走滑變形造成河谷的廢棄與新生.Fig.5 Distribution of Huangshadong Fault and Huangshadong basin(a) The geomorphological analysis on both sides of the Huangshadong fault，which shows its cutting and restriction of the river valley，which implies a relatively new activity history of the fault; (b) Remote sensing interpretation，which can identify the abandonment and regeneration of the valley caused by the right-lateral strike-slip deformation of the Huangshadong fault.

3 黃沙洞地熱田地應力測量數據獲取及初步結果

3.1 HSD-ZK001鉆遇特征及地應力測試方法

HSD-ZK001鉆孔位于黃沙洞地熱田內，總進尺820.53 m(位置見圖4)，鉆孔上部為第四系殘坡積層，由砂礫石、粉砂及粘土組成，厚27.34 m；下部為寒武系牛角河組，巖性為深灰色頁巖、砂巖、細砂巖及變質砂巖等，厚793.19 m.鉆探揭露表明：在317～775 m段，見有多條深灰綠色基性脈侵入，為輝長巖或輝綠巖，有明顯的侵入接觸界線，呈不規則狀(圖6).黃沙洞地熱田內的野外地質調查同樣發現了輝綠巖的存在，在研究區北側的石壩盆地內部發現了～34 Ma的具有新生代火山機構的玄武巖(王強茂, 2021; Wang et al.，2022)，我們認為這些輝綠巖也可能形成于新生代.

本次地應力測量采用水壓致裂法，該方法是2003年國際巖石力學學會試驗方法委員會頒布的確定巖石應力建議方法中所推薦的方法之一，是目前國際上能較好地直接進行深孔應力測量的方法(Haimson and Cornet，2003).其主要測試方法為：利用一對可膨脹的封隔器在選定的測量深度封隔一段鉆孔，然后通過泵入流體對該試驗段(常稱壓裂段)增壓，同時利用計算機數字采集系統記錄壓力隨時間的變化.對實測記錄曲線進行分析，得到特征壓力參數，再根據相應的理論計算公式，就可得到測點處的最大和最小水平主應力的量值以及巖石的水壓致裂抗張強度等巖石力學參數.根據地應力測試標準要求，參考HSD-ZK001鉆孔巖心特征，避開節理裂隙發育位置，選取巖心完整和巖質硬的五個層位(見表1)進行測試，保證了測試結果的可靠性.

3.2 地應力數據處理及測量結果

在HSD-ZK001鉆孔中，共獲得121.00、212.00、435.00、486.00 m和526.00 m五個測段的有效測試數據.本次水壓致裂地應力測量參數中的測段深度指地面至壓裂段中心點的深度，為取得更好的測試效果，試驗中壓裂段長度選取了0.80 m，計算垂向應力時巖石的平均密度取2.65 g·cm-3. 測試按照ISRM建議方法進行(Haimson and Cornet，2003)，壓力-時間曲線如圖7所示.同時對于壓裂中的關鍵參數Ps(關閉壓力)取值，綜合采用dt/dp法、dp/dt法和Muskat法三種方法進行(圖8)，并取三種方法的平均值參與應力量值的計算.鉆孔水壓致裂結果見表1.

圖7 HSD-ZK001中水壓致裂地應力測量壓力-時間原始曲線(a—e)及印模結果(f) Fig.7 Curves of hydraulic fracturing in the borehole of HSD-ZK001 in Huangshadong Geothermal Field (a—e) and impression of hydraulic fractures (f)

圖8 采用dt/dp法(a)、dp/dt法(b)和Muskat(c)法三種方法進行HSD-ZK001關閉壓力的取值(取三種方法的平均值參與應力量值的計算)Fig.8 Determinations of shut-in pressure (Ps) in the borehole of HSD-ZK001 using dt/dp method (a)， dp/dt method (b) and Muskat method (c). The average value of these three methods is adapted to calculate the shut-in pressure

表1 廣東省水壓致裂法及應力解除法地應力測量結果Table1 Results of hydraulic fracturing in-situ stress measurements in Guangdong province

續表1

根據實測地應力數據，采用線性擬合方法分析了地應力隨深度變化特征，結果見公式(1)和(2)以及圖9.結果表明：主應力值隨地層深度增加而增加，在121.00～526.00 m測試深度范圍內，最大水平主應力值在4.58～15.75 MPa之間，最小水平主應力值在3.86～10.78 MPa之間.同時，計算了表征應力狀態的幾個特征參數Kav、Khv和KHh等，具體計算方法參照后文，結果顯示最大水平主應力與垂向應力之比Khv范圍為1.13～1.45，表明在鉆孔附近應力狀態以水平應力作用為主.隨著深度的增加垂向應力逐漸增大，在鉆孔深部垂向應力和最大水平主應力趨于相等.鉆孔水平主應力的比值KHh為1.19～1.53，總體偏低.印模結果(圖7)表明，最大水平主應力優勢方向為NWW向，其算術平均值為N68°W.

圖9 ZK001地應力值隨深度分布特征Fig.9 Measured stress variation with depth in the borehole of HSD-ZK001

同時，實驗采用線性擬合的方式計算了主應力隨深度變化梯度式：

SH=0.027H+1.786，R2=0.987,

(1)

Sh=0.018H+1.685，R2=0.996,

(2)

公式(1)和(2)中顯示最大和最小主應力的線性擬合系數分別為0.987和0.996，顯示主應力隨深度變化趨勢的線性擬合程度較好，說明了本次水壓致裂測量結果的可靠性和代表性.

圖10 廣東省Kav (a)、Khv (b)、KHh (c)以及μm (d)隨深度分布圖Fig.10 Variation of Kav (a)，Khv (b)，KHh and μm (d) with depth in Guangdong province

4 廣東省實測地應力狀態

4.1 主應力方向

廣東省東側受太平洋板塊NEE向和菲律賓板塊NW向的聯合擠壓，西南側受到印度洋板塊NNE向的擠壓作用(豐成君等，2013；徐紀人等，2018)，在地殼淺部表現為深部強淺部弱的構造作用特點(楊樹新等，2012).前人的許多研究比較吻合，表現為廣東省乃至整個華南的主應力方向表現為NW-NWW向(魏柏林等，1996；Xu and Shi，2003；鄧陽凡等，2011；姜輝和高祥林，2012；楊樹新等，2012).

本文收集整理了前人已發表的有關廣東地區的地應力數據，結果見表1，包括6個70～600m的水壓致裂應力測量鉆孔數據(豐成君等，2013；李冉等，2016)以及6組電站地應力綜合測試數據(水壓致裂和應力解除法綜合獲得)(張振捷，2012).

主要的幾個鉆孔位置見圖11所示：大亞灣核電站ZK01位于中國廣東省深圳市大鵬新區大鵬島離香港尖沙咀直線距離51 km處，構造上處于蓮花山斷裂南側.附近存在兩條主要的活動斷裂：NEE向五華—深圳斷裂和NEE向海豐—平海斷裂(豐成君等，2013)，前者為蓮花山斷裂的西斷裂束，后者為東束的一支(廣東省地質礦產局，1988).

臺山核電站D01位于廣東省臺山市赤溪鎮腰古村東北方約1.2 km處，構造上處于NW向的西江斷裂西側.附近的主要活動斷裂為NW向四會—新安斷裂.陽江核電站ZK01和ZK02處于廣東省陽江市陽東縣東平鎮，構造上夾在NE向的恩平—新豐斷裂帶中.附近的主要活動斷裂為NW向的茶山—閘坡斷裂.饒平鉆孔位于廣東省饒平市海山鎮蓬萊村(海山島)，構造上夾在NW向梅州—潮州斷裂帶以及NW向饒平—大埔斷裂帶之間.

可將14組明確深度的印模給出的破裂方向數據(豐成君等，2013；李冉等，2016)顯示的主應力方向分為兩組，其中惠州黃沙洞地熱田HSD-ZK001、大亞灣核電站ZK01和陽江核電站ZK01的主應力方向為NWW方向(算術平均值為N68°W)，臺山核電站ZK01和饒平鉆孔的主應力方向為NNW方向(算術平均值為N32°W)，這與區域應力結果基本一致(魏柏林等，1996；Xu and Shi，2003；楊樹新等，2012；鄧陽凡等，2011；姜輝和高祥林，2012).

4.2 應力狀態分析

大量研究表明如下參數表征地殼淺表層應力狀態(Brown and Hoek，1978；趙德安等，2007；景鋒等，2007；王艷華等，2012；楊樹新等，2012；秦向輝等，2014)，可反映區域應力積累特征及與斷層活動性聯系.

Kav=(SH+Sh)/2Sv,

(3)

Khv=SH/Sv,

(4)

KHh=SH/Sh,

(5)

μm=(SH-Sh)/(SH+Sh),

(6)

其中，Kav和Khv為側壓力系數，KHh表征水平面內應力作用形態，μm表征水平面內最大剪應力的相對大小，參數結果見表1和圖10.

對實測的和前人已發表數據對Kav和Khv隨深度的變化采用雙曲線擬合(趙德安等，2007；景鋒等，2007；王艷華等，2012；秦向輝等，2014)，擬合結果如下：

Kav=150/H+0.75,

(7)

Khv=163/H+1.0.

(8)

由上式可以看出，在600 m范圍內，Kav和KHv的值越靠近深部越收斂，與已有認知一致(趙德安等，2007；景鋒等，2007；王艷華等，2012；秦向輝等，2014).Kav收斂在1～1.4之間，Khv較Kav略分散，收斂于1～1.8之間.μm和KHh變化規律相似，本身變化幅度不大，深度越大越收斂，大約在400 m深度時μm漸趨于0.19，KHh漸趨于1.45.綜上表明廣東省沿海地區的地殼淺表均以水平應力為主，但隨著深度增加其相對強度有所下降，且總體表現為水平方向的剪應力強度較低.

4.3 地應力結構分析

Anderson斷層理論(Anderson，1951)揭示了斷裂性質與應力狀態之間的關系.根據表1，依據Anderson斷層理論分析鉆孔的構造應力結構及其表征的斷裂性質分析結果見表2.黃沙洞地熱田HSD-ZK001鉆孔(121～526 m)三個主應力間的關系整體表現為SH>Sv>Sh，表明該深度內應力狀態為走滑斷層型，有利于走滑斷層活動；陽江核電站ZK01鉆孔(51～73 m)、ZK02鉆孔(54～145 m)和臺山核電站D01鉆孔(56～120 m)三個主應力間的關系整體表現為SH>Sh>Sv，表明該深度范圍內為逆斷層型；廣州蓄能一期和二期(100～500 m)、惠州蓄能A廠和B廠(70～410 m)、深圳蓄能(200～370 m)、清遠蓄能(200～440 m)、陽江蓄能(70～520 m)和樂昌峽水利樞紐(50～250 m)在測量深度范圍內均表現為SH>Sh>Sv，表明該深度內應力狀態為逆斷層型;大亞灣核電站ZK01和饒平鉆孔主應力的關系并不穩定，其中大亞灣核電站ZK01三個主應力間的關系在淺部(181m以淺)整體表現為SH>Sh>Sv，深度增加后(181～205 m)表現為SH>Sv>Sh；饒平鉆孔淺部(132～380 m)整體表現為SH>Sv>Sh，深度增加后(380～442 m)表現為SH>Sh>Sv，表明該深度內應力狀態為逆斷層型.不穩定的原因初步判斷為巖體結構的差異.其中只有除了大亞灣核電站ZK01指示的有利斷層活動與蓮花山斷裂的性質不匹配外，其他均基本吻合，其原因可能是鉆孔位置與斷裂距離較遠且新構造運動存在多期性.綜上所述，表中結果進一步證實了廣東沿海地區的現今應力場的變化與測點附近斷層活動密切相關.

表2 廣東省實測地應力結構Table 2 Measured stress structure in Guangdong Province

5 討論：東南沿海地區地熱田分布特征

黃沙洞地熱田HSD-ZK001(121～526 m)鉆孔三個主應力間的關系整體表現為SH>Sv>Sh，該地應力狀態有利于斷裂以走滑形式活動.NWW向主應力作用于走向NE的潼湖—黃沙洞斷裂上，產生了右旋的變形分量，這與遙感解譯和區域地質調查的結果相互印證，也進而證實了黃沙洞地熱田處于一個小型拉分盆地的構造位置.一般認為不同的應力環境對地熱田的孕育有著不同的影響：張扭性為好、張性為較好、扭性為中等、壓扭性為較差、壓性為差(龐忠和等，2020).這是因為正斷層為張性斷層，受拉伸作用力影響，張裂大，孔隙多，有利于地下熱水的運移，而逆斷層為壓性斷層，受擠壓作用力影響，導水性差.沿著黃沙洞地熱田的主控斷裂帶即潼湖—黃沙洞斷裂帶并未有帶狀分布的熱泉，這暗示了雖然這條斷裂帶具有一定的正斷分量，但伸展作用并不強烈.

結合前人研究成果可以發現，在東南沿海的廣東一帶，溫度較高的地熱田均發育在走向NE或NEE斷裂帶內，如蓮花山斷裂帶和恩平-新豐斷裂等(圖10和表3).這些走向NE-NEE 的斷裂主要形成于中生代燕山運動以來(舒良樹等，2004；Shu et al.，2009；Li et al.，2019)，在較長的時空演過中表現為強烈的擠壓逆沖特征，導水性差.但是，晚白堊紀以來古太平洋板塊的后撤及新生代南海海盆發生張裂(郝詒純等，2000；張斌等，2013；張麗麗等，2020)，使得這些斷裂帶的運動學性質發生了部分反轉，并在一定程度上控制了新生代的火山活動的分布(Huang et al.，2013；袁曉博和方念喬，2019；Wang et al.，2022).這些早期在擠壓環境形成的寬闊的深部破碎帶一方面在擠壓的環境下可以為水熱交換提供充分時間和空間，另一方面在后期更易成為較好的熱儲.

表3 廣東省主要地熱田特征Table 3 The characteristics of the main geothermal field in Guangdong Province

圖11 廣東省主要斷裂、地應力測量鉆孔和主要地熱田位置圖 (改自廣東省地質礦產局(1988)，溫泉數據來源于中國地質調查局地質云網站(https:∥geocloud.cgs.gov.cn))Fig.11 The distribution of main faults, boreholes of in-situ stress measurement and major Geothermal Fields in Guangdong Province modified after Bureau of Geology and Mineral Resources of Guangdong Province (1988)

本文設想沿著北東向大型斷裂帶，其深循環的水熱資源可能由于壓性的環境，反而可以更好地在深部發生水熱交換，形成優質的地熱資源.在類似黃沙洞新生代小型拉分盆地這樣的局部構造環境下噴涌而出.本文的研究為東南沿海區域特別是廣東省尋找大型的水熱型地熱資源帶來新的思路，一方面關注區域斷裂帶新構造活動，另一方面從地質演化的角度，考慮中生代以來構造作用形成的深部結構與新生代深部熱結構的吻合.這兩方面的結合可能是解析東南沿海深層地熱形成與運移的關鍵.總之，東南沿海地熱異常區，特別是廣東省粵港澳大灣區的控熱構造的特征，仍需要更多精細構造解析工作予以揭示.

6 結論

本文采取水壓致裂法在黃沙洞地熱田區域進行了地應力測量工作，得到了5個測段的地應力數據和兩個印模結果，結合區域斷裂構造遙感解譯成果，初步揭示了黃沙洞地熱田地殼淺表層的應力狀態.即黃沙洞地熱田水平主應力大小總體上隨深度的增加而增大，526 m最大水平主應力為15.76 MPa，總體屬于低地應力環境；3個主應力之間的關系為SH>Sv>Sh，有利斷裂以走滑形式活動；最大水平主應力方向為NWW向(算術平均值為N68°W)，與區域應力場基本一致.

野外地質調查、遙感資料分析顯示潼湖—黃沙洞斷裂帶是由兩條次級斷裂帶構成，即潼湖斷裂和黃沙洞斷裂.水壓致裂法及應力解除法實測獲得的地應力數據表現該斷裂帶目前受到NWW-NNW向的擠壓.結合野外地質調查和區域地質調查資料，證實了該斷裂帶具有右行正斷的運動學特征.黃沙洞地熱田位于潼湖—黃沙洞斷裂帶構造拉分的位置，這更有利于深部物質的上涌，是黃沙洞地熱田最重要的控熱與控水背景.

致謝董樹文教授在本文的野外地質調查階段及撰寫過程中均給予了寶貴的建議，王斌博士就應力數據處理提出了寶貴建議，母若愚碩士和尹啟航碩士參與了大量野外工作，張金龍、吳明亮及黃淵孝等工程師協助開展了黃沙洞地熱田應力測試工作并，在此一并表示衷心感謝.同時，衷心感謝匿名審稿人提出的寶貴意見！