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四川盆地地热地质条件及勘探潜力评价
孙东
1,2
，李金玺
3
，曹楠
1,2
，李智武
3
，张志鹏
1,2
，谢小国
2
，袁梦雨
3
，蔡鸿燕
3
1
四川省地质环境调查研究中心
2
地球勘探与信息技术教育部重点实验室（成都理工大学）
3
四川省华地建设工程有限责任公司
第一作者：
孙东
，博士，正高级工程师，主要从事地热地质、构造地质方向的研究。
通讯作者：
李金玺
，博士，副教授，主要从事构造地质和地球物理方向的研究。
四川盆地地热资源禀赋好
，
不同构造单元均有地热资源存在
。由于地质构造复杂，
不同构造带地热资源赋存的构造层往往不相同
，存在着地热条件和成热模式差异
，
增加了地热勘探开发选区难度。
为此，
本文系统总结了
四川盆地的
地热储层
、
地热流体
、
大地热流
和
地温梯度场的特征
及
分布规律
，
对比研究了四川盆地
不同类型盆山结构区的
地热储盖层组合和地热条件的异同性
，
指出了不同构造单元的有利勘探靶区
。
研究建议
以
中～下三叠统
和
中二叠统岩溶型热储
为重点层系
，尤其
在川东和川西地区
二者勘探潜力较大
，
其次优选其他海相层系岩溶型热储进行勘探
，
而陆相碎屑岩热储层盖层、地下水补给和热源等条件较差，勘探潜力一般
，开发风险高且需谨慎。
研究成果
提高了四川盆地地热地质条件的认识
，
为四川盆地地热勘探开发利用提供了理论依据
，
为勘探靶区选择指明了方向
。
另外，本文插图十分清晰精美，资料丰富、值得学习和借鉴。
地热能属于可再生的清洁能源，是化石燃料碳替代的主要能源之一。
我国地热资源禀赋良好，年热值可达3.06×10
18
kWh，
分布广泛且具有明显的规律性和分带性
。加大地热资源的开发和利用，可提升可再生清洁能源占比，进而优化能源消费结构。
受地形地貌和气候环境等影响
，
四川盆地风能和光能的应用前景不乐观，地热成为可再生能源中主要开发利用方向
。
四川盆地是我国重要的油气资源战略基地，勘探程度较高
，
地质、地震和钻井资料非常丰富
，
为地热资源勘探开发利用奠定了良好的基础
。
四川盆地为典型的多旋回沉积盆地，地热资源较好
，但盆地经历了多期构造叠加，热储构造复杂，新生代地表差异隆升剥蚀，
导致盆地不同构造带的地热条件差异较大，地热成因模式不清
，制约着四川盆地的地热勘探开发利用。
本文初步梳理了四川盆地地热地质条件和地热资源分布特征
，
对比分析了四川盆地不同盆山结构区地热条件和勘查潜力
，
提出了四川盆地不同构造带的有利勘查区和重点目的层，
可为四川盆地及周缘地热勘查、选区、选靶提供依据
，提高地热资源的综合开发利用水平。
四川盆地位于
特提斯—喜马拉雅构造域与滨太平洋构造域交接转换部位
，其形成与演化受这两大构造域控制。
四川盆地属于典型的叠合盆地，
是在早期稳定的克拉通海相盆地之上叠加了晚期陆相前陆盆地
，
沉积了以巨厚的震旦纪～中三叠世的海相碳酸盐岩为主
和少量上三叠世～始新世的陆相碎屑岩。
四川盆地群山环绕，盆内发育龙泉山和华蓥山
。
基于盆山过渡区构造样式、基底构造、深部结构和盆山耦合关系等
，
四川盆地可以划分为
川北突变型盆山结构区（I）、川西突变型盆山结构区（Ⅱ）、川西南渐变型盆山结构区（Ⅲ）、川南渐变型盆山结构区（Ⅳ）、川东渐变型盆山结构区（Ⅴ）以及川中原地隆起盆地结构区（Ⅵ）（图1）。
图1 四川盆地地质构造与地热资源分布
四川盆地内及周缘的地热井和地热露头热储层信息显示（表1）
：
（1）地热储层主要包括
上侏罗统～下白垩统
砂砾岩和砂岩、
中～下侏罗统
砂岩及砾岩、
上三叠统须家河组
砂岩、
中～下三叠统嘉陵江组和雷口坡组
碳酸盐岩、
中二叠统
栖霞组和
茅口组
碳酸盐岩以及
奥陶系、寒武系和震旦系的
碳酸盐岩或其夹层。
（2）中～下三叠统嘉陵江组和雷口坡组储层开采点为102处
，占比为65.8%；
另约12.9%的地热点位于中二叠统栖霞组+茅口组储层内
；震旦系灯影组、寒武系、奥陶系有部分地热点分布，
极个别位于中生界红层内
，
反映了下三叠统和中二叠统碳酸盐岩是主力地热储层，
总占比约为80%。盆地多数地区陆相红层碎屑岩地热勘探潜力较差。
表1 四川盆地构造区内地热储层统计表
四川盆地大地热流值介于35.4～68.8 mW/m
2
，平均为53.2 mW/m
2
，
总体上为“温盆”，
呈现中低热流的特征
，反映了较为稳定的中新生代构造热演化特征。
基底隆起区的大地热流较高，坳陷区的大地热流较低
。
川中和川西南的大地热流达到60～70 mW/m
2
，而川西北的大地热流为50～60 W/m
2
，
在川东北大巴山褶皱带前缘低至40 W/m
2
左右。
总体反应了盆内基底构造对大地热流明显的控制作用，
盆外大凉山活动断裂对川西南地区大地热流产生影响
。
本文在全面收集前人地温梯度数据基础上，补充了19 口井温测井数据
，
综合绘制了四川盆地及周缘地区的地温梯度图
（图2），基本轮廓与前人成果类似。
地温梯度主要为
16～26°C/km
，川北、川东和川南地温梯度稍低，一般低于20°C/km，
川西南和川中地区存在2个高值区
，但细节上存在一定差别，主要表现在：
（1）龙泉山构造带地温梯度为 1 个相对高值区，
地温梯度为22～26°C/km，
且从南西向北东递减；
（2）川西南高值区的形态有所差别
可能与川滇南北构造带北端的大凉山断裂带有关
；
（3）川中地温梯度一般在22～28°C/km，相对高值区形态表现为北北东向
，
向北延伸至巴中附近
；
（4）川东北的相对高值区向东延伸更远，
可能达到巫溪以西地区；
（5）在重庆东南侧存在1个地温梯度在24～25 °C/km 的相对高值区
，
推测可能与南北走向的遵义—松坎断裂有关
。综上所述，
现今四川盆地及周缘南北向构造带的地温梯度最高
；
其次是川中基底隆起区，
其西侧北东向构造的南段受构造活动性强的影响，地温梯度稍高于其他区域。
图2 四川盆地地温梯度图
四川盆地内及周缘地区地热水天然露头出露的温泉较少，
主要以凿井开采为主
。
温泉露头主要分布在川西南盆地外侧的构造带
（图1、表2），
受控于区域性大断裂，
其次在川北的米仓山构造带和川东雪峰山陆内造山带中有少量点出露；盆地内露头数量很少，仅在川东平行岭谷的河流深切割地区有少量出露（图1）。
表2 四川盆地地热资源分布统计表
四川盆地深部地热井（含油气废井）共计121口
，主要分布在川东，数量达到73口，占整个盆地的60.33%，其中在重庆一带最为密集
（图1、表2）；
其次在川西、川西南和川南地区，有部分井点分布；
而川北和川中地区地热井较少 （图1、表1）。
结合天然露头和地热井来看，川东地区内数量最多，
占57.42%，
其次是川西南、川西和川南，
分别占20.00%、10.32%和7.74%（表2）。
四川盆地露头和地热井
可开采水量累计达23.23×10
4
m
3
/d，
其中天然温泉露头或人工平硐、隧洞揭露的自流量达
2.45×10
4
m
3
/d
，地热井可采资源量
约17.24×10
4
m
3
/d。
天然温泉露头的流量最小约30.2 m
3
/d，最大达到6037
m
3
/d
，多数小于300 m
3
/d（表3）。
地热井的单井开采量差别大
（表3），
热储层位为碎屑岩的地热井可采资源量多小于300 m
3
/d
；
热储层位为碳酸盐岩的地热井可开采资源量多在1 000～3 000 m
3
/d，个别超过3 000 m
3
/d
，如广安邻水县牟家镇地热井、广元市利州区的川北温泉和雅安市的周公山温泉等。
表3 四川盆地地热点资源统计
天然温泉露头温度一般为21～48 °C，
平均为35.25 °C，
地热井开采的地热水（井口）温度一般为21～95 °C，
平均为46.08 °C。
统计显示地热井井口温度主要在30～60 °C
，地热露头的温度区间主要介于30～40 °C。
各温度区间地热井和地热露头的个数见表4。
表4 四川盆地地热水温度统计
由表4可知，
四川盆地地热水绝大多数为低温（＜90 ℃）地热资源
，
其中钻井揭露的温度属于低温温热水
，
占钻井数量58.93%
，其次为低温温水，占25.89%。天然温泉露头中低温温水比重较大，占65.63%，其次为低温温热水占28.13%。
整个四川盆地到目前仅在川西南有1 口地热井（孝姑温泉）揭露到中温热水。
按《水文地质手册》标准中的溶解性总固体（TDS）指标分类，
四川盆地地热水占比最高的为微咸水，
达到46.46%，
其次分别是淡水、咸水、盐水和卤水（
表4）。
淡水在除川中之外均有分布
；微咸水、咸水、盐水主要集中分布在川东、川西南、川南和川西；卤水在除川北和川东外均有分布。
统计表明，川中TDS 较高，基本达到了盐水和卤水，
川东南受径流和埋藏条件的限制，形成卤水的条件稍差，其余各区受地层和径流条件控制，各类水均有。
如图3、表5 所示，
地热水的TDS 和地下水类型受地层和径流条件的控制
，总体表现为碳酸盐岩储层在径流途径较短时，TDS 略低，
同样径流长度的碎屑岩储层TDS 较高
，如在川西深部中～下三叠统碳酸盐岩储层内的天赐温泉和罗浮山温泉TDS 低于其上部上三叠统碎屑岩储层内的文锦江温泉、望丛温泉和香颂湖温泉。
川中中～下三叠统碳酸盐岩储层榮海井、女基井（中国死海）均为卤水
，
TDS 远高于川西和川东，表明了碳酸盐岩储层随着距离增加，地下水径流条件变差
。龙泉山一带的碎屑岩及构造裂隙储层中的地下水也达到了卤水标准，表明了碎屑岩中地下水径流缓慢。
图3 四川盆地地热资源结构及水化学剖面（剖面位置见图2）
表5 四川盆地地热温泉水TDS 统计表
根据Piper 三线图可知（图4）
，
四川盆地及周缘地热水阳离子主要以Ca
2+
、Mg
2+
为主，阴离子主要以Cl
-
、SO
4
2
-
为主
。
全区地下水类型较为分散，SO
4
—Ca 占比最高，达到的54.7%。
川东地区地下水化学类型主要以SO
4
—Ca 为主，SO
4
—Ca·Mg 次之
；
川西地区地下水化学类型较为集中，以Cl—Na 和SO
4
—Ca 为主；
川西南地区地下水化学类型较为分散，主要有Cl—Na、HCO
3
·SO
4
—Ca·Mg 和HCO
3
—Ca·Mg；
川中地区地下水化学类型以Cl—Na 为主；
川北地区地下水化学类型主要有SO
4
—Ca·Mg 和HCO
3
·Cl—Na·Ca；
川南地区地下水化学类型较为集中，主要为Cl—Na。
总体的地热水水化学类型与储层关系明显
，前述的SO
4
—Ca 地热水储层多为中～下三叠统碳酸岩盐地层
，且该储层内其他水化学类型的地热水只占26.8%，其阴离子主要是SO
4
2
-
，其次有少部分的Cl
-
、HCO
3
-
，阳离子除Ca
2+
以外，有少量的Na
+
、Mg
2+
。
二叠系储层中阴离子主要为Cl
-
，其次有少量的HCO
3
-
；阳离子主要为Na
+
，其次有少量的Ca
2+
。
震旦系灯影组的阴离子主要为HCO
3
-
、Cl
-
，但基本都含少量SO
4
2
-
；阳离子主要为Na
+
、Ca
2+
。
寒武系、奥陶系储层中阴离子HCO
3
-
、Cl
-
、SO
4
2
-
均有，
阳离子主要为Mg
2+
，其次有少量的Ca
2+
和Na
+
。上三叠统碎屑岩中获取的数据较少，主要为Cl—Ca 型和SO
4
—Ca·Mg。中～下侏罗统碎屑岩储层仅有 1 个数据为Cl—Na·Ca。
上侏罗统、下白垩统碎屑岩储层阳离子基本为Na
+
，阴离子以Cl
-
为主，含少量的SO
4
2-
和
HCO
3-
。
图4 四川盆地地热水的Piper 三线图
通过四川盆地及周缘地热资料，结合不同构造单元的构造变形特征，
初步探讨热储盖组合特征及分布差异。
（1）北缘米仓—大巴山突变型盆山结构区
。
该区域震旦系～三叠系存在4 个碳酸盐岩储层+碎屑岩盖层组合
：①
震旦系灯影组
白云岩储层+下寒武统
页岩、粉砂岩盖层组合；②
中～上寒武统、奥陶系
灰岩储层+志留系页岩
盖层组合；③
中～上二叠统灰岩储层
+下三叠统泥质灰岩、泥岩盖层组合
；④
中～下三叠统
灰岩、白云岩储层
+上三叠统页岩、泥岩盖层组合
，见图5（a）。
其中①③④储层厚度大、盖层相对稳定且有一定厚度，开发潜力好，地热资源较丰富
，
②组合储层分段明显，单层厚度一般，但盖层较稳定
，具有一定的开发潜力。
上三叠统须家河组砂岩、砾岩层较稳定、裂隙发育，储层较好，有一定的开发潜力
，但其盖层或隔水底板中往往有煤系分布，影响地热水的水质；
侏罗系白田坝组、沙溪庙组和蓬莱镇组砂砾岩段可作为储层
，多呈透镜状，径流条件欠佳，
开发效果不好，开发需谨慎。
图5 四川盆地典型盆山结构区储层盖层组合分析图
（2）西缘龙门山突变型盆山结构区。
该区域震旦系～三叠系亦存在4 个碳酸盐岩储层+碎屑岩盖层组合，
分别是：
①震旦系灯影组白云岩储层
+下寒武统泥质粉砂岩、粉砂岩盖层组合
；
②泥盆系、石炭系灰岩储层
+下二叠统页岩、泥岩盖层组合
；
③中二叠统灰岩储层
+上二叠、下三叠统泥质灰岩、泥岩、页岩盖层组合
；
④中～下三叠统灰岩、白云岩储层
+上三叠统页岩、泥岩盖层组合，
见图5（b）。
其中④组合储层厚度大、盖层相对稳定且有一定厚度
，组合地热资源勘探潜力好，地热资源较丰富；
①组合的储层、盖层厚度均一般，且多受断裂切割，完整性受影响，地热资源勘探潜力一般
；
②③组合虽储层好，但盖层极薄，
且同样受构造改造后保存条件不好，因此潜力较差。
陆相上三叠统须家河组、上侏罗统莲花口组中的砂岩、砾岩段可以作为稍好的储层
，且上部盖层较稳定，具有一定的地热资源勘探潜力
；中侏罗统沙溪庙组砂岩段由于厚度不稳定、层厚一般，作为储层条件一般
；
白垩系和新近系受埋深或盖层制约，地热资源勘探潜力较差。
（3）川西南渐变型盆山结构区。
该区域震旦系～三叠系存在3 个主要的碳酸盐岩储层+碎屑岩盖层组合
，分别是：
①震旦系洪椿坪组白云岩储层
+中～下寒武统粉砂质泥岩、页岩盖层
；
②中二叠统灰岩+
上二叠统玄武岩、泥岩盖层
；
③中～下三叠统灰岩、白云岩储层
+上三叠统页岩、泥岩盖层组合
，见图5（c）。
上述组合中热储和盖层厚度大、较稳定，地热资源勘探潜力较好
。
其次在上三叠统须家河组和中侏罗统沙溪庙组中分布有较稳定的砂岩层段
，上部有稳定的盖层，具有一定的地热资源勘探潜力，但水量偏小。
（4）川南渐变型盆山结构区。
该区域震旦系～三叠系存在3 个主要的碳酸盐岩储层+碎屑岩盖层组合，
分别是
：①寒武系、下奥陶统灰岩储层
+中下奥陶统泥岩、页岩盖层
；
②中二叠统灰岩+
上二叠统玄武岩、泥岩盖层
；
③中～下三叠统灰岩、白云岩储层+
上三叠统页岩、泥岩盖层组合
，见图5（d）。
②③组合在该区域均有勘探开发成功的案例，以②组合资源量最好
，③组合总体资源量一般，尚未对①组合进行勘查，需进一步开展研究工作。目前，
该区内的侏罗系～白垩系陆相砂岩储层地热条件欠佳
，未有勘探开发成功案例。
（5）川东渐变型盆山结构区。
华蓥山以东的川东地区存在3 个主要的碳酸盐岩储层+碎屑岩盖层组合，
分别是：
①寒武系、下奥陶统灰岩储层
+中下奥陶统泥岩、页岩、粉砂岩盖层
；
②中～上二叠统灰岩
+下三叠统泥岩、泥灰岩盖层；
③中～下三叠统灰岩、白云岩储层
+上三叠统页岩、泥岩盖层组合，
见图5（e）。
其中组合③地热资源量极好，开发程度高，占该区域已开发利用地热资源的95%以上
。
组合①目前均为天然露头，未进行钻井勘探，但资源量亦较好，可进一步勘探。
该地区基本未对陆相地层地热资源进行勘探。
（6）川中原地隆起盆山结构区
。
该区域存在4 个主要的碳酸盐岩储层+碎屑岩盖层组合，
分别是：①震旦系灯影组白云岩储层+
下寒武统泥质粉砂岩、粉砂岩盖层组合
；
②上寒武统、石炭系、中二叠统灰岩、白云岩储层+
上三叠统泥岩、粉砂岩盖层组合；
③上二叠统、下三叠统灰岩、泥质灰岩储层+
下三叠统泥岩盖层组合；
④中～下三叠统灰岩、白云岩储层+
上三叠统页岩、泥岩盖层组合
，见图5（f）。
其次在陆相地层中存在2 个主要的碎屑岩储层盖层组合
，分别是：⑤
上三叠统须家河组第二段砂岩储层
+第三段～第六段泥岩夹砂岩盖层组合，
⑥下侏罗统自流井组下部粉砂岩、灰岩储层
+自流井组上部、中统新田沟组泥岩、泥质粉砂岩盖层组合
。组合④的开发利用如遂宁市大英县“中国死海”和自贡市大安区采卤制盐井。
总体上，川中地区各储层中的地下水受补给和径流条件的限制，多为原生地层水，总体资源量一般
，
且属于不可再生型。
综合分析不同构造单元热储的地质条件，
认为四川盆地热储勘查应以海相碳酸盐岩热储为主
（图6）
，陆相地层地热条件较差，勘探开发宜慎重
。各个构造单元地热勘探潜力如下：
图6 四川盆地及周缘不同储层地热勘探潜力预测图
川东无疑是勘探潜力最好的地区，
具有“地热水补给明确、储层埋深合适、热储构造简单”的特点
，成为勘探开发主要利用区域。
开采层位寒武系、奥陶系储层基本未进行开发，具有一定勘探潜力
，见图6（a）
；中二叠统栖霞组和茅口组勘探潜力中等，
见图6（b）；
开采层位以嘉陵江组第二段和第四段为主
，见图6（c）。
川西地热资源勘探潜力较好。
由于多向构造叠加明显，发育背斜型、向斜型和褶皱—断裂复合型等多种类型的热储构造，储层埋深差异较大，由此造成多个热储均有较好的勘探潜力。
雅安—乐山—宜宾一线较好，以中二叠统栖霞组和茅口组储层为主，见图6（b），
可加大雷口坡组、嘉陵江组和灯影组储层的勘探开发力度。
川西龙门山前缘中三叠统雷口坡组地热资源良好，
是极具开发潜力的层位，见图6（c）
，但地下热水补给尤为关键，取决于断层导水或阻水能力。
川西凹陷陆相储层虽有成功开发案例，但总体显示资源开发潜力一般
，见图6（d），基本单井产量不高，且TDS 极高，
勘探开发需加强储层的非稳定性及构造裂隙研究确保资源量和开发效果
。
川北和川南地热勘探开发程度不高，基本未进行商业开发。
勘探开发优先以中～下三叠统碳酸盐岩热储为主
，见图6（c），靠近造山带更深层位的中二叠统和灯影组碳酸盐岩亦可考虑。
川中地热资源具有特殊性
，中～下三叠统地热水属于交替循环不畅、高TDS 的“死水”，单井水量亦小，
在有特殊利用时可考虑开发，
其下伏二叠系、震旦系的储层盆内由于埋深过大，不建议进行商业开发。
（1）四川盆地大地热流值总体为温盆，地热资源均属于低温地热资源
，
地热水以中低温温水为主
，
地热水TDS 具有盆地周缘低、盆地中部高的特征
。四川盆地的地热资源分布主要受盆地构造、地层分布和水文条件等控制。
（2）川东隔挡式褶皱区为重要地热勘查区，热储以中三叠统和中二叠统碳酸盐岩为主。
川西雅安—乐山—宜宾一带，以连续褶皱型、单斜型和局部褶皱—断裂复合型构造模式为主要勘查对象
，地热储层主要是中二叠统碳酸盐岩，其次是中下～三叠统和灯影组碳酸盐岩。
川西龙门山前缘，发育单斜型和褶皱—断裂复合型构造地热模式
，
地热储层以中三叠统碳酸盐岩为主
。
盆地其他区地热条件不及上述地区，且勘探程度相对低，
宜以中～下三叠统和中二叠统碳酸盐岩为主，建议谨慎勘探开发。
致谢：
感谢四川省环境保护地下水污染防治工程技术中心和中国地质科学院探矿工艺研究所提供的数据资料！
原文来源：
孙东，李金玺，曹楠，等. 四川盆地地热地质条件及勘探潜力评价[J]. 水文地质工程地质，2023，50(3): 193-206.
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