海南省温泉分布地质特征及对进一步开发地热资源的启示

海南省温泉分布地质特征及对进一步开发地热资源的启示

王国文1      ,寇伟2

黑龙江省地质科学研究所      黑龙江哈尔滨   150036

郑州地象科技有限公司         河南郑州      450000

摘要：海南省地热资源十分丰富，已发现出露的自涌温泉就有三十多处。本文通过现有地热资源调查研究成果和资料，将可查到的21处温泉位置及地质情况在地图上标出并列表，对海南岛温泉的成因及地质特征进行了较为详细的分析和论证，为海南岛进一步合理开发利用地热资源提供依据和建议。

关键词：海南岛，温泉，地质特征，地热资源

    一、海南岛温泉分布特点

    1、以北东向主断裂为界分布

    加里东造山运动使雷琼地区上升成陆，形成以北东方向为主的一系列断裂褶皱带；印支运动又促使岩浆活动强烈，形成海南岛以花岗岩体为主、呈穹隆山地形的山地；燕山运动和喜马拉雅运动又使这个花岗岩穹窿发生强烈的断裂，形成几条大的东西向断裂带，使断裂以南大约三分之二的区域隆起，最后形成了现在海南岛海南岛四周低平、中间高耸、呈穹隆山地形的地貌特征。总的地貌特征是以北东向断裂为主构造、其两侧五指山与鹦哥岭为隆起核心，向外围逐级下降，由山地、丘陵、台地、平原构成的环形层状梯级结构。海南岛温泉的分布主要受北东向断裂构造的控制，大多数分布在海南岛的东南部和西北部。相对而言分布在五指山隆起山脉一侧区域内的温泉较多，在表中所列21个温泉中就占有14个。

                       图一  海南岛主要温泉分布图

    2、温泉位置多在山前带

    地壳表层充满着大大小小的裂缝，地表水通过裂隙和孔隙渗入地下，通过裂隙向深部渗透、并向断裂中心汇集。一方面，地表水会通过这种张性断裂构造不断向深部渗透，深层温度较高、密度较少的水会与上层密度较大的水产生对流，深层温度较高的水向上运移，在断裂构造中形成对流增温机制，使构造内赋水温度明显高于同层岩层的温度，地表水沿断裂构造向地下渗透的越深、深部地温对其增热后的温度就越高；另一方面，断裂构造内的诸多含水层会在同一地层沿断裂带形成流动性较好的含水通道，当地形地貌变化使地下同一地层随之高低不同时，同一地层断裂带含水通道内的水会因相对高差造成静水压力，一旦在断裂带的低处水在较大压力作用下沿裂缝经线上涌至地表，就会不断的向外排泄形成温泉。海南岛为穹隆地形，地势中高周低，大多数的温泉都位于岛四周的山前带内；即使是在中部地区的温泉，也多是在北东向主断裂两侧的山前带内。

    3、温度高、涌水量大的温泉多在断裂带上

    一般来讲，张性断裂构造的规模不同、构造性质不同等都直接影响着地热水的增温梯度、热度及保有量。断裂规模越大，地热异常区域越大；断裂越深，地热水温度越高；断裂带越宽、越长，地热水保有量就越大。表中所列21个温泉中，有7个位置在地质图上以红线标注的断裂带附近，其中琼海官塘温泉、文昌官新温泉、保亭七仙岭温泉、儋州蓝洋温泉、万宁尖岭油甘温泉等5个温泉的涌水温度最高都达到70℃以上，日涌水量也都在2000吨以上。

二、海南岛温泉地质特征

1、海南岛温泉的地质条件及形成机理

    形成温泉的地质背景条件主要有三种：一是由近代火山喷发、岩浆侵入等异常热源引起的；二是由于地壳内部的构造隆起，地表水沿断裂带向深部渗透汇集成藏引起的；三是由于地球内部的地壳沉降所形成的。从地质图上来看，海南岛的大部分区域都是被红色的侵入岩地层所覆盖，还有一些地层则属于岩浆喷发所形成的火山岩地层。由于这些侵入岩基本上都是在中生代岩浆活动形成的，从冷凝时间来看岩浆余热并不能成为地下浅中层热水的直接热源。但在侵入岩之下深部岩层则有可能存在岩浆余热、或因更接近地幔层致使地温较高，成为深部地热水的间接热源，使海南岛地温场整体变高。虽然从地质图上标明只有7个温泉处在断裂带附近，但从地形图上可知其余14个温泉基本上都位于河流、山谷隐伏断裂带上，属于断裂构造对流导热型。琼北地区虽然有新生代火山活动，在断陷区深部岩层可能还存在岩浆余热、导致地温场温度较高，但因受凹陷地形影响，在没有较大落差的情况下很难出露形成温泉。

2、温泉多在侵入岩与沉积岩结合部

    侵入岩是岩浆侵入地壳上部、在地表之下就逐渐冷却形成的。岩浆在缓慢冷却过程中有充分的时间结晶，因此侵入岩晶粒明显、具有显晶质结构。岩类以花岗岩、花岗闪长岩、花岗斑岩居多，钾长花岗岩、流纹斑岩次之，一般都具有结构完整、致密、不易破碎等特点。因此，侵入岩区域除非有大的断裂构造尚有一定的赋水性，一般没有或仅有较小的断裂构造区域赋水性都较差，但地温场整体温度相对较高。沉积岩区域的灰岩、白云岩、砂岩等岩性地层的孔隙和裂隙较为发育，赋水性相对较好，尤其是断裂构造内破碎较多、容水空间较大，在断裂带内自上而下形成有一定规模的热水储量。侵入岩的热多水少，沉积岩的水多热少，而其结合部恰恰也多在张性断裂带上，故在两者的结合部附近容易形成温泉。在表中所列21个温泉中，就有16个位于侵入岩与沉积岩两种地层的结合部附近，也证实了侵入岩的热与沉积岩的水相结合形成温泉的推论。

    3、侵入岩内温泉都有断裂且在水边

    在表中所列21个温泉中，仅有5个完全处于侵入岩地层内，周边不存在沉积岩地层。虽然侵入岩类具有结构完整、不易破碎、赋水性差等特点，但是在较大的断裂构造内岩层破碎规模较大、裂隙发育较好，若是在地表存在供给水源不断向断裂构造内渗水形成径流，断裂带内含水层将沿断裂形成较好的赋水通道，一旦在低高程处出露便会由于落差压力自涌形成温泉。其中：（1）万宁市兴隆温泉紧邻太阳河，距地质图上标出的东西向大断裂为5公里，从实际地形上看该断裂带自西经长兴村、华侨农场一管区、至石坡后转向北东东，经兴隆温泉、万宁水库，沿太阳河入海，兴隆温泉恰恰正处在该断裂带上。（2）文昌市官新温泉处在地质图标出的断裂带上，同时还位于石壁河的上游水源地区域，充沛的地表水系加上断裂构造及一定的高程落差，具备了形成温泉的基本条件。（3）陵水县南平温泉位于陵水河边，虽然在地质图上没有标示断裂带，但观察地形地貌即可明显看出从保亭县城开始沿陵水河过温泉位置至入海口，就是一条较大规模的隐伏断裂带。（4）屯昌县青梯温泉位于青梯水河边，北北东向的青梯水本身就由断裂形成的，且在青梯村又有一个U形大回弯，说明此处断裂更加复杂、破碎程度更大。（5）东方市高坡岭温泉位于临海一侧第四系地层上，从三面都属于早白垩侵入岩地层情况来看，该区域第四系地层下应该也是白垩时期的侵入岩地层，夹在两山之间的北东向谷地预示着其下可能存在一条隐伏断裂带，东侧紧邻的高坡岭水库为其提供了充裕的水源，有热有水有断裂构成了温泉的基本条件。

三、海南岛温泉对进一步开发地热资源的启示

1、海南岛地温场整体较高

    一般从地表到地下20—50米为外热变温带，地温随着地面温度的变化而改变；变温带之下至150米左右为恒温带，地面之上温度与地球内热温度的影响基本达到平衡，地温场基本保持恒定不变；恒温带之下的地热场温度则会因所在区域地下不同深度岩层的热导率、地层流体的导热温度、深部岩层的放射能大小等影响而各不相同。因海南岛大多数地区受隆起构造影响，深部地层（尤其是花岗岩地层）相距高温地幔层相对更近，地温场整体温度较高。属于海洋性热带季风气候的海南岛年平均温度在22℃一26℃之间，一般区域地下恒温层的地温在20℃以上，在滨海冲积平原地热异常区域地下恒温层的地温在30℃以上，远高于内陆地区正常13℃之下的平均地温值。

    2、海南岛地下水的增温率相对较高

    在恒温层之下地球内热层中，深度每增加100米地温或水温所增加的度数叫地温梯度或称地热增温率。根据各地部分已打成地热井的测井数据来看，内陆正常地温场地区在断裂构造内地热井的增温率范围在1.5—2.5℃/百米，个别地温异常区的地热水增温率每百米在3℃左右。按照海南岛已知温泉、地热井的水温及地热井增温率等情况估测，在较大断裂构造内的地热水增温率每百米可达5℃左右，钻取600—1000米深度含水层的热水出口温度可达50℃以上；在中小断裂构造内的地热水增温率每百米可达4℃左右，钻取600—1000米深度含水层的热水出口温度可达40℃以上。在山区和丘陵地区断裂构造内的地热水增温率会相对偏小，而在盆地和沿海冲积平原地区断裂构造内的地热水增温率会相对偏大一些。

    3、海南岛内地下张性含水断裂纵横交错均为储热构造

    海南岛隆起地质构造张性断裂发育，除北东向、东西向主断裂之外，还存在大大小小的次级断裂，有河流沟谷就有隐伏断裂。己发现温泉均属于构造裂隙带状型，其分布主要受断裂构造所控制，特别是EW向深大断裂与NE向、NW向断裂带对岛内地下热水的生成和分布起着控制性的作用。虽然现有出露的温泉都是在山前带内，但沿其所在的断裂带向滨海平原第四系地层延伸，在隐伏断裂带上找到赋水性好的断裂构造定位凿井，可保证钻取到较高的出水温度和较大的出水量。

    4、在海南岛四周滨海区域高效开发地热资源的可行性

    海南岛地势为中部高四周低，中部偏南到四周沿海由山地、丘陵、台地、平原逐级递降，组成环形层状地貌。岛四周少量的平原和阶地区域多由第四系地层覆盖，其下大多为第三系、白垩系等沉积地层，部分区域浅部地层岩性为赋水性较好的中砂、粗砂、细砂、砂砾石及含砾亚砂土，其所形成的含水层埋深较浅（一般在200米之上）、水温不高（一般在40℃以下），钻取水的低温热水不能直接利用。在这些区域开发地热资源不能仅利用层状热储，还是要找到断裂构造，即使是在小的断裂构造内凿井取水，中深层裂隙内较高温度的水与浅部层状含水层的较低温度的水混合后，超过42℃人体感知舒适的温度后即可直接利用。

四、对海南岛开发地热资源的几点建议

    1、地热温泉、海洋、热带生态、环境是海南旅游康养业的重要支柱，而地热温泉更是开发建设高档酒店和住宅小区、医疗康养所需要的特有良好资源。因此，海南省应该在政策上鼓励和支持开发地热资源，重点扶持与旅游康养医疗项目配套的地热温泉应用开发项目。

    2、要清楚认识中深层的地热水都是地表水沿裂缝渗透下去、由地球内部用之不竭的热能增温后形成的，抽取断裂构造内地热水时地表水会通过两侧裂隙及同层含水通道向井孔处运移补给，从地下抽取的中深层地热水与浅层常温水一样都是地下水资源，建议简化审批程序、适当放开应用、限量使用。

    3、重点开发环岛四周冲积平原与海南岛支柱产业配套的地热项目，应用先进物探技术手段查找断裂构造精准定井，限定地热井的出水温度最低在50℃以上，核定地热井的抽水量额度，尽可能限制浅层孔隙型层状低温地热水的开采量，确保高效利用地热资源。

五、例：简论博鳌乐城医疗旅游先行区开发地热资源的可行性

    琼海市目前有官塘和九曲江两处温泉，目前官塘温泉早已足量开发应用，九曲江温泉则是通过管道将热水输送到12公里外的博鳌论坛区域供多家酒店和单位使用，未见有在琼海市钻探地热井开发地热资源的报道。作为高端的乐城国际医疗旅游先行区，许多项目都应该有温泉理疗设施与之配套，在九曲江温泉资源有限的情况下，可以考虑在先行区内打地热井获取地热水资源来满足酒店、医疗康养、旅游等项目的需求。

    1、勘查区域地热地质条件

    由二十五万分之一地质图上可以看出，勘查区域地表显示为第四系Qh冲洪积地层，层厚约3—18.5米，岩性为砂砾、含砾砂、粉砂、亚粘土等。分析周边地层分布情况，西侧紧邻为第四系北海组Qp2b地层，层厚约0—18米，岩性为亚砂土、砂、砂砾、砂质砾石层等；再向西及万泉河东侧区域全部都是白垩系下统鹿母湾组K1l地层，层厚约2527米，岩性主要为砾岩、岩屑—长石粗--细砂岩、凝灰质砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、凝灰岩，上述岩性互层或夹凝灰岩、凝灰质泥岩、含砾泥岩、泥质砂岩；南侧为晚三叠时期侵入的T3Mkγп花岗岩地层。由此可以推断：在第四系Qh冲洪积地层下可能是北海组Qp2b地层，勘查区除南部边缘部分为晚三叠时期侵入的花岗岩地层以外，应该都是深度达2500米左右的白垩系下统鹿母湾组K1l地层。

   2、勘查区域地质特点与断裂构造

    勘查区域虽然地处第四系覆盖层下的白垩系地层之上，但在周围却被三叠系、石炭系、志留系等沉积岩以及白垩和三叠时期的侵入岩所包围，说明勘查区域一带地质构造活动复杂、周期较长。尤其是在勘查区南侧的地质构造比较复杂，紧邻侵入岩地层、然后是三叠系地层，接着是逆序的志留系地层、再是石炭系地层，且在这两个地层之间还标注有断裂红线。西侧较远处白垩系地层上标注有一条西东向的断裂带，若是在第四系地层结束处继续直线延伸，恰好穿过勘查区的南部。

    3、勘查区域水文地质条件较好

    发源于五指山风门岭的万泉河，流经琼中、万宁、屯昌、琼海，在博鳌港入海，勘查区就在万泉河的西侧，属于万泉河流域，水文地质图显示地下浅层为碳酸盐岩岩溶裂隙发育、水量丰富。深部热储层的水来自于地表，地热勘探定井不但要找断裂构造，还要确认构造内含水裂隙具有较好的连续性，保证地表水能够通过裂隙连续不断地向下渗透补给水源。在断裂构造规模一定时，浅层赋水性好、断裂构造裂隙发育好，深部赋水性才会好；假若是浅层赋水性差，构造内裂隙被导水性差的泥岩、泥质砂岩、页岩等岩层隔阻，深部赋水岩层就会缺乏地表水的有效补给。就勘查区水文地质情况来看，只要存在断裂构造，丰富的浅层水就能够沿构造裂隙径向渗透，确保对中深部容水空间的充盈供水。

    4、勘查区地热条件

因海南岛大多数地区受隆起构造影响，深部地层（尤其是花岗岩地层）相距高温地幔层相对更近，地温场整体温度较高；而在断裂构造内地热水的平均增温率大约为每百米3℃左右。相距勘查区约11公里、同属于万泉河流域的琼海官塘温泉，出水温度为70℃～90℃、日涌水量达万吨左右；而相距勘查区仅4公里、同属于一个北东向大的地质构造的琼海九曲江温泉，出水温度为69℃～72℃、日涌水量达7800吨。由此可推知勘查区内的地温场整体温度较高，断裂构造内地热水的增温率在海南岛处于较高水平，估测在较大断裂构造内的地热水增温率每百米达5℃左右。

   5、利用低高程方法查找勘查区隐伏断裂带

    从地质图上来看，在勘查区南侧外有一条北东向断裂带；西面较远处有一条到第四系地层截止的西东向断裂带，沿其走向直线延伸后恰好穿过勘查区的南部；而在勘查区内没有标明的断裂带。从卫星地图观察到在勘查区东侧北北西向的万泉河流域就是一条隐伏断裂带，勘查区在该隐伏断裂带构造的边缘影响带范围内。通过在卫星地图上查找相对低高程点的方法，在勘查区附近找出标定高程的相对最低点、并将这些低高程点相连，就可以发现勘查区内可能存在的隐伏断裂带。由低高程连线图可以看出，来自勘查区西有2条低高程连线穿过勘查区指向万泉河，其中南侧的近西东向低高程连线显示的隐伏断裂连续性较好、与地层接触带走向一致，且在勘查区西侧次生出一条南北向隐伏断裂；其它几条都属于万泉河流域次生的隐伏断裂。

                    图二  勘查区域低高程连线图及圈定靶区

    6、在勘查区圈定勘探靶区及其设定原则

    地热资源勘探的目的就是寻找深部地下含水构造、在最佳位置凿井深层取水。根据地热水增温机理，只要断裂足够大、含水层就足够深，地热水温就会明显高出同深度地温值。所以，能否抽取出足够热度的水，关键是要找到深层含水的张性断裂构造、在构造中心多层V形聚水区位置凿井取到地下深层热水。在详细分析勘查区地形地貌及地质情况、基本确定勘查区断裂带走向之后，可圈定出勘探靶区的位置及范围，以便有目的地开展勘探工作。因勘查区面积较大、单位较多，具体有使用地热水需求且愿意投资开发的单位不详，只能根据地质构造条件及分析情况大致圈出几个相对较好的勘探靶区以供参考。具体实施时应重点考虑几个原则：一是距离主断裂较近的区域；二是在断裂带分岔或交汇、可能破碎较多的区域；三是离侵入岩较近、地温场温度相对较高的区域。

    7、立项勘探后定井成果应包括的内容

    一般在应用MT-VCT大地电磁镜像测深深层探测仪在勘查区完成勘探工作后，对于探测结果进行综合分析、详实论证，明确地热井孔位，提出凿井建议，撰写勘探定井报告。勘探定井报告具体内容包括：

    （1）通过MT-VCT成像分析软件对探测数据进行计算后，形成每条探测线路的MT-VCT彩色成像地质结构剖面图，综合分析掌握勘查区内地质构造的特点，对地热构造做出基本的描述。

    （2）确定勘探靶区内地热构造存在形式、宽度、延深、产状及水源补给和赋水条件，选择适合定地热井的最佳探测线路，列出等距压缩线剖面图并做出标示。

    （3）明确提出最佳钻孔施工的探测点（孔位）坐标、终孔深度，列出钻孔点位附近区段的MT-VCT彩色成像剖面图，在图上标出孔位穿过各含水裂隙层的走向、连通、聚集等情况，列出孔位穿过各个含水裂隙层的深度范围、相对赋水分级。

    （4）根据孔位含水层情况和甲方意见，设定开始取水深度层和终孔深度，预测主要出水层的数量、所在深度及厚度，预报成井后大致的出水量和地热水的温度范围。

    （5）根据构造内地质情况对钻井施工提出应注意的事项和参考意见；对于开发地热资源的风险进行评估。

    参考文献

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[2] 陈颖民，海南岛地热资源现状及勘查开发利用建议，国土资源科技管理，2008-6

[3] 晁会霞等，对海南岛大地构造特征的新探索，地学前缘（中国地质大学），2016-7

[4] 寇伟 寇通，论VCT大地电磁成像深层构造探测仪在地热资源勘探定井中的应用，《工程技术》，2018-4

[5] 张孟才 寇伟 寇通，对地热水增温机理的几点认识，《工程技术》，2018-3

[6] 寇伟 寇通，论山区地热勘探定井特点及经验 ，《基层建设》，2019-20

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