上海市地热资源地质条件及开发利用潜力分析谢建磊　方正　李金柱　徐明德(上海市地质调查研究院,上海,200072)摘　要　受多种因素制约,上海市近年来陆续实施的地热资源勘查效果都不理想。

本文在汇总整理本市有关地热资料的基础上,对区内热源、热储、热盖和通道等地质条件进行了分析,并划分了12个地热资源远景区。

热盖为上侏罗统、松散层区域性热盖和上白垩统-古近系、下古生界陆源碎屑岩局部性热盖。

热储具有下古生界和白龙港玄武岩层状热储和断裂破碎带带状热储。

热源主要为正常的地温增温,断陷盆地盆缘断裂和主要断裂具有深部导热作用。

关键词　地热地质条件　控热构造　远景区　利用潜力1　引言地热资源作为一种清洁能源,逐渐成为许多城市能源结构的重要组成部分。

加强恒温层以深地热资源(包含浅层地温能)的勘查和利用成为地质部门的一个重要任务。

尤其是近年来,在国际能源供需矛盾日益突出、国内出台产业节能减排政策的背景下,开发地热资源已成为提升城市形象、带动经济发展的有效手段。

上海市自身能源缺乏,加强地热能勘查和开发对建设“资源节约型、环境友好型”国际性大都市具有重要意义。

浅层地温能因分布广泛、利用方便、调查和开发技术臻于成熟,在世博会等工程中已开始利用,但在中浅部、深部地热资源勘查上,受区域地质条件认识不足等因素影响,目前还没有取得突破。

20世纪60年代至21世纪初,区内零星进行了水温测量、岩石物性测试、岩溶水文地质普查和北新泾等局部的地热资源勘查,积累了部分地质资料和经验。

初步总结和探讨了重固-北新泾地热资源远景区段[1][2],并据长江三角洲地区地热资源分布规律对上海市地热资源勘探方向进行了初步概括[3];但上述认识多集中在局部,对地热资源的地质条件至今未见有系统论述和地热资源远景区划分。

本文在上述资料基础上,通过与邻区对比,分析了本区地热地质条件,划分了地热远景区(带),并对其开发潜力进行了分析。

2　区域地球物理和地质特征2.1　区域重磁场特征区域布格重力异常呈NE-NEE、近E W向,向东逐渐抬高。

除松江、青浦和堡镇一带,多为正异常。

局部发育轴向NE、近E W向相间分布的相对重力高和重力低值区,多由梯度带或线状过渡带分割,多对应于隆起区和坳陷区。

区域航磁△T异常以NE-S W向带状异常带占优势。

通常高磁异常区对应于基底隆起区和基性侵入岩;中磁异常区对应于火山岩、中酸性侵入岩;低负磁异常区通常对应于陆源碎屑岩和碳酸盐岩类浅埋区。

区域重磁异常分带受NE、NEE向主构造线控制,沿构造线方向不连续的特征[4],呈现出NW和NWW、NNE向后期断裂的改造作用。

异常特征的差异反映了各自物质组成和后期构造运动作用强度的不同,变化越剧烈,后期构造作用的影响可能越大。

据重力异常和航磁异常分别反演的莫霍面、居里面埋深(图1)同样显示了NE-NEE、近E W向的主构造线方向。

莫霍面埋深自西向东总体变浅,且显示了江绍断裂带至枫径-川沙断裂带北东向构造带、上海中部北西向构造带的深部控制作用。

居里面埋深呈鼻状自西向东和自中部向两侧总体变深。

居里等温面埋藏较浅的地方通常大致与高地温梯度区相对应,对地热形成较有利[5]。

收稿日期:2009-03-02作者简介:谢建磊(1981-),男,助理工程师,主要从事区域地质调查和研究工作。

图1　上海市及邻区莫霍面(左)和居里面(右)埋深等值线图Fig .1Cont our map s of Moho (left )and Curie surface (right )dep th in Shanghai and adjacent area2.2　区域地质和水文地质区内变质基底为金山群和惠南板岩,盖层包括震旦系碳酸盐岩类、下古生界碳酸盐岩和陆源碎屑岩类、上侏罗统火山碎屑岩和陆源碎屑岩类、上白垩统-古新统红盆沉积、中新统玄武岩类和上新统-第四系松散岩类。

此外,燕山晚期侵入岩分布广泛。

广泛发育的节理多为后期热液充填,部分贯通性较好。

断裂构造有NE 、NNE 、NW -NNW 和近E W (NWW 、NEE )四组(图2),NE 、近E W 向发育较早,NNE 、NW -NNW 向较晚。

NE 向断裂呈压扭-张扭性。

NNE 向断裂多呈张扭性,大场-廊下以东15-30k m推断为一重要NNE 向构造带。

NW -NNW 断裂呈压剪-张扭性,张性主要表现在浅部构造上。

近E W 向断裂先后呈压性-剪切-张性-压扭性-张扭性,在断陷盆地边缘多呈张性。

图2　上海市地热地质构造图Fig .2Geother mal geol ogical structure map in Shanghai区内地下水主要赋存于松散岩类裂隙中,其次为上新统、上侏罗统、下古生界基岩裂隙、节理和断裂破碎带中。

松散岩类孔隙水分布广泛,分潜水层、微承压含水层和五个承压含水层。

基岩富水性差别较大,与断裂和岩溶发育程度密切相关。

水化学类型有HC O 3・Cl -Na 、Cl -Na ・Ca 、Cl -Na 、Cl ・HC O 3-Na 、HC O 3-Na 、Cl ・S O 4-Na 六种,多为微咸水。

水温22～46℃。

PH 值为6.7～8.56。

3　地热地质条件特征3.1　地温场和热源特征区内恒温层埋深约23m ,地温18.2℃。

地温随深度总体呈线性增大趋势,松散层中尤为明显。

平均地温梯度一般3.10℃/100m 。

下古生界平均地温梯度为2.1～3.4℃/100m ,最小为0,变化最大;上侏罗统为1.8～2.36℃/100m;第四系为3.1～4.6℃/100m 。

近年来,水温调查在地热资源勘查中取得了很好效果[6]。

区内第四承压含水层分布广泛,且局部多年的水温测量表明数据质量较高,最具代表性。

该层水温在太仓-奉贤断裂以西比罗店-周浦断裂以东略高,但比两断裂带间略低(图3)。

局部条带状高值区多NE 向,个别呈NW -NWW 、NNE 向,集中在上述两断裂之间。

具体分布在安　盆地北缘、青浦-北新泾-静安寺、庙镇-唐行、顾村-高行-长兴、北桥盆地、练塘-石湖荡、枫泾-马桥、书院-临港新城、朱泾-廊下、莘庄-周浦和三林-川沙一带。

主要受如下因素影响:图3　上海市第四承压含水层水温等值图Fig .3Cont our map of water te mperature of f ourth confined aqui 2fer in Shanghai(1)受隆坳构造、基岩埋深和岩性制约。

基岩埋深与隆坳构造关系密切。

老地层地温梯度低,新地层地温梯度高;岩性的影响主要表现为,灰岩、白云岩等地温梯度低,砂岩、泥岩等地温梯度高;沉积岩低,火山岩高。

(2)地温场变化特征与居里面形态具较好相关性,说明浅部地热场受深部地热场控制。

(3)控制区域构造格架的断裂对区内水温场分布的控制性作用十分明显,主要受NE 、NW -NNW 向断裂或两者的联合控制作用。

邻区NW 向断裂富含深5.0～10.6km 的热流体包裹体特征[7],表明主要断裂应具深部导热作用。

3.2　热盖特征热盖主要包括第四系松散层、上侏罗统、上白垩统-古近系。

前两者区内广布,为区域性热盖,后两者主要集中在断陷盆地,为局部热盖。

厚度变化较大,基本上可用前泥盆系埋深表示。

松散层厚度与基岩地势密切相关。

基岩面总体南西高、北东低,自南西向北东阶梯状下降,深达500m 。

太仓-奉贤断裂、罗店-周浦断裂控制的三级掩埋的古夷平面表现出新构造期的差异性沉降特征。

受NE 向断裂和晚近N W 断裂构造联合控制,基岩呈北西向分带、北东向分块的二隆二凹格局(图4)。

图4　上海地区基岩地势展布格局Fig .4Bedr ock t opography pattern in Shanghai area侏罗系多厚1～2k m,局部达4～5k m,在部分前中生界隆起区缺失。

多分布在构造火山盆地、火山穹隆构造中。

火山-构造火山盆地中较厚,主要在庄行、松隐、佘山-天马山、查山-张堰、金桥地区,在重固-顾村、崇明岛和南汇地区较薄。

上白垩统-古近系为一套砂岩、砾岩、泥岩,局部夹石膏层。

除上白垩统下部,是较好的局部热盖。

尤其是以岩性较细、致密的泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩为主的古近系,主要分布在断陷盆地中。

上白垩统最厚超过2000m 。

古近系仅在北桥-金汇-书院一带分布,厚数百米。

3.3　热储特征热储包括层状热储和带状热储两种类型,主要发育在新近系钙华岩溶、各时代地层节理裂隙、震旦系-下古生界岩溶裂隙及断裂破碎带中。

(1)层状热储震旦-奥陶系中除奥陶系仑山组未见明显岩溶发育外,其它碳酸盐岩地层都有一定岩溶发育。

以震旦系和寒武系超峰组最发育,尤其是断裂带附近或断裂切割处。

周春林等[8]认为区域上三叠纪末至早侏罗世(187.71±13.14～139.81±9.79Ma )为最主要岩溶期。

区内下古生界岩溶不甚发育的特征表明早期应存在上古生界-三叠系,随后逐渐剥蚀,并限制了下古生界在主要岩溶发育期内的岩溶发育;在逆冲断裂上盘和复式背斜核部可能发育早期岩溶,尤其是后期张性断裂一带有可能形成兼具带状的层状热储。

玄武岩具有有利的储水构造[9]。

区内玄武岩类顶部多严重风化,绿泥石化、碳酸岩化等蚀变明显,推断最后一次(水)热液作用发生在上新统以来,这对区内热储发育带来不利的影响。

气孔构造,且顶部裂隙及破碎带发育,部分热液充填,但仍具一定定向排列和贯通性。

推断长期暴露且具有储水空间使玄武岩构成局部性能稍差的层状热储。

分布在滨江沿海一带,主体沿NW 向断裂呈带状展布在NE 和NW 向断裂的切割带。

(2)带状热储总体特征除安　、松江-北桥断陷盆地边缘张性断裂带形成带状热储条件较好外,一定规模压性断裂带主动盘的影响带内(数百米),容易形成“入”字性分支断裂,使岩石破碎,在100m 深度内具有形成带状热储的构造条件,多年来在压性断裂张性构造域内的基岩水勘查都获得了很大突破[10][11][12]。

张堰-南汇断裂带与枫泾-川沙断裂带、太仓-奉贤断裂与罗店-周浦断裂沿线带状热储构造条件较好。

此外,断裂的切割带中以NNE 向断裂与E W 、NE 向断裂的切割带条件最为有利。

3.4　通道和水源条件图5　上海市基岩上覆粘性土厚度等值线图Fig .5Cont our map of thickness of cohesive s oils covering thebedr ock in Shanghai基岩上覆粘性土大多厚8-24m ,最厚达70m 左右(图5)。

局部松散岩类含水层直接覆盖至基岩面上,以第五承压含水层为主。

第五承压含水层底部沉积物除长江口外,多为冲洪积物,胶结比较好,致密,富水性较差,具粘土的隔水作用。

在较薄部位,如存在较大水位差,可能发生补给,尤其在开采条件下。