地熱異常

地熱異常是一種地下溫度和地熱梯度比周圍地區顯著增高的現象。表現為地面溫度高，潛水溫度高，有特殊的地植物和小氣候的標誌，有特殊的地下水化學成分，不同地區地熱增溫率有差異，接近平均增溫率的稱正常溫區，高於平均增溫率的地區稱為地熱異常區。

基本介紹

• 中文名：地熱異常
• 外文名：geothermal anomaly
• 特點：地面溫度高，潛水溫度高
• 學科：地質科學

釋義

地下溫度和地熱梯度比周圍地區顯著增高的現象。表現為地面溫度高，潛水溫度高，有特殊的地植物和小氣候的標誌，有特殊的地下水化學成分，有溫泉或間歇泉等。地熱平均增溫率約為3°C/100米。不同地區地熱增溫率有差異，接近平均增溫率的稱正常溫區，高於平均增溫率的地區稱地熱異常區。地熱異常區是研究、開發地熱資源的主要對象。地殼板塊邊沿，深大斷裂及火山分布帶等，是明顯的地熱異常區。近代火山活動地區常有地熱異常。

阿爾山地熱異常區

阿爾山地熱異常區分布於阿爾山市東南阿爾山河東岸，河谷窪地與中低山接觸地帶，南北長約150m，東西寬約50m，分布面積約0.0075km²。

阿爾山地熱異常區地質特徵

阿爾山地熱異常區位於阿爾山地塹東側斷裂帶。地塹100m以下隱伏有大面積燕山期狹長花崗岩侵入體。上覆侏羅系流紋岩和凝灰岩。含水層岩性為侏羅系凝灰岩。岩層表面及層間節理裂隙發育，為良好的儲水空間。

阿爾山地塹東側破火山口附近由於火山口塌陷形成一系列環狀裂隙帶及放射狀斷裂構造，為區內地下水的賦存和運移提供了良好通道。阿爾山地塹斷裂傾角大，近似直立，使得這一運移過程更為有利。

阿爾山地熱異常區屬良好的開啟型構造儲水系統。大氣降水或地表水沿破火山口外圍環狀裂隙、放射狀構造裂隙及侏羅系地層間裂隙向下運移，匯集於地下深部的構造裂隙或岩體周圍侵入成岩時所形成的節理裂隙中，並在其間循環運移。循環運移過程中，上述流體逐漸被深部構造熱和火山通道中的餘熱所加溫，同時受與花崗岩圍岩進行組分交換時形成的熱介質的影響而形成熱流體。熱流體在壓力差的作用下沿北西向張性斷裂向上運移，並在有利條件下出露地表，形成地熱異常區或匯入潛水層排泄於河流。但由於斷裂破碎帶中裂隙發育的各向差異性和不均一性，使得地熱流體的上升通道和路徑各不相同，所造成的熱量損失亦不相同，從而導致阿爾山地熱異常區溫度各不相同，地熱異常區水溫在15℃～42℃之間（原水溫48℃）。

依據阿爾山地熱異常區29眼地熱井水溫資料，通過繪製地熱異常區水溫等值線圖，可以看出沿北北西向斷裂分布以34號泉為中心的水溫高值區。該區平面上呈耳狀型，其展布方向同斷裂展布方向一致。水溫異常區呈輻射狀向外圍低溫區擴展，擴展趨勢與地溫基本一致。其輻射擴展範圍明顯受地熱異常區斷裂構造控制，而且局限於構造控制區域內。歷年觀測氣溫和泉溫數據表明阿爾山地熱異常區水溫受氣溫影響較明顯。地熱異常區為斷層脈狀或點狀承壓水，而且水源來自深部的基岩裂隙中。

阿爾山地熱異常區溫度場特徵

依據有關資料，阿爾山地下熱水地溫場垂向上0～45m範圍地溫隨深度增加呈緩慢增加，增至48.9℃。45m以下地溫隨深度增加而緩慢減小，減至47.15℃，至85～265m地溫急劇下降到33℃。

以上特徵可以看出，本區熱儲（即斷裂儲水段）為30～45m。由於人工開鑿緣故，使得通道暢通，熱損失很小。45～85m段仍屬斷裂破碎帶，但裂隙發育程度顯然低於45m以上破碎程度，而且在低溫圍岩的作用下，熱量向外擴散速度大於前者。85m以下斷裂裂隙不發育，地溫表現出明顯的負梯度變化。265m以下地溫又略有增加，進入正常地溫增溫地段。地溫異常深度控制在85m之上。

阿爾山地熱資源僅局限於阿爾山地熱異常區四周長約150m，寬約50m範圍內。其他地段測溫曲線均反映地溫正常增溫，無異常地熱增溫特徵。

阿爾山地熱異常區熱儲特徵

阿爾山地熱異常區熱儲特徵主要表現在蓋層、熱儲、通道、熱源幾方面。

（1）第四系鬆散層與基岩破碎帶無統一的隔水界面。大部分地區第四系鬆散層直接覆蓋於基岩風化殼上，僅局部地區第四系鬆散層與基岩破碎帶接觸部位分布有不連續的砂粘土層，且其厚度不大，隔水隔熱性能較差。因此，地溫熱量向外擴散損失較大，造成地熱異常區水溫的差異性。阿爾山地熱異常區水溫在15℃～42℃之間。

（2）阿爾山地塹100m以下，隱伏有大面積侏羅系熔岩、凝灰岩和燕山期鉀長花崗岩侵入體。上覆侏羅系流紋岩和凝灰岩。含水層岩性為侏羅系凝灰岩。岩層表面及層間節理裂隙發育，為區內地熱水提供了良好的儲水空間。

（3）阿爾山地塹東側破火山口附近由於火山口塌陷形成一系列環狀裂隙帶及放射狀斷裂構造，屬張性，為本區地下水的賦存和運移提供了良好通道。局部斷裂構造為壓扭性構造，在區內起阻水阻熱作用。地下熱水在徑流過程中，遇到阻水阻熱斷裂後，在有利地段通過張性斷裂通道向上涌，形成泉。阿爾山地塹斷裂傾角大，近似直立，使得這一運移過程更為有利。

（4）本區熱源主要為深部構造熱和火山通道中的火山餘熱，其次為花崗岩體中放射性元素在分裂作用下產生的熱能。另外，地層深部構造活動也產生熱能。地下水在此間循環運移並加溫後，在有利地段沿著斷裂通道向上涌，最終形成熱泉。

以上特徵造成了該地區地熱呈帶狀或點狀分布。本區地熱異常區屬山區開放型熱儲，地熱資源屬點狀或脈狀構造型—淺埋火山型地熱水，依據《地熱資源勘查規範（GB11615－89）》中對地熱資源溫度分級標準，該處地熱水屬低溫地熱資源類的溫水，溫度在25℃～40℃之間。

湯東斷裂地熱異常特徵及成因

區域地質特徵

預查區位於華北陸塊南緣，分屬華北坳陷之內黃隆起及周邊找煤區的成礦帶上。找煤區位於華北板塊內，地層分區屬華北區華北平原分區豫北小區，具有隆、坳相間之特徵，隆起主要有太行和內黃隆起，坳陷主要有湯陰、東明和開封坳陷。內黃隆起區經歷了長期、多次的構造運動，使得不同構造體系在該區相互交錯、疊加、繼承與複合，構成以北北東、北東、北西西、近東西走向複雜多樣的斷裂構造格局。這些構造體系的生成和發展對有關礦產的生成、富集、儲存起著一定的控制作用。隆、坳分布格局決定了找煤區石炭—二疊系含煤岩系南北成帶的總體面貌。區內主要含煤地層為石炭—二疊系，含9個煤段（組），煤系地層厚126～400m，二疊系下統山西組二₁煤層為主要可採煤層，煤層厚度一般為1.81～8.19m。在預查區東南部，即新鄉衛輝一帶發現地熱異常帶，為尋找地熱資源提供靶區。

地熱異常成因

1、 地質構造

通過某預查區地震地質成果及高解析度地震剖面，對比區域構造分布圖和地溫梯度深度曲線圖可看出，高地溫分布區恰好位於基底構造較發育的湯東斷層附近（圖3、圖4），低地溫分布區正是基底構造不發育的地區。預查區受多種構造體系的影響，覆蓋層以下地層內斷裂縱橫交錯，裂隙發育、岩層破碎，深部地熱水沿斷裂和灰岩的裂隙、洞縫向上運移，受上部透水性差的泥岩頂板的阻礙而集中於奧陶系和石炭系灰岩頂部。熱水一方面通過蓋層的孔隙和細小裂隙極其緩慢地向上滲透，另一方面其熱量也在不斷向周圍岩層傳導，於是在湯東斷裂附近形成了地溫偏高的異常區。預查區大部分區域基底斷裂不太發育，受深部地熱水的影響不大，正常情況下地溫偏低。

圖3

2、岩層性質

岩性結構及蓋層厚度、完整性是影響地溫及地溫梯度在縱向上變化的重要因素之一。湯東斷裂錯斷了新生界新近系地層，進一步驗證了其活動性。從地溫梯度可以看出，在孔底附近地溫梯度值偏大，結合地質及鑽孔資料分析，該地層岩性為灰岩，局部較破碎，裂隙較發育。

圖4

3、地熱系統的成因機制

預查區地熱系統的成因模式是傳導和對流雙重影響的結果。熱對流起主導作用的是地球內部的熱經傳導至太古界下部;太古界至新近系經歷了多次構造運動，其間斷裂、裂隙、空隙發育，來自東部、北部和西南部山區並賦存於石炭系、奧陶系及寒武系灰岩中的地下水經加熱增溫，沿著斷裂和裂隙上升至灰岩頂部。灰岩頂部的熱水受頂板泥岩弱透水層的阻擋，以傳導的形式對其斷裂周圍以上地層施加影響，但是通過預查區其他鑽孔資料顯示，大多數孔底溫度在43～46℃（包括鄰近的鑽孔），遠達不到上述3個鑽孔的孔底溫度（63℃左右），因此熱傳導形式在該預查區影響較小。在預查區地熱系統的成因機制中對流起主要作用，對流對預查區地溫分布的不均一性有重要影響。