廈門鳳南地熱異常區地質特征及成因分析

裘中良

（福建省廈門地質工程勘察院，廈門，361008）

在當今社會，地熱資源的社會、經濟和環境效益越發顯著，中國也越來越重視地熱資源的勘探和開發使用，并通過各級政府部門積極推動東南沿海等地熱資源豐富地區的開發利用[1-5]。前人通過對廈門地區地熱資源的調查評價與勘查工作，認為廈門市杏林灣、東孚鎮湯院等地熱井（溫泉）的地熱類型均屬Ⅱ- 2 型，為中低溫熱水小型地熱田，以斷裂構造控制的中、低溫水熱對流系統為特征，主要表現為北東向構造儲熱導熱、北西向構造儲水導水。其形成過程是一個近地表地下水沿地層的孔隙和巖石的節理、構造裂隙吸收熱量下滲，形成壓力差，推動地熱水沿張性裂隙上升，導致地熱水源源不斷上涌的熱對流循環系統[6-10]。

1 研究區地質背景

研究區位于廈門同安區鳳南農場東南側，開展地熱調查的工作面積為10.5 km2。研究區屬南亞熱帶海洋季風氣候，溫暖濕潤、雨量充沛，年平均氣溫20.0 ℃，年平均降雨量1 350 mm，無霜期364 d，年平均日照長達2 233 h。

研究區屬于丘陵臺地與河流階地地貌，地勢為西北高東南低，最高點位于西北側山體，標高為290 m，最低點位于東南側河溝，標高為10 m。區內溪溝谷較為發育，地面水系由官潯溪及附近匯入官潯溪的小溝構成，官潯溪深度約為3 m，河溝斷面呈“U”型，順官潯溪水流方向，整體的地形坡度約為5°。

地熱區微地貌由沖洪積階地、坡殘積臺地和侵蝕丘陵3 個單元組成，區內溪溝呈西北-東南向展布，發育一、二級階地。地熱異常區主要分布于沖洪積的二級階地上，高程為18 ～45 m。研究區西側為坡殘積臺地和侵蝕丘陵，坡度為10°～25°。

2 區域地質概況

2.1 地層與侵入巖

區內地層主要由第四系殘積層、上更新統沖洪積層、全新統沖洪積層及人工填土等組成。

殘積層主要出露于臺地和山坡一帶，為花崗巖風化而成的殘積砂質黏土，呈褐黃色、灰白色。上更新統沖洪積層主要分布于二級階地上，分布較廣；具二元結構，由褐灰色、灰黃色的黏土，褐黃色、淺黃色的中粗礦層組成。全新統沖洪積層主要分布于一級階地上，沿現代河谷分布；具二元結構，由褐灰色、灰黃色的黏土，褐黃色、淺黃色的粗砂層組成，局部見深灰色厚度小于1 m 的湖沼相沉積的淤泥質土。人工填土分布在區內部分地區（包括耕植土），由黏性土組成，局部夾有少量碎石。

地熱異常區內的侵入巖以燕山早期第三次侵入似斑狀黑云母花崗巖為主，小范圍分布燕山晚期第三次侵入細?；◢弾r，零星見有閃長玢巖脈和花崗斑巖脈侵入。

2.2 地質構造

廈門地區位于活動大陸（環太平洋帶）的邊緣，地處閩東燕山斷坳帶的東部，構造主要表現為斷裂。受區域構造影響，區內北東向、北西向斷裂奠定了該區的基本構造格局[11]。

區內北東向斷裂極為發育，主要發育有大嶝－龍海港尾斷裂、筼筜港斷裂、新圩—西港斷裂、造水—東孚斷裂等較大型的斷裂，并伴有小型的次一級斷裂和羽狀斷裂，如碗窯斷裂等。北西向斷裂主要形成于燕山期和喜馬拉雅期，由一系列接近平行的斷層組成，具多期活動的特征，主要有田頭—塔頭、石兜—黃厝、后浦—東山和西源—大嶝等較大型的斷裂帶，并伴有次一級的小型斷裂和羽狀斷裂，如祥溪林場—黃厝斷裂等。

地熱異常區地表未見較大的斷裂破碎帶出露。從區內地形（地貌）特征、地表調查及物探成果資料等綜合分析，區內存在北東向斷裂F15和北西向斷裂F7，其中F15為控熱構造，F7為導水斷層。地熱異常區位于北東向與北西向斷裂帶的復合部位附近（圖1）。其中，北東向斷裂F15屬碗窯斷裂帶的一部分，斷裂總體走向北東40°～45°，傾向南東或北西，傾角60°～85°；碗窯等地可見破碎帶寬大于3 m，由一系列壓剪性裂面把巖石切割成扁豆狀，局部見糜棱巖化，斷面上未見任何膠結物。北西向斷裂F7屬祥溪林場—黃厝斷裂帶的一部分，總體走向北西320°～325°，傾向北東，傾角60°。該斷裂帶由形成于燕山晚期壓剪性斷裂組成，破碎帶寬為2 ～20 m，巖石破碎，多發育密集的剪節理，巖石被剪切成薄板狀、頁片狀，斷面上發育近水平擦痕。該斷裂應表現為張性。

3 地熱地質條件

3.1 地溫場特征

鳳南地熱異常區已施工85 個淺層測溫孔及4個勘探孔（ZK1、ZK2、GK1、GK2），孔深為25 ～204 m。

3.1.1 平面地溫變化特征

根據淺部測溫鉆探成果，圈定孔深25 m 地溫等值線圖呈似圓狀分布（圖2），溫度由中心向兩側遞減，超過30 ℃異常范圍面積約0.3 km2，屬于中低地熱田Ⅱ-2 型類型，即帶狀熱儲。異常帶內存在2 個明顯的、呈北東向展布的相對地溫高值區，相距約200 m，溫度分別為48.8 ℃和46.0 ℃，分布于碗窯斷裂帶F15與祥溪林場—黃厝F7的復合部位。

圖2 鳳南地熱異常區25 m 深度溫度等值線圖Fig.2 Temperature contour map at a depth of 25 m in Fengnan geothermal anomaly area

3.1.2 垂向地溫變化特征

根據淺部鉆探測溫，區內地溫從上往下隨著孔深逐漸地增加。非異常區鉆孔孔深5 ～25 m 綜合地溫梯度為1.5 ～3 ℃/100 m，平均增加溫率為2.6 ℃/100 m；而在異常區孔深5 ～25 m 處綜合地溫梯度為20 ～40 ℃/100 m，平均增加溫率為28 ℃/100 m，二者相差約10 倍。據實測，出熱水鉆孔ZK1、ZK2 揭露含水層后井溫均明顯升高，其中ZK2 的施工完成后井口自流溫度為62 ℃，井深為200.39 m、孔底水溫為66.6 ℃。

區內已勘探深度范圍內大等于25 ℃的地熱異常面積大于1.0 km2，且東部25 ℃等值線未閉合。采用較有代表性的ZK2 取樣測試數據，根據地熱水中SiO2含量（50 mg/L），按無蒸汽損失的石英溫標公式計算，推測深部熱儲溫度為101.8 ℃。

3.2 地球物理特征

該次可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）主要是了解地熱異常區的構造位置特征，具有一定產狀的條帶狀低阻帶是該次CSAMT 反演成果的主要目標層。結合低阻異常電阻率值、地質和水文資料綜合劃分，區內斷裂及裂隙較為發育，推測北東向、北西向斷裂構造共計12 條（編號為CF1～CF12），以北西向斷裂構造為主，北東向斷裂構造次之，在斷裂構造經過的地段均顯示為低阻異常帶，最大控制深度延伸超1 000 m，其中斷裂構造CF3傾向南西、CF9傾向北西，其他斷裂構造產狀陡立、傾向不明顯。其中CSAMT 剖面控制的北東向斷裂構造4條，分別為CF1～CF4，斷裂構造CF3與區域斷裂F15位置較為吻合，分析認為斷裂構造CF3應為該區的控熱構造，具備同熱源條件。在CSAMT 斷面上，視電阻率值越低，高低阻界面視電阻率曲線梯度變化越大，則儲水條件越有利。因此，地熱區北東向斷裂構造與北西向斷裂構造交會地帶圈定的有利儲水條件的低阻異常帶，具有一定的尋找地熱水前景。

3.3 地下熱水補徑排條件

鳳南地熱水補給來源主要為大氣降水下滲補給、周邊地下水側向補給、鄰近地表水體下滲補給，補給區有周邊剝蝕殘丘、官潯溪等。北東向、北西向斷裂構造形成或次生的構造裂隙、節理裂隙構成了地下水下滲補給和地熱水上升排泄的有利通道，為徑流區，經深循環加熱而形成熱水，在構造薄弱地帶向上運動至近地表含水層，從地熱水中氟離子含量為8.48 mg/L、氡含量為180 Bq/L的異常分析，其來源可能為上地幔揮發性物質，推測該溫泉具有循環深度大、徑流時間長的特點。

3.4 水化學特征

鳳南地熱異常區內的地熱水主要受斷裂構造控制，呈脈狀分布。其中，ZK1 井深度為204.28 m，井口為直徑300 mm 的玻璃鋼管，水位為2.50 m，當降深為30.45 m 時，涌水量為199.01 m3/d，水溫52.0 ℃，單位涌水量為6.54 m3/d·m；ZK2 井深度為200.39 m，井口為直徑300 mm 的玻璃鋼管，水位為4.00 m，自流量為25.8 m3/d，當降深為32.75 m時，涌水量為225.87 m3/d，水溫為62.8 ℃，單位涌水量為6.90 m3/d·m。與自流試驗孔（ZK2）觀測成果對比，研究區水溫為62 ℃、自流量為25.8 m3/d，總體較穩定，地熱化學組分也較穩定，受季節性影響不明顯。

異常區水化學類型為Cl-Na·Ca 型，pH 值為6.64 ～7.46，礦化度為2.26 ～2.55 g/L，總硬度為553.4 ～632.1 ml/L，氟離子濃度為8.48 mg/L，氡含量為180 Bq/L，偏硅酸濃度為68.45 mg/L。參照地熱資源地質勘查規范[12]附錄E 理療熱礦泉水水質標準，該區地下熱水中氟、氡、偏硅酸達到了理療用熱礦水的命名標準，可命名為“硅水、氟水、氡水”，可以作為理療熱礦水使用。

4 地熱異常區成因分析

4.1 地熱異常區形成的要素

地熱異常區形成要素包括熱能的來源（熱源）、儲水儲熱的場所（熱儲）、相對低透水性起到隔水隔熱的巖土層（蓋層），以及熱儲中熱水的補給來源、徑流、排泄通道，即對流型地熱系統（圖3）。

圖3 地熱異常區成因模式圖Fig.3 Schematic diagram of the geothermal genesis

4.2 影響地熱水的因素

影響地熱水的因素主要有足夠深度的斷裂、地下水的補給、地熱水流經的巖性。此外，要形成溫泉則還需要具備地熱水向地表徑流的通道，以及便于地熱水排泄的地形（地貌）條件。

（1）深斷裂：熱源來自地殼深部，深切的斷裂構造是淺表地熱異常的必要條件之一，影響著深部熱能的聚集、傳導和散失，在某種條件下斷裂構造可成為地熱水循環對流的通道，對區域地溫有著明顯的控制作用。

（2）地下水補給：地熱水離不開地下水的參與和補給，當一個地熱異常區的地下水補給量很少時，則地熱異常區的允許開采量也就很小，反之亦然。另外，參與地熱水補給的地下水，其成分已對地熱水成分產生重大影響。

（3）巖性：地熱水的成分組成除與參與補給的地下水有關外，還與地熱水流經的巖石組成相關。

（4）地形（地貌）條件：地熱水要上升到地表形成溫泉，應具備適合的排泄通道和相適應地形（地貌）條件。任何排泄通道的變化(如地震引起的通道封閉)、地形的改變（回填）都可能引起已有溫泉的消失和變化。

4.3 地熱異常區的形成機制及特征

鳳南地熱異常區位于北東向碗窯斷裂帶與北西向祥溪林場—黃厝斷裂帶的復合部位附近。其中，北東向斷裂，為地熱異常區的儲熱導熱構造，北西向斷裂為地熱異常區的儲水導水構造。北西向祥溪林場—黃厝斷裂帶形成的張性裂隙或導水裂隙與北東向碗窯斷裂帶的深部導熱裂隙組合將地表與深部連通，構成了地熱水有利的補給、徑流和排泄通道，其形成過程是一個近地表地下水沿地層的孔隙和巖石的節理、構造裂隙吸收熱量下滲，形成壓力差，推動地熱水沿張性裂隙上升，導致地熱水源源不斷上涌的熱對流循環系統。

在該地熱異常區存在的北東向、北西向斷裂帶中的張性裂隙有利于地熱水的上升，由于基巖埋藏相對較淺，且上部覆蓋有相對隔水層，故地熱水沿構造角礫巖、張性裂隙上涌、儲存和散熱，形成了該地熱異常區。

鳳南地熱異常區平面地溫變化特征表現為溫度由中心向兩側遞減，存在2 個明顯的、呈北東方向展布的相對地溫高值區；垂向地溫變化特征表現為從上往下隨孔深逐漸增加，且異常區內除地溫高于正常水平外，其垂向增溫梯度明顯高于非異常區。區內的地熱水主要受斷裂構造控制，呈脈狀分布，地下熱水中氟、氡、偏硅酸達到了理療用熱礦水的命名標準，可命名為“硅水、氟水、氡水”，可以作為理療熱礦水使用。

5 結論

（1）鳳南地熱異常區位于北東向與北西向斷裂帶的復合部位附近，其中北東向斷層為控熱構造，北西向斷層為導水斷層。受構造斷裂控制，熱儲呈帶狀，地熱田規模較小。區內已探測熱水最高溫度為66.6 ℃，該地熱點屬于Ⅱ- 2 類型中低溫地熱田。對其形成機制及特征的研究驗證了前人提出的廈門地熱資源形成理論，同時也為尋找新的地熱點提供了實際案例的依據。

（2）尋找新地熱首先根據已有地熱資源分布規律，結合地質構造勾劃出地熱異常區；接著通過對目標區進行拉網式的民訪和民井調查，了解目標區歷史上是否出現過地熱異?，F象；在現有的民井中進行水溫測量，進一步選定目標；最后在目標區進行淺層測溫孔施工，并進行溫度異常追蹤，可獲取地熱異常的范圍和高溫中心。這是找到隱伏地熱水資源的最直接有效方法。