洛陽田

洛陽市南部區地熱地溫場特征及影響因素研究

趙東;王海亮

【摘要】研究區西部邊界為龍潭溝斷層(F5),東部邊界至經周斷層,南部邊界至嵩山

背斜分水嶺,北部邊界至伊河斷層(F3).該區地溫場的平面特征是西部形成高溫區,由

此向東及東南方向地溫和地溫梯度值均表現為逐漸減低;垂向特征是隨埋深加大地

溫升高,但熱儲層內垂向地溫梯度值相對較低,而蓋層垂向地溫梯度值相對較高.影響

區內地溫場變化的主要因素為地質構造、地層巖性、水文地質條件、蓋層厚度及深

大活動斷裂.通過對區內地溫場特征的研究,必然對今后合理而科學地開發利用洛陽

地熱具有更好的指導意義.

【期刊名稱】《中國煤炭地質》

【年(卷),期】2019(031)008

【總頁數】5頁(P44-48)

【關鍵詞】地溫場特征;大地熱流值;龍潭溝斷層

【作者】趙東;王海亮

【作者單位】河南省煤田地質局二隊,河南洛陽471023;河南省煤田地質局二隊,河

南洛陽471023

【正文語種】中文

【中圖分類】P314

0前言

洛陽市南部區龍門地熱田開發利用始于1972年的地熱勘查。該區地熱以張溝村玉

隆苑地熱井所在區域為高溫中心向四周不斷發展，西部邊界為龍潭溝斷層(F5)，東

部邊界至經周斷層，南部邊界至嵩山背斜分水嶺，北部邊界至伊河斷層(F3)。到目

前為止區內共有地熱井約20余口，出水溫度41～98.5℃。

本區自上世紀50年代以來進行了較為系統的地質勘查等工作，在區內勘查與地熱

調查研究基礎上，本文進一步分析了洛陽南部區地熱田地熱地質條件，針對地溫場

特征及因素分析，對本區地熱成因作更深一步的研究，其結果必然對今后合理而科

學地開發利用洛陽地熱具有更好的指導意義。

1地熱地質背景

1.1區域地質背景

洛陽地處華北地臺的南緣。地層區劃屬華北地層區嵩箕地層小區。區內缺失奧陶紀

下統、志留系、泥盆系、石炭系下統及侏羅系、白堊系外，自太古界登封群—第

四系均有出露。太古界、元古界及古生界寒武系出露于區內南部，二疊系、三疊系

出露于區內的中部，新近系及第四系廣布于區內北部。

區內大致經歷了中條、少林、加里東、海西、印支、燕山和喜馬拉雅等多次構造運

動，形成嵩山背斜及首陽山斷層、草店斷層、五指嶺斷層、嵩山斷層、龍潭溝斷層、

伊河斷層等，他們規模大，切割深，形成區域上的控熱構造和導熱構造(圖1)。根

據區域地熱地質資料綜合分析，洛陽盆地及周邊的熱儲層主要有寒武系灰巖巖溶裂

隙含水巖組，新近系古近系碎屑巖孔隙含水巖組和砂巖裂隙含水巖組，屬層狀熱儲；

斷裂破碎帶熱儲，屬帶狀熱儲。其中以巖溶裂隙熱儲和斷層破碎帶熱儲開采價值最

高。

圖1構造綱要圖Figure1Structuraloutlinemap

1.3洛陽市南部區地熱地質條件

根據區內構造分析，對本區地熱有影響的主要為龍潭溝斷層、草店斷層及伊河斷層，

熱儲蓋層為二疊、三疊系的砂泥巖及新生界松散層。

深大斷裂為熱水的運移通道，地下水以深循環形式經深部加熱獲取熱量，沿斷裂帶

上涌至地表或淺部，沿導熱地層或導熱斷層通過對流或傳導的方式輸送熱量，溫度

多以沿斷裂帶較高為特征，而以其為中心通過熱儲層向周邊進行熱流輸送中，必然

要進行熱交換而造成熱損耗，使地熱流體溫度相應降低。其中龍潭溝斷層區域上屬

岸上-襄郟斷裂中段，根據近期地熱井鉆探揭露資料分析，該斷裂位于區西部邊界

馬營村至豐李東部一線。該斷層控制了本區地熱資源的形成及分布，甚至洛陽盆地

西部及周邊地熱的形成和發展均受該斷裂的影響。

龍潭溝斷層(F5)：區域上為岸上-襄郟斷裂，該斷裂西起新安縣城西南，向北進入

山西境內，向南則穿過洛河河谷，經伊川、臨汝至郟縣南，全長125km，斷裂走

向300°～315°，傾向北東。該斷裂控制了洛陽盆地西部邊界，具有多期活動的特

點，是龍門地熱田的主要控熱-導熱構造。

草店斷層(F1)：走向北西，傾角南西，傾角65°～70°，具左行走滑特征出露長度

8km，向北西方向沒入洛陽盆地內。此斷層具多期活動的特征，落差大于1500m，

是龍門地熱田的控熱-導熱構造。

伊河斷層(F3)：走向北東東，傾向北北西，傾角70°～75°，出露長度7～8km，

它控制著洛陽盆地的南部邊界。該斷層在西鄰的宜洛煤田稱為錦屏山斷層，向東延

伸切割龍潭溝斷裂及草店斷層后，稱為伊河斷層。斷層走向北東東，傾向北北西，

傾角70°～75°，為一南升北降的正斷層，落差西部大于2000m，東部小約1

000m，該斷裂屬張性正斷層，控制了熱儲層的空間分布，又在后期活動中其斷裂

帶及其影響帶巖石破碎，裂隙發育，構成地熱流體的儲集空間，起著控熱-導熱的

作用。

2研究區地溫場變化特征

2.1地溫場背景

地球內部所蘊藏的豐富熱能在溫度差的驅動下主要通過地層或斷層等介質向地表流

動、散失，形成了地球的熱場，簡稱地溫場。

本區在漫長的地質歷史時期，曾經歷了多次強烈的構造運動。尤其是在印支-燕山

旋回后期至喜馬拉雅運動期(新構造運動期)，地幔隆起，地殼變薄為本區局部地溫

場的升高創造了較好的構造地質條件。其中燕山運動發生在侏羅紀-白堊紀，在華

北主要表現為：強烈的褶斷運動和斷塊運動及大規模的巖漿活動；喜馬拉雅運動在

區域內主要表現為升降撓曲和斷裂活動，早期東西向、北西向及北東向斷裂復活，

在此基礎上形成了一系列東西向或北西向新生代斷陷盆，局部常有基性巖漿沿斷裂

噴發，如河南省內沿岸上-襄郟斷裂分布的大安及澠池段村四龍廟基性玄武巖，沿

此北西向斷裂帶分布著龍門鎮、溫泉鎮等許多溫泉及地溫異常區，說明巖漿活動的

發生，尤其是新構造運動期巖漿及侵入活動對本區大地熱流值的影響極大，為區內

局部地溫場的升高提供了熱能來源。

2.2研究區大地熱流值特征

大地熱流值是地球內熱在地表唯一可以量測的物理量，比其他地熱參數更能確切地

反映某個地區地溫場的特點。大地熱流值的計算結果相當于巖石熱導率和垂向地溫

梯度二者相乘之積(q=Κ·γ，γ為地溫梯度，Κ為巖石熱導率)。

2.2.1地溫梯度值的計算

熱儲溫度是指深部熱儲層的溫度。本次采用物探測井在地熱井中直接測量熱儲層溫

度同時參考區內各熱水井出水溫度，利用恒溫帶深度、溫度以及井底溫度、深度，

計算本區內各地熱井的地溫梯度。(計算結果詳見表1)，計算本地熱井的地溫梯度。

地溫梯度計算公式為：

γ=(T-T0)/(H-h)×100

式中：γ——地溫梯度，℃/hm；

T——井底溫度，℃；

T0——恒溫帶溫度，東部伊河即龍門口斷層(F6)以東根據李村深部煤詳查穩態測

溫成果取值19.4℃，以西高溫區附近取值依據實際測井成果；

H——井底深度，m。

h——恒溫帶深度，東部伊河即龍門口斷層(F6)以東根據李村深部煤詳查穩態測溫

成果取值40m，以西高溫區附近取值依據實際測井成果；

經計算本區內地熱井地溫梯度為0.90～6.67℃/hm，西部高溫區附近地溫梯度值

3.03～6.67℃/hm，>3℃/hm，高于區域正常值，屬地溫梯度異常區。其它區域

則<3℃/hm，屬地溫梯度正常區。

表1研究區部分地熱井地溫及地溫梯度計算成果一覽表Table1Datasheetof

studyareapartofgeothermalwellgeotemperatureandgeothermal

gradientcomputedresults地熱井編號熱儲層位出水溫度/℃Э3頂界地溫/℃井

孔地溫梯度/℃·hm-1N+Q地溫梯度/℃·hm-1T+P地溫梯度/℃·hm-1∈3地溫梯

度/℃·hm-11斷層帶98.56.672斷層帶753.864.704.332.823Э3灰巖

5646.53.034.802.132.504Э3灰巖42.838.91.605Э3灰巖41381.606Э3灰巖

54(混合)66.51.952.131.367Э2+3灰巖4640.21.402.100.920.908Э2+3灰巖

41.639.81.312.071.100.909Э3灰巖2428.250.980.631.111.10

2.2.2大地熱流值的計算

根據中國大地熱流構造分區，洛陽屬于華北-東北構造區，為華北板塊陸內區，大

地熱流值為59～63mW/m2。本區地熱開發自上世紀70年代開始至今已將近50

年，然而對大地熱流值的計算和研究則幾乎是零，主要是大部分為私人開發，對巖

石熱導率等參數的測試不重視或根本就沒考慮到。本次大地熱流值計算中新生界巖

石熱導率取值根據《地熱資源勘查評價與開發利用新技術手冊》中經驗值予以確定，

新生界熱儲層主要為黏土、砂、礫巖、砂巖、泥巖等，巖石熱導率K取值約為

2.0W/m·K，據此計算西部高溫區大地熱流值為94～133.4mW/m2，均高于構造

區內大地熱流正常值，1號地熱井附近則高于133.4mW/m2，表現為明顯的地熱

異常區；而其他區內大地熱流約為41.4～42.6mW/m2，低于構造區內大地熱流

正常值，東南部基巖出露及熱儲淺埋區約為12.6則最低。

2.3地溫場平面特征

根據對本區地熱井測溫資料并結合區內各熱水井出水溫度，結合地熱田構造、熱儲

組合特征等繪制出區內寒武系灰巖熱儲層頂界面等溫線圖(見圖2)，地溫場顯示西

部F8與F3和草店斷裂交匯區形成高溫異常區，中心最高溫度98.5℃，地溫從中

心區向邊界方向逐漸降低。通過對本區地溫梯度及大地熱流值的成果分析均顯示與

這一地溫平面分布特征完全相符。

這一地溫分布特征揭示了本區地溫場的平面分布受北西向龍潭溝深大斷裂控制，該

斷裂為區域性控熱斷裂，在區內西部與F1和F3斷裂相交，溝通了深部熱源，熱

水受北部及西部巨厚中生界及新生界隔水巖層的阻隔上升形成洛陽市南部地熱田的

高溫區，并由此一部分沿F5、F1夾持的段塊向南東方向徑流，另一部分則通過

F3、F1斷裂向東部徑流，其它則以傳導的方式向北、西方向擴散。反映出天然狀

態下含水層在這些部位吸熱后水體被加熱，而后溫度向四周傳遞擴散。

圖2成安山地熱地質圖Figure2Geothermalgeologicalmapof

Cheng'anshanarea

2.4地溫場垂向特征

根據本區鉆孔的地溫梯度，新生界底面是個明顯的熱物理界面，其上的新生界巖層

熱導率低，導熱性差，地溫梯度的平均值較高，為區域地熱蓋層，一般為2.07～

4.8℃/hm，以下三疊至二疊系和石炭系巖層導熱率稍高，導熱性稍好，地溫梯度

平均值較之新生代該層相對較低，地溫梯度至則保持在0.92～4.33℃/hm，而區

內主要儲熱含水層寒武系灰巖，導熱率高，導熱性好，地溫梯度最低，當鉆孔揭露

該儲層界面時地溫會突然升高，而地溫梯度則陡然下降，區內有5孔揭穿中寒武

灰巖巖溶含水層，根據測溫成果(表1)，該熱儲層地溫梯度為0.9～2.5℃/hm，地

溫梯度至則保持在0.9℃/hm。根據7號及8號孔測溫成果分析，本區寒武灰巖有

兩個溫度拐點，第一個拐點在上寒武頂界面，第二個拐點在穿過下寒武中的泥巖及

灰巖互層曾為后于中寒武張夏組灰巖頂界面處，地溫會突然升高，而后儲層內溫度

變化平緩，地溫保持在46～47.5℃。以上層位地溫梯度均表現為高溫區為高值，

其它則沿徑流方向逐漸降低，至伊河即龍門口斷層(F6)以東最低，為0.9～

1.1℃/hm。

綜合區內測溫井、孔資料分析，其地熱垂向上具隨深度增加而增大的規律，地熱田

大部分具有松散蓋層，區內測溫曲線反映出垂向上地溫隨深度增溫具有明顯的規律，

但熱儲層內垂向地溫梯度值相對較低，而蓋層垂向地溫梯度值相對較高。

3影響地溫場變化規律的因素分析

通過對本區地溫場變化特征的研究和分析，影響區內地溫場變化的主要因素為地質

構造、地層巖性、水文地質條件、蓋層厚度及深大活動斷裂等。

3.1基底構造形態對地溫場的影響

根據研究表明大地熱流值分布與基底構造形態密切相關，隆起區為相對高熱流區，

坳陷區為相對低熱流區。區內西部為龍門凸起為嵩山背斜西部邊緣地帶分布有巨厚

的寒武系灰巖熱傳導層，較厚的蓋層，且發育有F5、F3、F1活動性大斷裂熱傳導

速度塊，地溫、大地熱流值明顯偏高，極易儲積較高熱能形成溫泉；而在東南部嵩

山(本區名為“萬安山”)背斜北翼，雖然亦為凸起，但由于基巖裸露，地下熱能無

法儲積，形成地溫、大地熱流值低值區，而由此向北嵩山背斜北翼深埋區，地溫、

大地熱流值逐漸升高，本區的這種特點總體上符合隆起區為相對高熱流區，坳陷區

為相對低熱流區的規律。

3.2地層巖性對地溫場的影響

區內自太古界登封群-第四系均有分布。太古界、元古界及古生界寒武系出露于區

內南部，二疊系、三疊系出露于區內的中部，新近系及第四系廣布于區內北部。不

同巖性地層，其物理性質有較大差異，從而引起不同的地溫場。

區內蓋層中新生代地層由于其巖層熱導率低，在不同的構造部位，地溫梯度的變化

極為明顯，但均顯示為高的地溫梯度之，其中新生界松散層、古生界二疊系及三疊

系砂泥巖地溫梯度較高，而古生界巨厚的寒武系灰巖熱導率高，地溫梯度值相對低

些。

3.3水文地質條件對地溫場的影響

本區地下水的運動對地溫場的影響較為明顯，東南部嵩山背斜北翼古生界寒武系灰

巖大面積出露，巖溶發育，降雨入滲補給條件好，接受大氣降水及地表伊河水補給，

冷水下滲補給地下水，一部分由東向西徑流，另一部分則由南向北徑流一定程度上

降低了區內地層的溫度，造成研究區東部強徑流坳陷區形成大地熱流低值區，該區

地下水在向西徑流的過程中與西部高溫區地下熱水交接，由于熱損耗相應較大，降

低了西部高溫地熱流體的溫度，造成區內地溫梯度的降低。

從圖2可清楚的看出，地溫等值線分布表現為向東部及龍門石窟伊河流經處即龍

門山口斷層所在區域尤為密集，西部高溫區相對稀疏的特點。顯示高溫區向東地溫

迅速降低，西部高溫區內雖亦顯示向南東方向有降低的趨勢，但地溫變化相對緩慢，

說明地熱田東部為地下冷水及地表伊河水補給區，西部為熱水供給區，尤其是龍門

山口斷層由于其導水性好，在接受東南部地下冷水側向補給的同時，又接受伊河水

的直接滲漏補給，成為本區東、西部地熱的明顯的地下分水嶺。

3.4深大活動性斷裂對地溫場的影響

根據以上研究區內，F5、F3、F1活動性大斷裂交匯區，溝通了深部熱源，形成洛

陽市南部地熱田的高溫區，而后溫度向四周傳遞擴散。顯然F5、F3、F1活動性大

斷裂對本區地熱場變化起到了絕對控制作用。同樣東部區內由南向北，接近伊河斷

層表現為地溫梯度、大地熱流值逐漸升高的趨勢，表現出伊河斷層對區內地熱有較

大的影響。

3.5蓋層厚度對地溫場的影響

研究區東部由南向北新生界蓋層厚度0～750m，地溫、大地熱流值則相對偏低，

且明顯表現為南部萬安山凸起區大地熱流值為最低，向北逐漸升高。西部高溫區由

東南龍門山基巖露向西北伊河斷層蓋層厚度約0～1300m，地溫、大地熱流值向

西北逐漸升高。以上充分說明較厚熱傳導率低的蓋層，能起到較好的保溫作用，厚

度較小則不利于熱量的儲存。

4結論

區內地熱資源的勘查和開發由來已久，對其地熱資源地質特征及成因的研究也較為

深入，但限于前期實際鉆孔資料相對較少，理論上對地溫場特征的探討雖較完善，

定量分析則相對少些，本次根據較多的測溫、地熱地質勘查及調查成果對本區地溫

場特征及影響因素作了詳盡的分析和論述，解決了以往對此工作所留下的疑問，為

今后合理而科學地開發利用洛陽地熱具有更好的技術指導意義。

①研究區地熱地溫場的平面特征是西部龍潭溝斷裂(F5)、F3和草店斷裂(F1)交匯區

形成高溫區，由此向東及東南方向由于受構造、地層巖性及水文地質條件等的影響

地溫及地溫梯度值均表現為逐漸減低；垂向特征是隨埋深加大地溫升高但熱儲層內

垂向地溫梯度值相對較低，而蓋層垂向地溫梯度值相對較高。

②影響區內地溫場變化的主要因素為地質構造、地層巖性、水文地質條件、蓋層厚

度及深大活動斷裂。

③通過對本區地溫特征的研究確定西部高溫區大地熱流值為94～133.4mW/m2，

均高于華北-東北構造區內大地熱流正常值，表現為明顯的地熱異常區；結合實際

地熱鉆探，進一步驗證了龍潭溝斷裂對本區地熱的影響和控制。

④龍門山口斷層由于其導水性好，成為本區東、西部地熱的明顯的地下分水嶺。

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