中國對能源的需求有增無減，尤其是在“雙碳”政策影響下，新型可再生能源的勘查與開發變得更加迫切。地熱能具備在中國能源體系中占據重要地位的資源基礎,而在中國地熱資源中，干熱巖占較大比重。干熱巖一般指埋深3～10 km、溫度150～650℃、不含或含有極少量水或水蒸汽并具有開發經濟價值的致密熱巖體。干熱巖的主要用途是應用人造循環系統裝置，收集非滲透或極低滲透率的干熱巖體內的熱能進行發電。

近年來，湖北省大力開展中深層地熱資源勘查工作，取得了豐碩成果。對全省地熱資源綜合研究表明，東大別黃岡地區深部可能存在具經濟價值的干熱巖體。本文參照國內外干熱巖主流研究方法，結合區域地質背景，總結區內水熱型地熱資源“補、徑、排”條件，分析地熱賦存條件及干熱巖資源潛力，初步圈定干熱巖找礦遠景區，為下步干熱巖資源勘查開發提供依據。

1 研究區地熱背景條件

研究區位于湖北省黃岡市北東部(圖1),西側以麻城—浠水—大冶為界，南側以大冶—黃梅為界，北側和東側以省界為界，總面積約9 500 km2。區內海拔自北向南逐漸降低，東北部與豫皖交界的大別山山脈呈NW-SE走向，舉水、巴水等水系由北向南匯入長江。

1.1 地表地熱顯示

區內地表地熱顯示主要為溫泉，黃岡市已發現的14處溫泉中，有12處分布于研究區內(圖1,表1)。這些溫泉的空間分布與構造及巖漿巖密切相關，均分布在近平行產出的NE向構造帶上，并與燕山期大規模侵入的中酸性巖漿巖伴生。

1.2 大地熱流

大地熱流是地球內部熱能傳輸至地表的一種現象，大地熱流值可反映地殼淺部熱狀態。通過對區內典型鉆孔的地溫梯度和巖石熱導率進行測量，發現地熱異常區(地熱田)的大地熱流值介于78.6～222.6 mW/m2,明顯高于中國大陸地區大地熱流平均值61.5 mW/m2。綜合周邊地區大地熱流數據,按照鉆孔地溫梯度2.5℃/100 m、巖石熱導率2.68 W/(m·℃)計算，區內大地熱流平均值約65.7 mW/m2,亦顯示較好的大地熱流條件。

圖1 研究區斷裂、燕山期中酸性巖體與溫泉分布簡圖

1.3 地溫梯度及熱儲溫度估算

研究區內廣泛分布深變質巖及巖漿巖，巖石致密且導熱性能較好，但幾乎沒有被低熱導率的巖層所覆蓋，“蓋層”條件較差，因而本區整體地溫梯度較低。據已有鉆孔資料顯示，無地熱異常區域的地溫梯度一般為15～25℃/km, 但局部區域受構造、巖漿及地熱流體熱對流作用的影響，地溫梯度可達80℃/km以上。

本次工作收集了區內溫泉和地熱井地熱流體的水化學分析數據30余份，取其中的代表性數據繪制了Na-K-Mg平衡三角圖。圖2顯示，地熱流體中所含Na、K、Mg礦物多數未達到平衡狀態，因此可采用SiO2溫標估算熱儲溫度(TSi)。估算結果表明，英山—羅田地區地熱田普遍具有>100℃以上的熱儲溫度，其中三里畈地熱田熱儲溫度為149.91℃,英山北湯河地熱田熱儲溫度為123.05℃,暗示本區深部可能存在高溫巖體。

2 干熱巖形成機理

認清地熱的成因模式是開發地熱能的重要前提,其關鍵問題包括熱源、熱傳導通道、儲蓋條件等。

2.1 熱源條件

研究區地熱能的熱源主要來源于巖石圈地幔和地殼中放射性元素的衰變。中生代以來，具備高熱導率、高放射性特征的中酸性巖漿大規模侵入，不僅有利于深部熱量向淺部傳導，其本身亦具有一定放射性生熱能力，加之居里面埋深較淺和中—新生代晚造山—熱窿伸展事件的影響，使區內具備較好的熱源條件。

2.1.1 幔熱源

在中—新生代晚造山—熱窿伸展事件的影響下，湖北省陸殼呈現西厚東薄的特征。由湖北省莫霍面等深圖(圖3)可見，研究區所處的東大別居里面隆起區的莫霍面(溫度約1 100℃)埋深為30～35 km, 有利于地幔熱流向淺部傳導。

區內巖漿活動和地殼深部熱傳導等熱構造活動十分活躍，使得居里面隆起。由湖北省居里面等深圖(圖4)可見，研究區所處的東大別居里面隆起區的居里面(溫度約580℃)埋深為湖北省最淺，其埋深為22.5～24.5 km。居里面埋深最淺處位于大別山主峰——天堂寨附近，該區也是英山—羅田地區地熱資源(溫泉)的地熱流體補給區,由此可推斷研究區處于較高的地熱活動狀態，地幔熱占大地熱流值比例較高。

研究區平均大地熱流值約65.7 mW/m2,地幔熱流值約30～35 mW/m2,地幔熱流值占大地熱流值的49.5%左右。以本區常年恒溫層平均溫度16.4℃及前述莫霍面與居里面的溫度、深度來推算，本區平均地溫梯度為31.0～36.1℃/km(深度0～35 km)和23.0～25.1℃/km(深度0～25 km)。結合東大別地區非地熱異常區的鉆孔地溫梯度(15～25℃/km, 孔深200～2 000 m)來判斷，地殼淺部的地溫梯度低于平均地溫梯度，由此推測區內地溫梯度會隨深度的增加而增加。

2.1.2 放射性熱源

地殼巖石中含有多種放射性元素，其衰變釋放出的熱能是地球內熱的主要熱源之一。U、Th、K因具有豐度足夠、生熱量大、半衰期長等特征，對地球內熱具有顯著貢獻。根據研究區16件中—新生代中酸性巖體樣品的測試分析結果,可采用Rybach L等修正后的公式計算巖石放射性生熱率。計算公式為：

A=10-2ρ·(9.52CU+2.56CTh+3.48CK)

式中：A為巖石放射性生熱率，μW/m3;ρ為巖石密度，g/cm3;CU、CTh、CK分別為巖石中U、Th、K的含量，單位依次為×10-6、×10-6、%。

計算結果表明，東大別居里面隆起區中—新生代中酸性巖漿巖(地表)放射性生熱率為2.77～3.68 μW/m3,平均值為3.2 μW/m3,表明本區具有較好的放射性生熱條件。

大別造山帶根部已被剝蝕，東大別地區地殼厚度約30～35 km, 上地殼以長英質巖為主，并含有0～20%的榴輝巖；中地殼以長英質片麻巖和花崗巖為主；下地殼上部含80%的鎂鐵質麻粒巖和20%的長英質麻粒巖，下部基本為鎂鐵質麻粒巖。按照理想化的東大別地區地殼模型，上、中、下地殼厚度分別為10 km、15 km和10 km, 生熱率分別為1.2 μW/m3、0.9 μW/m3和0.3 μW/m3,依此計算出地殼熱流的貢獻約28.5 μW/m3,約占大地熱流的43.4%;上地殼約占整個地殼厚度的28.6%,熱流貢獻卻占整個地殼熱流的42.1%,因此放射性元素呈現向淺地表富集的特征。綜上所述，東大別干熱巖資源屬高放射性產熱型。

2.1.3 巖漿余熱及其他熱源

研究區自中生代以來(150～80 Ma)巖漿活動十分強烈，中酸性巖體廣布，其出露面積達2.8×103 km2,約占本區面積的30%。根據理論計算，直徑為4 km、2 km、1 km的圓柱狀巖漿巖體冷卻到其初始溫度的10%,所需要的時間分別為0.52 Ma、0.13 Ma、0.032 Ma。根據區內巖漿巖體的規模及成巖時代分析，本區淺表巖漿巖已完全冷卻，僅深部隱伏的巖體可能存在少量的余熱。另外從前文的分析可知，研究區內地幔熱流和地殼熱流合計占大地熱流值的 92.9%左右，因此其他熱源對干熱巖的形成貢獻很小。

2.2 熱傳導通道條件

研究區干熱巖中的熱能主要以熱傳導和熱對流形式從深部傳遞而來，熱傳導作用普遍存在。在局部巖石圈斷裂、殼斷裂及基底斷層發育處，可形成熱對流的良好通道。本區歷經漫長的地質演化過程，地質構造十分復雜，區內已查明的構造按展布方向分為NNE、NE、NEE、NWW、NNW、NW向及SN向7組，其中NE、NNE、NW向斷裂最為發育。區內出露的12處地熱田均由NE向斷裂控制，由此可見NE向斷裂是區內最主要的導水導熱構造。

區內NE向斷裂(系)早期主要表現為韌性剪切帶，在后期熱窿作用下發生伸展，形成了構造延伸長、影響帶寬、切割深度大的張性構造。大別山區的地表水多匯聚于NNE向斷裂帶中，不僅形成了巴河、浠水等地表水系，同時給予地熱流體深循環足夠的補給，形成了英山—羅田地區的一系列溫泉。同時，團麻斷裂、襄廣斷裂、竹瓦—總路咀斷裂和郯廬斷裂是區域上的深大斷裂，具有足夠大的延伸長度、切割深度和影響寬度，其導水性能在本區雖顯不足，但有利于深部的熱向淺部傳播，雖然尚未在區內發現由其控制的地熱田，但其可能具有較好的潛力。

2.3 儲蓋條件

區內主要發育以片麻巖為主的深變質巖及巖漿巖體，其中中酸性巖漿巖體的熱導率相對較高，可作為干熱巖體；而熱導率稍低的變質巖可視作區域上相對的蓋層。本區中酸性巖漿巖的出露面積約占本區總面積的30%(圖1),其主要集中分布于居里面埋深相對較淺的英山—羅田地區北部。通過同位素及構造分析得出，羅田三里畈、浠水曹畈、英山溫泉鎮的地熱流體補給區均位于地熱田北東方向的麻城張家畈—英山縣城北一線，補給距離為10～50 km。麻城張家畈—英山縣城北一線主要出露變質巖，對深部干熱巖體熱量的保存具有積極作用。

3 干熱巖遠景區

綜合研究區地表地熱顯示、大地熱流值、地溫梯度、地熱田熱儲溫度、熱源條件、莫霍面及居里面埋深、熱傳導通道和干熱巖儲蓋等賦存條件來看，本區具有一定的干熱巖勘查開發前景，并初步圈定了一處干熱巖遠景區——羅田河鋪—英山楊柳遠景區(圖1)。

羅田河鋪—英山楊柳遠景區位于羅田縣河鋪鎮—大河岸鎮—英山縣楊柳鎮一帶，區內及周邊地區地熱資源豐富，溫泉多表現出溫度高、單井流量大、沿NE向斷裂分布等特征。遠景區以南由西至東出露有三里畈、曹畈、西湯河和北湯河溫泉，出水溫度為60～76℃,經SiO2溫標法估算其熱儲溫度為100～150℃,其中三里畈溫泉出水溫度為湖北省最高(76℃),熱儲溫度達149.91℃;西湯河溫泉出水溫度為69℃,熱儲溫度達123.05℃,說明本區的地熱活動強烈，具較高的溫度場特征。經H-O同位素和地熱田構造特征分析，認為地熱流體補給源區均位于北東方向的羅田河鋪—英山楊柳一線。基于地熱田熱儲應位于地熱流體補給區和溫泉出露點之間這一原則，認為羅田河鋪—英山楊柳一帶深部很可能存在干熱巖資源。根據區域航磁異常、剩余重力資料反演顯示，該遠景區莫霍面埋深為33 km左右，居里面埋深為23 km左右，幔熱源傳導距離較短。中生代以來(150～80 Ma)區內構造、巖漿活動強烈，不僅造成了早期NE向韌性剪切帶的活化，亦讓中酸性巖漿沿著斷裂通道侵位并分布在NE向斷裂周邊，如今部分巖體因剝蝕作用已出露地表。本區具有明顯的航磁正異常，表明結晶巖基底規模較大，可能存在大量的隱伏巖漿巖體。已經出露地表的巖漿巖放射性生熱率多在3.0～3.6 μW/m3,而隱伏巖體一般具有更高放射性生熱率，估計放射性熱流貢獻率可達40%～50%。遠景區內出露地表的地層主要為早元古代大別群片麻巖(厚度700～1 500 m),可作為相對的蓋層，對深部巖體的熱量起到一定的保存作用。

綜上所述，羅田河鋪—英山楊柳遠景區在干熱巖資源的“源、儲、蓋”等方面均具有較好的條件，具備干熱巖資源成藏潛力。

4 結論及建議

(1) 結合區域地質背景，總結了研究區地表地熱顯示、大地熱流、地熱源、導熱通道及干熱巖儲蓋條件等特征，認為東大別黃岡地區具備較好的干熱巖賦存條件。

(2) 綜合分析研究區地熱地質條件，圈定了羅田河鋪—英山楊柳干熱巖資源找礦遠景區。

(3) 目前東大別地區干熱巖研究程度較低，深度超過1 000 m的鉆孔僅一處，且位于研究區西部邊界附近。建議在后續的干熱巖勘查工作中，重點采用重力、電磁法及地震等深部地球物理勘查方法，查明遠景區及其周邊地區的結晶基底起伏、隱伏巖體分布及斷裂構造三維空間展布特征，為區內干熱巖資源勘查深部鉆探提供科學依據。