周洲強(qiáng)，秦海燕

ZHOU Zhou-Qiang,QIN Hai-Yan

（浙江省第十一地質(zhì)大隊(duì)，浙江溫州325006）

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

浙江泰順承天氡泉熱儲(chǔ)概念模型探討

周洲強(qiáng)，秦海燕

ZHOU Zhou-Qiang,QIN Hai-Yan

（浙江省第十一地質(zhì)大隊(duì)，浙江溫州325006）

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

泰順承天氡泉地處斷陷盆地邊緣，元古界基底隆起區(qū)。在資料搜集整理和實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析了其控礦因素，研究了地?zé)岬刭|(zhì)條件，提出了泰順承天氡泉熱儲(chǔ)概念模型。

承天氡泉；地?zé)?；熱?chǔ)；概念模型

我國自20世紀(jì)70年代開始在西南地區(qū)和東部地區(qū)開展了比較系統(tǒng)的地溫場(chǎng)及地?zé)豳Y源的研究[1]，在較短的時(shí)間內(nèi)取得了豐富的研究成果，大大縮短了我國在這個(gè)領(lǐng)域與國際領(lǐng)先水平的差距。對(duì)東南沿海地?zé)嵫芯恐饕性陂_發(fā)利用方面，且缺乏系統(tǒng)研究。本文通過地?zé)岬刭|(zhì)資料搜集整理、區(qū)域地質(zhì)資料分析，結(jié)合物探等資料、實(shí)地觀測(cè)、采樣分析、遙感解譯和綜合編圖等手段，對(duì)泰順承天氡泉的熱源、地溫控制因素、熱儲(chǔ)的類型及其概念模型進(jìn)行了初步分析和討論，為下一步泰順地區(qū)地?zé)嵫芯刻峁┝司€索和基礎(chǔ)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于華南褶皺系東南沿海華力西褶皺之浙閩隆起區(qū)，處于溫州-泰順斷拗之南端，溫州-鎮(zhèn)海深大斷裂、NE向泰順-黃巖大斷裂和NW向衢州-蒼南大斷裂挾持部位，構(gòu)成了主體構(gòu)造格架[2]。印支運(yùn)動(dòng)后由于太平洋板塊對(duì)歐亞板塊的俯沖相對(duì)作用，古陸殼裂開形成局部弧后盆地，東南鄰區(qū)福鼎南溪出露一套淺變質(zhì)的復(fù)理石建造，夾灰?guī)r和硅質(zhì)巖，韻律層理發(fā)育，常見水下槽溝及角礫巖、原生小褶皺、象形印模，形成了本區(qū)基底。燕山期斷塊活動(dòng)極為活躍，大規(guī)模酸性巖漿噴發(fā)和侵入活動(dòng)是構(gòu)成浙東南火山巖漿巖帶的重要組成部分。燕山早期，火山活動(dòng)進(jìn)入全盛期，形成了陸緣型火山巖建造，中酸性火山巖廣泛分布，厚度巨大；燕山晚期，泰順火山構(gòu)造洼地出現(xiàn)了繼承性的等軸狀洼地接受沉積作用沉積一套河湖相為主的沉積巖系，繼之而來的是沿?cái)嗔驯∪鯉в绕涫荖W、NE交匯中心地帶出現(xiàn)中酸性火山噴溢與侵入作用，形成兩期侵入的大小不等二長(zhǎng)花崗巖、（鉀長(zhǎng)）花崗巖多個(gè)侵入體（圖1）。

2 大地?zé)崃鞅尘?/h2>

浙江地處環(huán)太平洋巖漿活動(dòng)帶的西半環(huán)，燕山期發(fā)生了頻繁的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，并伴有巖漿活動(dòng)，地殼深處的熔融巖漿熱源，通過深層地下水的循環(huán)，沿構(gòu)造帶傳送到地表，形成了38處地?zé)狳c(diǎn)和地?zé)岙惓｜c(diǎn)。主要分布在寧波- 甽深 、溫州-泰順兩個(gè)地?zé)釁^(qū)，浙東地?zé)幔厝е械臏厝运疁剌^高和含氡、氟量高為特點(diǎn)。

據(jù)1︰20萬水文地質(zhì)資料和中科院地質(zhì)所提供的區(qū)域地溫梯度參考資料，溫州-泰順地區(qū)地?zé)嵩鰷芈手怠鱰在（2.63-3.30）℃/l00 m之間，平均為3.03℃/l00 m。從“浙江省3000 m深度等溫線圖”看出，泰順一帶3000 m深度等溫線屬＞95℃的地溫高值區(qū)，故△t可取3.30℃/l00 m[3]。

現(xiàn)代地溫場(chǎng)特征研究表明，承天氡泉熱流值介于75 mw/m2以上，處于大地?zé)崃髦档母咧祬^(qū)和3000 m深溫州-衢州地溫高值區(qū)，反映出地溫梯度對(duì)深部地下水起到加熱的作用，地殼深部傳導(dǎo)熱是控制本區(qū)地溫場(chǎng)的主導(dǎo)因素。

3 主要地?zé)峥刂埔蛩?/h2>

3.1 控水構(gòu)造

研究區(qū)位于南田-龜湖剩余重力異常帶，該帶以剩余重力正異常為主，在南部長(zhǎng)坑出現(xiàn)一局部剩余重力負(fù)異常，軸向NE，推斷異常由隱伏侵入巖體與火山巖共同引起；其外圍橫崗-黃沙坑-龜湖剩余重力正異常帶，呈環(huán)形圍繞剩余重力負(fù)異常，推斷剩余重力正異常為元古界隆起所致。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖Fig.1 Simplified tectonic map of Taishun area

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的NE和NNE向的巨型深大斷裂帶是區(qū)域性的控制構(gòu)造，具多期性和繼承性的活動(dòng)，控制了區(qū)內(nèi)花崗巖類巖石的分布及地溫場(chǎng)；在晚近期則控制了區(qū)域的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地震活動(dòng)；同時(shí)它也是區(qū)域地下熱水的主要控制構(gòu)造。受太平洋菲律賓板塊向NW向運(yùn)動(dòng)的影響，該區(qū)在NW方向則產(chǎn)生一組引張或張扭性斷裂，受太平洋菲律賓板塊運(yùn)動(dòng)的影響，在NW方向產(chǎn)生引張或張扭性斷裂，這組張性斷裂使深部的地下熱水沿其上升至地表而形成一系列溫泉出露[4]。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，NW和NE向斷裂為主，次為E-W向和S-N向斷裂。NW向斷裂共5條，走向305°-320°之間，傾向NE為主。承天（f1）大斷裂走向N320°W、傾向NE、傾角80°，斷裂帶長(zhǎng)約13 km，寬達(dá)50 m，斷裂帶內(nèi)見有構(gòu)造角礫巖，沿?cái)嗔褞Х较蚨嗵幊霈F(xiàn)呈透鏡狀的輝綠巖、石英巖巖脈，根據(jù)巖石薄片鑒定，兩側(cè)巖石強(qiáng)烈硅化，這些多說明該斷裂帶具有一定的深度。從斷裂面擦痕判斷，斷裂在先張后扭（平移活動(dòng)）過程中，在其下盤面形成了阻水隔熱的斷裂面，而其上盤巖層較為破碎，形成導(dǎo)水、導(dǎo)熱含水構(gòu)造帶。

阻水構(gòu)造來控制地下水補(bǔ)給范圍[5]。承天氡泉所在的會(huì)甲溪，共出露有三處溫泉，其阻水構(gòu)造主要有兩種：（1）侵入巖形成的巖墻和巖脈阻水作用，這些侵入巖體可起到阻水或回水作用，從而使溫泉出露地表，承天氡泉下游發(fā)育的英安玢巖巖脈、花崗巖巖脈就屬于這種阻水構(gòu)造；（2）壓性、壓扭性斷裂構(gòu)造或平移斷層可以起阻水作用，承天氡泉上、下游兩處地?zé)犸@示點(diǎn)的的下方，均有壓性、壓扭性斷裂構(gòu)造起阻水作用。

3.2 巖漿巖

研究區(qū)位于龜湖航磁東側(cè)附近，異常中心極大值可達(dá)150 nT，地表出露黃沙坑二長(zhǎng)花崗巖體，異常的形成與巖體相關(guān)；往北東部彭溪一帶磁異常強(qiáng)度在-25～50 nT之間，呈NE向相間分布。文成-順溪以東地區(qū)，為磁場(chǎng)強(qiáng)度最大的、異常變化最劇烈的地區(qū)，磁異常等值線總體呈NE向，局部磁異常軸向NW，該類磁異常多與火山巖等相關(guān)。

燕山晚期鉀長(zhǎng)花崗巖（ζγ53(3)）：分布于北東部彭溪一帶，巖體面積達(dá)17.8 km2，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，屬燕山晚期第三次侵入。巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶石英5%，鉀長(zhǎng)石15%；基質(zhì)中石英＜30%，鉀長(zhǎng)石42%，更鈉長(zhǎng)石5%，黑云母l%，鐵礦物2%等，據(jù)1︰20萬區(qū)調(diào)報(bào)告，巖石化學(xué)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%，屬鋁過飽和過堿性巖石。

會(huì)甲溪地?zé)豳Y源是淺層地下水沿著深大斷裂帶循環(huán)到地下深處，地溫梯度對(duì)其起到加熱的作用，同時(shí)研究區(qū)的熱源還來源于放射性元素釋放的熱量。研究區(qū)地處浙東南，燕山晚期強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng)過程中，引發(fā)劇烈的斷裂和火山、巖漿活動(dòng)，所發(fā)育的巖漿巖屬于燕山晚期形成的巖體，其余熱已消失殆盡。但花崗巖巖體中含有的鈾、釷、鉀等放射性元素蛻變釋放的熱量對(duì)地下水起到加熱的作用，這些熱量足以使地?zé)岬脑鰷芈试龃?，此外也是熱流上升的良好通道。放射性元素含量及其半衰期的長(zhǎng)短對(duì)水的加熱效果有一定的影響，其含量愈高、半衰期愈長(zhǎng)，蛻變釋放的熱量對(duì)水的加熱效果也就愈顯著。泰順會(huì)甲溪地?zé)豳Y源中氡的出現(xiàn)進(jìn)一步說明了花崗巖巖體對(duì)地?zé)豳Y源具有控制作用。

3.3 熱礦水

3.3.1熱礦水補(bǔ)給

地?zé)犸@示區(qū)內(nèi)溪水、熱礦水及冷泉進(jìn)行氫氧同位素測(cè)定結(jié)果見表1[6]。

表1 順泰地區(qū)不同水源水的氫氧同位素測(cè)試結(jié)果Table 1 H-O isotopic composition of different origin water in Taishun area

將氫氧同位素值投在列克雷格雨水線δD-δ18O相關(guān)圖（圖2）中得出氡泉熱礦水氫氧同位素值在大氣降水線附近，說明氡泉水是由現(xiàn)代大氣降水補(bǔ)給。熱礦水補(bǔ)給高程估算如下：H=Hr+（D-/Dr）gradD（Hr-溪水高程式195 m，D--熱礦水，Dr會(huì)甲溪水δD值，gradD-高程遞減梯度-3‰/100m），由此推算出熱礦水補(bǔ)給高程大于750 m。從會(huì)甲溪水兩側(cè)地形條件分析，補(bǔ)給區(qū)來自為北東部花眉尖-福亭基大氣降水。

圖2 δD-δ18O相關(guān)圖Fig.2 δD-δ18O plot for different origin water in Taishun area

3.3.2熱礦水年齡

根據(jù)地下水年齡估算公式：

t=λ lgAo/A

λ-氚衰變常數(shù)40.75；Ao-地下水補(bǔ)給氚含量取長(zhǎng)江三角洲大氣降水平均值41.7 Tu；A-承天溫泉6.3 Tu。

推算出t值為了33.4年,表明接受大氣降水補(bǔ)給經(jīng)過地下水逕流、深循環(huán)到導(dǎo)水?dāng)嗔延砍龅乇硇枰?0余年。

4 熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

4.1 熱儲(chǔ)層

研究區(qū)斷裂構(gòu)造非常發(fā)育，承天大斷裂在強(qiáng)烈大地構(gòu)造應(yīng)力作用下，經(jīng)歷了多次不同性質(zhì)的活動(dòng)，形成破碎裂隙發(fā)育帶，構(gòu)造帶類型復(fù)雜，有硅化，構(gòu)造角礫巖化和糜棱巖化構(gòu)造帶，斷裂在地?zé)崃黧w作用下產(chǎn)生水熱蝕變，為地?zé)崃黧w的運(yùn)移和貯存提供了空間，屬會(huì)甲溪地?zé)岬臒醿?chǔ)層。

4.2 熱儲(chǔ)蓋層

區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)蓋層以上侏羅統(tǒng)西山頭組和下白堊統(tǒng)館頭組朝川組凝灰?guī)r為主，具有熱導(dǎo)率低，隔熱保溫性能好的特征，是良好的熱儲(chǔ)蓋層。其次為第四系坡殘積層和沖洪積層。第四系坡殘積層以粘性土為主，為具有良好的隔水性和隔熱性的熱儲(chǔ)蓋層。第四系沖洪積層的砂、礫石層是良好的儲(chǔ)水層，透水性能好。局部第四系巖土體在地表水沖刷、侵蝕作用下及溝谷侵蝕下切，厚度變薄甚至缺失，形成熱儲(chǔ)層與地表相通的天窗，使地?zé)崴虻乇砼判苟纬勺匀粶厝?/p>

4.3 通道

會(huì)甲溪斷裂 (F1)是承天氡泉內(nèi)較大規(guī)模的斷裂，走向NW 320°，寬達(dá)50 m，帶內(nèi)見有構(gòu)造角礫巖。斷裂下盤有后期安山巖脈侵入，形成了阻水隔熱墻，上盤巖層較為破碎，構(gòu)成了導(dǎo)水、導(dǎo)熱含水構(gòu)造通道。

4.4 熱儲(chǔ)溫度估算

采用地球化學(xué)溫標(biāo)法來估算熱儲(chǔ)溫度是根據(jù)地?zé)崃黧w與礦物在一定溫度條件下，達(dá)到化學(xué)平衡，隨地?zé)崃黧w溫度降低時(shí)，這個(gè)“平衡記憶”仍予保持。承天溫泉平均溫度約50℃，水質(zhì)為HCO3-Na型水，水中可溶性SiO2含量達(dá)80.36 mg/L，Na+含量高達(dá)122.38 mg/L，鉀含量達(dá)5.01 mg/L、鎂含量達(dá)0.87 mg/L（以上含量均為多年平均值）。故可采用無蒸汽損失的SiO2溫標(biāo)法和鉀鈉溫標(biāo)法進(jìn)行估算。

（1）無蒸汽損失的石英溫標(biāo)公式：

式中：t-熱儲(chǔ)溫度，℃；SiO2-水中可溶性SiO2濃度，取80.36 mg/L。

（2）鉀鈉地?zé)釡貥?biāo)法

K+-水中鉀的濃度，取5.01 mg/L；Na+-水中鈉的濃度，取122.38 mg／L。

上述二種方法估算結(jié)果見表2，數(shù)據(jù)處理見表3。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，兩種方法估算的熱儲(chǔ)溫度在117.8～130.06℃之間，兩種方法計(jì)算的熱儲(chǔ)溫度的平均值為123.98℃。因此，可推測(cè)承天溫泉熱儲(chǔ)溫度約為125℃。

表2 熱儲(chǔ)溫度計(jì)算表Table 2 Temperature calculation result of heat reservoirs

表3 計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析表Table 3 Statistic of calculation results of temperature of heat reservoirs

4.5 熱儲(chǔ)深度估算

根據(jù)熱儲(chǔ)溫度，采用如下公式計(jì)算熱儲(chǔ)深度：

式中：h-熱儲(chǔ)深度(m)；

t-熱儲(chǔ)溫度(℃)，采用125℃計(jì)算；

t0-恒溫帶溫度(℃)，采用年平均氣溫計(jì)，年平均氣溫17.7℃；

△t-區(qū)域地溫梯度，取3.30℃/l00m根據(jù)以上計(jì)算，熱儲(chǔ)深度為3250 m。

5 熱儲(chǔ)類型及概念模型

5.1 熱儲(chǔ)類型

熱儲(chǔ)是指地?zé)崃黧w相對(duì)富集、具有一定深透性并含載熱流體的巖層或巖體破碎帶。層狀熱儲(chǔ)是賦存于盆地沉積地層中呈層狀分布的熱儲(chǔ)；帶狀熱儲(chǔ)主要是指受斷裂控制，沿?cái)嗔褞С蕩罘植嫉臒醿?chǔ)。在盆地邊緣或斷裂發(fā)育的盆地內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)受斷裂控制的小型沉積斷塊，這種斷塊中的熱儲(chǔ)通常被視為層狀熱儲(chǔ)[7]。

5.2 概念模型

大氣降水和會(huì)甲溪上游的地表水沿裂隙發(fā)育的高滲透率巖石滲入地下或孔隙向下滲透，通過風(fēng)化裂隙構(gòu)造、巖體侵入破碎帶和斷裂裂隙等構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)向NE、SW方向運(yùn)移，沿?cái)嗔严蛏钐幯h(huán)，熱能由地下水從熱儲(chǔ)層鉀長(zhǎng)花崗巖中“收集”而來，在承天（F1）大斷裂破碎帶中匯集，水溫隨地下水循環(huán)深度加深而升高，在約3000 m深處達(dá)到120℃+；并在運(yùn)移、深循環(huán)過程中經(jīng)長(zhǎng)時(shí)期的水巖化學(xué)作用，溶濾了巖體及周圍巖石中的鋁硅酸鹽礦物、微量元素及鐳衰變產(chǎn)物氡，形成礦水。在山前較淺處，因有近源低溫水的混合而使水溫有所降低，形成中低溫承壓水層。進(jìn)入大斷裂的地?zé)岬V水以承壓熱水的形式繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，在會(huì)甲溪斷裂與NE向斷裂裂隙交匯地形低洼處，受下游有英安玢巖巖脈阻擋，地?zé)岬V水運(yùn)動(dòng)受阻后形成回流，上涌形成群泉。故承天溫泉屬深循環(huán)對(duì)流型地?zé)豳Y源類型的低溫水熱系統(tǒng)。

綜上所述，泰順承天氡泉熱儲(chǔ)概念模型是：地殼深部供熱（鉀長(zhǎng)花崗巖巖體）→深大斷裂導(dǎo)水、導(dǎo)熱→大氣降水補(bǔ)給→巖脈阻擋回流→低洼破碎帶涌出成泉(圖3)。

6 結(jié)論

(1)研究區(qū)位于華南褶皺系東南沿海華力西褶皺之浙閩隆起區(qū)，區(qū)內(nèi)發(fā)育的NE和NNE向的巨型深大斷裂帶是區(qū)域性的控制構(gòu)造，控制了區(qū)內(nèi)花崗巖類巖石的分布及地溫場(chǎng)；受太平洋菲律賓板塊向NW方向的運(yùn)動(dòng)的影響，發(fā)育的NW向引張或張扭性斷裂使深部的地下熱水沿其上升至地表而形成一系列溫泉出露。

(2)泰順承天氡泉地?zé)岬闹饕刂埔蛩兀?）控水構(gòu)造，NW向、NE和NNE向斷裂及侵入巖形成的巖墻和巖脈；2）鉀長(zhǎng)花崗巖巖體。

(3)泰順承天氡泉熱儲(chǔ)概念模型是：地殼深部供熱（鉀長(zhǎng)花崗巖巖體）→深大斷裂導(dǎo)水、導(dǎo)熱→大氣降水補(bǔ)給→巖脈阻擋回流→低洼破碎帶涌出成泉。

圖3 承天氡泉熱儲(chǔ)概念模型Fig.3 Heat reservoir conceptual model of Chengtian radon spring

[1]王鈞,黃尚瑤,黃歌山,汪 集 旸.中國地溫分布的基本特征[M].北京:地震出版社,1990:1-39.

[2]浙江省區(qū)調(diào)隊(duì).浙江省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1989:499-539.

[3]王成農(nóng),黃愛珍,高建政.浙江省泰順縣雅陽鎮(zhèn)承天地?zé)豳Y源綜合評(píng)價(jià)報(bào)告[R].杭州:浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，1998：22-26.

[4]王鈞.東南沿海地區(qū)地溫場(chǎng)的形成及其分布規(guī)律[J].地震地質(zhì),1985,7(l):49-57.

[5]北京大學(xué)地質(zhì)學(xué)系地?zé)嵫芯渴遥責(zé)嵯到y(tǒng)——原理和典型地?zé)嵯到y(tǒng)分析[M]．北京:地質(zhì)出版社，1986:63-75.

[6]秦海燕,徐良明.泰順縣氡泉自然保護(hù)區(qū)地質(zhì)遺跡調(diào)查與評(píng)價(jià)報(bào)告[R].溫州：浙江省第十一地質(zhì)大隊(duì)，2011:10.

[7]陳墨香，汪集.中國地?zé)豳Y源[M]..北京:科學(xué)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.

浙江省國土廳2009年地質(zhì)環(huán)境項(xiàng)目(編號(hào)：200903).

周洲強(qiáng)（1962—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)礦產(chǎn)與環(huán)境地質(zhì)，E-mail：zhouzhouqiang@163.com.