安徽泗县地区地温场特征及地热地质特征分析

张克松，高志强，张 帅，李宗洋

（安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽·蚌埠 233030）

地热能是一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全优质的可再生能源。地热资源可广泛利用于洗浴、疗养、娱乐、供暖、养殖、种植及工业生产等方面，因此，合理的开发利用地热资源，对节能减排、提高人民生活质量、保护生态环境、促进经济可持续发展具有重要意义。

泗县隶属安徽省宿州市，位于安徽省东北部，东邻江苏省泗洪县，西接灵璧县，南连五河县、固镇县，北至东北与江苏省睢宁县、宿迁市毗邻，总面积1857 km2，下辖3个街道、15个镇。泗县历史悠久，早在夏朝即始建制，原为泗州府所在地，古称虹乡、泗州。在全国有着独特的世界文化遗产隋唐大运河唯一活态遗址、国家级首批非物质文化遗产泗州戏、中国山芋之乡、石龙湖国家湿地公园、中国药物布鞋、皖东北革命根据地等“六大名片”。截至2021年末，泗县常住人口75.7万人。2021年，泗县实现地区生产总值287.74亿元，分产业看，第一产业增加值65.59亿元，第二产业增加值82.86亿元，第三产业增加值139.29亿元。三次产业比例为22.8:28.8:48.4。人均地区生产总值37850元。

泗县位于淮河生态经济带，是安徽省向东发展的重点县，但游服务产业发展相对滞后。为了加快当地旅游业的发展，打造特色温泉旅游产业，带动周边经济，丰富和提升当地百姓生活和经济社会发展，开发利用地热资源迫在眉睫。

1 区域地质背景概况

1.1 地层岩性

本区属华北地层大区晋冀鲁豫地层区淮河地层分区淮北地层小区。根据区内钻孔和区域资料[1]，本区主要为青白口系、震旦系、侏罗系、白垩系、新近系、第四系地层（图1）。具体特征及分布如下：

图1 泗县地区基岩地质略图Fig.1 The geological sketch of bedrock in study area

（1）青白口系

分布于县城北侧吴店、屏山—新濉河一线，仅屏山有出露。主要岩性为灰白色石英砂岩、石英砾岩，具交错层理及波痕，底部为石英砾岩,由于无钻孔揭露，本区厚度300 m以上。

（2）震旦系

主要隐伏分布于县城东北部，在县城西北侧局部地区和大路口乡东端、墩集镇南端一带均有出露，具体分布在徐贺的朱山、老山以及长沟镇的鹿鸣山南北侧。主要岩性为灰岩、白云岩，总厚度约894 m。

（3）侏罗系

目前泗县地区侏罗系仅见毛坦厂组，隐伏分布在泗县南部的大营乡—丁湖—吴圩一带。岩性为一套凝灰岩、安山岩或凝灰质角砾岩组合，厚度可达1000 m以上。

（4）白垩系

白垩系为泗县中生代早、中期抬升所形成的准地台下降后所接收的沉积。隐伏分布于大庄镇、大杨、山头镇、草庙镇、墩集镇、泗城镇及草沟镇南部等地区。其岩性为砂岩、粉砂砂岩、粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩、细砂岩，是内盆陆相碎屑沉积物，区域上最大厚度大于1000 m。

（5）新近系和第四系

新近系地层隐伏于第四系之下，区内分布广泛。岩性为一套灰绿、灰白、棕红色黏土，夹含砾泥质粉细砂。该组岩性顶板埋深一般大于40 m，厚度一般大于100 m。第四系为本区出露地层，分布于泗县大部分地区。主要岩性为黏性土、亚砂土所覆盖，厚度一般小于60 m。

1.2 区域地质构造条件

泗县在地质构造单元上属于中朝准地台淮河台坳区淮北陷褶带灵璧台穹东缘的泗县槽地。区内只发育有准地台的下构造层—南华系、震旦系地层，燕山期断块作用强烈，以区域性断裂为边界形成断陷盆地，堆积了巨厚的中生代碎屑岩；进入喜山期以来，区内地壳活动频繁，以间歇性的升降运动为主，缺失古近系和新近系晚期以及第四系早期的地层。区域上的北北东向、北西向和东西向等三组深大断裂控制着泗县地区的中、新生代的断陷盆地的发育，其中北北东向的郯庐断裂和近东西向的泗县—任桥断裂影响最大（表1）。

表1 泗县及周边主要断层一览表Table 1 The major faults in Si County and around

1.3 区域水文地质条件

泗县地区按储存地下水含水介质的差异，境内地下水可划分为四种类型，分别为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、碎屑岩类孔隙裂隙水和基岩裂隙水[2]。

（1）松散岩类孔隙水

在区内广泛分布，含水层由第四系及新近系组成，岩性为粉质黏土、粉土、粉砂、细砂、中粗砂。按其埋藏深度进一步划分为浅层孔隙水（40 m以浅）和中深层孔隙水两个含水层组。

（2）碳酸盐岩裂隙岩溶水

主要为隐伏型，含水岩组主要由震旦系的灰岩、白云岩组成，富水性差异较大，一般单井涌水量在100～1000 m3/d，在隐伏的大的断裂破碎带等岩溶发育强烈且有利于区域地下水汇集部位，单井出水量可达1000 m3/d以上。岩溶水的化学类型一般为HCO3-Ca•Mg型，溶解性总固体通常小于1 g/L。

（3）碎屑岩类孔隙裂隙水

隐伏在松散岩类含水层组下部，含水岩组由白垩系和侏罗系碎屑岩类组成，主要岩性为粉砂岩、中细砂岩、含细砾中粗砂岩以及火山碎屑岩。岩石较致密，砂岩裂隙不发育，渗透性弱，除局部导水断裂沟通外，一般含水层之间水力联系较差。现状没有开采的相关资料，根据区域上的勘探资料，其单井涌水量小于100 m3/d。

（4）基岩裂隙水

仅分布在泗城镇北部的屏山一带，含水岩组由青白口系石英岩、石英片岩组成。岩石较致密，裂隙发育程度较差，除局部导水断裂沟通外，一般含水层之间水力联系较差。根据区域上的抽水资料，其单井涌水量小于100 m3/d。

2 地温场特征

2.1 区域地热异常分布特征

区域温泉（地热异常）受郯庐断裂带西界五河—合肥断裂带的影响[3]，该断层早期为压性，晚期表现为张性—张扭性，北段倾向南东东，倾角70°～80°，中段未显露，但卫星影像清楚。南端消失在舒城县南西的山七里河一带。

在该断层带两侧或在与北西向断层交汇部位往往有地热异常显示，据统计受该断层影响，在十里铺地热异常区、凤阳县东大詹家地热异常区断层（影响带）一线有地热异常显示多达5处，由南向北分布有：舒城县山七里河温泉、定远县泗县石龙湖地热异常区、汤头地热田等。水温在23～60 ℃，涌水量在100 m3/d以上[4]。

2.2 区域大地热流分布特征

区内大地热流值在55～60 mW/m2[5-6]，与区域华北克拉通大地热流值接近。说明该工作区附近无新生代岩浆囊侵入附加热源，接受大地热流提供热源，属于“温盆”地热背景[6]。

2.3 钻井测温及地温梯度

本次在泗县地区实测7口和收集了1口（DR2）钻孔的测温资料[7]，其测温精度0.1 ℃，测温深度在100～999.77 m之间，钻孔静置时间在数天至几个月，甚至在1年以上，获取了（近似）稳态地层温度。经计算，各钻孔的全孔平均地温梯度在1.03～2.98 ℃/100 m之间（图2），显示出无明显地热异常，其中CW03测温孔可能受断裂构造及低热导率岩性影响，造成地温梯度值比其他区域较高，而其它测温钻孔地温梯度不同原因主要由于岩性差异、基底起伏等造成。同时本次结合已有的测温资料和钻孔柱状图，分别计算出不同地层时代地温梯度（具体见表2）。

图2 不同实测钻孔温度—深度曲线对比Fig.2 The comparison of temperature-depth curves of different borehole measured

表2 泗县地区不同地层地温梯度值Table 2 The geothermal gradient values of different strata in the SI County area

从表2知，泗县地区第四系地温梯度为1.82～3.28℃/100 m，平均地温梯度为2.32 ℃/100 m；新近系地温梯度为2.28～2.79 ℃/100 m，平均地温梯度为2.47 ℃/100 m；白垩系上统地温梯度为2.66～2.73 ℃/100 m，平均地温梯度为2.70 ℃/100 m；侏罗系上统平均地温梯度为2.68 ℃/100 m；震旦系下统地温梯度为1.29～2.10 ℃/100 m，平均地温梯度为1.68 ℃/100 m。综合上述，发现松散层地温梯度总体偏低，可能是因受浅部地下水活动影响，而震旦系下统地温梯度除局部因地下水活动影响导致偏低，则在无附加热源即泗县盆地正常大地热流（热流值在55～60 mW/m2）条件下，该地层中深部地温梯度值总体在1.68 ℃/100 m左右。因此通过本区不同地层时代的地温梯度特征研究分析，初步推测出泗县盆地沉积地层的中深部地温场分布规律，为下一步中深层地热资源开发利用提供理论依据。

3 地热地质特征分析

3.1 热源

根据区域地质及重磁资料，泗县地区及周边未有燕山晚期以来的酸性岩浆岩侵入体，仅在外侧局部有规模较小的燕山期中—基性闪长玢岩、辉绿玢岩等，因此区内及周边未有大规模的岩浆活动及放射性元素异常富集的高热流背景，表明区内现未发现有特殊的高热背景，属“温盆”地热背景，热的来源主要有两个方面，其一是泗县盆地底部深部断裂带的热对流；其二是地壳深部的热流传导。

3.2 控热、导热构造

本区地处淮北平原区，其在大别山区东部，皖南山区北部，有着良好的地下水深循环背景条件。区内近EW、NW、NNE向构造构成复杂的断裂系统，断裂多期次活动，使区内断块升降频繁，易产生大量热能，同时区内及区域的深大断裂如郯庐断裂、切割郯庐断裂呈北西向的屏山东断层、峰山断层等以及次级衍生断裂可以为地下水的深循环、深部热液的上涌创造条件，则具备形成地热热流通道的条件，可作为区内的主要控热、导热断裂。

泗县东侧分布着瓦房—沟赵断裂（F1）和赤山—黑塔断裂（F3），其分别是五河—合肥断裂北段及石门山断裂北段，在区域上属于郯庐断裂的北段，其由南向北经泗县的墩集、草庙、黑塔、山头向北偏东方向延伸，断裂倾角较陡，活动频繁，是控制着中生代的泗县断陷盆地东缘的主要断裂。同时郯庐断裂带附近存在巢湖半汤和庐江东、西汤地等温泉出露，显示出高热流值和地温梯度，表明郯庐断裂带是一个地热异常带[8]，是泗县地区的主要控热断裂。

区内及周边的屏山东断裂、峰山断裂等北西向断裂切割作为主要控热的郯庐深断裂，同时北西向断层，多为张性、张扭性高角度（倾角多在70°以上）正断层，规模小，但多垂直于褶皱轴发育，横切各含水层组，使之产生密切的水力联系，成为汇水和导水以及导热的主要通道，岩溶水丰富。泗县—任桥断裂（F2），东抵郯庐断裂经草庙和泗城北部向西略偏南方向延伸，倾向南，倾角较陡，北侧上升，南侧下降，是控制着中新生代的泗县断陷盆地北缘的主要断裂，并切割北西向峰山断层（F5），易形成导热、导水通道，有利于热储沿断裂上升，则也可作为导热、导水断裂。

3.3 盖层

泗县位于发育于中生代的盆地中，并不断接受沉积，直至近代，沉积堆积较厚，整个坳陷受断层和构造的控制，具有良好的封闭环境。而区内的第四系厚度较薄，一般小于60 m，岩性为黏土、粉质黏土、粉细砂等，其富水性良好，导热系数一般为1.0～2.0 W/m·k，一般不会形成热储的盖层。但区内的侏罗、白垩系地层分布较为稳定，厚度达1000 m以上，岩性主要为砂岩和砾岩，并夹粉砂岩、泥岩、火山碎屑岩等，同时新构造运动产生的岩石裂隙较少，即使有裂隙，也多被泥质充填，含水量贫乏，可成为较理想的热储盖层。

3.4 热储层

区内中震旦系灰岩岩溶化，含裂隙溶洞水，富水性较好，上部又上覆导热性较差的白垩系、侏罗系（厚达1000 m以上）地层，形成较好的盖层，而且盆地受褶皱、断裂构造影响较大，该层位的地热流体沿EW、NNE、NW向深断裂及次级断裂循环上升，侧向流动在红层白垩系、侏罗系盖层之下储存起来，尤其在断裂带交汇处一般地温梯度较高，地热较异常，因此，盆地震旦系灰岩和断裂带交汇处可成为地热流体的理想热储层，则盆地地热田具有层状兼带状热储分布特征。

3.5 地热资源开发利用前景区

根据区域地质资料，泗县草庙镇周边区域位于封闭的断陷构造—泗县断陷内，地表为100～200 m厚的松散层所覆盖，下伏有厚达1000 m以上的低热导率的白垩系—侏罗系上统地层，其含水量贫乏，导热性能较差，且根据区内地温场特征知，盖层地温梯度可达2.7 ℃/100 m左右，因此可成为较理想的热储盖层；同时研究区处于北北东向的五河—合肥断裂、北西向的峰山断裂及次级断裂构成的控热、导热断裂交汇处，因此区内热源由深部断裂带的热对流以及地壳深部的热流传导组成，一般会使地温梯度增高，显示地热异常。而区内中生代地层下可能存在隐伏的震旦系地层，岩性主要为白云岩、灰岩，其岩溶发育，富水性好，补给来源主要为侧向补给，可成为较理想的热储层。因此草庙地热资源开发利用前景区热储主要由断裂破碎带和震旦系地层构成，构成带状兼层状热储（图3）。

图3 泗县草庙地区地热田概念模拟示意Fig.3 The conceptual modeling of geothermal field in Caomiao area,Si County

4 结论与建议

（1）通过资料收集分析、地热地质调查和测温等工作，初步查明了工作区地层结构、地质构造特征及盆地基底特征，并初步查明了区内地温场特征，具体表现在不同地层时代地温梯度，为了解区内盖层地温梯度及热储层温度奠定了基础。

（2）下一步建议在草庙地热资源开发利用前景区内，布置微动探测和可控源音频大地电磁测深（CSAMT）等物探手段，进一步探测来研究区内中生代盖层的厚度、寻找区内有利张性断裂构造和震旦系灰岩热储的所处深度，进行深井钻探验证，钻孔深度在1500-2000 m，实行探采结合。