中國地?zé)豳Y源類型和特征探討

， ，

(核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 712000)

地?zé)崾且环N綜合性礦產(chǎn)資源，我國地?zé)豳Y源豐富，以水熱型資源為主，發(fā)展地?zé)岙a(chǎn)業(yè)對(duì)國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排、環(huán)境改善等有著重要的意義。20世紀(jì)70年代“地?zé)釙?huì)戰(zhàn)”至今，我國地?zé)峥辈殚_發(fā)歷時(shí)四十余年，取得了豐碩的研究成果，黃尚瑤、Muffler、汪集旸、陳墨香、廖志杰、趙平、徐世光、郭遠(yuǎn)生等[1-8]對(duì)我國地?zé)豳Y源的類型和特征做了大量的研究。但以往的工作多為對(duì)某一地區(qū)或某一種地?zé)豳Y源類型展開的研究總結(jié)[[9-21]]，本文在總結(jié)前人地?zé)嵫芯砍晒幕A(chǔ)上，結(jié)合我國地質(zhì)演化特點(diǎn)和地?zé)岬刭|(zhì)條件，論述了中國地?zé)豳Y源的分類和主要特點(diǎn)，探討了地?zé)豳Y源形成的大陸動(dòng)力學(xué)背景，對(duì)地?zé)豳Y源區(qū)劃進(jìn)行了初步研究，以期拋磚引玉，由于本人認(rèn)識(shí)有限，有不足之處懇請(qǐng)各位同仁討論交流、批評(píng)指正。

1 我國地?zé)豳Y源概述

地?zé)豳Y源主要集中于構(gòu)造活動(dòng)帶和大型沉積盆地中[22]，一般分為淺層地溫能資源、水熱型地?zé)豳Y源和干熱型地?zé)豳Y源[23]；根據(jù)地?zé)嵯到y(tǒng)所處的地質(zhì)環(huán)境和熱能傳導(dǎo)方式，陳墨香將我國水熱型地?zé)豳Y源劃分為隆起山地對(duì)流型(火山型、深循環(huán)型)和沉積盆地傳導(dǎo)型(斷陷盆地型和坳陷盆地型)[24]。(表1)

隆起山地對(duì)流型地?zé)豳Y源中的火山巖-巖漿巖型地?zé)豳Y源多分布于板塊邊緣、板塊活動(dòng)邊緣，該類地?zé)崴a(bǔ)給以大氣降水為主，可用來發(fā)電；斷裂-深循環(huán)型資源分布于區(qū)域性深大斷裂，水源補(bǔ)給以大氣降水為主、沿海地區(qū)也有海水補(bǔ)給，該種資源溫度相對(duì)前者較低，可用于采暖、發(fā)電。沉積盆地傳導(dǎo)型的中、新生代斷陷盆地型，一般位于板內(nèi)裂谷地區(qū)，新生界和其下地層構(gòu)成良好的蓋-儲(chǔ)組合，水源以大氣降水和古沉積水為主，一般為中、低溫地?zé)豳Y源，是我國目前主要開發(fā)利用的資源類型，主要用于供暖；坳陷盆地型地?zé)豳Y源除少量可供提取化工原料外，一般實(shí)際利用意義較小。

表1 我國水熱型地?zé)豳Y源類型及特征

注：該表根據(jù)文獻(xiàn)24、25修改。

圖1 中國大陸及鄰域Moho深度[30]

2 中國地?zé)豳Y源形成的背景

2.1 巖石圈厚度特征

我國巖石圈厚度整體上呈現(xiàn)西厚東薄的趨勢(shì)[26-30]。西部青藏高原巖石圈平均厚度為 170 km，塔里木盆地中西部及準(zhǔn)噶爾盆地巖石圈平均厚度約為155 km，天山地區(qū)巖石圈厚度為125～145 km；中東部巖石圈總體呈階梯狀，東部沿海區(qū)域巖石圈厚度約為95～105 km，渤海黃海區(qū)域巖石圈厚度約95 km，南中國海巖石圈平均厚度為70～80 km。巖石圈厚度和我國地質(zhì)構(gòu)造特征表現(xiàn)出高度的一致性，中西部巖石圈呈帶狀展布，與印度板塊和亞歐板塊碰撞帶的走向相一致；中東部巖石圈厚度分布特征與太平洋板塊和菲律賓海板塊對(duì)亞歐板塊俯沖帶的走向大致相同。四川盆地和鄂爾多斯盆地可能是受到相對(duì)較小的地幔熔融作用[8]，該區(qū)巖石圈厚度同周圍地區(qū)有明顯的不協(xié)調(diào)，約為140 km。(圖1、圖2)

圖2 中國大陸及鄰域的LAB深度[30]

2.2 大地?zé)崃魈卣?/h3>

大地?zé)崃魇茄芯繋r石圈熱結(jié)構(gòu)和地球動(dòng)力學(xué)，進(jìn)行區(qū)域地?zé)豳Y源潛力評(píng)價(jià)的必要參數(shù)[31]。中生代以來太平洋板塊向西俯沖和新生代以來歐亞板塊與印度板塊發(fā)生陸-陸碰撞，我國東部地區(qū)發(fā)生深部地幔對(duì)流，產(chǎn)生引張應(yīng)力環(huán)境；西部地區(qū)發(fā)生地殼增厚，走滑拉分[32]。在以上構(gòu)造體制下，我國大陸地區(qū)熱流分布總體表現(xiàn)為：東高、中低，西南高、西北低[15]。高熱流區(qū)分布于活動(dòng)的陸塊(如華北陸塊)及中-新生代造山系(西藏-三江造山系、武夷-云開-臺(tái)灣造山系)；與穩(wěn)定的構(gòu)造背景、正常或偏厚的巖石圈厚度及相對(duì)較弱的中新生代構(gòu)造-熱活動(dòng)有關(guān)[15、33]，低熱流區(qū)主要分布于穩(wěn)定的克拉通陸塊(如揚(yáng)子陸塊、塔里木陸塊等)及古老的造山系(如天山-興蒙造山系、秦祁昆造山系即中央造山系等)。

3 隆起山地對(duì)流型地?zé)豳Y源

隆起山地對(duì)流型地?zé)豳Y源主要分布于我國的東南沿海、臺(tái)灣、藏南-川西-滇西和膠遼半島等地區(qū)，從目前地?zé)衢_發(fā)的實(shí)踐來看，板緣型水熱系統(tǒng)的開發(fā)潛力優(yōu)于板內(nèi)系統(tǒng)，消減型板緣系統(tǒng)優(yōu)于陸-陸碰撞型板緣系統(tǒng)。

3.1 藏南-川西-滇西地?zé)釒?/h3>

藏南-川西-滇西水熱型地?zé)釒堑刂泻?喜馬拉雅地?zé)釒У臇|段，屬于陸-陸碰撞板緣型水熱系統(tǒng)，是一種潛火山巖型地?zé)豳Y源。喜馬拉雅碰撞帶是晚白堊世末-始新世新特提斯洋盆閉合后，疊置在歐亞板塊南緣的新生帶陸內(nèi)強(qiáng)變形帶；沿雅魯藏布縫合帶分布的碰撞型火成巖說明該區(qū)新生代以來有著強(qiáng)烈的熱活動(dòng)，為水熱型地?zé)豳Y源提供了熱源[34、35]。以北部的斑公湖-怒江一線和南部的雅魯藏布江為界可以將地?zé)豳Y源分為藏北、藏中及藏南三個(gè)水熱區(qū)[36]，水熱活動(dòng)呈現(xiàn)出北弱南強(qiáng)的趨勢(shì)，水熱活動(dòng)界線與活動(dòng)構(gòu)造帶展布方向一致。

3.2 臺(tái)灣地?zé)釒?/h3>

臺(tái)灣地?zé)釒侪h(huán)太平洋地?zé)釒У慕M成部分，是典型的火山型地?zé)豳Y源；大地構(gòu)造位置位于菲律賓板塊與歐亞大陸板塊的俯沖帶上，屬于消減型的板緣系統(tǒng)。在菲律賓板塊與歐亞大陸板塊碰撞的過程中，巖漿減壓熔融上涌、構(gòu)造板片的勢(shì)能向熱能轉(zhuǎn)化，構(gòu)成了臺(tái)灣地?zé)釒Ц邷責(zé)醿?chǔ)的溫度來源，大地?zé)崃髦?0～120 mW/m2。臺(tái)灣地?zé)釒Э蓜澐譃槿齻€(gè)小區(qū)：中央山脈區(qū)，西部山麓區(qū)和海岸山脈區(qū)；地?zé)崴蠖鄬儆谔妓猁}泉，少數(shù)屬于硫酸鹽泉和氯化物泉；在火山巖區(qū)，以酸性硫酸鹽泉居多；其它巖石區(qū)出露的多為中、堿性碳酸鹽泉，少數(shù)為氯化物泉。

3.3 東南沿海地?zé)釒?/h3>

東南沿海地?zé)釒俏覈鴸|部溫泉最密集的區(qū)域。該帶分屬揚(yáng)子板塊和華南板塊，受南海塊體沿馬尼拉海溝向東俯沖和菲律賓板塊向歐亞大陸板塊俯沖作用影響，中國東南部整體處于引張應(yīng)力體制下，發(fā)育了一系列NEE-NE向和NW向?yàn)橹鞯幕顒?dòng)斷裂，為溫泉的形成創(chuàng)造了良好的構(gòu)造條件。該區(qū)燕山期侵入巖和火山巖發(fā)育，由于熱量的散失，燕山期巖漿巖并非熱水的熱源；但巖漿巖能干性強(qiáng)，第四紀(jì)以來臺(tái)灣弧向西北推擠，NW向張裂發(fā)育，在巖體內(nèi)形成了深破碎帶，并成為熱水運(yùn)移的通道，因此該帶地?zé)豳Y源大部產(chǎn)于與燕山期花崗巖有關(guān)的斷裂、裂隙系統(tǒng)中，以中、低溫?zé)崴疄橹?，熱水循環(huán)深度一般在4 km以內(nèi)，熱田面積較小，一般為0.3～0.5 km2，最大不超過10 km2。

3.4 膠遼地?zé)釒?/h3>

膠遼半島位于太平洋板塊與歐亞板塊邊界的西北側(cè)，是板塊內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定但緩慢隆起的地區(qū)。該帶地溫梯度受西太平洋的俯沖引起的深部地幔對(duì)流影響，與新生代火山集中分布范圍相一致[37、38]?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的溫泉主要集中在棲霞復(fù)背斜、乳山-威海復(fù)背斜和牟平-即墨NE向斷裂束三個(gè)構(gòu)造單元內(nèi)。該帶背斜核部廣泛出露前寒武系基底巖石以及花崗巖體，熱流向背斜軸部或核部集中，使背斜沿軸跡方向形成高熱流異常帶。溫泉的出露受斷裂構(gòu)造和巖漿侵入的控制，出露于復(fù)背斜核部的NNE或NE向斷裂與NNW或NW向斷裂的交匯處。膠東半島發(fā)現(xiàn)溫泉均為中低溫溫泉，水化學(xué)類型為重碳酸鹽型、硫酸鹽型和氯化鈉型。

4 沉積盆地傳導(dǎo)型地?zé)豳Y源

沉積盆地傳導(dǎo)型地?zé)豳Y源主要分布于我國的中、東部地區(qū)，華北盆地、淮河盆地、松遼平原、蘇北盆地、江漢平原以及西部環(huán)鄂爾多斯斷陷盆地等地區(qū)?？蓪⑽覈小⑿律璧貏澐譃閿嘞菖璧睾哇晗菖璧?，中、新生代的斷陷盆地與地?zé)彡P(guān)系最為密切。

4.1 中、新生代斷陷盆地地?zé)釁^(qū)

華北盆地、蘇北盆地、松遼盆地、下遼河盆地、渭河盆地和雷瓊盆地新生代表現(xiàn)為斷陷性質(zhì)，下面以華北盆地和渭河盆地為例，概述中、新生代斷陷盆地地?zé)豳Y源特征。

華北盆地基底為古生界和前古生界，具有多旋回、構(gòu)造發(fā)育的特點(diǎn)。盆地主要的斷裂有：郯廬斷裂、太行山東麓斷裂、滄東斷裂帶、聊蘭斷裂帶、寶坻-昌黎斷裂、齊河-上饒斷裂和黃河斷裂，亦發(fā)育許多次級(jí)大斷裂。盆地中形成了新近系低溫?zé)崴畠?chǔ)層、古近系地壓型地?zé)醿?chǔ)層和裂隙型巖溶中低溫?zé)崴畠?chǔ)層。地溫梯度在凸起區(qū)為3.5～8.8℃/100m，凹陷區(qū)較為2.5～3.5℃/100m，古生界和前古生界的地溫梯度一般為1～3℃/100m。

渭河盆地沿渭河呈東西向展布，南為秦嶺，北為渭北臺(tái)塬，是新生代發(fā)育起來的斷陷盆地；北部基底為下古生界碳酸鹽巖，南部為前寒武系變質(zhì)巖和花崗巖；發(fā)育NE向和NW向兩組斷裂，形成凹凸并列的構(gòu)造格局。盆地北淺南深，渭河斷裂南部新生界厚度一般大于3 000 m，最厚可達(dá)萬米。主要儲(chǔ)層為：早更新統(tǒng)三門組、新近系張家坡組和藍(lán)田-灞河組及古近系白鹿塬組。盆地大地?zé)崃?0～80 mW/m2，地溫梯度2.8～3.7℃/100m。

4.2 中、新生代坳陷盆地地?zé)釁^(qū)

中、新生代坳陷盆地以準(zhǔn)噶爾盆地和塔里木盆地為代表，此類盆地發(fā)育過程以穩(wěn)定下沉、持續(xù)沉積為特點(diǎn)。中、新生代厚度2 000～5 000 m或更大；盆地大地?zé)崃髦?、地溫梯度和溫度值均低于斷陷盆地，大地?zé)崃髦敌∮?0mW/m2，地溫梯度一般為2～3℃/100m，1 000 m深的溫度小于40℃。地下水含鹽量有隨深度增加的趨勢(shì)，山前坳陷帶磨拉石建造中的地下水，礦化度較低，但受山前地下冷水滲流的影響，水溫普遍偏低。

4.3 中生代坳陷盆地地?zé)釁^(qū)

中生代坳陷盆地以鄂爾多斯盆地和四川盆地為代表，發(fā)育時(shí)期主要為中生代，具有穩(wěn)定下沉的特點(diǎn)，新生代地層較薄或缺失。四川盆地中生代形成寬緩的背斜和向斜，鄂爾多斯盆地則表現(xiàn)為幅度不大的隆起和拗陷，盆地內(nèi)斷裂活動(dòng)局部強(qiáng)烈。為低大地?zé)崃鲄^(qū)，大地?zé)崃髌骄?0mW/m2；地溫梯度一般2～2.5℃/100m。中生界砂巖為地下熱水的賦存層位，具高礦化度的特點(diǎn)；四川盆地2 000 m內(nèi)，以小于80℃的鹵水為主，盆地周緣分布著一系列溫泉，水溫一般小于50℃，規(guī)模較小但有一定的開發(fā)利用價(jià)值。

5 中國地?zé)豳Y源區(qū)劃

不同時(shí)期的造山帶，圍限了華北、揚(yáng)子和塔里木三大克拉通，是中國最基本的構(gòu)造特征。中國西南部受印度板塊向北持續(xù)俯沖，青藏高原物質(zhì)向東、向東南逃逸，形成了龍門山逆沖斷裂系和西南三江地區(qū)走滑斷裂系；東部地區(qū)中、新生代以來，受到環(huán)太平洋構(gòu)造域的影響，軟流圈上涌，發(fā)生局部巖石圈拆沉，地殼伸展，形成了走滑-裂谷構(gòu)造體系，使穩(wěn)定的華北克拉通發(fā)生破壞。中國地?zé)豳Y源的分布與中國巖石圈、上地幔動(dòng)力學(xué)演化密切相關(guān)，區(qū)域構(gòu)造又控制、影響了地?zé)崃黧w的運(yùn)移、富集和成藏(圖3)。

圖3 中國主要泉水分布圖(底圖根據(jù)文獻(xiàn)39修改)

不同成礦區(qū)地?zé)豳Y源類型和特征有所不同，勘查、評(píng)價(jià)和開發(fā)利用方案也有所區(qū)別，本文結(jié)合中國地質(zhì)構(gòu)造演化和地?zé)豳Y源成藏特征[40-43]，對(duì)中國地?zé)豳Y源進(jìn)行了初步劃分。地?zé)豳Y源可分為邊緣型和板內(nèi)型。板緣型可分為兩種，陸-陸碰撞型板緣型地?zé)岱植荚谖覈鞑?、西南部，以高溫水熱型為主；俯沖消減板緣型主要分布在我國東部沿海，以中高溫地?zé)釣橹?；板?nèi)型按照盆地構(gòu)造、沉積特征可分為斷陷盆地沉積傳導(dǎo)型和坳陷盆地周緣對(duì)流型兩種，前者以華北盆地、松遼盆地為代表，后者以四川盆地周緣地?zé)釒榇怼?表2、圖4)

表2 中國地?zé)豳Y源成礦區(qū)帶劃分表

Ⅰ-1.特提斯地?zé)嵊?；?2.濱太平洋地?zé)嵊颍虎?3.華北地?zé)嵊?；?4.塔里木地?zé)嵊?；?5.柴達(dá)木地?zé)嵊颍虎?6.中上揚(yáng)子地?zé)嵊?；?7.古亞洲地?zé)嵊?/p>

圖4中國地?zé)豳Y源區(qū)劃(底圖根據(jù)文獻(xiàn)39修改)

6 結(jié)語

(1)我國水熱型地?zé)豳Y源可分為隆起山地對(duì)流型(火山型、深循環(huán)型)和沉積盆地傳導(dǎo)型(斷陷盆地型和坳陷盆地型)，隆起山地對(duì)流型主要分布在東南沿海、臺(tái)灣、藏南-川西-滇西和膠遼半島等地區(qū)；沉積盆地傳導(dǎo)型地?zé)豳Y源可劃分為斷陷盆地和坳陷盆地，中新生代的斷陷盆地與地?zé)彡P(guān)系最為密切。

(2)火山型地?zé)豳Y源多分布于板塊邊緣、板塊活動(dòng)邊緣，可用于發(fā)電；斷裂-深循環(huán)型資源與區(qū)域性深大斷裂相關(guān)，可用于采暖、發(fā)電等；中新生代斷陷盆地型地?zé)豳Y源，一般位于板內(nèi)裂谷地區(qū)，以中、低溫地?zé)豳Y源為主，主要用于供暖；中、新生代坳陷盆地型地?zé)豳Y源實(shí)際利用價(jià)值較小。

(3)中國地?zé)豳Y源的分布與中國巖石圈、上地幔的動(dòng)力學(xué)演化密切相關(guān)，區(qū)域構(gòu)造控制、影響了地?zé)崃黧w的運(yùn)移、富集和成藏；根據(jù)中國地質(zhì)構(gòu)造演化和地?zé)豳Y源成藏特征，可將我國地?zé)豳Y源初步劃分為7個(gè)地?zé)嵊?5個(gè)地?zé)釁^(qū)(帶)。