[科普中国]-地热异常

地热异常是一种地下温度和地热梯度比周围地区显著增高的现象。表现为地面温度高，潜水温度高，有特殊的地植物和小气候的标志，有特殊的地下水化学成分，不同地区地热增温率有差异，接近平均增温率的称正常温区，高于平均增温率的地区称为地热异常区。

释义地下温度和地热梯度比周围地区显著增高的现象。表现为地面温度高，潜水温度高，有特殊的地植物和小气候的标志，有特殊的地下水化学成分，有温泉或间歇泉等。地热平均增温率约为3°C/100米。不同地区地热增温率有差异，接近平均增温率的称正常温区，高于平均增温率的地区称地热异常区。地热异常区是研究、开发地热资源的主要对象。地壳板块边沿，深大断裂及火山分布带等，是明显的地热异常区。近代火山活动地区常有地热异常。1

阿尔山地热异常区阿尔山地热异常区分布于阿尔山市东南阿尔山河东岸，河谷洼地与中低山接触地带，南北长约150m，东西宽约50m，分布面积约0.0075km2。2

阿尔山地热异常区地质特征阿尔山地热异常区位于阿尔山地堑东侧断裂带。地堑100m以下隐伏有大面积燕山期狭长花岗岩侵入体。上覆侏罗系流纹岩和凝灰岩。含水层岩性为侏罗系凝灰岩。岩层表面及层间节理裂隙发育，为良好的储水空间。

阿尔山地堑东侧破火山口附近由于火山口塌陷形成一系列环状裂隙带及放射状断裂构造，为区内地下水的赋存和运移提供了良好通道。阿尔山地堑断裂倾角大，近似直立，使得这一运移过程更为有利。

阿尔山地热异常区属良好的开启型构造储水系统。大气降水或地表水沿破火山口外围环状裂隙、放射状构造裂隙及侏罗系地层间裂隙向下运移，汇集于地下深部的构造裂隙或岩体周围侵入成岩时所形成的节理裂隙中，并在其间循环运移。循环运移过程中，上述流体逐渐被深部构造热和火山通道中的余热所加温，同时受与花岗岩围岩进行组分交换时形成的热介质的影响而形成热流体。热流体在压力差的作用下沿北西向张性断裂向上运移，并在有利条件下出露地表，形成地热异常区或汇入潜水层排泄于河流。但由于断裂破碎带中裂隙发育的各向差异性和不均一性，使得地热流体的上升通道和路径各不相同，所造成的热量损失亦不相同，从而导致阿尔山地热异常区温度各不相同，地热异常区水温在15℃～42℃之间（原水温48℃）。

依据阿尔山地热异常区29眼地热井水温资料，通过绘制地热异常区水温等值线图，可以看出沿北北西向断裂分布以34号泉为中心的水温高值区。该区平面上呈耳状型，其展布方向同断裂展布方向一致。水温异常区呈辐射状向外围低温区扩展，扩展趋势与地温基本一致。其辐射扩展范围明显受地热异常区断裂构造控制，而且局限于构造控制区域内。历年观测气温和泉温数据表明阿尔山地热异常区水温受气温影响较明显。地热异常区为断层脉状或点状承压水，而且水源来自深部的基岩裂隙中。2

阿尔山地热异常区温度场特征依据有关资料，阿尔山地下热水地温场垂向上0～45m范围地温随深度增加呈缓慢增加，增至48.9℃。45m以下地温随深度增加而缓慢减小，减至47.15℃，至85～265m地温急剧下降到33℃。

以上特征可以看出，本区热储（即断裂储水段）为30～45m。由于人工开凿缘故，使得通道畅通，热损失很小。45～85m段仍属断裂破碎带，但裂隙发育程度显然低于45m以上破碎程度，而且在低温围岩的作用下，热量向外扩散速度大于前者。85m以下断裂裂隙不发育，地温表现出明显的负梯度变化。265m以下地温又略有增加，进入正常地温增温地段。地温异常深度控制在85m之上。

阿尔山地热资源仅局限于阿尔山地热异常区四周长约150m，宽约50m范围内。其他地段测温曲线均反映地温正常增温，无异常地热增温特征。2

阿尔山地热异常区热储特征阿尔山地热异常区热储特征主要表现在盖层、热储、通道、热源几方面。

（1）第四系松散层与基岩破碎带无统一的隔水界面。大部分地区第四系松散层直接覆盖于基岩风化壳上，仅局部地区第四系松散层与基岩破碎带接触部位分布有不连续的砂粘土层，且其厚度不大，隔水隔热性能较差。因此，地温热量向外扩散损失较大，造成地热异常区水温的差异性。阿尔山地热异常区水温在15℃～42℃之间。

（2）阿尔山地堑100m以下，隐伏有大面积侏罗系熔岩、凝灰岩和燕山期钾长花岗岩侵入体。上覆侏罗系流纹岩和凝灰岩。含水层岩性为侏罗系凝灰岩。岩层表面及层间节理裂隙发育，为区内地热水提供了良好的储水空间。

（3）阿尔山地堑东侧破火山口附近由于火山口塌陷形成一系列环状裂隙带及放射状断裂构造，属张性，为本区地下水的赋存和运移提供了良好通道。局部断裂构造为压扭性构造，在区内起阻水阻热作用。地下热水在径流过程中，遇到阻水阻热断裂后，在有利地段通过张性断裂通道向上涌，形成泉。阿尔山地堑断裂倾角大，近似直立，使得这一运移过程更为有利。

（4）本区热源主要为深部构造热和火山通道中的火山余热，其次为花岗岩体中放射性元素在分裂作用下产生的热能。另外，地层深部构造活动也产生热能。地下水在此间循环运移并加温后，在有利地段沿着断裂通道向上涌，最终形成热泉。

以上特征造成了该地区地热呈带状或点状分布。本区地热异常区属山区开放型热储，地热资源属点状或脉状构造型—浅埋火山型地热水，依据《地热资源勘查规范（GB11615－89）》中对地热资源温度分级标准，该处地热水属低温地热资源类的温水，温度在25℃～40℃之间。2

汤东断裂地热异常特征及成因区域地质特征预查区位于华北陆块南缘，分属华北坳陷之内黄隆起及周边找煤区的成矿带上。找煤区位于华北板块内，地层分区属华北区华北平原分区豫北小区，具有隆、坳相间之特征，隆起主要有太行和内黄隆起，坳陷主要有汤阴、东明和开封坳陷。内黄隆起区经历了长期、多次的构造运动，使得不同构造体系在该区相互交错、叠加、继承与复合，构成以北北东、北东、北西西、近东西走向复杂多样的断裂构造格局。这些构造体系的生成和发展对有关矿产的生成、富集、储存起着一定的控制作用。隆、坳分布格局决定了找煤区石炭—二叠系含煤岩系南北成带的总体面貌。区内主要含煤地层为石炭—二叠系，含9个煤段（组），煤系地层厚126～400m，二叠系下统山西组二1煤层为主要可采煤层，煤层厚度一般为1.81～8.19m。在预查区东南部，即新乡卫辉一带发现地热异常带，为寻找地热资源提供靶区。3

地热异常成因1、 地质构造

通过某预查区地震地质成果及高分辨率地震剖面，对比区域构造分布图和地温梯度深度曲线图可看出，高地温分布区恰好位于基底构造较发育的汤东断层附近（图3、图4），低地温分布区正是基底构造不发育的地区。预查区受多种构造体系的影响，覆盖层以下地层内断裂纵横交错，裂隙发育、岩层破碎，深部地热水沿断裂和灰岩的裂隙、洞缝向上运移，受上部透水性差的泥岩顶板的阻碍而集中于奥陶系和石炭系灰岩顶部。热水一方面通过盖层的孔隙和细小裂隙极其缓慢地向上渗透，另一方面其热量也在不断向周围岩层传导，于是在汤东断裂附近形成了地温偏高的异常区。预查区大部分区域基底断裂不太发育，受深部地热水的影响不大，正常情况下地温偏低。

2、岩层性质

岩性结构及盖层厚度、完整性是影响地温及地温梯度在纵向上变化的重要因素之一。汤东断裂错断了新生界新近系地层，进一步验证了其活动性。从地温梯度可以看出，在孔底附近地温梯度值偏大，结合地质及钻孔资料分析，该地层岩性为灰岩，局部较破碎，裂隙较发育。

3、地热系统的成因机制

预查区地热系统的成因模式是传导和对流双重影响的结果。热对流起主导作用的是地球内部的热经传导至太古界下部;太古界至新近系经历了多次构造运动，其间断裂、裂隙、空隙发育，来自东部、北部和西南部山区并赋存于石炭系、奥陶系及寒武系灰岩中的地下水经加热增温，沿着断裂和裂隙上升至灰岩顶部。灰岩顶部的热水受顶板泥岩弱透水层的阻挡，以传导的形式对其断裂周围以上地层施加影响，但是通过预查区其他钻孔资料显示，大多数孔底温度在43～46℃（包括邻近的钻孔），远达不到上述3个钻孔的孔底温度（63℃左右），因此热传导形式在该预查区影响较小。在预查区地热系统的成因机制中对流起主要作用，对流对预查区地温分布的不均一性有重要影响。3

本词条内容贡献者为:

屈明 - 副研究员 - 西南大学