华北中东部高温地热能成因机制

康凤新; 张保建; 崔洋; 姚松; 史猛; 秦鹏; 隋海波; 郑婷婷; 李嘉龙; 杨海涛; 李传磊; 刘春伟

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.7.9

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (6) : 31 -51. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.7.9

地热赋存基础理论

华北中东部高温地热能成因机制

康凤新 ¹^,² ,
张保建 ³^,^* ,
崔洋 ⁴ ,
姚松 ⁴ ,
史猛 ⁵ ,
秦鹏 ⁶ ,
隋海波 ⁴ ,
郑婷婷 ¹^,² ,
李嘉龙 ¹^,² ,
杨海涛 ¹^,² ,
李传磊 ⁴ ,
刘春伟 ⁴

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Formation of high-temperature geothermal reservoirs in central and eastern North China

Fengxin KANG ¹^,² ,
Baojian ZHANG ³^,^* ,
Yang CUI ⁴ ,
Song YAO ⁴ ,
Meng SHI ⁵ ,
Peng QIN ⁶ ,
Haibo SUI ⁴ ,
Tingting ZHENG ¹^,² ,
Jialong LI ¹^,² ,
Haitao YANG ¹^,² ,
Chuanlei LI ⁴ ,
Chunwei LIU ⁴

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摘要

中国已发现的150 ℃以上的高温地热资源及其成因机制研究集中分布在地中海—喜马拉雅地热带的西藏南部和云南、四川西部,环太平洋地热带的台湾省。近年来,华北中东部高温地热资源探测取得突破:2019年在河北省马头营3 965 m深钻获了151 ℃的高温花岗岩干热岩体,2020年在山西省天镇县1 586 m深钻获167 ℃的高温片麻岩裂隙热储地热流体,2023年在山东省东营市桩西地区4 283 m深钻获167.5 ℃的高温碳酸盐岩岩溶热储;因此,亟需对华北中东部高温地热资源成因机制进行系统研究。本文以上述高温地热田为例,分析华北克拉通破坏、壳幔热物质上涌对地壳浅部高温热异常作用的动力学过程,结合地球物理、地球化学和钻探成果,阐明深部地球动力地质作用对地球浅部高温地温场的塑造和高温热异常制约机制,揭示深部高温热源机制及其上涌通道,形成深部高温热源及其上涌通道和热能聚集构造部位识别技术;阐释典型地段高温地热资源成因机制及其对华北中东部高温地热探测的示范意义。(1)在印欧板块碰撞的远场效应和西太平洋板块俯冲回撤作用下,华北克拉通破坏造成岩石圈减薄、软流圈上涌和热侵蚀、伸展断陷盆地及深大走滑断裂发育等深部地球动力作用,是幔源热物质上涌至地壳浅部的主要驱动力。(2)高导低速体、地球化学证据和高温地热资源分布形成了良好的对应关系,认为幔源热物质向上侵入引起了浅层热异常,为高温地热形成提供了稳定热源;岩石圈构造薄弱带如板块边缘带和切入岩石圈的深大走滑断裂构成了幔源热物质向上侵入的主要通道。(3)凹凸相间的构造格局和地下水流场主导了地壳浅部的热量分布,在浅部岩石热导率差异驱动形成的“热折射”效应下,热流由凹陷区向凸起区聚集,形成古潜山高温热异常。