福州市螺洲地熱特征及前景分析

李立生

(福建省地質(zhì)測繪院， 福州，350011)

1 區(qū)域概況

螺洲地熱位于福州市倉山區(qū)南臺島東南端的螺洲鎮(zhèn)，南臨烏龍江，北、西分別與城門鎮(zhèn)、蓋山鎮(zhèn)相連。地熱異常區(qū)地勢平坦開闊，為沖海積平原地貌，標高為3～5 m。義序、臚廈與螺洲間有盆地中的殘丘—鰲山相隔，鰲山山脊近東西向展布，殘丘標高34.8～55.0 m。螺洲地熱為隱伏地熱，上世紀80年代區(qū)域地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)鉆孔孔深252.68 m深部存在地熱異常，孔口溫度42℃；近年在臚廈與螺洲一帶開展地熱勘查，再次發(fā)現(xiàn)水溫36～ 76℃的地下熱水。

2 地熱地質(zhì)背景

該區(qū)在構(gòu)造上處于歐亞大陸板塊東南緣，瀕臨太平洋板塊，為環(huán)太平洋中-新代巨型構(gòu)造—巖漿帶的陸緣活動帶的一部分，是全球構(gòu)造-巖漿活動最活躍的地區(qū)之一。福州地熱田主要受區(qū)域性北東東向連江—永定斷裂帶和北西向順昌—閩清斷裂帶控制。連江—永定斷裂帶，地表上為一組斷續(xù)展布的北東東向高傾角斷裂，斷裂帶中動力變質(zhì)現(xiàn)象明顯，蝕變強烈，有大量中酸性和中基性巖脈貫入，基本貫穿福州市區(qū)；順昌—閩清斷裂帶，地表為一組規(guī)模較小的北西向斷裂組成，東南端經(jīng)閩侯、福州西沒入海域[1]。

區(qū)內(nèi)主要出露地層為第四系和侏羅系上統(tǒng)南園組。第四系全新統(tǒng)長樂組海積層和上更新統(tǒng)龍海組沖積層，巖性為淤泥、砂性土與卵石，第四系層厚53～55 m，其中下部龍海組沖積層砂礫卵石層厚8～15 m。侏羅系上統(tǒng)南園組在高蓋山、鰲山等地出露，巖性為凝灰?guī)r、凝灰熔巖。螺洲、義序、臚廈等地第四系下伏花崗閃長巖、花崗巖體，局部穿插北東東向細粒花崗巖和花崗斑巖脈。

受區(qū)域性深大斷裂的影響，區(qū)內(nèi)大構(gòu)造主要為北北東向烏龍江斷裂和北北西向八一水庫—尚干斷裂*福建省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，福州盆地水文地質(zhì)報告，1985。(圖1)。

(1)烏龍江斷裂：該斷裂帶走向北東60°，長超過20 km，寬度4～6 km，該帶南園組火山巖經(jīng)過應力作用，巖石破碎，以壓扭性斷裂為主。在地表見到明顯的壓扭性裂面主要為吳山—義序斷裂，總體走向北東70°～80°，傾向南東，傾角70°～90°，寬3～4 m。

(2)八一水庫—尚干斷裂：北自福州北嶺，經(jīng)八一水庫、樹兜、王莊，向南南東延伸經(jīng)螺洲，至尚干，長達40 km，該斷裂主要由一組近平行的斷裂以及一系列密集成帶的北北西向張扭性節(jié)理裂隙組成?？傮w走向335°～340°，大部分傾向北東，傾角65°～85°。該斷裂基本隱伏于第四系之下，衛(wèi)星影像呈北北西向線性影像明顯。該斷裂中段樹兜—王莊段，在福州盆地水文地質(zhì)勘探中有眾多的鉆孔揭露，其性質(zhì)表現(xiàn)為張扭性，沿斷裂破碎帶棱角-次棱角狀構(gòu)造角礫發(fā)育，裂面上常見有斜插痕，硅化、綠簾石化、綠泥石化、碳酸鹽化和鉀化等蝕變強烈。該地段地熱豐富，地熱主要受北北西向斷裂構(gòu)造(張扭性)和一系列北東東向斷裂組成棋盤式構(gòu)造控制*福建省地質(zhì)礦產(chǎn)局，福建省地下熱水概述，1984。。福建省地震局對福州城市活動斷裂研究成果[2]，表明該斷裂帶在南臺島南段義序、螺洲一帶，在空間上具有明顯的幾何分段性，有3組北北西斷裂組合，各段落由一系列傾向相同或相反的正斷層或次一級斷層組成，在剖面上組成地塹或地壘狀構(gòu)造。在平面上呈寬窄不一的破裂帶，弱具有斜列展布，破碎帶寬7～260 m。福建省閩東工程勘察院對福州南臺島螺洲鎮(zhèn)區(qū)、義序、臚廈溫泉構(gòu)造可控源音頻大地電磁物探測量發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)狀基本相似的4組北北西斷裂，其走向335°～340°，傾向北東，傾角較陡，斷裂從東往西分別為F1、F2、F3、F4，認為中間2條為主構(gòu)造，其旁邊的為次一級構(gòu)造。

福州市區(qū)中心地熱田分布北起思兒亭，南至象園，西自五一路，東到六一路，南北長5 km,東西寬近2 km,呈北北西向長條帶展布，主要受北北西向樹兜—王莊張扭性斷裂控制。在福建省地下熱水概述認為北北西向斷裂構(gòu)造(張扭性)和一系列北東東向斷裂組成棋盤式構(gòu)造及環(huán)狀構(gòu)造是福州地熱區(qū)域構(gòu)造體系的總格局，為福州地熱的主要控制構(gòu)造。

3 地熱出露條件、分布特征

螺洲地熱為隱伏地熱異常區(qū)，隱伏于第四系沖海積層之下，其范圍北至臚廈，南達烏龍江，東抵螺洲街、西臨義序，地熱異常范圍較大，面積約3.0 km2，總體沿北北西向斷裂構(gòu)造展布。以鰲山為界，可分為南、北2個異常區(qū)，北區(qū)為義序—臚廈一帶，南區(qū)則為螺洲鎮(zhèn)一帶，面積各約1.5 km2。地熱熱儲有層狀和帶狀2種類型，層狀熱儲分布于上部，熱儲層為第四系泥質(zhì)砂礫卵石層，厚8～15 m，富水性中等，單孔涌水量約500 m3/d。南區(qū)熱儲溫度27.3～35.0℃，平均溫度約31.2℃；北區(qū)熱儲溫度較低(25～27℃)。帶(脈)狀的基巖構(gòu)造裂隙熱儲層的熱水儲存于基巖構(gòu)造破碎帶及其巖體的節(jié)理裂隙中，在北北西向和北東向斷裂交會部位，巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，為地下熱水富集區(qū)。南區(qū)在F1斷裂施工的K2鉆井*福建省閩東南地質(zhì)大隊，福州市地熱探采K2鉆井勘探報告，2013。，井深702.33 m，降深43.2 m時涌水量達1 655 m3/d，孔口水溫76℃，孔底最高溫度84.8℃。北區(qū)在F3斷裂施工的K1地熱井*福建省第四地質(zhì)大隊，福州市地熱探采K1鉆井勘探報告，2010。，井深704 m，水位降深14.2 m時涌水量為2 265 m3/d，孔口水溫36℃，孔底溫度45℃。

4 地熱的地溫場特征

4.1 地溫場垂直變化特征

綜合分析淺孔測溫資料，南區(qū)與北區(qū)的淺孔測溫數(shù)據(jù)(表1、2)。上部地溫受氣溫影響，埋深10 m地溫趨于正常，作為常溫帶溫度。北區(qū)地熱地溫較低，據(jù)6個淺層測溫鉆孔資料，埋深10 m處地溫22.3～23.0℃，平均22.7℃， 埋深50 m處地溫24.9～27℃，平均25.6℃。10～50 m增溫率為6.5～10℃/100 m，平均遞增8℃/100 m。根據(jù)對K1地熱井的全孔系統(tǒng)測溫，埋深10 m處水溫27.5℃，埋深300 m處水溫32℃，平均增溫率為1.55℃/100 m；340 m水溫33℃，開始增溫較快，埋深360 m水溫36℃，平均增溫率達15℃/100 m，在埋深550 m揭露到花崗巖時增溫亦較快，表明該區(qū)地溫增溫明顯。

表1螺洲地熱南區(qū)淺孔測溫數(shù)據(jù)*福建省第四地質(zhì)大隊，福州市螺洲地熱鉆井測溫勘探報告，2012。

Table1ThegeothermaltemperaturemeasurementdataofshallowholeinsouthernareaofLuozhoucounty

深度(m)ZK1ZK2ZK3ZK4ZK5ZK6ZK7ZK8ZK9ZK10ZK11ZK12ZK13ZK14ZK15520.420.517.723.422.323.321.022.220.922.821.122.520.321.223.11022.923.419.223.823.524.322.222.722.323.522.924.421.323.423.61525.024.622.124.725.924.623.222.923.024.324.425.923.825.023.92026.525.623.725.926.324.924.023.123.324.826.227.226.626.827.12527.926.824.726.827.225.724.723.423.925.628.028.728.929.128.83028.827.625.829.128.527.825.425.125.126.629.430.030.530.129.83529.628.326.730.329.528.626.226.026.027.230.631.031.630.930.94030.328.927.231.230.229.226.826.426.427.831.532.032.531.731.74531.529.527.732.331.029.827.527.027.128.532.633.233.532.432.94832.029.928.033.131.930.427.927.727.328.833.333.934.333.533.6

單位：℃；測溫時氣溫：28℃

表2螺洲地熱北區(qū)淺孔測溫數(shù)據(jù)表[3]

Table2ThegeothermaltemperaturemeasurementdataofshallowholeinnorthernareaofLuozhoucounty

深度(m)C1C2C3C4C5C6122.622.522.422.221.621.4523.123.223.122.722.422.11022.923.123.022.422.322.31523.323.223.122.722.622.52023.623.323.423.222.923.02524.223.723.823.623.523.33024.724.424.323.823.623.63525.424.824.724.124.023.84025.925.125.024.424.324.24526.525.525.324.924.624.65027.026.025.525.425.024.9

單位：℃；測溫時氣溫：20℃

南區(qū)地溫較高，在埋深10 m水溫19.2～24.4℃，埋深48 m水溫27.2～34.3℃。埋深10～48 m溫度增加4.9～13℃，增溫率為13.24～34.21℃/100 m，明顯高于正常地溫增溫率。根據(jù)K2孔的全孔系統(tǒng)測溫*福建省地質(zhì)工程勘察研究院，福州地區(qū)地熱資源調(diào)查與評價報告，2015。，埋深10 m水溫29.5℃，埋深80 m水溫42.8℃，平均增溫率為19.0℃/100 m；埋深300 m水溫67.2℃，埋深300 m后開始突然增溫，埋深340 m水溫82.8℃，平均增溫率達8℃/100 m，為導熱導水構(gòu)造段；埋深340～590 m增溫較慢，埋深590 m溫度84.8℃，平均增溫率為0.8℃/100 m；而后溫度略有下降，至700 m時溫度為82.1℃，平均增溫率為-2.45℃/100 m。螺洲地熱的平均地溫梯度4.5℃/100 m，最大地溫梯度39℃/100 m(圖2)。

4.2 地溫場平面分布特征

螺洲地熱以鰲山為界分為南區(qū)與北區(qū)2個熱異常區(qū)，以25℃為熱異常分界溫度，平面形態(tài)近橢圓形，長軸沿北西向展布，長約1.5 km，短軸沿北東向展布，長約1.0 km。淺層地溫50 m處北區(qū)地溫最高溫度約27.0℃。南區(qū)48 m處最高溫度約35.0℃，-48 m等溫線，地熱異?？傮w呈北西向長橢圓形展布，臨近F1斷裂K2地熱井周邊為最高溫核心區(qū)，向四周溫度降低，但沿北西向的溫度降低比北東向慢(圖3)。

5 地熱流體化學特征

螺洲地熱水為無色、透明的微咸水，礦化度1 395～2 498 mg/L，地下熱水水化學類型主要為Cl-Na型，主要水質(zhì)指標見表3。主要地熱化學特征指標隨水溫增高，其含量亦增大。F-含量北區(qū)2.32～4.70 mg/L，南區(qū)為5.59～5.71 mg/L；偏硅酸(H2SiO3)含量北區(qū)為58.5 mg/L,南區(qū)為104～117 mg/L，從數(shù)據(jù)可以看出南區(qū)較北區(qū)高一倍；pH值南區(qū)為8.25～8.29，為堿性水，北區(qū)為7.31，為中性水，這就是南區(qū)水溫高的主要原因。

表3螺洲地熱南、北區(qū)熱水主要化學特征值(mg/L)

Table3MainchemicalcharacteristicsofgeothermalhotwaterinsouthernandnorthernareaofLouzhoucounty(mg/L)

成分北區(qū)K1-1北區(qū)K1-2南區(qū)K2-1南區(qū)K2-2南區(qū)K2-3水溫(℃)3676K6.954.019.8024.7519.80Na244.79264.6697.50691.55697.50Ca209.02230.46211.02211.02217.03Mg15.3213.133.653.651.46HCO3-106.79110.4532.9531.1234.17SO42-101.8228.82245.43231.02236.79Cl-658.66699.071178.711169.51197.15F-2.324.705.595.715.69SiO24545.085.08090.0H2SiO358.558.5110.5104.0117.0fCO214.2510.830.00.00.0溶解性總固體1395.161404.32478.812447.492498.94pH值7.317.318.288.258.29

6 地熱形成機制及熱儲模型分析

地下熱水資源來自深部的熱源，在地下水沿斷裂活動深循環(huán)過程中，吸取熱源傳導而成。熱水的化學成分與圍巖的化學成分緊密相關(guān)，反映了圍巖的特征。地熱點中的含氡量以及硫、氟含量較高，與地熱點所處的地質(zhì)體和火山期后熱水溶液中化學成分相關(guān)。其中斷裂的作用是導熱儲熱或隔水隔熱，而不同的巖性也起到不同的作用。

地熱出露于構(gòu)造交會處，地熱受北北西向和北東東向構(gòu)造明顯控制。北東東向壓扭性斷裂把巖石擠壓成糜棱巖，又被后期石英細脈充填膠結(jié)，造成了良好的阻水條件，北北西向張扭性斷裂帶具有較好的導水、導熱作用，在二者的交會處應力集中，切割深度較大，地熱流體經(jīng)過深循環(huán)后形成溫泉排出地表。

該區(qū)地熱主要為帶狀熱儲，與福州市中心地熱控熱構(gòu)造相似，受北北西向八一水庫—尚干張扭性斷裂控制，由于該斷裂帶屬張扭性，其滲透性好，給熱水儲存、運移提供了良好的通道和空間。主要補給源來自北部、東部山區(qū)及周圍匯水，通過構(gòu)造裂隙滲入地下，經(jīng)深部循環(huán)加熱，然后沿北北西向張扭性斷裂帶上升而成的。該區(qū)地熱熱儲模型主要屬帶狀熱儲，螺洲地熱的地層結(jié)構(gòu)模式為第四系沖海積凝灰?guī)r、凝灰熔巖和燕山晚期花崗巖。

7 地熱前景分析及尋找地熱方向

(1)綜合分析該區(qū)地熱出露分布、地溫場特征和南區(qū)-48 m等溫線圖，地熱異常沿北西向展布，高溫度約34.3℃，臨近F1斷裂、K2地熱井周邊為最高溫核心區(qū)，西邊較高，向東溫度降低，西邊等溫線未閉合，西邊地溫可能較高，認為地熱受F1斷裂控制。沿著F1斷裂及其西邊地區(qū)是今后地熱尋找的方向。

(2)北區(qū)地熱K1地熱井主要揭露于F2和F3斷裂帶，從C1～C3測溫斷面資料分析，西邊地溫高于東邊，推測往西可能更高，故F1斷裂是今后地熱的主要尋找方向。

(3)螺洲大橋勘察中，發(fā)現(xiàn)第四系下部卵石層及砂性土受地熱流體作用，膠結(jié)緊密呈膠結(jié)或半膠結(jié)狀*中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，福州市螺洲大橋工程巖土工程勘察報告，2008。。其規(guī)模較大，長達1 250 m，南至烏龍江水域還有發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象，說明該區(qū)地熱資源豐富，前景可觀。第四系卵石及砂性土地熱膠結(jié)層是尋找地熱的標志。

(4)據(jù)地溫場特征分析，K1和K2鉆井埋深330 m處地溫增溫明顯，該區(qū)異常埋深300～600 m可尋找到地熱。地熱地溫異常范圍較大，值得進一步勘查。

1 地礦部福建地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，福建省地質(zhì)圖(1∶50萬)說明書，福州：福建省地圖出版社，1998.

2 朱金芳、徐錫偉，等.福州市活動斷層探測與地震危險性評價.北京：科學出版社2005.

3 陳世亮.福州南臺島地熱前景淺析.福建地質(zhì)，2009，(28)4.