宁波九龙湖火山岩非地热异常区地热资源勘查

石晓今 秦莉红 邱京卫

摘要：宁波地区属浙东南陆相火山岩区，地层在数千米深度内以侏罗系和白垩系的火山碎屑岩（凝灰质粉砂岩为主）及少量熔岩为主。这一套地层总体上孔隙不发育，渗透性极弱，岩石热导率低，属于非地热异常区。地质构造发展的长期地质历史造就了断裂和裂隙系统，该地区地热类型属隆起区断裂深循环型。九龙湖地区采用可控源音频大地电磁测深、氡气和热释汞综合测量及高精度重力等综合物探手段，以寻找孔隙度较高的地层或断裂构造带，对于寻找地热资源起到了很好的效果。分析研究区地表水和地热水的水文地球特征，运用地球化学温标预测地热水温度，表明地层深部可能还赋存有更高温度的热水。

关键词：火山岩非地热异常区;物探;水文地球化学

中图分类号：P314 文献标识码：A 文章编号：1007-1903（2019）01-0034-06

0前言

宁波九龙湖地区于2012年成功钻探出1眼2000m地热井，井底温度63.5°C，出水量810m3/d，填补了该区地热资源的空白。研究区覆盖厚层侏罗系火山岩，地温梯度较低，要寻找层状热储比较困难，关键是找到能导水导热的断裂构造。

在火山岩非地热异常区开发地热本身就是一个挑战，多种物探方法探测深部热储构造可提高准确性，且每种物探方法都有不同的适应条件及作用，低电阻率异常推测断裂热储构造的深度、位置比较准确，重力判断基底隆起、凹陷及断裂带的走向较为清晰，氡汞探测断裂带位置较为方便，采用综合物探手段圈定地热异常范围，为相似地质环境开发地热资源提供参考。综合水文地球化学分析，发现宁波火山岩地区地热开发有一定潜力。

1地热地质条件

研究区地处四级构造单元新昌一定海断隆内。地热类型属隆起区断裂深循环型。研究区的地层在数千米深度内以侏罗系和白垩系的火山碎屑岩（凝灰质粉砂岩为主）及少量熔岩为主。这一套地层总体上孔隙不发育，渗透性极弱，岩石热导率低，保温性能优越，可以构成良好的盖层条件。本区地质构造发展的长期地质历史造就了断裂和裂隙系统。斷裂切穿不同地层，在不透水地层中形成透水缝隙，只要断裂带的裂隙系统达到一定规模，就能形成地下热水循环补给的通道，一方面接受地下水量的补给，一方面经过地下深循环获得热量补给，从而形成地下热水（中国地质环境监测院，2010）。研究区地质构造复杂（图1），北北东方向的镇海-深甽断裂是本区的主干压扭性断裂，沿断裂查明有温泉存在，说明该断裂是一条沟通深部热源的地热通道。北北西方向的裂隙具张性兼扭性性质，它在本区曾有过大距离的错动，在现今地应力场中仍是张扭性控制，具有透水性和连通性，具备构成裂隙热储的条件。地热热源主要来自地壳中长寿命放射性元素蜕变产热。

2综合地球物理勘探

由于研究区地层岩性处于陆相火山岩非地热异常区，只有在地层孔隙度大或脆性地层的破碎带中富含地下热水，才能确定找到有开发意义的地热田。因此需要使用地球物理勘探方法来确定热储构造，寻找孔隙度较高的地层或断裂构造带。九龙湖地区采用了可控源音频大地电磁测深、氡气和热释汞综合测量（本属于地球化学勘探方法，通常与地球物理勘查联合）及高精度重力测量方法，并进行综合分析，对地热资源寻找起到了很好的效果。

将重力解译结果与氡汞测量结果进行了叠加（图2）。重力1号布格异常曲线对应的水平梯度曲线最小值在距西端350m处，该点对应的氡、汞14号点都有高场出现。在1800m附近布格异常曲线上升最快处对应的氡、汞76号点也都有高场出现。重力2号剖面西段做的相对较短，水平梯度最大点（错断点）在1350m附近，氡在此有高场值出现，汞仅有偏高。重力3号剖面，水平梯度曲线最小值点（错断点）在300m附近，水平梯度曲线最大值点（错断点）在1750m附近，4号氡、汞剖面由于有水做不成，故位置向后移。重力4号剖面布格异常曲线下降最快处，水平导数曲线得到极小值在距西端500m处;而布格异常曲线上升最快处正是水平导数曲线极大值处，即距西端2000m附近，此处正是氡、汞的10号点，氡在此由于积水反映不高，而汞有偏高场存在。将异常点连接一起，推测为Fg1、Fg2两条断裂。Fg1、Fg2断裂均为正断层，倾向相对，中间地层相对下降，两侧地层相对上升，测区为一小型断陷地堑。

综合3种物探方法，复合成一张图，可以看出三者的对应效果（图3）。重力、氡汞及可控源在异常展布具有一定的一致性，重力的水平一阶导数曲线350m、1800m出现极值，其附近对应着氡汞高场值，可控源6线的等值线也在300-600m、1350-1600m区段出现低值电阻率不连续。说明这两个地方为断裂异常分布处，验证了3种物探方法综合寻找断裂构造的可靠性，可据此圈定九龙湖水平向的地热异常范围（图4）。

3水文地球化学分析

本次取样充分收集了前人的水化学资料及近年实测水化学资料，包括宁波东钱湖地区、九龙湖地区及深町Il地区的地热井、深甽温泉及地表水（图5，表1）。这些资料多为一般化学组分分析，缺少同位素的化验资料，客观上为分析本区的热水化学特征带来了困难，但仍不失为反映区域热水化学特征变化规律的可信资料。

3.1水化学特征

用派珀（Piper）三线图法来简单直观的展现8大离子的关系，是水文地球化学中常用的一种方法（图6）。地表水点落在菱形左上侧，其中3个水点的阳离子以Ca2+、Na+为主，阴离子以HCO-3、Cr-为主，水化学类型为HC03·C1-Ca-Na型，一个地表水点可能由于长期蒸发严重，阳离子以Na+、Mg2+为主，阴离子以

3.2地球化学温标

地球化学温标是对地热水恢复其在地下深层温度“记忆”，估算热储温度的一种方法。通常适宜于低温地下热水应用的两种地球化学温标是钾镁温标和二氧化硅温标（表2）。

利用水中钾和镁含量的比率关系，可以求出钾镁温度，它也被称为“钻探可及温度”，代表相对地下不太深处热储的温度。其计算公式为：实际钻井表明，地热温标计算温度比实际测温要高一些，一方面由于地热温标代表地热水循环曾经达到过的最高温度，另一方面由于研究区水样较少，未考虑水岩作用下的离子平衡关系，造成地热温标计算结果有误差。但可以推测地热水在运移至地表过程中接受了大气降水混合，同时地层深部可能还赋存有更高温度的热水，本区还具有一定的开发地热资源前景。

3.3热水水质评价及定名

本区地下热水在成井抽水和开采过程中，取样进行水质分析。对照《地热资源地质勘查规范》（GB，T11615-2010）规定的命名标准，九龙湖1号井地下热水水化学型型属HC03-Na型，pH值8.3，其中H2SiO-3（27.8mg/L）和F-（1.18 mg/L）的含量达到了医疗矿水标准，未达到理疗热矿水的命名标准。属低温地热资源，作为温乐的利用价值在人体感受上温度偏低，需要加热利用才宜。

根据《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）的要求，热水矿化度≤1000mg/L，符合生活饮用水标准，但F的含量≥1.0mg/L，未经除氟处理不能直接饮用。

4结论

宁波九龙湖火山岩非地热异常区地热勘查相对薄弱，基本上属于地热资源勘查的空白区。九龙湖地区采用了可控源音频大地电磁测深、氡气和热释汞综合测量及高精度重力测量方法，并进行综合分析，对地热资源寻找起到了很好的效果。重力、氡汞及可控源在异常展布具有一定的一致性，重力的水平一阶导数曲线350m、1800m出现极值，其附近对应着氡汞高场值，可控源6线的等值线也在300～600m、1350～1600m区段出现低值电阻率不连续。说明这两个地方为断裂异常分布处，验证了3种物探方法综合寻找断裂构造的可靠性，可据此圈定九龙湖水平向的地热异常范围。九龙湖地区通过几种物探手段探测隐伏断层、寻找深层地热储水构造，并成功打出地热水。这些经济可行的办法，为在火山岩地区寻找新构造断裂，进而发现地下热水将大有裨益，应在研究区大力推广这种经济有效的判别方法。

本次取样充分收集了前人的水化学资料及近年实测水化学资料，认为九龙湖地区地热流体起源于大气降水，其形成与岩浆和火山源无直接关系。实际钻井表明，地热温标计算温度比实际测温要高一些，一方面由于地热温标代表地热水循环曾经达到过的最高温度，另一方面由于水样较少，未考虑水岩作用下的离子平衡关系，造成地热温标计算结果有误差。但可以推测地热水在运移至地表过程中接受了大气降水混合，同时地层深部可能还赋存有更高温度的热水，故本区具有一定的开发地热资源前景。