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0 引言
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《“十四五”可再生能源发展规划》明确地热能供暖已经成为大气污染治理的一条重要路径。 《2030 年前碳达峰行动方案》指出探索深化地热能作为新能源开发利用，推动地热能产业化发展，已经成为未来能源体系结构中的重要一环，寻找和开发高温地热资源是地学部门最热门的新能源课题之一（李德威和王焰新，2015；董寒杰等，2022）。黄沙洞地热田位于惠州市横沥镇黄沙洞村，2013年10 月，在该地区钻探发现广东省内温度最高地热井，井口自流水温 98.2℃，井底测得最高水温 118.2℃。黄沙洞地热田区域上位于中国三大热流异常区之一的东南沿海区，地热资源成藏潜力巨大，其区域生热的成因，主要为高放射性衰变生热成因、深大构造导热成因和地幔上涌传热等（蔺文静等，2016； 毛小平等，2018；张健等，2018；范艳霞等，2022）。华南地区燕山期的岩浆活动规模宏大，通过研究层析成像发现，华南地区普遍表现为地震波低速特征 （郑洪伟等，2012），其原因为东南沿海软流圈中存在大面积地幔上涌，其动力来源于板块之间的碰撞、俯冲引起的大尺度的地幔横向流动，大范围的低速和地表出露的中生代岩浆岩大爆发是地幔上涌的体现（赵海玲等，2004；夏斌等，2005）。
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华南地区地表出露的中低温地热与地表燕山期花岗岩分布存在很好的相关性（旷健等，2020），深部潜在岩体或地幔上涌区是寻找高温地热的有利靶区。本文依托惠州市申报国家地热资源及中等城市地下空间开发利用试点示范城市项目，开展了惠州石坝—黄沙洞地热资源预可行性勘查研究工作，基于黄沙洞地区基础地质、深部地球物理、地球化学和深部钻探相关研究成果，分析论证惠州黄沙洞地区高温地热成因、高温地热热值来源及深部地幔上涌现象特征，分析地幔上涌现象对高温地热成因的影响。
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1 地热地质背景
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1.1 地质概况
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惠州黄沙洞地热田位于广东省中南部，惠州市惠城区东北部，距惠州市区约 48 km 的矮陂镇黄沙洞管理区沸塘村，中心地理坐标为东经114°37′45″、北纬23°15′45″，面积约10 km2。
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地热田区域上处于粤东莲花山深断裂带南西段，紫金—博罗北东向大断裂中段，高要—惠来东西向构造带中段和松坑—惠东北西向构造带中段控制区域。研究区内主要出露震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系和第四系（图1）。高温地热区黄沙洞一带出露大点顶岩体、沙尾和石牙寨岩体3个岩体。岩体呈岩株或岩瘤状产出，岩性主要为中细粒黑云母二长花岗岩、白云母化二长花岗岩、花岗斑岩。
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图1 黄沙洞地区地质图（据邓高，2013①；祁士华等，2018②修改）
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该高温地热区出露于北东向潼湖大断裂带中北北西向隐伏花岗闪长岩岩株外接触带的交汇部位。区内出现多期构造应力场的交替叠加，断裂构造和火山机构存在多期多序次活动，活动程度较强烈，但主要集中在中上地壳，最早出现在燕山期，最晚直到喜山期，岩浆随着构造应力场的转换出现多次强烈作用而演化分异喷溢和侵入。晚近期构造作用仍然较为强烈，出现先压扭后张扭的转变。研究区热源除了正常的大地热流控制外（构造导水对流导热），同时也受晚近期火山机构、岩浆活动所控制，即热源受构造和岩浆综合控制；晚近期张扭性断裂破碎带为导热水构造，控制热水的浅部排泄，由此构造研究区中高温地热田具有压扭构造带及火山机构控热，张扭性断裂破碎带导热水的特点。
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1.2 深部热储温度
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2013 年施工钻孔（邓高，2013①）ZK8 井（孔深 591.5 m），具体位置见图1，根据水样化学分析结果，偏硅酸含量 172.64 mg/L，换算 SiO2 浓度为 110.49 mg/L，采用无蒸汽损失石英温标进行估算深部热储温度，经过计算该地区深部热储温度 t 为 142.4℃，地热资源成藏潜力巨大。
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式（1）中：C为水中SiO2的浓度（mg/L）。
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1.3 大地热流推算
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本区前人未开展大地热流背景值的专项研究工作，热田区为地表大地热流异常区，目前已知的深部高温中心在 ZK8附近，以该孔为例来推算钻孔的热流值，计算公式见式2。
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式（2）中：q —大地热流，μcal/（cm2 ·s）；Kr—岩石热导率，cal/（cm·s·℃）；—地温梯度（℃/hm）负号表示垂向坐标向地表为正；Z—深度（m）。
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因研究区岩石热导率测试结果未完成，故该指标参照中科院在深圳地区开展大地热流测试结果 （表1），具体选择相对较接近研究区的2号点热导率 3.32 W/（m·℃），由此可得 ZK8 号井大地热流为 497.8 mW/m2。该值为受水热对流影响的热流值，明显高于表1 中以传导为主的区域大地热流背景值。
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2 地球物理学证据
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2.1 区域地球物理特征（莫霍面特征）
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为了解该地区地幔物质上涌与高温地热成因关系证据，本文开展了深部大地电磁测深地球物理勘查工作。黄沙洞高温地热区布格重力出现明显的异常，莫霍面特征显示出该地区区域地壳厚度减薄特征。重力测量所依据的物理基础是地质体之间的密度差异。由于地壳和上地幔结构、物质组成和不均匀性，地壳和岩石圈厚度的变化，莫霍面和岩石圈底界起伏特征可以反映板缘和板内各种构造热事件深部特征，体现深部构造与岩浆活动及地热、地震分布相关性。广东省莫霍面埋深等值线图显示了广东省陆界壳下地幔的空间分布，反映了上地幔顶部莫霍面总体从北向南抬升趋势，北部主要为拗陷相间，总体为东南沿海隆起逐渐向西北部拗陷（图2）。惠州地区处于东南沿海上地幔斜坡带，位于莫霍面隆起区域，莫霍面在27 km深度，相对其他区域明显较薄。惠州地区莫霍面上升，除重力均衡补偿外，还由于深部作用引起的地幔隆起。惠州地区上地幔起伏受岩石圈断裂控制，不同幔源区域均被深大断裂所围，地幔的升降幅度控制了地壳厚度和沉积相特征。切割莫霍面岩石圈深断裂出现在深部构造特定位置上，展示了构造成因上的联系。
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2.2 大地电磁测深（MT）地球物理勘查数据分析
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2016 年在惠州黄沙洞高温地热区域开展了大地电磁测深（MT）地球物理勘查工作，其中针对紫金 —博罗大断裂所做的L300剖面线距离研究区最近，具体位置见图2 所示，对黄沙洞地区深部岩石特征具有研究代表性。2018 年在黄沙洞高温地热地区针对深部岩石特征及构造特征又开展了 MT-03 线和 MT-01两条勘探线大地电磁测深（MT）地球物理勘查工作。
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根据壳幔电性结构差异，L300 剖面线（图3）在纵向上划分为两个主要电性层，电性层之间的界面较为明显。反演电阻率剖面上发现有3个高阻异常体，中间的异常体与地面出露相吻合。测线东面高阻异常体被一低阻异常带F3断裂错断，西面高阻异常体与中间异常体形成双峰结构。认为古太平洋板块先向华南大陆俯冲，俯冲大洋板块发生裂解、折沉，软流圈地幔物质强烈上涌。造山带迁移停止后导致燕山早期大规模板内岩浆活动。后俯冲板块后撤下移，产生双峰式岩浆作用。L300 剖面线 3 个高阻异常体形成的双峰式结构反映出该区域地壳和岩石圈的增加与减薄的主要原因归结为软流圈地幔物质上涌，该地区的高温地热成因与上地幔的热对流有关。
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图2 广东省莫霍面埋深等值线图（km，据祁士华等，2018②修改）
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惠州地区深部软流圈存在大规模的隆起现象，深大断裂对软流圈的隆起具有一定的控制作用， L300 剖面线 530～550 号测点对应的紫金—博罗大断裂带处尤为明显。地球物理勘查资料对黄沙洞地区壳幔热状态进行了分析，在壳幔深部地质体的电导率与温度具有很高的对应关系，高温对应低阻区，低温对应高阻区。L300剖面线500号测点（河源市）以东（图3），岩石圈出现一定面积的低阻区，其下端可能与软流圈相连，具有较高的壳幔热流值。
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2018 年开展的黄沙洞重点区地球物理勘查工作，MT-01 线反演的 50 km 深电阻率剖面（图4），反映在靠近黄沙洞惠热1#东侧深部50 km深部存在大面积的低阻带，可能是与深部软流圈相连的区域。与 MT-01 线相交的 MT-03 线 50 km 深电阻率剖面也表现深部低阻特征（图5）。低阻带指示深部固态流变物质或幔源物质沿着断裂带（岩石受力薄弱点或线或面）上涌。
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惠州地区深部软流圈存在大规模的隆起现象，在壳幔深部地质体的电导率与温度具有很高的对应关系，高温对应低阻区，低温对应高阻区。黄沙洞出现高温地热，应该是该地区深部与软流圈相连，具有较高的壳幔热流值。
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图3 L300号剖面测线解译成果图
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3 地球化学证据
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3.1 岩石地球化学
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花岗岩类作为特定地质背景下的产物，其岩石学、矿物学和地球化学特点记录下了形成时的构造背景，同时也是反映深部地壳物质组成的一个重要 “窗口”（李良林等，2011）。岩石地球化学特征可以用来判别岩石熔融物质来源。
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经过采样数据综合分析研究，黄沙洞高温地热区花岗岩具有高钾、富碱的特征，主要属于高钾钙碱性花岗岩类。样品的 A/CNK 值多数低于 1.1，为准铝质—弱过铝质花岗岩，而典型的 S 型花岗岩 A/ CNK值通常高于1.1。随着SiO2含量的增加，P2O5和 Al2O3含量均减少，与I型花岗岩中P2O5、Al2O3与SiO2 呈负相关性的特征类似。随着Rb含量的增加，Y和 Th 含量有所增加（图6），显示 I 型花岗岩的演化趋势。研究区花岗岩应为高钾钙碱性I型花岗岩。这些岩石是在岩石圈伸展减薄体制下，源于岩石圈地幔的富钾镁铁质岩浆与壳源花岗质岩浆混合形成。
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研究区花岗岩在判别图解中多数落在变杂砂岩部分熔融区域（图7b～d），部分落入角闪岩和变安山岩部分熔融所形成的区域（图7）。图解显示的变安山质的部分熔融指示了地幔物质的加入，180~150 Ma 的岩石 SiO2含量逐渐升高（图8），指示以壳源物质为主的岩浆发生了矿物分异结晶作用。 150~130 Ma 期间发育的花岗质岩石 SiO2含量逐渐降低，推断是幔源岩浆加入的证据。
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3.2 气体地球化学
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氦同位素3 He/4 He比值是幔源流体（岩浆）起源和可能被地壳稀释情况以及火山活动引起的短期变化（赵慈平等，2012）的强有力的示踪剂。氦同位素已广泛运用于火山岩浆活动的监测研究中。氦同位素比值的空间填图可以用于解释地幔柱上涌、岛弧火山线位置和火山区地下岩浆囊位置，对火山监测和火山喷发地点预测有重要价值，是研究深部流体和熔体起源、行为和分布的有力工具。氦同位素比值的时间变化观测可以监视火山岩浆活动动态和喷发过程。前人根据氦碳同位素开展了地壳浅部幔源岩浆侵入活动研究工作，认为强烈的地热流体活动和幔源挥发分大量释放与该岩浆的侵入活动直接有关（上官志冠等，2000）。本次共在24个点位采集了 30 组气体样品。温泉采样点主要位于惠州市黄沙洞地热田（3 个）、惠州市小金口街道办中信汤泉（1 个）、惠州市龙门地热田（3 个），并在潮州市和广州市从化区采集了2个对比样品。冷水采样点主要为博罗县象头山（3 个）、博罗县石坝镇（8 个）、潮州市（3个）、广州市从化区（1个）。
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图4 惠州黄沙洞地区MT-01剖面反演成像示意图
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研究区内稀有气体采样点位与氦同位素 R/Ra 比值（4 He/20Ne）/（4 He/20Ne）air如图9所示。可以看出区域浅层地下冷水的 R/Ra 比值均大于 1，显示出幔源影响。象头山附近3个冷水点的气体幔源组分更大，反映此区域可能更接近地幔上涌的中心位置，或者此处有更深的断裂与深部联通。热水点 R/Ra 值均小于1，主要为壳源与大气来源，各热水井的封存条件不同，导致各地热水采样点中的空气比例差异较大。通过分析，发现冷水有幔源特征，而热水基本没有幔源特征，是由于热水经历了与地壳进行了长期的水岩相互作用，其强烈的壳源特征掩盖了幔源信号。
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图5 惠州黄沙洞地区MT-03剖面反演成像示意图
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4 深部钻探基性辉长岩脉证据
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研究区内施工了多口地热勘查井。2013 年 10 月施工完成的 591.5 m 深井（ZK8），自流量 2.31 L/s （199.6 m3 /d），井口自流水温 98.2℃，井底测得最高水温 118.2℃（邓高，2013①）。根据测温结果显示，钻孔 540 m 以下深度地温曲线有上翘之势，增温梯度加大，达到 10.4℃/hm，有随深度增加而升温幅度扩大的趋势，表明在深部仍有温度更高的水热活动。
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图6 研究区花岗岩Rb-Y和Rb-Th相关图解（据祁士华等，2018②修改）
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图7 岩石成因判别图（据祁士华等，2018②修改）
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a—SiO2与Mg关系图解；b—K2O/Na2O与CaO/（MgO +FeOT）关系图解；c—（Na2O+K2O）/（FeOT +MgO+TiO2）与（Na2O+K2O+ FeOT +MgO+TiO2）关系图解；d—CaO/（FeOT +MgO+TiO2）与（CaO+FeOT +MgO+TiO2）关系图解（底图据Taylor and Mclennan）
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图8 花岗岩SiO2含量变化趋势图
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2018年10月，为了解东南沿海地区地球深部高温地热成因施工惠热 1#，该地热井成井深度为 3009 m。惠热 1# 于 2900 m 测得热水温度为 127.7℃，井口最高稳定温度 118℃，最大流量 137 m3 /h（范艳霞等，2022）。根据黄沙洞施工钻孔揭露，孔深 2000 m 处见钻探揭露厚约 1m 的基性辉长岩脉，该辉长岩脉为变余辉长辉绿结构、鳞片粒状变晶结构，块状构造。主要矿物为普通辉石（43%～45%）、方解石（25%～26%）、基性斜长石（18%～20%），绿泥石（普通辉石等暗色矿物的蚀变产物） 7%～8%，黄铁矿（<1%）。通过调查发现，黄沙洞高温地热井深部基性辉长岩脉与晚侏罗世二长花岗岩侵入接触关系明显（图10），基性岩浆岩能够反映地球深部的大量信息，对探讨地幔组成及壳幔相互作用的详细过程具有重要意义。辉长岩为来源于深部地壳或上地幔的玄武质岩浆经侵入作用形成 （赵海玲等，2004）。研究区断裂构造的伸展作用导致软流圈上涌，由这一源区产生的岩浆混合少量富集岩石圈地幔物质，发生部分熔融，上侵形成基性辉长岩脉。
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图9 采样点稀有气体源区判别（底图据祁士华等，2018②修改）
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5 高温地热热值来源分析
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5.1 岩石放射性生热
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地热来源主要包含地幔热传导，地壳中局部热异常传热（软流圈上涌或岩浆囊）以及岩石放射性产热（旷健等，2020）。放射性生热元素的时空分布对地球内部温度场的影响很大。地表热流作为深部热的直接反映，通常来自地幔的热流占比在 40%~60%，地壳放射性产热形成的热流稍小于地幔热流，占比约40%，部分地区占比可达50%（赵平等， 1995；王社教等，1999）。研究区大地热流值约 70 mW/m2，高于华南平均大地热流值 64.2 mW/m2（袁玉松等，2006）。放射性元素 U、Th、K、Rb 属于大离子亲石元素（LILE），大多集中于大陆上地壳，下地壳岩石含量相对较低。表2罗列了中国不同构造单元和全球地壳的生热率值，可以看出上地壳的放射性生热率总体较下地壳高，中地壳介于两者之间。全球上、下地壳的生热率分别为 1.64~1.79 μW/m3 （平均为 1.65 μW/m3）、0.17~0.85 μW/m3 （平均为 0.5 μW/m3）。因此，即使考虑下地壳厚度，其对热流值的贡献也很小，而中上地壳的热贡献显著。
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根据 Bowen 反应序列，随着岩浆温度由高到低慢慢冷凝，各温度阶段产生的岩石序列为：超基性岩（橄榄岩）—基性岩（辉长岩、辉长岩）—中性岩 （安山岩、闪长岩）—酸性岩（流纹岩、花岗岩）。由此，大离子亲石元素含量应随着鲍文反应序列逐渐升高。岩浆岩的产热率基本随着鲍文反应序列逐渐升高，不同岩石类型属花岗岩/流纹岩以及页岩/ 粉砂岩平均产热值最高，分别为 2.53 μW/m3 和 2.1 μW/m3。
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图10 黄沙洞惠热1#2000 m处钻孔岩心特征基性辉长岩脉
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a—基性辉长岩脉；b—基性辉长岩脉与晚侏罗世二长花岗岩侵入接触关系；c—变余辉长辉绿结构、鳞片粒状变晶结构；d—蚀变辉长岩矿物成分
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岩石的放射性生热率虽然在花岗岩类岩石中最大，但在花岗岩类中不同组分岩石也存在明显差异。岩石 SiO2含量和铝饱和指数（A/CNK）、碱指数 （A/NK）有着密切的关系，图11a显示，高的放射性生热率总是出现在SiO2含量较高的花岗质岩石中。图11b显示，具有高放射性生热率（A>5 μW/m3）的花岗岩（HHP花岗岩），A/CNK大部分样品点小于1.1，主要集中于 1. 0～1.1，A/NK 值变化在 1. 0～1.3，HHP 花岗岩具有准铝质—弱过铝质的特点。
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图11 研究区花岗质岩石的生热率与SiO2的关系图解（a）及花岗岩 A/CNK-A/NK图解（b）（据祁士华等，2018②修改）
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注：INC—华北克拉通内部；SNC—华北克拉通南缘；NQ—秦岭造山带北部；SQ—秦岭造山带南部；YC—扬子克拉通；CEC—中国中东部；T&M— Taylor and Mclennan，1995；W—Wedepohl，1995. A— 放射性生热率（μW/m3）。生热率计算公式按照 A=0. 01ρ（9.52CU+ 2.56CTh+3.48CK）（公式①），其中A 为岩石放射性生热率，单位μW/m3， CU、CTh 和 CK 分别为岩石中 U、Th 和 K2O 的含量，CU 和 CTh 单位为 μg/g，CK 的单位为%，ρ 为花岗岩岩石密度，根据经验取2.8 g/cm3。
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研究区花岗岩大部分属于分异型 I 型花岗岩，少量为 S 型花岗岩。华南地区 160~150 Ma 时代的 I、S 型花岗岩为典型的壳源物质重熔形成，这使得已经富集大离子亲石元素的地壳岩石再次经历富集过程，导致岩石极度富集大离子亲石元素，也就意味着研究区内花岗岩极度富集Th、U、K元素。图12中也可以看出，研究区内年龄为150 Ma左右花岗岩生热率较高。
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5.2 高温地热区花岗岩生热量
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5.2.1 高温地热区花岗岩体积量确定
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惠州市黄沙洞地热田北西向出露早侏罗世二长花岗岩（J1ηγ），东南向出露晚侏罗世二长花岗岩 （J3ηγ），西南向出露小块早侏罗世二长花岗岩 （J1ηγ）及晚侏罗世二长花岗岩（J3ηγ），北东向出露晚侏罗世二长花岗岩（J3ηγ），以此 4 块花岗岩为边界，确定惠州黄沙洞地区花岗岩生热面积。其中，矩形北东—南西向长约为 17 km，北西—南东向长约为15 km。根据黄沙洞3条大地电磁测深（MT）剖面以及多条可控源大地电磁测深（AMT）剖面确定的顶底板深度，黄沙洞地区岩体厚度平均为 13.5 km（图13），通过长方体体积计算方法，计算出黄沙洞高温地热区花岗岩体积量为3442.5 km3。
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图12 高温地热区花岗岩生热率与年龄关系图
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注：生热率据祁士华等，2018②；年龄数据据旷健等，2020。
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5.2.2 高温地热区花岗岩生热量计算
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放射性生热率是指单位体积岩石中所含放射性元素在单位时间内由放射性衰变所产生的能量，研究区放射性元素产热率整体表现为沉积地层岩石样品生热率低，岩浆岩岩石样品的生热率值高的特点。本研究根据公式 A= 0. 01 ρ （9.52CU+ 2.56CTh+3.48CK）①计算黄沙洞地区花岗岩放射性生热率A为2.78~7.32 μW/m3，平均放射性生热率A 为5.22 μW/m3（表3）。
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黄沙洞地区花岗岩年生热量按照公式
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式（3）中 Q为花岗岩放射性生热量；A为放射性生热率，取值为 5.22 μW/m3；S 为评价岩体面积，取值为255 km2；h为计算深度，取值为13.5 km；T为每年总小时量，取值为 8760 h。计算可得 Q=1.574× 108 kW·h，以每千瓦时折0.404 kg标准煤计算，本研究区花岗岩岩体每年能产生6.4×104 t标准煤能量。
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图13 黄沙洞高温地热区大地电磁测深（MT）剖面图
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6 讨论
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（1）区域地质资料、物探成果和地热田详查工作成果表明，研究区是夹持在北东向紫金—博罗大断裂（区域地质志划归为硅铝层断裂）和北东向莲花山深断裂（区域地质志划归为硅镁层断裂）之间，且距离前者较近，约 12 km。研究区内的地表未发现存在与上述骨干断裂相近的深大断裂，最大的断裂也就是地区性北东向潼湖断裂。广东省内数量众多的中低温对流型地热系统多数是沿着深大断裂分布的，其主要原因是这些深大断裂作为岩石圈或上地壳的弱化带，在多期次构造运动中，都会出现不同程度的活动，这有利于形成深部导水裂隙，地下水也就可以获得深循环而增温。尤其是对于新生代以来活动较为强烈的深大断裂，其水热活动表现的更为频繁。从已获得的成果资料和地震资料均表明，研究区内断裂的规模和活动性相对广东省其他骨干断裂而言，规模要小很多，活动性也弱很多。这说明，从对流型地热系统的形成机制分析，研究区的断裂构造背景并不支持地下水获得很大深度的循环，不太可能成为广东省循环深度最大的区域，因此也就不可能成为目前获得省内最高的水温。
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（2）从岩体的生热率方面分析，研究区内确实存在生热率较高的花岗岩体，但出露规模不大，相比省内其他大型岩基要小很多，其形成年代也较早，为早侏罗世，因此该花岗岩体对区域大地热流的贡献显然要小于其他大型花岗岩岩基。地热钻探虽然发现中酸性火山岩和次火山岩，但目前认为其规模还是比较有限。区内更大范围分布的是浅变质的砂岩和泥质岩类，这些地层的生热率较低，也不足以构成较高的大地热流背景值。由此可见，研究区的地层岩体放射性生热率在广东省内不算高，仅靠这些岩体的生热率是不足以形成较高的热流背景的，需要深部幔源热量供给。
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（3）从布格重力异常资料可见，研究区正好处于高重力异常区的北缘，处在线性重力阶梯带上，这提示该区可能存在隐伏的深大断裂，或者是活动地体的边缘地带，中下地壳可能存在热扰动的地质结构。根据大地电磁测深（MT）地球物理勘查资料，研究区出现明显的软流圈隆起现象，说明惠州黄沙洞地热田附近下地壳已经出现热扰动，由此可能导致区域大地热流增大。从钻探揭露的岩性分析，研究区内虽然见有热接触变质和动力变质现象，但其规模和强度有限，区内岩浆火山活动较为强烈且活动时代较近则有别于省内多数地热田，尤其是喜山期最少出现两次的中酸性次火山岩的活动，这提示新生代该区中上地壳的岩浆活动是比较强烈和频繁的。钻孔 ZK8 的测温结果显示，在 591.5 m 孔底 118.2℃的基础上，增温率继续呈增大的趋势发展，达 10.4℃/hm，说明在目前深度之下依然存在更高温的地热流体，这也不排除在纯传导传热的情况下仍有较高增温率的可能，惠热 1# 2900 m 测得热水温度为 127.7℃，井口最高稳定温度 118℃也直接验证了该理论推测。
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图14 研究区高温地热成因模式示意图（据王焰新等，2015③修改）
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7 结论
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（1）黄沙洞地区深部热储温度采用无蒸汽损失石英温标计算为 142.4℃，惠热 1# 2900 m 测得热水温度为 127.7℃，井口最高稳定温度 118℃也直接验证了该地区深部地热资源成藏潜力巨大。
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（2）研究区处于高重力异常区的北缘，处在线性重力阶梯带上，航磁异常显示深部存在隐伏岩体。高温地热井周边深部软流圈出现一定面积的垂向带状高导低阻体异常，反映可能有大规模的地幔上涌现象，且存在有较高的壳幔热流值，中下地壳可能存在热扰动的地质结构，紫金—博罗及莲花山深大断裂对软流圈的隆起具有一定的控制作用。
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（3）研究区花岗岩多数显示变杂砂岩部分熔融，少数为角闪岩和变安山岩部分熔融，指示了地幔物质的加入。研究区浅层地下冷水稀有气体的比值 R/Ra（4 He/20Ne）/（4 He/20Ne）air 均大于 1，显示出地幔上涌影响。研究区内存在生热率较高的花岗岩体，但出露规模不大，年龄为150 Ma左右，花岗岩生热率虽然较高，但岩体的生热率是不足以形成较高的大地热流背景值，需要深部幔源热量供给。
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（4）惠热1#深部钻探在2000 m发现基性辉长岩脉，与晚侏罗世二长花岗岩侵入接触关系明显。辉长岩为来源于深部地壳或上地幔的玄武质岩浆经侵入作用形成。研究区断裂构造的伸展作用导致软流圈上涌，由这一源区产生的岩浆混合少量富集岩石圈地幔物质，发生部分熔融，上侵形成基性辉长岩脉。
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基于岩浆岩岩石学、地球物理勘探、气体地球化学深部钻探研究，黄沙洞地区出现较高的地热增温率及高温地热资源与研究区及周边存在地幔上涌现象或地幔上涌体有关（图14）。黄沙洞地区由于地幔上涌现象具备形成高温地热田资源禀赋条件，最高温度 127.7℃的“惠热 1#”已具备地热发电的功能。将黄沙洞地热田地下热储特征和地面综合利用技术相结合，建立东南沿海地区水热型高温地热资源梯级利用示范点，可以实现绿色减排，有效带动当地经济可持续发展，促进城市生态文明建设的目的。
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致谢 感谢两位审稿人和编辑的建设性意见，论文编写过程中得到中国科学院广州地球化学研究所陈键副研究员的大力支持，在此一并致谢。
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注释
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① 邓高 .2013. 广东省惠州市惠城区黄沙洞地热田详查报告 [R]. 广州：广东省地质技术工程咨询公司.
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② 祁士华，张敏，曾土荣，陈孝雄，刘松涛，李立峰，陈华强.2018. 惠州市申报国家地热资源及中等城市地下空间开发利用试点示范城市调研报告[R]. 惠州：惠州市国土资源局.
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③ 王焰新，祁士华，李德威，胡祥云，刘建雄.2015. 珠江三角洲及周边地区控热地质构造调查研究[R]. 武汉：中国地质大学（武汉）地质调查研究院.
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参考文献
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Taylor S R， McLennan S M. 1995. The geochemical evolution of the continentalcrust［J］. Reviews of Geophysics， 33（2）： 241–265.
-
Wedepohl K. 1995. The composition of the continental crust［J］. Geochimica et Cosmochimica Acta， 59（7）： 1217-1232.
-
Taylor S R， Mclennan S M. 1985. The continental crust： Its composition and evolution［J］. The Journal of Geology， 94（4）： 57-72.
-
董寒杰， 孙健， 王冠华， 马畅 . 2022. 河南省中深层地热资源勘查开发潜力与模式研究［J］. 矿产勘查， 13（8）： 1158-1165.
-
范艳霞， 李海龙， 张军龙， 王强茂， 任天翔， 张敏， 黄少鹏， 秦向辉 . 2022. 东南沿海黄沙洞地热田地应力与控热构造研究［J］. 地球物理学报， 65（10）： 3944-3961.
-
旷健， 祁士华， 王帅， 肖志才， 张敏， 赵旭， 甘浩男. 2020. 广东惠州花岗岩体及其地热意义［J］. 地球科学， 45（4）： 1466-1480.
-
李良林， 周汉文， 陈植华， 王锦荣， 肖依. 2011. 福建太姥山地区花岗岩岩石地球化学特征及其地质意义［J］. 岩石矿物学杂志， 30 （4）： 593-609.
-
李德威， 王焰新 . 2015. 干热岩地热能研究与开发的若干重大问题 ［J］. 地球科学， 40（11）： 1858-1869.
-
蔺文静， 甘浩男， 王贵玲， 马峰 . 2016. 我国东南沿海干热岩赋存前景及与靶区选址研究［J］. 地质学报， 90（8）： 2043-2058.
-
毛小平， 汪新伟， 李克文， 郭少斌 . 2018. 地热田热量来源及形成主控因素［J］. 地球科学， 43（11）： 4256-4266.
-
上官志冠， 白春华， 孙明良. 2000. 腾冲热海地区现代幔源岩浆气体释放特征［J］. 中国科学（D辑）， 30（4）： 407 -414.
-
王社教， 胡圣标， 汪集晠. 1999. 塔里木盆地沉积层放射性生热的热效应及其意义［J］. 石油勘探与开发， 26（5）： 36-38.
-
夏斌， 崔学军， 张宴华， 刘宝明， 王冉， 闫义 . 2005. 南海扩张的动力学因素及其数值模拟讨论［J］. 大地构造与成矿学， 29（3）： 328-333.
-
袁玉松， 马永生， 胡圣标， 郭彤楼， 付孝悦. 2006. 中国南方现今地热特征［J］. 地球物理学报， 49（4）： 1118-1126.
-
张健， 王蓓羽， 唐显春， 董淼， 艾依飞. 2018. 华南陆缘高热流区的壳幔温度结构与动力学背景［J］. 地球物理学报， 61（10）： 3917- 3932.
-
赵平， 汪集晹， 汪缉安， 罗定贵 . 1995. 中国东南地区岩石生热率分布特征［J］. 岩石学报， 11（3）： 292-305.
-
赵海玲， 狄永军， 刘振文， 李剑， 邓晋福， 何恭算 . 2004. 东南沿海地区新生代火山作用和地幔柱［J］. 地质学报， 78（6）： 781-788.
-
赵慈平， 冉华， 王云. 2012. 腾冲火山区的现代幔源氦释放： 构造和岩浆活动意义［J］. 岩石学报， 28（4）： 1189-1204.
-
郑洪伟， 耿树方， 杨贵， 刘淑聪 . 2012. 中国东部地区深部结构的层析成像［J］. 地质通报， 31（7）： 1069-1077.
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摘要
广东惠州市黄沙洞地热田位于中国大热流异常区的东南沿海区。2013年首次在该地区钻探发现广东省内温度最高地热井，地热井井口自流水温 98. 2℃，井底测得最高水温 118. 2℃。2018 年施工的惠热 1#于 2900 m测得热水温度为127. 7℃，井口最高稳定温度118℃，最大流量137 m3 /h。深部热储温度采用无蒸汽损失石英温标计算为142. 4℃，指示地热资源成藏潜力巨大。本文为探究该地区高温地热成因，结合区域地质构造特征、地球物理信息、岩石地球化学、气体地球化学、深部钻探信息，提出了高温地热区深部潜在地幔物质上涌现象为主要控制因素。研究区处于高重力异常区的北缘，处在线性重力阶梯带上，航磁异常显示深部存在隐伏岩体。高温地热井周边深部软流圈出现一定面积的垂向带状高导低阻体异常，反映可能有大规模的地幔上涌现象，且存在有较高的壳幔热流值，中下地壳可能存在热扰动的地质结构，紫金 —博罗及莲花山深大断裂对软流圈的隆起具有一定的控制作用。研究区花岗岩多数显示为变杂砂岩部分熔融，少数为角闪岩和变安山岩部分熔融，指示研究区花岗岩存在地幔物质的加入。研究区浅层地下冷水稀有气体的比值R/Ra（4 He/20Ne）/（4 He/20Ne）air均大于1，显示出地幔上涌影响。研究区内存在生热率较高的花岗岩体，但出露规模不大，年龄为150 Ma左右，花岗岩生热率虽然较高，但岩体的生热率不足以形成较高的大地热流背景值。惠热1#深部钻探在2000 m发现基性辉长岩脉，与晚侏罗世二长花岗岩侵入接触关系明显，为深部地壳或上地幔的玄武质岩浆经侵入作用形成。黄沙洞地区高温地热的成因主要是软流圈上侵造成的上地幔的热对流。
Abstract
Huangshadong geothermal field in Huizhou City is located in the southeast coastal area of large heat flow anomaly area in China. In 2013， the highest temperature geothermal well in Guangdong Province was discovered for the first time in this place. The geothermal temperature at the wellhead was 98. 2℃ ， and the geothermal temperature at the bottom of the well was 118. 2℃. Huire 1#which was constructed in 2018， measured a hot water temperature of 127. 7℃ at 2900 m， a maximum stable wellhead temperature of 118℃， and a maximum flow rate of 137m3 /h. The temperature of deep thermal storage was calculated at 142. 4℃ by using quartz temperature scale without steam loss， indicating great potential of geothermal resources for reservoir formation. In order to explore the origin of high temperature geothermal in this area， combined with regional geological structure characteristics， geophysical information， rock geochemistry， gas geochemistry and deep drilling information， this thesis puts forward that the phenomenon of deep potential mantle material upwelling in high temperature geothermal area is the main control factor. The research area is located in the northern margin of the high gravity anomaly area， in the linear gravity step belt， and the aeromagnetic anomaly shows that there is hidden rock mass in the deep. A certain area of vertical zonal anomalies with high conductivity and low resistivity appear in the deep asthenosphere around the high-temperature geothermal well， which indicates that there may be large-scale mantle upwelling phenomenon and high crust mantle heat flow value， and there may be thermal disturbance geological structure in the middle and lower crust. The Zijin-Boluo and Lianhuashan deep faults have a certain control effect on the uplift of the asthenosphere. The ratio R/Ra （4 He/20Ne）/（4 He/20Ne） air of the shallow subsurface cold water noble gas in the research area is greater than 1， indicating the influence of mantle uppouring. There are granites with high heat generation rate in the research area， but the size of the outcrop is small， and the age is about 150 Ma. Although the granite heat generation rate is high， the heat generation rate of the rock mass is not enough to form a high ground heat flow background value. The basic gabbro dike was found by deep drilling at Huire 1# at 2000 m， which has obvious contact relationship with late Jurassic monzonite intrusion， formed by the intrusion of basaltic magma in the deep crust or upper mantle. The origin of high temperature geotherm in Huangshadong area is mainly attributed to heat convection in the upper mantle caused by asthenosphere encroachment.
Keywords
Huizhou ； Huangshadong ； mantle upwelling ； high-temperature geotherm
