浙江省東陽市橫店鎮忠信堂溫泉地熱地質條件分析與驗證

魯彥宏 周新潮 馮益潘

摘? 要：通過對浙江省橫店鎮忠信堂地熱區域地質、礦產地質等資料的分析，并結合地熱地質調查、鉆探及物探等勘查工作，基本查明忠信堂地熱地質特征、熱儲結構與空間分布，證實忠信堂地下熱水的分布受斷裂構造控制，且與螢石礦帶的成因聯系，熱水由大氣降水沿導水、儲水的構造系統深循環形成。

關鍵詞：忠信堂;地熱;熱儲

中圖分類號：P314? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）24-0087-03

Abstract： Based on the analysis of the geological and mineral data of Zhongxintang geothermal area in Hengdian Town， Zhejiang Province， and combined with geothermal geological survey， drilling and geophysical exploration， the geothermal geological characteristics， thermal reservoir structure and spatial distribution of Zhongxintang geothermal area are basically figured out. It is confirmed that the distribution of geothermal water in Zhongxintang is controlled by fault structure and related to the genesis of fluorite ore belt， and hot water is formed by deep circulation of atmospheric precipitation along the structural system of water diversion and storage.

Keywords： Zhongxintang; geothermal; thermal storage

前言

浙江省內地熱流體多處在地下礦井中發現，且與螢石礦的開采關系密切，尤其是在浙中地區，如武義、遂昌、仙居溫泉等，地熱流體與螢石礦相關，螢石成礦與火山后期地熱水作用有關，說明了螢石成礦環境與引張構造環境密切相關。忠信堂螢石礦控礦構造下切深度較大，與深部溝通良好，具有一定的導熱條件。

1 地質概況

1.1 區域地質背景

東陽市橫店鎮忠信堂位于麗水-余姚大斷裂北西側，永康-南馬斷陷盆地之北東，屬本省二級構造單元——浙東南臺隆的溪口-陳蔡隆起（IV級構造）。構造體系屬東陽-唐先，與壺鎮-回山北北東向構造帶之過渡部位，屬佛堂-嶺口東西向構造帶的南緣。

壺鎮-回山構造帶為晚侏羅系火山噴發帶，其北西為白堊系斷陷盆地。區內出露地層為侏羅系上統高塢組、白堊系下統朝川組泥及第四系地層組成。

區域巖漿巖往往是與火山噴發、噴溢作用有密切關系的超淺成侵入巖或火山噴溢中的通道相次火山巖。其巖性復雜，有中基性的安山玄武玢巖、中性的安山玢巖、酸性的流紋巖、流紋斑巖、霏細斑巖等。

1.2 礦區地質特征

1.2.1 地層

區內地層出露，主要為侏羅系上統西山頭組第一段（J3x）、白堊系下統朝川組（K1c）和第四系。

侏羅系上統西山頭組第一段（J3x）流紋質玻屑凝灰巖：灰白-淺灰色，玻屑凝灰巖結構，塊狀構造。碎屑成分主要為玻屑，次為晶屑、少量巖屑。

白堊系下統朝川組（K1c）分布于礦區北部，上部以泥巖、粉砂巖為主夾砂礫巖;下部以含礫砂巖、砂礫巖為主夾泥巖。

1.2.2 構造

勘查區位于白馬中生代沉積盆地東南側，侏羅紀火山巖隆起區內。區內斷裂主要有四條，分別由北東向的F1、F2，北西向的F3、F4。

F1斷裂是早白堊系斷陷盆地邊緣斷裂。位于礦區北西部，已被早白堊系次安玄玢巖和次安山玢巖侵位，走向北東，傾向北西320～330°，傾角54～58°，由于一系列近平行的節理組成，斷裂帶寬15m左右，上盤節理發育明顯，白堊紀層較破碎，下盤較完整。

F2探礦構造帶位于礦區中部，走向北東50°左右，長1700米左右，傾向以南東為主，局部傾向北西，傾向70～85°，呈帚狀分布，沿構造帶發育多組節理裂隙，溶蝕裂隙中孔洞發育，為低溫熱水提供良好的儲存條件。F2構造具二次以上活動。早期斷面較平整，沿走向和傾向均呈舒緩波狀，顯示了右行壓扭的構造特征。晚期構造再次活動形成構造角礫巖，表現為張扭性構造特征。

F3斷裂：位于礦區南西側，走向北西310～320°。該斷裂形成較晚，切穿北東向F2構造，斷面被第四系覆蓋，但根據兩側地質界線和礦體形態分析，推測斷面傾向北東，屬張性斷裂。

F4斷裂：位于礦區中部，走向315°。斷裂規模小，為成礦后斷裂，但對礦體破壞及影響較小。

2 地熱地質條件

2.1 熱源

2.1.1 地熱異常

忠信堂螢石礦區在主豎井水倉測得混合水水溫為21.5～28°，測得正常排水量180～200m3/d，水溫有變化主要有兩個原因：一是北東向采礦區域，因為水倉水是上部巖脈和開采穿透巖脈的裂隙水（包括常溫水和地熱溫水）混合后向下滲流，匯集進水倉，受氣候、開采、抽水疏干時間長短等因素影響有關。二是西南側，屬必采礦區，且地勢低洼，地表水較豐富，又距主豎井較近，因此主豎井在排水疏干中，西南側的地表水、地下水通過裂隙向主豎井滲流排泄。

熱水涌出點位于F2斷層中的螢石礦體頂板一側，溶洞或巖體破碎帶是溫水的通道，或者說，在地下溫水循環深度內，F1、F2有合并或交叉現象，區內地熱水系受斷裂構造控制的帶狀熱儲類型。

2.1.2 熱源條件

（1）地熱系統類型

勘查區地下溫水是通過斷層破碎帶、節理裂隙、溶洞、溶縫等導水通道向深部徑流，被深部熱異常熱源加熱并儲存于構造帶裂隙系統中的地熱流體資源。在人類工程活動，如開采條件下，將引起淺部常溫水向深部滲流造成原始水溫、水位、水質等動態變化。

（2）熱源形成條件

勘查區有安山玢巖，說明螢石礦成礦之后，一帶仍有巖漿活動。勘查區巷道、礦區排水鉆孔中均見有安山玢巖，且螢石礦體被巖脈錯動斷開，螢石礦控礦構造下切深度較大，與深部溝通良好，進一步證實了地熱異常區螢石成礦期后巖漿活動的存在。

從上分析可知，勘查區地熱流體熱源與控礦斷裂有關，通道沿斷裂由深部熱流向上傳導，使儲存于淺部裂隙水加熱形成地熱流體后循環到地表以溫泉或人工開采形式排泄。其熱源主要來源于深部的大地熱流，大氣降水沿斷裂帶深循環向深部運移并加溫，形成熱源。

2.2 熱儲

螢石礦及其礦化帶，由于地下水中氟（F）含量較高，易形成溶洞、溶縫及晶洞。螢石礦礦體均沿斷層充填，礦體形態產狀受控礦斷層的性質產狀控制。控礦斷層有多次活動跡象，特別是成礦后期的再次活動，引起螢石礦體擠壓破碎，斷層旁側火山巖節理裂隙發育。斷層的擠壓破碎、巖體節理裂隙存在，為地下水循環創造了良好的流動空間。地下水循環流動，溶蝕礦體和圍巖，形成了溶洞和溶縫。從礦坑中、鉆孔中均可見到螢石礦化體中、石英脈中小溶洞、溶縫。這些小溶洞、溶縫不僅是地下水良好的通道，也是地下水的儲存空間。

依據忠信堂螢石礦F2斷層特征及螢石礦成礦規律，勘查區存在一個北東走向，向北延伸的帶狀熱儲體，地熱資源主要賦存在忠信堂螢石礦F2斷裂破碎帶其圍巖裂隙中，屬構造裂隙型帶狀熱儲，與螢石礦脈相伴生。

2.3 蓋層

勘查區地層圍巖為流紋質含角礫晶玻屑熔結凝灰巖，在鉆孔中見有淺綠色、淺色砂巖、粗砂巖，紅色、紫紅色厚層狀粉砂巖，局部夾泥巖層。凝灰質砂巖、粉砂巖，下部常見凝灰質含礫砂巖、砂礫巖。礦區地層透水性弱，均為隔水層，熱導率、熱擴散率較低。構造帶上部經后期充填膠結，構成自封閉條件形成的熱儲具有隔熱隔水結構。

2.4 通道

勘查區地層受后期區域性構造活動影響，巖層中形成斷層，并出現相應的次級構造。螢石成礦以后，斷層的再次活動，伴隨安山玢巖侵入，引起螢石礦體擠壓破碎，斷層旁側巖層產生大量的節理裂隙。斷層的擠壓破碎、巖體節理裂隙存在，為地下水循環創造了良好的流動空間。

2.5 熱儲概念模型

通過對熱源、熱儲、蓋層、通道的分析，勘查區為對流型地熱系統，對流通道、地熱流體儲存空間為控礦斷層破碎帶，特別是螢石礦體溶蝕帶。勘查區地層受后期區域性構造活動影響，巖層中形成斷層，并出現相應的次級構造。螢石成礦以后，斷層的再次活動，伴隨安山玢巖侵入，引起螢石礦體擠壓破碎，斷層旁側巖層產生大量的節理裂隙。斷層的擠壓破碎、巖體節理裂隙存在，為地下水循環創造了良好的流動空間。地下水循環流動，溶蝕礦體和圍巖，出現了溶洞和溶縫。斷層破碎空間、礦體溶蝕空間構成了熱儲。

橫店忠信堂位于低山丘陵區，地勢較低，其補給區在礦區北東側地勢高的低山區，大氣降水相對高差產生的靜水壓力是地表水深循環徑流的動力條件。大氣降水沿周邊斷裂下滲至深部熱儲，在深循環過程中，在正常的區域地溫梯度條件下吸取圍巖傳導熱而增溫，并與周圍的圍巖發生溶濾作用。在自然狀態下，熱水被蓋層封存于深部熱儲層或斷裂構造中，當鉆探揭露或采礦巷到穿透時，因提供了有利通道（井、孔）而造成深部地下熱水壓力平衡破壞而涌出或抽取出地表（詳見圖2）。

3 物探

物探工作主要依據該區已有地質資料，測線方向盡可能垂直地質構造線（F2斷裂帶），并滿足可控源音頻大地電磁法（CSAMT）測線要求。基本查明并推斷了工作區內的構造的形態，結合地質資料進一步驗證螢石礦區地質資料中鉆孔在海拔標高約120m處見到螢石礦，正好對應物探勘查中F2斷層的電阻率梯級帶上，而螢石礦的形成與地下的熱液運動存在密切關系，因此推測F2斷層的深部存在與熱液運動有關的活動，深部可能存在“熱源”。

依據可控源音頻大地電磁測深測成果——斷層在不同深度切片圖、斷面的位置解譯圖可知，斷層F2和F5可能相連通，剖面線測地熱流體通道下限可能在-550～-690m、-1000～-1100m，兩條斷層的存在為地下水循環提供了“通道”。

在剖面上海拔標高-560m處和海拔標高-950m處的低阻異常區，推測富水較為有利，儲存空間理想。

根據當地實際，應在當前經濟技術許可的條件下，在保證存在有一定的地熱流體（有水）的前提下，應當盡可能地獲取最高的流體溫度（盡可能加大勘探開發深度）和最大的流量。物探建議在剖面布置鉆孔進行驗證，編號為TJZK1和TJZK2，其中TJZK1設計直孔孔深約為850m，TJZK2設計直孔孔深約為1280m，如圖3。

4 勘探與測井

依據地熱資源地質調查及物探成果，綜合分析圈定的忠信堂礦區F2螢石礦斷裂帶南西區域作為勘探工作的靶區，設計并施工勘探孔DR1（即TJZK1）。

根據DR1測井報告結合野外巖芯特征編錄情況判定，DR1井鉆探至399.4處遇到F2斷層，鉆至650m處將F2斷層破碎帶打穿，其說明F2斷層主要分布于399.4～650m之間的地層中。從巖芯記錄看F2斷層在深部傾角有所舒緩，角度為70°以下，該斷層呈帚狀分布，裂隙呈網狀發育。根據鉆探進施工中斷層破碎帶的漏漿程度分析，鉆進中的399.4～401m、412～413.2為主要大量漏漿部位外，泄露量約4m3/h，后續的515～650均出現不同程度的膨潤土泥漿泄露，泄露量約2m3/h。確定DR1井共計12處破碎帶，其中5處推斷為出水位置。DR1井每100m地溫梯度平均為3.10℃，從表1看地溫梯度最高位于400～700m之間，與巖石、螢石熱導率有關，根據鉆探編錄DR1在400～600m均不同程度的遇到小規模螢石礦脈。

5 結論

（1）忠信堂地區地熱異常區螢石成礦期后巖漿活動的存在，熱源主要來源于深部的大地熱流。粉砂巖夾泥巖地層為弱透水層、構造帶上部經后期充填膠結，構成自封閉條件形成的熱儲具有隔熱隔水結構。斷層破碎空間、礦體溶蝕空間構成了熱儲，同時也是良好通道。“源、通、蓋、儲”等地熱地質條件完備，構成的整個熱儲模型較為較理想。（2）通過對橫店忠信堂地熱資源的調查、物探、鉆探及抽水試驗等工作， 基本查明忠信堂地熱地質條件和熱礦水賦存特點。忠信堂溫泉屬斷裂帶狀熱儲低溫地熱資源，經抽水試驗，實際抽水量為360m3/d（水位降深120m），穩定水溫27.3～28.5℃，屬重碳酸鈣納型低溫含偏硅酸氟水，并含有鍶、鋰等活性元素，可作為溫泉洗浴和理療用水等開發利用，地熱資源前景良好。

參考文獻：

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