安徽省亳州市地热田成因分析

摘要：勘查表明，亳州市地热田地热地质条件良好，其热储、盖层、热源及地热运移介质共同组成较完整的地热地质系统。亳州市地热属低温地热资源，主要为温热水，单井开采量一般500-2000m3/d，资源丰富。可广泛应用于人体洗浴、理疗，休闲、旅游、种植、养殖、供热取暖等方面。

关键词：亳州市，地热田，热储层，地热流体，成因分析

中图分类号：P314 文献标识码：A

地热田成因分析是地热勘查的重要内容之一。本次主要通过对水化学同位素、地层岩性、地层结构、地质构造等条件进行综合分析，以判断地热田成因。

一、地热田地质条件

（一）地层结构特征

亳州市主要发育有太古界五河群、新生界古近系、新近系和第四系地层。太古界五河群岩性为二长片麻岩夹斜长角闪片麻岩、闪长玢岩等，顶部为强风化砂砾石层和构造破碎带。古近系古新统双浮组（E1sh）岩性主要为褐色、棕灰色泥岩、砂质泥岩与中砂岩、细砂岩、粉砂岩互层，始新统界首组（E2j）岩性为泥岩与细砂岩、粉砂岩互层，泥岩夹细砂岩、粉砂岩，古近系总厚度大于900m。

新近系中新统馆陶组（N1g）岩性为中细砂，局部夹粘土、亚粘土；粘土与中砂、细砂、粉砂互层。上新统明化镇组（N2m）岩性为粉砂、细砂、中砂与粘土、亚粘土互层，新近系总厚约573.05～711.39m。

亳州市第四系厚约166.25-181.78m，岩性以棕红、棕黄及灰绿色粘土、粉质粘土为主。

（二）地质构造特征

1．断裂构造

亳州市内主要断裂构造均为区域性断裂的次生断裂，主要有NNE向张完集断裂（F1）、亳州断裂（F2）和EW向的涡河断裂（F推1）。

2．基底构造

亳州市基底可分两部分，分别为亳州隆起和阜阳坳陷的一部分。亳州隆起主要分布亳州市西北部的亳州断裂以西、涡河断裂以南地区，基底埋深768m左右。坳陷分布于亳州市东、东南大部和涡河以北地区；坳陷地区除沉积有亳州隆起的新近系、第四系沉积物外，还沉积有巨厚的古近系沉积物，基底埋深大于2000m。

（三）地热田水文地质条件

1、热储层岩组特征及富水性

（1）深三含松散岩类含水岩组（新近系中新统）

大致埋深于500～800m之间，为承压水。新近系热储上覆有分布稳定的粘性土盖层。热储层多由粉砂、细砂、中砂组成，局部半固结状，厚度62.9～161.8m，单井涌水量可大于1000m3/d。水位埋深2m左右。水温40℃左右。水化学类型为HCO3・SO4―Na型。溶解性总固体1.46g/L，总硬度22mg/L左右。

（2）碎屑岩类含水岩组（古近系界首组双浮组）

分布于亳州隆起两侧的下降区内，顶板埋深一般760～800m，古近系热储上覆分布有稳定的巨厚层粘性土作为盖层。热储层岩性为半固结的细粉砂岩，局部底部为含细砾中粗砂岩，厚度大于400m。水温40～60℃左右，单井涌水量1000m3/d左右。水化学类型为Cl―Na型。溶解性总固体大于10g/L，总硬度70-400 mg/L。

（3）变质岩类裂隙含水岩组

变质岩类裂隙含水岩组埋藏于新近系之下，沿亳州市西部的亳州隆起分布，为太古界五河群（Ar2wh）二长片麻岩，岩石完整，富水性弱。顶部风化带及其断裂带可作为带状热储，单井涌水量约500 m3/d，水温约40℃。

2、地热流体补给、径流、排泄条件

自然状态下，地热流体的补给来源主要是获取上游的侧向迳流补给，补给源较弱。地下水迳流方向为从西北流向东南。其排泄方式以人工开采及侧向迳流为主。

3、地热田边界条件

亳州市地热田热水温度为40～60℃，属低温地热资源温热水。主要为新近系热储和古近系热储。地热田两热储边界条件受断裂、基底地质构造以及地层结构控制和影响。

新近系热储在亳州地区广泛分布，该热储层周边为敞开的无限边界，均能接受侧向补给。

古近系热储西侧为亳州隆起，为阻（隔）水边界；南、东侧为无阻（隔）水边界；另一区块位于涡河以北郑店子附近，该热储南侧为阻（隔）水边界，西侧为半阻水边界，东北为无阻（隔）水边界。

（四）地热流体流场特征

亳州市地热田地热流体流场是指赋存于岩层空隙中的地热流体及其围岩共同组成地质空间，地热流体即地热流体，其形成与盖层、热储、热源及热水补给等因素有关，区内地热总体属于以大地热流作用下热传导为主形成的低温热水。地热流体经深部运移及循环，地热流体与围岩发生热交换及其水盐综合作用，吸收溶解矿物质及微量元素，最终形成富含一定矿物质及热能的地热流体。

本区新近系热储层埋藏于690m以深地层中，其下伏基岩热传导能力较强，基岩隆起地带热储层中的地热流体比同深度松散岩热储层地热流体温度明显较高。热储层富水性较强，其水温40℃左右。古近系热储层分布于亳州隆起以外的大部地区，总体埋藏于800m以深，赋存有较丰富的低温地热资源，水温50℃左右。

二、同位素分析

同位素是地球化学综合反映的重要指标，是本次地热成因分析的重要依据之一，本次对地热流体、地表水和雨水分别采取了32个氢氧稳定同位素和10个14C放射性同位素样品的进行了检测分析。

（一）氢氧同位素分析

本次氢氧稳定同位素包括δD(‰) 、δ18O(‰) 、 3H，对比分析如下：

1． δD、δ18O同位素分析

对地热流体、地表水和雨水分别采取样品测定氢氧稳定同位素氘(δD)和δ18O，氘(δD)和δ18O分别是氢和氧稳定形态的同位素，在自然界中含量分别各占氢和氧所有稳定同位素总量的0.14‰和2.05‰ (相对丰度)。本次测试结果表明，各井地热流体、地表水和当地大气降水的δD、δ18O实测值均在大气降水δD:-400.0～+10（VSMOW‰）、δ18O:-60～0（VSMOW‰）之列(VSMOW为维也纳标准平均海水)。由图1可见，地热流体δD和δ18O的值稍偏离全球大气降水线(解析表达式为6y-41x=60)，多在全球大气降水线下方，说明地下热水主要来源于大气降水。

地热流体中δD 和δ18O均低于现代大气降水和地表水，表明地热流体曾是地质历史时期的大气降水入渗补给的产物。而本区700m或1000m以浅上覆巨厚粘性土、泥岩及砂岩等隔水盖层，难以直接接受大气降水补给；地热流体主要为侧向迳流补给水和古沉积水，其古沉积水是指与沉积物一起沉积并保存在地质空间的水，属地质时期的大气降水。除了沉积水，地热流体还来自亳州市外远处的大气降水入渗径流补给。对于低于60℃的地热流体，水和岩土体同位素物质交换反应速度缓慢，即岩土氢氧同位素对地下水氢氧同位素成分组成影响小。在同一地热区，δ18O有一定的变化范围，而理论上δD几乎不变或变化幅度较小。因此δD-δ18O图解中大致分布在一条水平线附近，此水平线与全球大气降水线的交点接近于地热流体补给源现代大气降水的氢氧同位素组成，这与当地大气降水的氢氧同位素实测值差距较大(在不同地区的大气降水δD、δ18O值变化较大)，说明地热流体补给源距离本区较为遥远(为西北部地区)。本次通过对地热流体氢氧同位素分析，求证地下热水的主要来源及其成因是符合地质理论的，推测结果是有资料依据的。

图1地热流体δD和δ18O偏差值与全球大气降水线的关系

（二）放射性同位素14C

14C半衰期5760年，14C法能测定的最大年龄约4.0～5.0万年。地下水在流动过程中，水与围岩之间发生置换、吸收、沉淀等水岩化学反应。鉴于本区新近系及古近系地热流体是在深部较封闭的地质环境中形成的，根据14C浓度测定的地热流体年龄可以作为地热形成历史的基本依据。本次地热流体14C通过权威测试单位多次测试，其新近系地热流体年龄约3.3～4.5万年，古近系地热流体年龄约1.35～2.8万年。新近系地热流体年龄系馆陶组及下伏的五河群变质岩风化壳热储层中古老岩石对14C浓度的影响，即该测试年龄是新近系及五河群热储的综合反映，而并非仅新近系地热流体年龄。

三、地热成因综合分析

天然状态下，地热流体补给和迳流都是缓慢的，地下热水中绝大部分是古老的沉积水。区内地热流体补给区和迳流区源远流长，年代久远，补给迳流路途、地质构造、地层岩性及结构复杂多变。新近系地热流体含有下伏风化层及基岩裂隙承压水，比古近系地热流体的补给迳流途径要漫长。同位素14C检测结果证实，新近系及五河群热储地热流体年龄约为3.3～4.5万年，古近系地热流体年龄约为1.35～2.8万年。

综上，本次通过对亳州市地质构造、地层岩性、地质结构、抽水试验、地球物理及地球化学等资料，以及在不同时间、不同地点获取的同位素定量测试结果，综合分析研究认为：亳州市新近系、古近系地热流体来自于万年前的大气降水，这与地质条件及其它佐证相符，与其它地热地质条件类似地区进行类比也是相似的。