寧波九龍湖火山巖非地熱異常區地熱資源勘查

石曉今 秦莉紅 邱京衛

摘要：寧波地區屬浙東南陸相火山巖區，地層在數千米深度內以侏羅系和白堊系的火山碎屑巖（凝灰質粉砂巖為主）及少量熔巖為主。這一套地層總體上孔隙不發育，滲透性極弱，巖石熱導率低，屬于非地熱異常區。地質構造發展的長期地質歷史造就了斷裂和裂隙系統，該地區地熱類型屬隆起區斷裂深循環型。九龍湖地區采用可控源音頻大地電磁測深、氡氣和熱釋汞綜合測量及高精度重力等綜合物探手段，以尋找孔隙度較高的地層或斷裂構造帶，對于尋找地熱資源起到了很好的效果。分析研究區地表水和地熱水的水文地球特征，運用地球化學溫標預測地熱水溫度，表明地層深部可能還賦存有更高溫度的熱水。

關鍵詞：火山巖非地熱異常區;物探;水文地球化學

中圖分類號：P314 文獻標識碼：A 文章編號：1007-1903（2019）01-0034-06

0前言

寧波九龍湖地區于2012年成功鉆探出1眼2000m地熱井，井底溫度63.5°C，出水量810m3/d，填補了該區地熱資源的空白。研究區覆蓋厚層侏羅系火山巖，地溫梯度較低，要尋找層狀熱儲比較困難，關鍵是找到能導水導熱的斷裂構造。

在火山巖非地熱異常區開發地熱本身就是一個挑戰，多種物探方法探測深部熱儲構造可提高準確性，且每種物探方法都有不同的適應條件及作用，低電阻率異常推測斷裂熱儲構造的深度、位置比較準確，重力判斷基底隆起、凹陷及斷裂帶的走向較為清晰，氡汞探測斷裂帶位置較為方便，采用綜合物探手段圈定地熱異常范圍，為相似地質環境開發地熱資源提供參考。綜合水文地球化學分析，發現寧波火山巖地區地熱開發有一定潛力。

1地熱地質條件

研究區地處四級構造單元新昌一定海斷隆內。地熱類型屬隆起區斷裂深循環型。研究區的地層在數千米深度內以侏羅系和白堊系的火山碎屑巖（凝灰質粉砂巖為主）及少量熔巖為主。這一套地層總體上孔隙不發育，滲透性極弱，巖石熱導率低，保溫性能優越，可以構成良好的蓋層條件。本區地質構造發展的長期地質歷史造就了斷裂和裂隙系統。斷裂切穿不同地層，在不透水地層中形成透水縫隙，只要斷裂帶的裂隙系統達到一定規模，就能形成地下熱水循環補給的通道，一方面接受地下水量的補給，一方面經過地下深循環獲得熱量補給，從而形成地下熱水（中國地質環境監測院，2010）。研究區地質構造復雜（圖1），北北東方向的鎮海-深甽斷裂是本區的主干壓扭性斷裂，沿斷裂查明有溫泉存在，說明該斷裂是一條溝通深部熱源的地熱通道。北北西方向的裂隙具張性兼扭性性質，它在本區曾有過大距離的錯動，在現今地應力場中仍是張扭性控制，具有透水性和連通性，具備構成裂隙熱儲的條件。地熱熱源主要來自地殼中長壽命放射性元素蛻變產熱。

2綜合地球物理勘探

由于研究區地層巖性處于陸相火山巖非地熱異常區，只有在地層孔隙度大或脆性地層的破碎帶中富含地下熱水，才能確定找到有開發意義的地熱田。因此需要使用地球物理勘探方法來確定熱儲構造，尋找孔隙度較高的地層或斷裂構造帶。九龍湖地區采用了可控源音頻大地電磁測深、氡氣和熱釋汞綜合測量（本屬于地球化學勘探方法，通常與地球物理勘查聯合）及高精度重力測量方法，并進行綜合分析，對地熱資源尋找起到了很好的效果。

將重力解譯結果與氡汞測量結果進行了疊加（圖2）。重力1號布格異常曲線對應的水平梯度曲線最小值在距西端350m處，該點對應的氡、汞14號點都有高場出現。在1800m附近布格異常曲線上升最快處對應的氡、汞76號點也都有高場出現。重力2號剖面西段做的相對較短，水平梯度最大點（錯斷點）在1350m附近，氡在此有高場值出現，汞僅有偏高。重力3號剖面，水平梯度曲線最小值點（錯斷點）在300m附近，水平梯度曲線最大值點（錯斷點）在1750m附近，4號氡、汞剖面由于有水做不成，故位置向后移。重力4號剖面布格異常曲線下降最快處，水平導數曲線得到極小值在距西端500m處;而布格異常曲線上升最快處正是水平導數曲線極大值處，即距西端2000m附近，此處正是氡、汞的10號點，氡在此由于積水反映不高，而汞有偏高場存在。將異常點連接一起，推測為Fg1、Fg2兩條斷裂。Fg1、Fg2斷裂均為正斷層，傾向相對，中間地層相對下降，兩側地層相對上升，測區為一小型斷陷地塹。

綜合3種物探方法，復合成一張圖，可以看出三者的對應效果（圖3）。重力、氡汞及可控源在異常展布具有一定的一致性，重力的水平一階導數曲線350m、1800m出現極值，其附近對應著氡汞高場值，可控源6線的等值線也在300-600m、1350-1600m區段出現低值電阻率不連續。說明這兩個地方為斷裂異常分布處，驗證了3種物探方法綜合尋找斷裂構造的可靠性，可據此圈定九龍湖水平向的地熱異常范圍（圖4）。

3水文地球化學分析

本次取樣充分收集了前人的水化學資料及近年實測水化學資料，包括寧波東錢湖地區、九龍湖地區及深町Il地區的地熱井、深甽溫泉及地表水（圖5，表1）。這些資料多為一般化學組分分析，缺少同位素的化驗資料，客觀上為分析本區的熱水化學特征帶來了困難，但仍不失為反映區域熱水化學特征變化規律的可信資料。

3.1水化學特征

用派珀（Piper）三線圖法來簡單直觀的展現8大離子的關系，是水文地球化學中常用的一種方法（圖6）。地表水點落在菱形左上側，其中3個水點的陽離子以Ca2+、Na+為主，陰離子以HCO-3、Cr-為主，水化學類型為HC03·C1-Ca-Na型，一個地表水點可能由于長期蒸發嚴重，陽離子以Na+、Mg2+為主，陰離子以

3.2地球化學溫標

地球化學溫標是對地熱水恢復其在地下深層溫度“記憶”，估算熱儲溫度的一種方法。通常適宜于低溫地下熱水應用的兩種地球化學溫標是鉀鎂溫標和二氧化硅溫標（表2）。

利用水中鉀和鎂含量的比率關系，可以求出鉀鎂溫度，它也被稱為“鉆探可及溫度”，代表相對地下不太深處熱儲的溫度。其計算公式為：實際鉆井表明，地熱溫標計算溫度比實際測溫要高一些，一方面由于地熱溫標代表地熱水循環曾經達到過的最高溫度，另一方面由于研究區水樣較少，未考慮水巖作用下的離子平衡關系，造成地熱溫標計算結果有誤差。但可以推測地熱水在運移至地表過程中接受了大氣降水混合，同時地層深部可能還賦存有更高溫度的熱水，本區還具有一定的開發地熱資源前景。

3.3熱水水質評價及定名

本區地下熱水在成井抽水和開采過程中，取樣進行水質分析。對照《地熱資源地質勘查規范》（GB，T11615-2010）規定的命名標準，九龍湖1號井地下熱水水化學型型屬HC03-Na型，pH值8.3，其中H2SiO-3（27.8mg/L）和F-（1.18 mg/L）的含量達到了醫療礦水標準，未達到理療熱礦水的命名標準。屬低溫地熱資源，作為溫樂的利用價值在人體感受上溫度偏低，需要加熱利用才宜。

根據《生活飲用水衛生標準》（GB5749-85）的要求，熱水礦化度≤1000mg/L，符合生活飲用水標準，但F的含量≥1.0mg/L，未經除氟處理不能直接飲用。

4結論

寧波九龍湖火山巖非地熱異常區地熱勘查相對薄弱，基本上屬于地熱資源勘查的空白區。九龍湖地區采用了可控源音頻大地電磁測深、氡氣和熱釋汞綜合測量及高精度重力測量方法，并進行綜合分析，對地熱資源尋找起到了很好的效果。重力、氡汞及可控源在異常展布具有一定的一致性，重力的水平一階導數曲線350m、1800m出現極值，其附近對應著氡汞高場值，可控源6線的等值線也在300～600m、1350～1600m區段出現低值電阻率不連續。說明這兩個地方為斷裂異常分布處，驗證了3種物探方法綜合尋找斷裂構造的可靠性，可據此圈定九龍湖水平向的地熱異常范圍。九龍湖地區通過幾種物探手段探測隱伏斷層、尋找深層地熱儲水構造，并成功打出地熱水。這些經濟可行的辦法，為在火山巖地區尋找新構造斷裂，進而發現地下熱水將大有裨益，應在研究區大力推廣這種經濟有效的判別方法。

本次取樣充分收集了前人的水化學資料及近年實測水化學資料，認為九龍湖地區地熱流體起源于大氣降水，其形成與巖漿和火山源無直接關系。實際鉆井表明，地熱溫標計算溫度比實際測溫要高一些，一方面由于地熱溫標代表地熱水循環曾經達到過的最高溫度，另一方面由于水樣較少，未考慮水巖作用下的離子平衡關系，造成地熱溫標計算結果有誤差。但可以推測地熱水在運移至地表過程中接受了大氣降水混合，同時地層深部可能還賦存有更高溫度的熱水，故本區具有一定的開發地熱資源前景。