江苏如东县小洋口地热田成因研究_范迪富

192—197，2012

地质学刊第36卷第2期

doi ：10．3969/j．issn．1674-3636．2012．02．192

江苏如东县小洋口地热田成因研究

范迪富1，徐雪球1，戴康明

2

（1．江苏省地质调查研究院，江苏南京210018；2．江苏省地质勘查技术院，江苏南京211135）

摘要：地热资源按成因可分为对流型地热资源与传导型地热资源两大类。根据地热水的赋存介质差异，传导型地热资源又可分为松散岩类孔隙型、构造裂隙型及古构造面岩溶型3个亚类。小洋口地热田同时存在两种成因地热类型，

深部断裂构造带地热水为对流型地热类型，其上部盐城组松散层中的地热水则是其伴生的传导型地热资源。其成因模式是，冷水沿金坛—如皋断裂在自身重力作用下下渗至4 5km 的深部并增温成为高温热水甚至蒸汽，由于密度的减小，其上浮返回浅部裂隙发育处并与其中温度相对较低的热水混合而降温，正由于温度和密度的变化为水的循环提供了动力。断裂带较高温度的对流型地热水又为上部富含地下水的盐城组增温提供了热源，形成了传导型地热资源。

关键词：成因模式；构造裂隙型；松散岩类孔隙型；小洋口；江苏如东

中图分类号：P314.1；TK521+

.33

文献标识码：A 文章编号：1674－3636（2012）02－0192－06

收稿日期：2011－11－08；编辑：侯鹏飞

作者简介：范迪富（1964—），男，高级工程师，主要从事地质调查与研究工作，

E-mail ：f d d f 916@sohu．com 0引言

小洋口是江苏如东县的天然深水港口，位于长

三角经济区北翼的黄海之滨，现为如东沿海经济开发区，即将建成30万t 级深水港。生态旅游是如东沿海经济开发区的功能之一，开发利用清洁可再生地热资源是该区建设的一项重要内容。该区先后勘查成功了2口地热井，分别为金蛤岛和小洋口，两口井相距不足2km 。其中，小洋口地热井是目前江苏境内温度最高的高产量地热井。笔者对小洋口地热井的地热地质条件进行了综合分析，结合金蛤岛地

热井的勘查成果，

建立了小洋口地区地热成因模式，为该区地热资源勘查提供了理论依据。

1地质构造背景

本区位于丁堰凸起（南通隆起区次一级构造单

元）与海安凹陷（金湖—东台坳陷区）结合部，北东向金坛—如皋断裂（即江南断裂北东延伸部分）是二者的分界（图1）。该断裂以北为中新代的凹陷，

沉积了巨厚的古近系及新近系，自上而下发育的地

层分别为第四系、

新近系、古近系、白垩系。断裂南侧是新生代早期隆起，缺失古近系沉积，第四系及新

近系之下即为白垩纪地层，根据区域地质资料，2000m 之下可能为晚古生代及早中生代地层。金坛—如皋断裂为区域性深大断裂（F 1），其活动时间长、规模大，不同的地史时期表现为不同性质，近期仍在活动（江苏省地质调查研究院，2001）。区内海岸线呈北西向展布，该地貌可能受北西向断裂构造控制。

2

小洋口地热井地质特征

2．1

基本概况

小洋口地热井井深1073m ，钻遇地层分别为第

四系（粉质黏土及砂土，深度0 250m ）、新近系（砂砾层、黏土，深度250 866m ）、古近系（岩性为粉红

色泥岩、

砂岩、细砂岩，局部夹鲕粒状白云岩，发育深度866 1073m ）。降深20m 时出水量为

1725m 3/a ，出水温度76?，出水部位919 1050m （江苏省地质调查研究院，2011）。

第36卷范迪富等：江苏如东县小洋口地热田成因研究193

图1小洋口地区基岩地质图

1-三垛组；2-阜宁组；3-泰州组；4-古近系（未分）；5-浦口组；6-青龙组；7-推测不整合界

线；8-推测地层界线；9-推测断裂；10-海岸线；9-地热井位置

2．2储层、盖层特征

2．2．1盖层该井盖层主要为第四系及新近系盐城组，厚度866m，以砂、砂砾及黏土为主。黏土泥质含量高，砂砾层则富含地下水，二者热导率低，地温梯度高，为理想的地热盖层，有利于隔热增温，形成较高温度的地热水。

2．2．2储层小洋口地热井出水位置919 1050m，其对应的岩性为新近系阜宁组泥岩、砂岩夹鲕粒状白云岩，为以河湖相为主夹海陆过渡相沉积，根据岩屑判断，岩石破碎呈角砾状，可能为构造角砾岩，是断裂构造发育的标志。因此，构造破碎带新近纪阜宁组地层含白云质，经岩溶化作用，成为较好的地热储层。

盐城组上部为土黄、灰黄、浅灰色黏土、砂质黏土与黄灰、灰白色砂层、含砾砂层、砂砾层互层；下部为浅棕、棕红色泥岩、粉砂质泥岩与浅灰、灰白色砂岩、含砾砂岩、砂砾岩互层，夹玄武岩。该组底部为砂层及砂砾层，胶结程度低，富含地下水，且埋藏深度较大，地温也较高，是理想的地热储层。

2．3构造

北东向金坛—如皋断裂带从小洋口地区通过，该断裂是一条规模较大、控制着不同时代特别是新生代地层的深大断裂，在小洋口地区表现为正断裂特征。该断裂带又是两个较大尺度构造单元（苏北盆地与宁通隆起）的分界，北侧为金湖—东台坳陷区之海安凹陷，南侧为南通隆起区之丁堰凸起。丁堰凸起是印支运动期褶皱隆起，白垩纪晚期的断陷盆地。海安凹陷是在白垩纪盆地基础上发展起来的新生代断陷盆地，南北两侧受正断裂控制，为地堑式断陷，小洋口地区的金坛—如皋断裂是该盆地的控制性断裂。新近纪时期，断裂南侧为山区，北侧为山前盆地。小洋口地热井及金蛤岛地热井皆位于该断裂带，受该断裂控制明显。

小洋口地区海岸线呈北西向展布，是现代地貌的分界，可能是新构造活动产物。两口地热井位于海岸线外侧，且处于金坛—如皋断裂带与北西向海岸线交会处。

2．4地温场特征

小洋口地热井钻探深度1073m，井底温度为63.5?，平均地温梯度约5.73?/100m，明显高于南通地区平均地温梯度（2.4?/100m）。100

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1000m地温随着深度的增加而不断升高，1000m 以下地温呈下降趋势（图2）。1000m之下位于断裂下盘，断裂带地热水对断层下盘影响减弱，其地温趋于正常。

图2小洋口地热井不同深度地温分布图

金蛤岛地热井与小洋口地热井相距不足2km，井深为418m，水温约42?，虽然缺乏系统地温测量资料，但仍可判断该处存在明显地温异常。

3地热资源成因类型

地热资源按成因可分为对流型地热资源（汪集旸等，1993）与传导型地热资源两类，这也是目前较为普遍的分类方法。对于对流型地热资源，往往局限出露于地表的温泉或热泉等，一些隐伏于地下一定深度的该类型地热不易为人们所认知。多数人认为传导型地热是发育于沉积盆地范围内的地热，笔者在地热勘查实践中，不仅在沉积盆地中找到了地热资源，在该范围之外同样也打出了地热水，并发现了传统资源分类尚未囊括的新类型。对流型地热与传导型地热根本区别在于地热水的运动状态，前者热传递主要通过水介质的运动而主动汲取热量，水介质是动态的，后者则是静态的，水介质通过地层的热传导被动汲取热量。

3．1对流型地热资源

对流型地热是地表水通过多孔透水通道渗透到地下深处，并在深处与热岩相遇，然后水和（或）蒸汽等地热流体受力驱使上行返回到浅部一定深度或出露地表形成温泉和热泉，由此产生对流循环系统，是否出露地表主要取决于地下水循环的动力条件及断裂带导通状况。

对流型地热存在2个主要特点。一是存在于深大断裂带，最理想的是两条断裂交会处，形成完善的水热循环系统。二是由于没有特殊的附加热源（年青岩浆活动），其增温主要是通过水的深循环。因此，在热水运移路径一定范围内存在地热异常，主要表现在该处地温梯度明显高于背景地热梯度。南京的汤山温泉（栾光忠等，1998）和大吉温泉、东海汤庙温泉是典型的对流型地热，而老子山温泉及宝应1号地热井皆为隐伏于地下浅部的对流型地热资源（徐雪球等，2010），笔者所研究的小洋口地区亦存在隐伏的对流型地热资源。

3．2传导型地热资源

传导型地热水是以热传导方式接收热量，水介质在原地被动接收能量。在没有附加热源的条件下，主要是通过自然增温，背景地温梯度越高，地热水温度也越高，没有地温异常出现。如果存在附加热源，往往伴随地温异常出现，地温梯度明显高于背景值。

根据地热水的赋存介质差异又可分为松散岩类孔隙型、构造裂隙型及古构造面岩溶型3个亚类。3．2．1构造裂隙型大气降水在补给区沿断裂破碎带向下渗透达到一定深度，并驻存于断裂带构造裂隙或岩溶裂隙中，不断吸取围岩热量成为热水，同时汲取围岩中的微量元素。其分布呈带状，热量主要来自于地球深部，通过自然增温形成。与对流型地热不同的是，大气降水主要在重力作用下沿着张性断裂带向下渗透，贮存于构造裂隙带并静态地接受围岩热量，断裂一般为活动性引张断裂，可以是新生断裂，也可以是继承性断裂，处于断裂的开启状态，有利于大气降水的运移与储存。要求储层泥质含量少、性脆，这类地层有利于裂隙的发育与贯通。因此，碳酸盐岩、砂岩及火成岩类皆可以成为地热储层。无锡阳山地热井、苏州通安地热井、尚湖地热井、吴江地热井、泗洪县临淮地热井等代表着不同岩性的构造裂隙水。

3．2．2松散岩类孔隙型富存于新近纪以来松散沉积物砂层及砂砾层中的地下水，埋藏于地下一定

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深度，经增温形成地热水。该类型的地热资源在江苏广泛发育于苏北盆地的盐城组地层中，呈层状产出，该地层主要为由粗碎屑物质组成的高孔隙度和高渗透性的储集层和由细粒物质组成的阻隔层，储集层主要为砂砾层，阻隔层主要为黏土层（并起着隔热保温作用）。苏北盆地属于裂谷型盆地，其形成与板块运动的扩张有关，主要由于地幔上隆、地壳减薄而发生的断陷，随着沉积物负荷的增加和沉降加积而成，虽然没有附加热源，但大地热流及地温梯度相对皆较高，有利于松散层的地热水增温蓄热成为地热资源。局部地区在附加热源的作用下，存在地温异常，该处新近纪地层中富存的地下水，也具有较高温度，且埋藏深度小，属于松散岩类孔隙水，如宝应1号地热井一带及小洋口地区盐城组地层中的地热皆属于这一类。

3．2．3古构造面岩溶型埋藏于地下一定深度之下的古构造面是地热水发育的有利部位，特别是印支面为具有蕴藏地热资源潜力的古构造面。古构造面是曾经的剥蚀夷平面，该面上局部为碳酸盐岩地层，经地史时期长期风化剥蚀形成岩溶，后经构造变动被埋藏，其上覆盖较厚的地层，该岩溶水被埋藏于地下一定深度并被升温成为隐伏地热水。该类型地热水可以不发育在断裂构造带，当然，发育于断裂构造带更有利于岩溶化的进一步加深。北京及天津地区新生代地层之下构造面上分布有古生代及前古生代碳酸盐岩地层，并发育大量岩溶，北京、天津地区大量地热勘查成果证实，该构造面之下蕴藏着丰富的地热资源。

4小洋口地区地热资源成因模式

金蛤岛地热井揭示的是传导型之孔隙型地热，而小洋口地热井侧属于对流型地热。实际上，小洋口地热井上部亦存在传导型地热，上部传导型地热资源可理解为下部对流型地热伴生资源。

4．1小洋口地区对流型地热资源成因

4．1．1水循环动力分析小洋口地热井地热水赋存深度为1000m左右，温度达76?。小洋口地热井钻探结果证实，该区没有现代火山活动等附加热源的影响，新近纪及古近纪地层中广泛发育的玄武岩也未发现，很显然地热水是经深循环后到达该深度，据南通地区平均地温梯度（2.4?/100m）推算，其循环深度至少2500m，也是对流型地热成因的间接依据。地热井位于金坛—如皋断裂带上，该断裂是地热水深循环的通道。

小洋口地区方圆百千米范围内皆为平原地貌，因此，地热水深循环所需的动力是一个令人费解的问题。笔者认为，冷水在自身重力作用下沿金坛—如皋断裂带下渗至深部并增温，水的密度也随之减小，根据液体中密度大的下降、密度小的上升之原理，冷水下渗，热水上升，形成水的对流系统，如果下渗深度足够大，部分地下水被汽化，其循环的动力则更强大（图3）。

4．1．2循环深度估算采用Na/K地热化学温标公式估算温度，估算公式（赫尔盖森，1970）为：

t=

933

lg（Na/k）+0.993

－273.15（1）

式中，Na/K为克原子比，根据该公式估算的温度为102?。如果采用2.4?/100m的区域背景地温梯度（陈沪生等，1999）计算，在没有其他附加热源的情况下，地热水的循环深度大于4km。

大于100?的热水或蒸汽，上升至1000m左右的深度，其经过了降温或与冷水混合的过程，形成了76?的地热水。

4．1．3水热活动迹象小洋口地热井地热水发育于断裂破碎带，破碎带岩石呈角砾状，岩性含白云质，破碎带之下的岩性为鲕粒状白云岩，其填隙物为粒度更小的鲕粒状白云岩，具有强白云石化和重结晶作用现象。虽然鲕粒状白云岩多形成于半封闭浅海相蒸发环境，但其强白云石化和重结晶作用显示其经历了强烈的水热活动改造过程。

白云石成因分原生和次生两种，原生一般有生物参与，普遍认为白云石是由于次生交代作用形成的，也就是所谓的白云石化（赫云兰等，2010）。小洋口地热井破碎带之下的鲕粒状白云岩内核为碳酸盐岩晶粒和石英碎屑集合体，具有次生交代作用特征，其内核可能是白云岩的交代残余。

溶解了一定量白云岩裂隙中的水，不断地进行

深循环到达深部并加热，增温过程中，MgCO

3

将转变

为更难溶的Mg（OH）

2

并沉淀下来，水中微溶的

MgCO

3

平衡被打破，从而使裂隙发育的白云岩不断被溶蚀，促进了裂隙带岩溶水发育，使其成为良好的热储层。

4．2小洋口地区传导型地热资源成因模式

小洋口地区是一个地温异常区，地温梯度大于

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5?/100m ，发育厚度大于800m 的半固结岩层和

松散层，

松散层中夹多层砂及砂砾层，富含丰富的地下水，该地下水温度大于40?，是较好的地热资源。

该地热水静态分布于盐城组地层中，以传导形式增温，属于传导型地热类型，第四系及新近纪盐城组中的黏土及含水层是其盖层。由于该区具有较高的地温异常，很明显存在一个附加热源。小洋口地热井

是一大水量、

高水温地热井，其发育于盐城组之下成岩性较好的古近系阜宁组地层的断裂裂隙带，裂隙带高水温地热水所提供热量足以使上部盐城组增温

形成地温异常。因此，小洋口地区盐城组地温异常与其下发育的对流型地热有关。4．3成因模式

图3为小洋口地区地热资源成因模式图，金

坛—如皋断裂是一条张性深断裂，冷水沿该断裂在

自身重力作用下下渗至4 5km 的深部并增温成为高温热水，同时密度急剧减小，密度减小甚至成为蒸汽的地热水上升到浅部裂隙中富集，并与其中温度相对较低的热水混合而降温，正是由于水的温度和密度变化为水的循环提供了动力，形成了较为完善的自循环系统。横向上，北侧海安凹陷盆地发育热

传导率低，

厚度巨大的盖层，其热流沿基底向小洋口地区断裂带运移，是小洋口地热资源增温的一个重

要因素。

对流型地热资源主要在断裂带1000m 深度的阜宁组裂隙中蓄集，并且温度较高。在其“烘烤”下，使底部以砂及砂砾层为主且富含地下水的盐城组产生地温异常，形成传导型地热资源

。

图3小洋口地区地热资源成因模式

1-第四系；2-新近系；3-三垛组；4-阜宁组；5-泰州组；6-浦口组；7-三叠系及晚古生代地层；8-水循环路径；9-热流；10-构造破碎带；11-岩溶、裂隙带

5结论

小洋口地热井及金蛤岛地热井勘查成果表明，

小洋口地区存在两种成因类型的地热资源。沿金坛—如皋断裂破碎带分布的对流型地热资源，因其严格受断裂构造控制，呈现带状分布，其展布方向与该处发育的金坛—如皋断裂一致，亦呈北西向展布。金坛—如皋断裂向北西陡倾，因此受该断裂破碎带

控制的地热水分布带也是向北西倾斜，并且向北西方向逐渐加深，但是，其在北西方向的分布也不是无限延伸的，如果其埋藏深度大于2500m ，地应力明显加大，破裂带裂隙度变小，使其蓄水性能减弱。因此，小洋口地区对流型地热主要沿金坛—如皋断裂带呈北东向狭长带状分布。

下部对流型地热资源是上部松散层中传导型孔

隙类地热资源的热源，

决定了该区传导型地热分布与对流型地热平面分布具有明显的对应性。不同的

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是对流型地热资源是向北西方向陡倾的板状矿体，而传导型地热资源是水平状的层状矿体。

对流型地热资源自断裂带向北西方向因埋藏深度加大，温度将存在增高趋势，其对应的上部传导型地热则成相反趋势。

地热田或地热区是指现代地壳内占有一定空间位置、产于有利的地质构造、具有一定物理特性（温度、压力、相态）和特殊化学组分的地下热水和蒸汽大量富集的地区，是目前钻探技术可及、深度上可供经济开发利用的地段（黄尚瑶，1986）。小洋口地热井及金蛤岛地热井相距近2km，两口地热井的勘查成果表明，小洋口地区地热资源丰富，开发潜力巨大，随着勘探力度的不断加大，有望发现规模巨大的地热田。

6致谢

杜建国、王素娟、季克其、葛云、刘志平、王彩会、荆慧、王宽彪、左丽琼、储兆君、卢明等参加了该项研究工作。成文中得到了江苏省地质调查研究院张登明总工程师的指教，在此表示感谢。参考文献：

陈沪生，张永鸿．1999．下扬子及邻区岩石圈结构构造特征与油气资源评价［M］．北京：地质出版社．

黄尚瑶．1986．火山温泉地热能［M］．北京：地质出版社．

赫云兰，刘波，秦善．2010．白云石化机理与白云石成因问题研究［J］．北京大学学报：自然科学版，46（6）：1010－1020．

江苏省地质调查研究院．2001．1?25万常州市幅区域地质调查报告［R］．

江苏省地质调查研究院．2011．江苏省如东县小洋口地区地热普查报告［R］．

栾光忠，邱汉．1998．中低温对流型地热系统的典型成因———南京汤山地热系统的分析［J］．青岛海洋大学学报，28（1）：156－160．

徐雪球，刘志平，季克其，等．2010．中国温泉与地热（水）异常的普查标志和方向［J］．地质学刊，34（2）：209－213．汪集旸，熊亮萍，庞忠和．1993．中低温对流型地热系统［M］．北京：科学出版社．

朱炳球，朱立新，史长义，等．1991．地热田地球化学勘查［M］．北京：地质出版社．

Origin study of geothermal field in Xiaoyangkou of Rudong County in Jiangsu

FAN Di-fu1，XU Xue-qiu1，DAI Kang-ming2

（1．Geological Survey of Jiangsu Province，Nanjing210018，China；2．Geological Prospecting Technology Institute of Jiangsu Prov-ince，Nanjing211135，China）

Abstract：Geoheat resource falls into two types of convection type and conduction type based on origin．Three sub-types of for conduc-tion type of geoheat resource based on varied storage medium，they were loose rocks type pore type，tectonic fissure type，and ancient structural surface karst．Xiaoyangkou Geoheat Field had two geothermal types，its deep fracture belt water was convection type，and the water in the upper loose sediments of Yancheng Formation was associated conduction type．The origin model was as follows：under the effect of self gravity，the cold water infiltrated into4m to5m deep well along Jintan to Rugao Fracture，and increased to high tempera-ture hot water or steam．Owing to the decrease of density，its floating returned to the shallow fissures and melted with low temperature warm water within the fissures，the variation of temperature and density provided power for the circulation of water．

Keywords：Genetic model；Tectonic fissure type；Loose rocks pore type；Xiaoyangkou；Rudong，Jiangsu