南海地熱特征剖析及其構(gòu)造意義探究

一、引言1.1研究背景與意義南海，作為中國最大的邊緣海，亦是世界上第三大邊緣海，其地理位置得天獨厚，處于印度洋和太平洋的咽喉地段，是全球航運的關(guān)鍵樞紐，每年有價值約3.37萬億美元的全球貿(mào)易經(jīng)由南海通過，約占全球海上貿(mào)易的三分之一。對中國而言，南海不僅是至關(guān)重要的出海口，更是國家安全的重要保障，掌控南海能夠確保能源運輸以及貿(mào)易通道的安全。同時，南海蘊藏著豐富的自然資源，包括石油、天然氣以及種類多達上千種且多數(shù)具有經(jīng)濟價值的漁業(yè)資源，僅石油儲量就高達323億噸，其資源潛力對世界資源市場供應(yīng)有著深遠影響。在地質(zhì)構(gòu)造方面，南海地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜，巖石圈厚度變化顯著，熱流分布呈現(xiàn)出復雜性。地球內(nèi)部釋放的地熱能流經(jīng)過地表所攜帶的熱流量，即南海熱流，受構(gòu)造活動、地殼運動等因素影響，通過巖石圈向地表傳導，形成了南海地區(qū)復雜的熱流分布格局。這種復雜的地熱特征，是南海地質(zhì)演化過程的一種體現(xiàn)，對其深入研究有助于揭示南海的地質(zhì)構(gòu)造演變歷史。研究南海地熱特征具有多方面的重要意義。在地質(zhì)構(gòu)造分析領(lǐng)域，地熱特征能夠為南海的構(gòu)造演化研究提供關(guān)鍵線索。例如，南海熱流的分布與巖石圈的厚度變化、構(gòu)造活動密切相關(guān)。通過對南海熱流及巖石圈熱結(jié)構(gòu)特征的研究，可以深入了解南海地區(qū)的構(gòu)造運動過程，包括板塊的相互作用、海底擴張的機制以及地殼的演化歷史等。不同區(qū)域的地熱差異往往反映了不同的構(gòu)造背景，如洋盆區(qū)、洋陸過渡帶和陸緣地區(qū)的地熱流值差異，有助于確定這些區(qū)域的構(gòu)造邊界和演化過程。從資源勘探角度來看，南海豐富的油氣資源勘探開發(fā)離不開對地熱特征的研究。沉積盆地的熱體制信息對于油氣資源評價和勘探開發(fā)至關(guān)重要。以瓊東南盆地為例，其深水區(qū)作為南海北部深水油氣勘探開發(fā)的重點區(qū)域，已取得重大突破，但對其熱狀態(tài)特征的深入了解仍顯不足。通過研究該區(qū)域的地熱特征，如平均熱流值、地溫梯度以及熱流和地溫梯度的平面分布趨勢等，可以為油氣資源潛力評價提供新的地熱學參數(shù)和科學依據(jù)。熱流和地溫梯度的分布影響著油氣的生成、運移和聚集過程，準確掌握這些地熱特征有助于更精準地預測油氣藏的位置和規(guī)模，提高油氣勘探的成功率，降低勘探成本，從而促進南海油氣資源的合理開發(fā)利用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自20世紀60年代起，國內(nèi)外學者便開始對南海地熱特征展開研究，早期研究主要集中于數(shù)據(jù)采集與初步分析。隨著科技的不斷進步，研究手段日益豐富，涵蓋了地質(zhì)、地球物理、地球化學等多學科領(lǐng)域，研究內(nèi)容也逐漸深入到地熱特征的形成機制及其與構(gòu)造演化的關(guān)系。在南海熱流分布特征研究方面，早期國外學者通過簡單的地溫測量獲取了少量熱流數(shù)據(jù)，初步揭示了南海部分區(qū)域的熱流分布情況。國內(nèi)學者自20世紀80年代起，利用自主研發(fā)的海洋地熱測量設(shè)備，對南海北部陸緣、西南次海盆等區(qū)域進行了系統(tǒng)的熱流測量。例如，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局在南海北部陸緣開展了多次地熱調(diào)查，獲取了大量熱流數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)南海東北緣和南海西北部熱流較大，南海中央和南海東南部熱流較小，其中南海東北緣的熱流高值帶成為研究南海熱流的重點區(qū)域之一。徐行、姚永堅等學者對南海西南次海盆進行研究，獲得87個有效地熱流數(shù)據(jù)，指出西南次海盆熱流密度平均值為98.1±14.8mW?m?2，洋陸過渡帶為103.6±19.4mW?m?2，南沙島礁區(qū)和西部陸緣分別為79.0±15.5mW?m?2和78.3±15.6mW?m?2，且熱流特征在空間上具有一定分布規(guī)律。對于南海巖石圈熱結(jié)構(gòu)，國外學者運用地震層析成像等技術(shù)，對南海巖石圈的深部結(jié)構(gòu)進行探測，分析地溫隨深度的變化規(guī)律。國內(nèi)學者則結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造和地球物理資料，深入研究南海不同構(gòu)造單位和巖性的巖石圈熱結(jié)構(gòu)差異。如通過對地震資料的分析，揭示了南海巖石圈的熱結(jié)構(gòu)特征與構(gòu)造活動的密切關(guān)系，發(fā)現(xiàn)巖石圈厚度變化對地熱分布有顯著影響。在南海熱流成因機制研究上，國內(nèi)外學者從熱源、傳熱介質(zhì)和傳熱方式等方面進行探討。普遍認為地球內(nèi)部熱量是南海熱流的主要熱源，傳熱方式主要為導熱傳導和對流傳熱，傳熱介質(zhì)包括巖石中的水和氣體等。部分學者研究了深部熱物質(zhì)上涌對南海熱流的影響，認為洋中脊、紅河斷裂等深大斷裂帶以及伸展構(gòu)造為主的斷塊、底辟核心影響區(qū)等，為深部熱物質(zhì)上涌提供了“熱通道”，造成現(xiàn)今地溫異常。在南海地熱特征與構(gòu)造演化關(guān)系的研究中，國外學者通過對南海周邊板塊運動的研究，探討南海的形成與演化過程，分析地熱特征在其中的指示作用。國內(nèi)學者則結(jié)合南海的地質(zhì)構(gòu)造演化歷史，深入研究地熱特征對構(gòu)造運動的響應(yīng)。例如，研究發(fā)現(xiàn)南海的海底擴張過程與地熱異常密切相關(guān)，地熱特征能夠反映海底擴張的階段和速率變化。盡管國內(nèi)外在南海地熱特征及構(gòu)造研究方面取得了一定成果，但仍存在不足。在數(shù)據(jù)獲取方面，南海地域廣闊，現(xiàn)有的地熱流測點分布不夠均勻，部分區(qū)域數(shù)據(jù)匱乏，尤其是深海區(qū)域和一些復雜構(gòu)造區(qū)域，這限制了對南海整體地熱特征的全面認識。在研究方法上，雖然多學科交叉研究已成為趨勢，但不同學科之間的融合還不夠深入，數(shù)據(jù)整合與分析方法有待進一步完善，導致對地熱特征形成機制和構(gòu)造演化關(guān)系的解釋存在一定局限性。此外，對于南海地熱特征在資源勘探和環(huán)境演化方面的應(yīng)用研究還相對薄弱，需要進一步加強。本文將在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，通過補充地熱流數(shù)據(jù)采集，優(yōu)化研究方法，深入分析南海地熱特征與構(gòu)造演化的關(guān)系，探討其在資源勘探和環(huán)境演化中的應(yīng)用，以期為南海地質(zhì)研究和資源開發(fā)提供更全面、深入的理論支持。1.3研究內(nèi)容與方法本文聚焦南海地熱特征及構(gòu)造意義，圍繞南海熱流分布、巖石圈熱結(jié)構(gòu)、熱流成因機制以及地熱特征與構(gòu)造演化關(guān)系展開研究，旨在全面揭示南海地熱特征，深入理解其地質(zhì)構(gòu)造演化歷史，為南海資源勘探和開發(fā)提供理論依據(jù)。在研究內(nèi)容方面，首先對南海熱流分布特征進行深入分析。通過廣泛收集已有的地熱流數(shù)據(jù)，包括不同年份、不同區(qū)域的測量結(jié)果，對南海東北緣、南海西北部、南海中央和南海東南部等區(qū)域的熱流數(shù)據(jù)進行詳細統(tǒng)計與對比分析。同時，利用最新的海洋地熱測量技術(shù)，在數(shù)據(jù)匱乏區(qū)域進行補充測量，確保獲取更全面、準確的熱流分布信息。分析熱流數(shù)據(jù)在空間上的變化規(guī)律，繪制高精度的南海熱流分布圖，明確熱流高值區(qū)和低值區(qū)的分布范圍，探究熱流分布與地理位置、地形地貌之間的關(guān)聯(lián)。其次，深入研究南海巖石圈熱結(jié)構(gòu)。綜合運用地震層析成像、大地電磁測深等地球物理方法，獲取南海巖石圈不同深度的物理參數(shù)，如速度、電阻率等，進而反演巖石圈的熱結(jié)構(gòu)。分析地溫隨深度的變化規(guī)律，繪制巖石圈熱結(jié)構(gòu)剖面圖，對比不同構(gòu)造單元和巖性區(qū)域的巖石圈熱結(jié)構(gòu)差異，研究巖石圈厚度變化對地熱分布的影響機制。再者，探討南海熱流成因機制。從熱源、傳熱介質(zhì)和傳熱方式等方面入手，研究地球內(nèi)部熱量的產(chǎn)生和傳輸過程。通過分析深部熱物質(zhì)上涌的證據(jù)，如地震活動、巖漿巖分布等，確定深部熱物質(zhì)上涌對南海熱流的影響程度。研究巖石中的水和氣體等傳熱介質(zhì)在熱量傳輸中的作用，分析導熱傳導和對流傳熱等傳熱方式在不同區(qū)域的主導地位，建立南海熱流成因的理論模型。最后，分析南海地熱特征與構(gòu)造演化關(guān)系。結(jié)合南海的地質(zhì)構(gòu)造演化歷史，研究地熱特征在構(gòu)造運動過程中的響應(yīng)。通過對比不同構(gòu)造演化階段的地熱特征，如海底擴張期、碰撞擠壓期等，探討地熱特征對構(gòu)造運動的指示作用。分析構(gòu)造活動，如板塊運動、斷裂活動等，對地熱分布的影響，揭示南海地熱特征與構(gòu)造演化之間的內(nèi)在聯(lián)系。在研究方法上，采用多學科交叉的研究手段。在數(shù)據(jù)收集方面，廣泛收集海洋地質(zhì)、地球物理、地球化學等多學科的數(shù)據(jù)資料。利用衛(wèi)星遙感技術(shù)獲取南海的地形地貌信息，為研究熱流分布與地形的關(guān)系提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；通過海洋地質(zhì)調(diào)查，采集海底巖石樣品，分析巖石的熱物性參數(shù)和化學成分，為研究熱流成因提供依據(jù)；收集地震、地磁等地球物理數(shù)據(jù)，用于反演巖石圈的熱結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征。在數(shù)據(jù)分析方面，運用統(tǒng)計學方法對地熱流數(shù)據(jù)進行處理，計算熱流的平均值、標準差等統(tǒng)計參數(shù)，分析熱流數(shù)據(jù)的分布特征和變化趨勢。利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，對熱流數(shù)據(jù)和其他地質(zhì)、地球物理數(shù)據(jù)進行空間分析，繪制各種專題地圖，直觀展示南海地熱特征的空間分布規(guī)律。采用數(shù)值模擬方法，建立南海巖石圈熱結(jié)構(gòu)和熱流分布的數(shù)學模型，通過模擬不同的地質(zhì)條件和邊界條件，預測地熱特征的變化趨勢，驗證研究假設(shè)。此外，還將結(jié)合野外實地考察和實驗室分析。對南海周邊的地質(zhì)露頭進行實地考察，觀察巖石的構(gòu)造特征和熱液活動跡象，為研究地熱特征提供直接的地質(zhì)證據(jù)。在實驗室中，對采集的巖石樣品進行熱導率、生熱率等熱物性參數(shù)的測量，以及同位素分析、微量元素分析等，深入研究巖石的熱物理性質(zhì)和物質(zhì)組成與地熱特征的關(guān)系。二、南海地質(zhì)構(gòu)造特征概述2.1南海區(qū)域構(gòu)造背景南海位于歐亞板塊、太平洋板塊和印度洋板塊的交匯處，特殊的地理位置使其地質(zhì)構(gòu)造復雜多樣，歷經(jīng)了漫長而復雜的地質(zhì)演化過程。在地質(zhì)歷史時期，南海地區(qū)的構(gòu)造演化受到周邊板塊運動的顯著影響。早白堊世時期，澳大利亞板塊開始向北漂移，新特提斯洋隨之向北俯沖消亡，這一過程導致了弧后擴張，進而形成了古南海。古南海的形成是南海地質(zhì)演化的重要開端，為后續(xù)的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。晚白堊世末至始新世，古南海繼續(xù)向北俯沖，強烈的俯沖作用引發(fā)了弧后拉張，使得陸緣地區(qū)形成了一系列裂谷。這些裂谷成為了南海后續(xù)演化的重要構(gòu)造單元，控制了南海的構(gòu)造格局和沉積體系的發(fā)育。早漸新世，菲律賓海板塊西緣發(fā)生大型左旋走滑運動，這一運動對南海的演化產(chǎn)生了關(guān)鍵影響。在原有裂谷的基礎(chǔ)上，南海從東往西開始海底擴張。菲律賓海板塊的左旋走滑運動為南海的海底擴張?zhí)峁┝藙恿?，使得南海海盆逐漸形成并擴大。隨著海底擴張的持續(xù)進行，南海海盆的規(guī)模不斷增大，洋殼逐漸形成，其地質(zhì)構(gòu)造也逐漸復雜化。漸新世末，受俯沖后撤的影響，南海的擴張中心向南躍遷。同時，西緣斷裂的左旋活動也對南海的擴張方向產(chǎn)生了重要影響，使得擴張軸從近東西向逐步轉(zhuǎn)為北東向。這一時期南海擴張方向的改變，導致了南海海盆內(nèi)部構(gòu)造的重新調(diào)整和演化，形成了現(xiàn)今南海獨特的構(gòu)造格局。早中新世晚期，南沙地塊—北巴拉望地塊與卡加延脊發(fā)生碰撞，這一碰撞事件標志著南海擴張的停止。碰撞使得南海周邊地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生了顯著變化，引發(fā)了強烈的構(gòu)造變形和隆升運動，對南海的地質(zhì)構(gòu)造和地貌特征產(chǎn)生了深遠影響。在整個演化過程中，南海的構(gòu)造格局不斷變化。其北部和西部發(fā)育了陸架、陸坡地形，這些地形是在板塊運動和沉積作用的共同影響下形成的。陸架地區(qū)地勢較為平坦，是海洋與陸地相互作用的重要區(qū)域，沉積了大量的陸源碎屑物質(zhì)；陸坡則是陸架向深海的過渡地帶，地形陡峭，構(gòu)造活動較為活躍。在南部和東部，發(fā)育了島架和島坡地形，這些島嶼和島坡的形成與板塊碰撞、火山活動等地質(zhì)過程密切相關(guān)。南海中部主要為深海平原，海底廣闊而平坦，馬尼拉海溝呈反“S”型深嵌于其中，深達4500米以上。馬尼拉海溝的形成是由于菲律賓海板塊向歐亞板塊俯沖，導致海底巖石圈發(fā)生強烈變形和下凹，形成了這一深邃的海溝。南海的構(gòu)造演化還受到深部地質(zhì)過程的影響。深部熱物質(zhì)的上涌對南海的構(gòu)造演化起到了重要作用，它導致了巖石圈的加熱和軟化，促進了地殼的伸展和斷裂，為海底擴張?zhí)峁┝宋镔|(zhì)和能量來源。深部熱物質(zhì)的上涌還與火山活動密切相關(guān)，南海地區(qū)分布著一些火山巖，這些火山巖是深部熱物質(zhì)噴發(fā)至地表的產(chǎn)物，記錄了南海深部地質(zhì)過程的信息。南海的區(qū)域構(gòu)造背景復雜，歷經(jīng)了多階段的演化過程，受到周邊板塊運動和深部地質(zhì)過程的共同影響，形成了現(xiàn)今獨特的地質(zhì)構(gòu)造格局。這些構(gòu)造特征對南海的地熱特征、資源分布以及海洋環(huán)境等方面都產(chǎn)生了深遠的影響。2.2主要構(gòu)造單元劃分及特征南海地質(zhì)構(gòu)造復雜，依據(jù)地質(zhì)特征與演化歷史，可將其劃分為北部陸緣、中央海盆、南部陸緣等主要構(gòu)造單元，各單元在地形、地質(zhì)方面呈現(xiàn)出顯著差異。北部陸緣處于華南大陸與南海中央海盆的過渡地帶，地形上涵蓋了陸架、陸坡和海溝等多種地貌。陸架區(qū)域地勢較為平坦，水深一般在200米以內(nèi)，是陸地向海洋的自然延伸部分，其沉積物主要來源于陸地河流的輸入，以陸源碎屑物質(zhì)為主。陸坡則是陸架向深海的過渡區(qū)域，地形陡峭，坡度較大，水深急劇增加，從200米迅速過渡到數(shù)千米。海溝位于陸坡的底部，是海底最深的區(qū)域，其形成與板塊的俯沖作用密切相關(guān)。在地質(zhì)構(gòu)造上，北部陸緣經(jīng)歷了復雜的構(gòu)造演化過程。新生代時期，受到太平洋板塊和菲律賓海板塊的強烈作用，該區(qū)域發(fā)生了強烈的伸展和斷陷活動，形成了一系列的裂谷和盆地。這些盆地在演化過程中，接受了大量的沉積物堆積，形成了巨厚的沉積層。以北部灣盆地為例，其沉積層厚度可達數(shù)千米，這些沉積層中蘊含著豐富的油氣資源。北部灣盆地的形成與南海北部陸緣的伸展構(gòu)造密切相關(guān)，在伸展作用下，地殼變薄，形成了一系列的正斷層，這些斷層控制了盆地的邊界和沉積中心的分布。中央海盆作為南海的核心區(qū)域，地形主要為深海平原，海底廣闊且平坦，水深普遍在3000米以上。在深海平原上，還分布著一些海山和海嶺，這些海山和海嶺是由火山活動形成的，它們的存在打破了深海平原的單調(diào)地形，為海洋生物提供了獨特的棲息環(huán)境。地質(zhì)構(gòu)造上，中央海盆是南海海底擴張的產(chǎn)物。在漸新世至早中新世時期，南海發(fā)生了強烈的海底擴張，中央海盆逐漸形成。通過對中央海盆的磁異常條帶研究發(fā)現(xiàn)，其具有清晰的磁異常條帶，這些條帶呈對稱分布于擴張軸兩側(cè)，記錄了海底擴張的歷史和速率。磁異常條帶的研究表明，南海中央海盆的擴張速率在不同時期有所變化，早期擴張速率較快，后期逐漸減慢。這種擴張速率的變化與南海周邊板塊的運動和深部地質(zhì)過程密切相關(guān)。南部陸緣的地形以島架和島坡為主，島架是島嶼周圍相對平坦的淺海區(qū)域，水深較淺，一般在幾十米到幾百米之間。島坡則是島架向深海的過渡區(qū)域，坡度較陡，水深迅速增加。在南部陸緣，還分布著一些海溝和海槽，這些海溝和海槽是板塊俯沖和碰撞的產(chǎn)物，對南部陸緣的地質(zhì)構(gòu)造和地貌演化產(chǎn)生了重要影響。地質(zhì)構(gòu)造上，南部陸緣經(jīng)歷了復雜的構(gòu)造演化過程，受到印度-歐亞板塊碰撞以及南海海底擴張的共同影響。在新生代時期，印度-歐亞板塊的碰撞導致了東南亞地區(qū)的構(gòu)造變形和隆升，南部陸緣也受到了這種影響，發(fā)生了強烈的構(gòu)造變形和沉積作用。南沙地塊在這一時期經(jīng)歷了多次的構(gòu)造運動，其地層發(fā)生了褶皺、斷裂和隆升，形成了復雜的地質(zhì)構(gòu)造格局。同時，南海海底擴張也對南部陸緣產(chǎn)生了重要影響，導致了地殼的伸展和斷裂，形成了一系列的裂谷和盆地。這些盆地中沉積了大量的沉積物，為油氣資源的形成提供了有利條件。南海的主要構(gòu)造單元在地形和地質(zhì)構(gòu)造上各具特色，它們的形成和演化受到了周邊板塊運動、深部地質(zhì)過程以及沉積作用等多種因素的共同影響。對這些構(gòu)造單元的深入研究，有助于我們更好地理解南海的地質(zhì)構(gòu)造演化歷史和地熱特征的形成機制。2.3典型構(gòu)造特征解析2.3.1斷裂構(gòu)造南海地區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，其中紅河斷裂等深大斷裂帶對南海的構(gòu)造演化起到了關(guān)鍵的控制作用。紅河斷裂帶是一條規(guī)模宏大、構(gòu)造演化復雜的新生代右旋走滑活動斷裂帶，其北西端起自云南省南澗西部，向南東延伸經(jīng)戛灑、元江、河口沿紅河進入越南境內(nèi)，東南端伸達海南島西南的鶯歌海盆地邊緣，總體走向北西，略呈向南西凸出的弧形，全長800km以上。在云南境內(nèi)，其主干斷裂沿哀牢山東北坡延伸，不僅控制了禮社江、元江和紅河河谷的發(fā)育，還造就了一系列串珠狀古近紀—第四紀盆地。斷裂帶內(nèi)糜棱巖帶、碎裂巖帶和斷層泥帶發(fā)育，邊緣伴有寬闊的哀牢山變質(zhì)巖帶。從衛(wèi)星影像上可以清晰地看到，紅河河道兩側(cè)的羽狀支流呈同步的右旋扭動拐折，在紅河縣至元江縣一帶，一系列羽狀山脊也被斷裂帶右旋扭錯，充分反映了斷裂帶在第四紀的右旋走滑位移。據(jù)中國地震局20世紀90年代中期對云南境內(nèi)紅河活動斷裂帶進行的1∶50000大比例尺填圖結(jié)果顯示，斷裂帶第四紀右旋位錯量達到若干千米和百米量級。紅河斷裂帶對南海構(gòu)造演化的控制作用顯著。在南海的形成與演化過程中，紅河斷裂帶的活動與南海的海底擴張、板塊運動密切相關(guān)。在新生代時期，紅河斷裂帶的右旋走滑運動改變了區(qū)域的應(yīng)力場，對南海的擴張方向和速率產(chǎn)生了重要影響。尤其是在南海西南次海盆的擴張過程中，紅河斷裂帶的活動使得擴張軸從近東西向逐步轉(zhuǎn)為北東向，這一轉(zhuǎn)變對南海的構(gòu)造格局產(chǎn)生了深遠影響。除了紅河斷裂帶，南海地區(qū)還存在其他眾多斷裂構(gòu)造，這些斷裂構(gòu)造相互交織，構(gòu)成了復雜的斷裂網(wǎng)絡(luò)。在南海北部陸緣，存在一系列北東向和北西向的斷裂，這些斷裂控制了該區(qū)域的盆地形成和演化。北部灣盆地的形成就與北東向和北西向斷裂的活動密切相關(guān)，斷裂的活動導致地殼的伸展和沉降，為盆地的形成提供了空間，同時也控制了盆地內(nèi)沉積物的分布和沉積相的變化。在南海海盆區(qū)，斷裂構(gòu)造控制了海山、海嶺等海底地形的形成和分布。一些斷裂帶成為了巖漿上涌的通道，巖漿沿著斷裂噴發(fā)至海底，形成了海山和海嶺。這些海山和海嶺的分布與斷裂構(gòu)造的走向密切相關(guān)，它們的存在改變了海底的地形地貌，對海洋環(huán)流和海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了重要影響。斷裂構(gòu)造還對南海的地震活動產(chǎn)生重要影響。斷裂帶的活動導致地殼的變形和應(yīng)力積累，當應(yīng)力積累到一定程度時，就會引發(fā)地震。南海地區(qū)是地震活動較為頻繁的區(qū)域，尤其是在斷裂帶附近，地震活動更為強烈。1925年3月16日發(fā)生在大理的7.0級地震，其發(fā)震構(gòu)造就是紅河斷裂帶，此次地震造成了數(shù)千人遇難，受災(zāi)面積達26000平方公里，極震區(qū)烈度Ⅸ度，宏觀震中位于大理-鳳儀一帶。南海的斷裂構(gòu)造是其地質(zhì)構(gòu)造的重要組成部分，紅河斷裂帶等深大斷裂帶對南海的構(gòu)造演化、海底地形形成、地震活動等方面都起到了關(guān)鍵的控制作用。深入研究南海的斷裂構(gòu)造，對于理解南海的地質(zhì)演化歷史、資源分布以及地震災(zāi)害防御等方面都具有重要意義。2.3.2巖漿活動與火山構(gòu)造南海的巖漿活動在其地質(zhì)演化過程中扮演著重要角色，對南海的構(gòu)造格局和地熱特征產(chǎn)生了深遠影響。南海的巖漿活動時期跨度較大，從新生代早期開始，歷經(jīng)了多個階段。在南海的形成和演化過程中，不同時期的巖漿活動具有不同的特點和分布規(guī)律。在新生代早期，南海地區(qū)處于板塊運動的活躍期，巖漿活動主要集中在南海北部陸緣和中央海盆區(qū)域。在南海北部陸緣，巖漿活動表現(xiàn)為火山巖和侵入巖的形成?；鹕綆r廣泛分布于陸緣地區(qū)，包括玄武巖、安山巖和流紋巖等，這些火山巖具有低鈉和富鐵鎂的特征，表明其來源于巖石圈深部的幔源物質(zhì)。侵入巖則主要包括輝綠巖和花崗巖等，它們的形成與深部巖漿的侵入作用有關(guān)。隨著南海的演化，在海底擴張階段，中央海盆成為巖漿活動的主要區(qū)域。巖漿沿著洋中脊噴發(fā)，形成了大量的玄武巖，這些玄武巖構(gòu)成了洋殼的主要成分。通過對南海中央海盆的磁異常條帶研究發(fā)現(xiàn)，其具有清晰的磁異常條帶，這些條帶呈對稱分布于擴張軸兩側(cè)，記錄了海底擴張的歷史和速率，同時也反映了巖漿活動在海底擴張過程中的作用。磁異常條帶的形成與巖漿的噴發(fā)和冷凝過程有關(guān)，不同時期噴發(fā)的巖漿具有不同的磁性特征，從而形成了這些條帶。南海的火山構(gòu)造類型多樣，主要包括火山島、海山和火山鏈等?；鹕綅u是由火山噴發(fā)物堆積形成的島嶼，如南海中的一些島嶼，它們具有獨特的地質(zhì)構(gòu)造和生態(tài)環(huán)境。海山是海底的火山山峰，通常高出海底數(shù)千米，其形態(tài)多樣，有錐形、平頂形等。火山鏈則是由一系列火山沿一定方向排列形成的，它們的分布與板塊運動和斷裂構(gòu)造密切相關(guān)。南?；鹕綐?gòu)造的特點與巖漿活動的性質(zhì)和構(gòu)造背景有關(guān)。在板塊運動的作用下，深部巖漿沿著斷裂帶上升噴發(fā)，形成了各種火山構(gòu)造。在南海東部，由于菲律賓海板塊的俯沖作用，導致地殼深部的巖漿活動強烈，形成了一系列的火山島和海山。這些火山構(gòu)造的巖石類型主要為玄武巖，其化學成分和礦物組成反映了深部巖漿的來源和演化過程。巖漿活動對南海地熱的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面。巖漿活動是南海地熱的重要熱源之一。深部巖漿在上升過程中，攜帶了大量的熱量，這些熱量通過熱傳導和熱對流的方式向周圍巖石傳遞，導致局部地區(qū)的地溫升高。在火山活動頻繁的區(qū)域，如南海的一些海山區(qū)，地溫明顯高于周圍地區(qū)。巖漿活動還會改變巖石的物理性質(zhì)，影響地熱的傳導和分布。火山巖的熱導率較低，能夠有效地阻擋熱量的傳導，使得熱量在火山巖下方聚集，形成地熱異常區(qū)。巖漿活動與深部地質(zhì)過程密切相關(guān)，它反映了地球內(nèi)部的物質(zhì)運動和能量交換。通過對南海巖漿活動的研究，可以深入了解南海地區(qū)的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造演化過程，為研究南海的地熱特征提供重要的依據(jù)。對南海海山的巖漿巖進行地球化學分析，可以了解深部巖漿的來源和演化歷史，進而推斷南海地區(qū)的深部地質(zhì)構(gòu)造和地熱演化過程。南海的巖漿活動和火山構(gòu)造具有獨特的特征，它們對南海的地熱特征產(chǎn)生了重要影響，同時也為研究南海的地質(zhì)構(gòu)造演化提供了重要線索。深入研究南海的巖漿活動和火山構(gòu)造，對于全面理解南海的地質(zhì)演化歷史和地熱特征具有重要意義。三、南海地熱特征分析3.1地熱數(shù)據(jù)獲取與處理為全面且準確地剖析南海地熱特征，需獲取多種關(guān)鍵地熱數(shù)據(jù)，包括大地熱流數(shù)據(jù)、地溫梯度數(shù)據(jù)以及巖石熱物性參數(shù)等，這些數(shù)據(jù)的獲取與處理是研究的重要基礎(chǔ)。大地熱流數(shù)據(jù)是研究南海地熱特征的核心數(shù)據(jù)之一，其獲取主要通過海洋地熱測量。在測量過程中，通常采用海底熱流探針進行實地測量。海底熱流探針是一種專門設(shè)計用于測量海底熱流的儀器，其工作原理基于傅里葉熱傳導定律。當探針插入海底沉積物后，經(jīng)過一段時間達到熱平衡狀態(tài)，通過測量探針上不同位置的溫度以及沉積物的熱導率，利用傅里葉熱傳導公式q=-k\frac{dT}{dz}（其中q為熱流密度，k為熱導率，\frac{dT}{dz}為地溫梯度），即可計算出海底的熱流值。在南海的實際測量中，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局等科研團隊運用自主研發(fā)的海底熱流探針，在南海多個區(qū)域進行了廣泛的測量工作。在南海北部陸緣，測量人員根據(jù)該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造特點和研究需求，合理布置測量站位，確保測量數(shù)據(jù)能夠全面反映該區(qū)域的熱流分布情況。在一些構(gòu)造復雜的區(qū)域，如斷裂帶附近，加密測量站位，以獲取更詳細的熱流變化信息。對于測量得到的數(shù)據(jù)，首先進行質(zhì)量控制，剔除明顯異常的數(shù)據(jù)。異常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生可能是由于測量儀器故障、測量環(huán)境干擾等原因?qū)е碌?。通過對測量過程的詳細記錄和數(shù)據(jù)分析，判斷數(shù)據(jù)的可靠性，確保最終用于研究的數(shù)據(jù)準確可靠。地溫梯度數(shù)據(jù)的獲取主要依賴于鉆孔測溫。在南海地區(qū)，結(jié)合油氣勘探等活動，在不同區(qū)域的鉆孔中進行地溫測量。在測量時，將高精度的溫度傳感器下入鉆孔中，按照一定的深度間隔進行溫度測量。為了確保測量數(shù)據(jù)的準確性，需要對測量儀器進行校準，保證其測量精度符合要求。同時，考慮到鉆孔內(nèi)的流體流動、巖石的熱傳導等因素對測量結(jié)果的影響，在數(shù)據(jù)處理過程中進行相應(yīng)的校正。在一些存在地下水流動的鉆孔中，根據(jù)地下水的流速、溫度等參數(shù)，對測量得到的地溫數(shù)據(jù)進行校正，以得到真實的地溫梯度。巖石熱物性參數(shù)，如熱導率、生熱率等，對于研究地熱特征同樣至關(guān)重要。熱導率的測量通常采用穩(wěn)態(tài)法或瞬態(tài)法。穩(wěn)態(tài)法是在樣品達到熱穩(wěn)定狀態(tài)下，通過測量樣品兩端的溫度差和熱流量來計算熱導率；瞬態(tài)法則是利用短時間內(nèi)的熱脈沖，測量樣品溫度隨時間的變化，從而計算熱導率。在南海的研究中，科研人員采集海底巖石樣品，在實驗室中運用這些方法進行熱導率測量。對于采集到的不同巖性的巖石樣品，如砂巖、泥巖、玄武巖等，分別進行測量，分析不同巖性巖石熱導率的差異。生熱率的測量則通過對巖石中的放射性元素含量進行分析，利用放射性元素衰變產(chǎn)生熱量的原理來計算生熱率。通過對巖石樣品進行化學分析，確定其中鈾、釷、鉀等放射性元素的含量，根據(jù)相關(guān)公式計算生熱率。在獲取到這些地熱數(shù)據(jù)后，需要進行一系列的數(shù)據(jù)處理工作。首先，對數(shù)據(jù)進行標準化處理，將不同來源、不同測量時間的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到相同的標準下，以便進行對比和分析。對于大地熱流數(shù)據(jù)，根據(jù)測量儀器的校準參數(shù)、測量環(huán)境等因素，對數(shù)據(jù)進行歸一化處理，確保不同測量站位的數(shù)據(jù)具有可比性。利用克里格算法等空間插值方法對離散的數(shù)據(jù)點進行網(wǎng)格化處理，生成連續(xù)的地熱參數(shù)分布圖。克里格算法是一種基于區(qū)域化變量理論的空間插值方法，它考慮了數(shù)據(jù)點之間的空間相關(guān)性，能夠更準確地對未知區(qū)域的地熱參數(shù)進行估計。通過克里格算法，將離散的大地熱流數(shù)據(jù)、地溫梯度數(shù)據(jù)等進行插值處理，生成南海地區(qū)的熱流分布圖、地溫梯度分布圖等，直觀地展示南海地熱特征的空間分布規(guī)律。3.2大地熱流分布特征南海大地熱流分布呈現(xiàn)出復雜的特征，整體熱流值分布范圍較廣，不同區(qū)域之間存在顯著差異。通過對大量地熱流數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)南海熱流值在空間上呈現(xiàn)出不均勻的分布格局。南海東北緣和南海西北部是熱流相對較大的區(qū)域。在南海東北緣，熱流值普遍較高，形成了熱流高值帶。這一區(qū)域受到菲律賓海板塊與歐亞板塊相互作用的影響，構(gòu)造活動強烈，深部熱物質(zhì)上涌明顯，導致熱流值增大。在臺灣島南部附近海域，熱流值可達120mW?m?2以上，顯著高于南海的平均熱流水平。臺灣島南部位于菲律賓海板塊向歐亞板塊俯沖的邊界地帶，板塊的強烈碰撞和俯沖使得深部地幔物質(zhì)上涌，為該區(qū)域提供了強大的熱源，從而形成了高熱流異常區(qū)。南海西北部的熱流值也相對較高。該區(qū)域受到紅河斷裂帶等深大斷裂的影響，斷裂活動為深部熱物質(zhì)的上涌提供了通道，使得熱流值升高。在北部灣盆地及其周邊海域，熱流值一般在80-100mW?m?2之間。紅河斷裂帶的右旋走滑運動改變了區(qū)域的應(yīng)力場，導致地殼深部的熱物質(zhì)沿著斷裂帶上升，進而影響了該區(qū)域的熱流分布。與東北緣和西北部不同，南海中央和南海東南部的熱流相對較小。南海中央?yún)^(qū)域作為海底擴張形成的洋盆區(qū)，雖然經(jīng)歷了強烈的構(gòu)造活動，但隨著時間的推移，熱物質(zhì)逐漸冷卻，熱流值相對穩(wěn)定且較低。南海東南部的熱流低值區(qū)可能與該區(qū)域的構(gòu)造演化和深部地質(zhì)過程有關(guān)，其巖石圈相對較厚，深部熱物質(zhì)上涌受到一定阻礙，導致熱流值較低。在南海東南部的部分海域，熱流值甚至低于60mW?m?2。南海深水區(qū)和淺水區(qū)的大地熱流分布也存在明顯區(qū)別。以瓊東南盆地為例，其深水區(qū)的平均熱流值為73.2±8.67mW/m2，平均地溫梯度值為39.4±4.86℃/km，而淺水區(qū)的平均熱流值比深水區(qū)低16mW/m2，平均地溫梯度值低10℃/km。這種差異主要與巖石圈差異拉張減薄以及沉積物熱披覆效應(yīng)等因素有關(guān)。在深水區(qū)，巖石圈拉張減薄程度較大，使得深部熱物質(zhì)更容易向上傳導，從而導致熱流值和地溫梯度較高；而淺水區(qū)巖石圈相對較厚，熱傳導受到一定阻礙，且淺水區(qū)沉積物厚度較大，熱披覆效應(yīng)明顯，進一步降低了熱流值和地溫梯度。在南海西南次海盆，熱流特征在空間上也具有一定的分布規(guī)律。西南次海盆熱流密度的平均值為98.1±14.8mW?m?2，洋陸過渡帶為103.6±19.4mW?m?2，南沙島礁區(qū)和西部陸緣分別為79.0±15.5mW?m?2和78.3±15.6mW?m?2。洋盆區(qū)測點的熱流密度平均值高于兩側(cè)陸緣，這是由于洋盆區(qū)經(jīng)歷了強烈的海底擴張活動，深部熱物質(zhì)上涌更為明顯；東南緣洋陸過渡帶上測點的地熱流密度值高于鄰近海盆和南沙島礁區(qū)的測點，而西北緣這種特征不明顯；西北翼的熱流密度值總體比東南翼高；沿著古擴張中心方向，西南次海盆熱流值具有自東北向西南端方向逐步增大的趨勢，表明海盆區(qū)同時存在著洋中脊與大陸裂谷兩種不同的熱狀態(tài)，西南段裂谷熱流值比東北段洋中脊高。3.3地溫梯度特征南海的地溫梯度分布與大地熱流密切相關(guān)，呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異，這種差異對南海的地熱資源分布和開發(fā)利用具有重要影響。地溫梯度是指地球內(nèi)部溫度隨深度的變化率，它是研究地熱特征的重要參數(shù)之一。南海的地溫梯度分布受到多種因素的控制，其中大地熱流起著關(guān)鍵作用。根據(jù)熱傳導原理，大地熱流與地溫梯度之間存在著密切的關(guān)系，熱流值越高，地溫梯度通常也越大。在南海東北緣和西北部等熱流較大的區(qū)域，地溫梯度也相對較高。在南海東北緣的臺灣島南部附近海域，由于熱流值高達120mW?m?2以上，該區(qū)域的地溫梯度明顯高于南海的平均水平，一般可達50℃/km以上。這是因為高熱流帶來了更多的熱量，使得淺層地殼溫度升高更快，從而導致地溫梯度增大。南海不同區(qū)域的地溫梯度存在顯著差異。以瓊東南盆地為例，其深水區(qū)和淺水區(qū)的地溫梯度呈現(xiàn)出明顯的不同。深水區(qū)的平均地溫梯度值為39.4±4.86℃/km，而淺水區(qū)的平均地溫梯度值比深水區(qū)低10℃/km。這種差異主要與巖石圈差異拉張減薄以及沉積物熱披覆效應(yīng)有關(guān)。在深水區(qū)，巖石圈拉張減薄程度較大，深部熱物質(zhì)更容易向上傳導，使得地溫梯度較高；而淺水區(qū)巖石圈相對較厚，熱傳導受到一定阻礙，且淺水區(qū)沉積物厚度較大，熱披覆效應(yīng)明顯，抑制了熱量的向上傳遞，導致地溫梯度較低。在南海中央海盆和東南部等熱流較小的區(qū)域，地溫梯度相對較低。南海中央海盆作為海底擴張形成的洋盆區(qū)，隨著時間的推移，熱物質(zhì)逐漸冷卻，熱流值相對穩(wěn)定且較低，相應(yīng)地，地溫梯度也較低，一般在30℃/km以下。地溫梯度對南海地熱資源有著重要影響。較高的地溫梯度意味著在相同深度下，地層溫度更高，這有利于地熱資源的形成和富集。在一些地溫梯度較高的區(qū)域，如南海東北緣和西北部，深部地層中的熱水更容易被加熱到較高溫度，形成高溫地熱資源。這些高溫地熱資源可以用于發(fā)電、供暖等領(lǐng)域，具有較高的開發(fā)利用價值。地溫梯度還會影響地熱資源的開采和利用效率。當?shù)販靥荻容^大時，開采相同深度的地熱資源可以獲得更高的溫度，從而提高能源轉(zhuǎn)換效率，降低開采成本。相反，地溫梯度較低的區(qū)域，地熱資源的開采和利用難度相對較大，需要采用更先進的技術(shù)和設(shè)備來提高開采效率。南海的地溫梯度特征是其地熱特征的重要組成部分，它與大地熱流密切相關(guān)，呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異，對南海的地熱資源分布和開發(fā)利用具有重要影響。深入研究南海的地溫梯度特征，對于全面了解南海的地熱特征、合理開發(fā)利用南海的地熱資源具有重要意義。3.4熱儲特征與地熱系統(tǒng)劃分南海熱儲類型多樣，分布廣泛，其熱儲特征對地熱資源的開發(fā)利用具有重要意義。熱儲是指能夠儲存和傳導地熱能的地質(zhì)體，它是地熱資源形成和賦存的關(guān)鍵場所。南海的熱儲主要包括沉積盆地熱儲和基巖熱儲兩種類型。沉積盆地熱儲是南海最為重要的熱儲類型之一，主要分布在南海北部陸緣的北部灣盆地、鶯-瓊盆地以及珠江口盆地等區(qū)域。以鶯-瓊盆地為例，該盆地沉積層厚度巨大，具有良好的儲熱能力。在盆地內(nèi)，不同地層的熱儲特征存在差異。淺層的樂東組，巖性主要為砂巖和泥巖互層，砂巖具有相對較高的孔隙度和滲透率，能夠儲存和傳導熱量，形成了淺層中-低溫地熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)的溫度一般在90℃以下，主要依靠地下水的對流和熱傳導來傳遞熱量，可用于供暖、養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)灌溉等領(lǐng)域。中深層的地層，如梅山組、三亞組等，由于埋藏深度增加，受到的地溫梯度影響較大，溫度相對較高，形成了中深層高溫地熱系統(tǒng)。這些地層的巖石熱導率相對較低，能夠有效地儲存熱量，溫度一般在90-200℃之間。中深層高溫地熱系統(tǒng)可用于發(fā)電、工業(yè)加熱等領(lǐng)域，具有較高的開發(fā)利用價值。深層的崖城組等地層，溫度極高，形成了深層超溫地熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)的溫度可達200℃以上，其熱源主要來自深部的地幔熱流，通過深部熱物質(zhì)的上涌和熱傳導，使得地層溫度升高。深層超溫地熱系統(tǒng)的開發(fā)利用難度較大，需要先進的技術(shù)和設(shè)備，但一旦成功開發(fā)，將為能源供應(yīng)提供重要的支持。基巖熱儲主要分布在南海的島礁區(qū)和部分陸緣地區(qū)。基巖熱儲的巖石類型主要為花崗巖、玄武巖等，這些巖石具有較高的熱導率和熱穩(wěn)定性，能夠有效地儲存和傳導地熱能。在南海的一些島礁上，基巖熱儲與海水相互作用，形成了獨特的地熱系統(tǒng)。海水通過巖石的裂隙和孔隙滲透到基巖內(nèi)部，被加熱后形成熱水，再通過泉眼或海底熱液噴口等形式涌出，形成了豐富的地熱顯示。南海的地熱系統(tǒng)劃分是基于熱儲特征、溫度分布以及地質(zhì)構(gòu)造等因素進行的。除了上述鶯-瓊盆地的淺層中-低溫、中深層高溫、深層超溫等地熱系統(tǒng)外，在南海的其他區(qū)域，也存在著不同類型的地熱系統(tǒng)。在南海中央海盆，由于洋殼的熱結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造特點，形成了與陸緣地區(qū)不同的地熱系統(tǒng)。中央海盆的地熱系統(tǒng)主要受洋中脊熱活動和深部熱物質(zhì)上涌的影響，熱流值相對較高，地溫梯度較大，形成了高溫地熱系統(tǒng)。這些地熱系統(tǒng)的熱水主要來源于深部的巖漿活動和熱液循環(huán)，具有較高的溫度和化學活性。南海熱儲特征和地熱系統(tǒng)的分布是其地質(zhì)構(gòu)造演化和地熱活動的結(jié)果。不同類型的熱儲和地熱系統(tǒng)具有各自的特點和開發(fā)利用潛力，深入研究南海的熱儲特征和地熱系統(tǒng)劃分，對于合理開發(fā)利用南海的地熱資源具有重要的指導意義。四、南海構(gòu)造對地熱特征的影響機制4.1巖石圈結(jié)構(gòu)與地熱南海巖石圈結(jié)構(gòu)獨特，其厚度和組成在不同區(qū)域存在顯著差異，這種差異對南海的地熱特征產(chǎn)生了重要影響。南海巖石圈厚度變化明顯，在陸緣地區(qū)，巖石圈相對較厚，一般在70-80km左右；而在洋盆區(qū)，巖石圈厚度超過100km。南海陸緣，尤其是北部陸緣，由于受到板塊運動和構(gòu)造活動的影響，巖石圈發(fā)生了拉伸和減薄。在新生代時期，南海北部陸緣經(jīng)歷了強烈的伸展構(gòu)造運動，使得地殼變薄，巖石圈厚度相應(yīng)減小。這種巖石圈的減薄使得深部熱物質(zhì)更容易向上傳導，從而影響了該區(qū)域的地熱分布。在瓊東南盆地，巖石圈的減薄導致深部熱流更容易到達淺層，使得該區(qū)域的熱流值和地溫梯度相對較高，形成了“熱盆”特征。南海巖石圈具有“冷殼熱幔”的結(jié)構(gòu)特征，地幔熱流與地表熱流之比為0.59。這意味著地幔熱流對地表熱流的貢獻較大，地幔作為主要熱源，通過熱傳導和熱對流等方式將熱量傳遞到地殼和地表。在南海的一些區(qū)域，深部地幔熱物質(zhì)上涌明顯，導致地表熱流值升高。在南海東北緣，由于菲律賓海板塊與歐亞板塊的相互作用，深部地幔物質(zhì)上涌，使得該區(qū)域的熱流值顯著高于南海的平均水平，形成了熱流高值帶。巖石圈的組成成分也對地熱傳導產(chǎn)生影響。南海巖石圈主要由地殼和上地幔組成，地殼又可分為沉積蓋層、上地殼上部、上地殼下部低速帶與下地殼等不同層次。不同層次的巖石具有不同的熱導率和生熱率，這些熱物性參數(shù)決定了巖石的傳熱能力和熱量產(chǎn)生能力。沉積蓋層主要由沉積物組成，其熱導率相對較低，能夠有效地阻擋熱量的向上傳導；而上地殼和下地殼的巖石熱導率相對較高，有利于熱量的傳導。在鶯歌海盆地，通過對不同層位的熱流分配關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，地殼熱流對地表熱流的貢獻占比41%，地幔熱流對地表熱流的貢獻占比為59%。這表明地幔熱流在該區(qū)域的地熱形成中起著主導作用，同時也說明地殼的熱傳導過程對地表熱流的分布也有重要影響。巖石圈結(jié)構(gòu)的變化還會影響地熱的分布格局。在南海海盆巖石圈下部的60-80km深度上存在一高速層，縱波速度為8.2-8.3km/s，這一高速層的存在可能會影響深部熱物質(zhì)的上升路徑和熱傳導方式，進而影響地熱的分布。在南海中央海盆和西北海盆與西南海盆，其下部巖石圈中均存在高速巖石層，這些高速巖石層可能會阻礙深部熱物質(zhì)的向上擴散，使得熱流在局部區(qū)域聚集或重新分配，從而導致南海海盆不同區(qū)域的地熱特征存在差異。南海巖石圈的厚度、組成以及“冷殼熱?！钡慕Y(jié)構(gòu)特征，對南海的地熱特征產(chǎn)生了多方面的影響，控制著地幔熱流與地表熱流的關(guān)系，決定了地熱的傳導和分布格局，是研究南海地熱特征不可忽視的重要因素。4.2斷裂活動與熱物質(zhì)運移南海斷裂活動頻繁，眾多斷裂帶構(gòu)成了復雜的網(wǎng)絡(luò)，這些斷裂帶在深部熱物質(zhì)運移過程中扮演著“熱通道”的關(guān)鍵角色，對南海的地熱分布產(chǎn)生了重要影響。南海的斷裂帶，如紅河斷裂帶、南海西緣斷裂帶等，具有獨特的構(gòu)造特征。紅河斷裂帶是一條大型的右旋走滑活動斷裂帶，其規(guī)模宏大，全長800km以上。該斷裂帶北西端起自云南省南澗西部，向南東延伸經(jīng)戛灑、元江、河口沿紅河進入越南境內(nèi)，東南端伸達海南島西南的鶯歌海盆地邊緣。在斷裂帶內(nèi)，糜棱巖帶、碎裂巖帶和斷層泥帶發(fā)育，邊緣伴有寬闊的哀牢山變質(zhì)巖帶。南海西緣斷裂帶位于南海西部，又稱越東—萬安東斷裂帶，從北到南貫穿了南海西部重要的含油氣沉積盆地——中建南盆地和萬安盆地。該斷裂帶具備走滑斷裂的性質(zhì)，在地形地貌、重磁場特征、地震剖面上均有明顯反映，其垂直斷距為640-1700m，最大水平斷距約為1000m，主要由兩條斷裂組成，以SN向延伸為主。斷裂活動與深部熱物質(zhì)上涌密切相關(guān)。在板塊運動的作用下，斷裂帶附近的巖石發(fā)生破裂和變形，形成了連通深部和淺部的通道。深部地幔熱物質(zhì)，如高溫的巖漿和熱液，在壓力差的作用下，沿著這些斷裂通道向上運移。在南海的一些區(qū)域，通過地震層析成像等地球物理方法，發(fā)現(xiàn)了深部存在低速異常體，這些異常體被認為是深部熱物質(zhì)上涌的證據(jù)。在紅河斷裂帶附近，地震層析成像結(jié)果顯示，深部存在明顯的低速異常區(qū)，表明有熱物質(zhì)沿著斷裂帶上涌。這種深部熱物質(zhì)的上涌導致了局部地區(qū)的地溫異常升高。在斷裂帶附近，熱流值明顯高于周圍地區(qū)，形成了熱流高值帶。在南海西北部，受紅河斷裂帶的影響，該區(qū)域的熱流值相對較高，一般在80-100mW?m?2之間。這是因為深部熱物質(zhì)沿著紅河斷裂帶上涌，使得該區(qū)域的熱量增加，熱流值升高。斷裂活動還會影響熱物質(zhì)的運移路徑和分布范圍。斷裂帶的走向和分布決定了熱物質(zhì)的上升方向和擴散范圍。在一些斷裂交匯的區(qū)域，熱物質(zhì)會發(fā)生匯聚和重新分配，導致地熱分布更加復雜。在南海北部陸緣，存在一系列北東向和北西向的斷裂，這些斷裂相互交織，形成了復雜的斷裂網(wǎng)絡(luò)。深部熱物質(zhì)在運移過程中，受到這些斷裂的影響，會沿著不同的斷裂通道上升，在不同區(qū)域形成熱異常區(qū)。在北部灣盆地，由于北東向和北西向斷裂的活動，深部熱物質(zhì)沿著斷裂上涌，使得盆地內(nèi)的熱流分布呈現(xiàn)出不均勻的特征，在斷裂交匯的區(qū)域，熱流值明顯升高。斷裂活動對南海的地熱特征產(chǎn)生了重要影響，它為深部熱物質(zhì)上涌提供了通道，導致了地溫異常和熱流分布的變化。深入研究斷裂活動與熱物質(zhì)運移的關(guān)系，對于理解南海的地熱形成機制和構(gòu)造演化具有重要意義。4.3巖漿活動與地熱異常南海的巖漿活動在其地熱特征形成過程中扮演著重要角色，對地熱異常的產(chǎn)生和分布有著顯著影響。巖漿活動主要包括巖漿侵入和噴發(fā)兩種形式，這兩種形式都會對地熱場產(chǎn)生不同程度的改變。巖漿侵入是指深部巖漿在壓力作用下，沿著巖石的裂隙或薄弱地帶，侵入到地殼淺層的過程。在這個過程中，高溫的巖漿攜帶大量熱量進入淺層地殼，使得周圍巖石的溫度急劇升高，從而導致局部地區(qū)的地溫異常升高。以瓊東南盆地東部的長昌凹陷為例，該凹陷為熱流高值異常區(qū)，平均熱流值達94.5±6.4mW/m2，其高熱流背景與晚中新世以來的巖漿侵入密切相關(guān)。研究表明，長昌凹陷發(fā)育多期巖漿侵入事件，這些巖漿侵入體對烴源巖熱演化有促進作用，雖然影響范圍有限，但足以改變局部的地熱場。巖漿體直徑小于2km時，對烴源巖熱演化影響范圍的半徑小于2km；巖漿體直徑大于2km而小于5km時，影響范圍半徑小于5km；巖漿體直徑大于10km而小于20km時，影響范圍半徑小于16km。這種局部地熱場的改變，使得長昌凹陷的熱流值明顯高于周邊地區(qū)，形成了熱流高值異常區(qū)。巖漿噴發(fā)則是巖漿直接噴出地表的過程。當巖漿噴發(fā)時，大量的高溫熔巖和火山氣體釋放到地表，不僅會直接加熱周圍環(huán)境，還會在火山口附近形成高溫地熱區(qū)。在南海的一些海山區(qū)，存在著火山噴發(fā)形成的火山島和海山，這些區(qū)域的地熱異常明顯?；鹕絿姲l(fā)形成的玄武巖等火山巖，其熱導率較低，能夠有效地阻擋熱量的散失，使得熱量在地下聚集，進一步加劇了地熱異常。在南海東部的一些火山島周圍，海水溫度明顯高于其他區(qū)域，這是由于地下的高溫地熱通過海水傳導而表現(xiàn)出來的現(xiàn)象。巖漿活動與深部地質(zhì)過程密切相關(guān)。深部地幔熱物質(zhì)的上涌是巖漿活動的根源，它導致了深部巖漿的形成和向上運移。在板塊運動的作用下，深部地幔物質(zhì)發(fā)生對流，使得局部地區(qū)的溫度和壓力升高，導致巖石部分熔融，形成巖漿。這些巖漿沿著斷裂帶或其他通道上升，引發(fā)巖漿侵入和噴發(fā)活動。南海地區(qū)的巖漿活動主要集中在洋中脊、海溝等構(gòu)造活動強烈的區(qū)域，這些區(qū)域的深部地質(zhì)過程活躍，為巖漿活動提供了有利條件。巖漿活動還會對巖石的物理性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生影響，進而間接影響地熱特征。巖漿侵入和噴發(fā)會改變巖石的礦物組成和結(jié)構(gòu)，使得巖石的熱導率、比熱容等熱物性參數(shù)發(fā)生變化。巖漿侵入到巖石中，會與周圍巖石發(fā)生化學反應(yīng)，形成新的礦物組合，這些新礦物的熱物性參數(shù)與原巖石不同，從而影響了巖石的傳熱能力。巖漿活動還會導致巖石的破裂和變形，形成新的斷裂和裂隙，這些斷裂和裂隙為熱物質(zhì)的運移提供了通道，進一步影響了地熱的分布。南海的巖漿活動通過巖漿侵入和噴發(fā)等方式，對地熱異常的產(chǎn)生和分布產(chǎn)生了重要影響，它與深部地質(zhì)過程密切相關(guān)，同時還會改變巖石的物理性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造，進而影響整個南海地區(qū)的地熱特征。五、南海地熱特征的構(gòu)造意義5.1對南海構(gòu)造演化的指示南海的地熱特征蘊含著豐富的地質(zhì)信息，對揭示其構(gòu)造演化過程具有重要的指示作用。通過對南海地熱特征的深入研究，可以推斷出南海在不同地質(zhì)時期的構(gòu)造活動，如地幔上涌與海底擴張、斷塊升降等，這些推斷為構(gòu)建南海構(gòu)造演化模型提供了關(guān)鍵依據(jù)。地幔上涌與海底擴張之間存在著緊密的聯(lián)系。在南海的形成過程中，地幔上涌被認為是引發(fā)海底擴張的重要因素。從地熱特征來看，南海中央海盆的地熱結(jié)構(gòu)顯示出地幔熱流在地表實測大地熱流中所占比例較高，這表明地幔熱物質(zhì)對南海地熱場的形成起著主導作用。根據(jù)南海中央海盆的大地熱流觀測值及地殼結(jié)構(gòu)資料，利用地熱學方法計算得出，海盆區(qū)地幔熱流在地表實測大地熱流中所占比例高于80%，這一數(shù)據(jù)充分體現(xiàn)了地幔熱流的重要性。地幔上涌導致了海底擴張的發(fā)生。當?shù)蒯嵛镔|(zhì)上涌時，會使巖石圈底部受熱軟化，從而降低巖石圈的強度。在這種情況下，巖石圈在拉張應(yīng)力的作用下更容易發(fā)生破裂和伸展，進而引發(fā)海底擴張。南海中央海盆的洋殼層內(nèi)垂向熱流變化不大，但垂向溫度變化較大，這正是地幔上涌的反映。地幔上涌使得海底不斷擴張，洋殼逐漸形成并向兩側(cè)推移，形成了南?，F(xiàn)今的海盆格局。南海中央海盆洋殼層2稍厚、層3過薄的結(jié)構(gòu)特點，也與地幔上涌和海底擴張的過程密切相關(guān)。后期熱事件減緩了上地幔的冷卻過程，而初始地殼熔融程度較低，這兩種因素綜合導致了洋殼層3厚度過薄。南海的地熱特征還與斷塊升降活動有關(guān)。在南海的構(gòu)造演化過程中，斷塊升降是一種重要的構(gòu)造運動形式。地熱特征可以反映出斷塊升降的歷史和過程。在一些區(qū)域，地熱流值的異常變化可能與斷塊的隆升或沉降有關(guān)。當斷塊隆升時，巖石圈厚度相對減小，深部熱物質(zhì)更容易向上傳導，導致該區(qū)域的熱流值升高；反之，當斷塊沉降時，巖石圈厚度相對增加，熱傳導受到一定阻礙，熱流值可能會降低。南海北部陸緣的一些盆地，其地熱特征與斷塊升降活動密切相關(guān)。在新生代時期，南海北部陸緣經(jīng)歷了強烈的伸展構(gòu)造運動，形成了一系列的斷陷盆地。這些盆地的地熱特征反映了斷塊的升降過程。在盆地的形成初期，斷塊的沉降導致沉積物堆積，盆地內(nèi)的熱流值相對較低。隨著斷塊的進一步沉降和沉積物的不斷堆積，深部熱物質(zhì)逐漸向上傳導，使得盆地內(nèi)的熱流值逐漸升高。在一些盆地的邊緣，由于斷塊的隆升，熱流值相對較高，形成了熱流高值帶。南海的地熱特征還可以指示構(gòu)造運動的階段性。在南海的構(gòu)造演化過程中，不同的構(gòu)造階段具有不同的地熱特征。通過對地熱特征的分析，可以劃分出不同的構(gòu)造階段，進而了解南海構(gòu)造演化的歷史。在南海的海底擴張階段，地熱流值較高，地溫梯度較大，這與地幔上涌和海底擴張的活動密切相關(guān)。而在構(gòu)造運動相對穩(wěn)定的階段，地熱流值和地溫梯度相對較低，趨于穩(wěn)定。南海的地熱特征對其構(gòu)造演化具有重要的指示作用。通過對地熱特征的研究，可以推斷出地幔上涌與海底擴張、斷塊升降等構(gòu)造活動的過程和歷史，為深入理解南海的構(gòu)造演化提供了重要的依據(jù)。5.2在資源勘探方面的意義南海的地熱特征在油氣和地熱資源勘探中具有重要的指導作用，能夠為尋找資源富集區(qū)提供關(guān)鍵線索。在油氣資源勘探方面，地熱特征與油氣的生成、運移和聚集密切相關(guān)。沉積盆地的熱體制對油氣的生成和演化起著關(guān)鍵作用。以瓊東南盆地為例，其深水區(qū)平均熱流值為73.2±8.67mW/m2，平均地溫梯度值為39.4±4.86℃/km，這種較高的熱流和地溫梯度為油氣的生成提供了有利的熱環(huán)境。在高溫高壓的條件下，沉積層中的有機質(zhì)能夠更有效地轉(zhuǎn)化為油氣。熱流和地溫梯度的分布還影響著油氣的運移路徑和聚集區(qū)域。在熱流高值區(qū)，地層溫度較高，油氣的流動性增強，更容易沿著地層中的孔隙和裂縫運移。當油氣遇到合適的圈閉條件時，就會聚集形成油氣藏。在瓊東南盆地東部的長昌凹陷，由于晚中新世以來的巖漿侵入和斷裂活動，形成了熱流高值異常區(qū)，平均熱流值達94.5±6.4mW/m2。這種高熱流背景促進了烴源巖的熱演化，使得該區(qū)域成為油氣勘探的重點區(qū)域。通過對地熱特征的研究，可以預測油氣的運移方向和可能的聚集區(qū)域，為油氣勘探提供重要的依據(jù)。對于地熱資源勘探，南海的地熱特征同樣具有重要的指示意義。南海熱儲類型多樣，包括沉積盆地熱儲和基巖熱儲等。不同類型的熱儲具有不同的地熱特征，通過對這些特征的分析，可以確定地熱資源的分布范圍和開發(fā)潛力。在南海北部陸緣的鶯-瓊盆地，根據(jù)熱儲區(qū)域封蓋組合特點，由淺層樂東組到深層崖城組，劃分了淺層中-低溫地熱系統(tǒng)、中深層高溫地熱系統(tǒng)和深層超溫地熱系統(tǒng)。淺層中-低溫地熱系統(tǒng)主要分布在樂東組，其溫度一般在90℃以下，適合用于供暖、養(yǎng)殖等領(lǐng)域；中深層高溫地熱系統(tǒng)分布在梅山組、三亞組等中深層地層，溫度在90-200℃之間，可用于發(fā)電、工業(yè)加熱等；深層超溫地熱系統(tǒng)分布在崖城組等地層，溫度可達200℃以上，具有較高的開發(fā)潛力，但開發(fā)難度也較大。通過對這些地熱系統(tǒng)的研究，可以合理規(guī)劃地熱資源的開發(fā)利用，提高資源利用效率。南海的地熱特征還可以與其他地球物理和地質(zhì)資料相結(jié)合，提高資源勘探的準確性。將地熱流數(shù)據(jù)與地震數(shù)據(jù)、重力數(shù)據(jù)等相結(jié)合，可以更全面地了解地下地質(zhì)構(gòu)造和地層分布情況，從而更準確地預測資源富集區(qū)的位置。利用地震數(shù)據(jù)可以確定地層的結(jié)構(gòu)和斷層分布，結(jié)合地熱流數(shù)據(jù)可以分析斷層對熱物質(zhì)運移的影響，進而判斷油氣和地熱資源的可能分布區(qū)域。南海的地熱特征在資源勘探方面具有重要的意義，能夠為油氣和地熱資源的勘探提供重要的指導，有助于提高資源勘探的效率和成功率，促進南海資源的合理開發(fā)利用。5.3對區(qū)域地質(zhì)動力學研究的貢獻南海的地熱特征為區(qū)域地質(zhì)動力學研究提供了關(guān)鍵線索，有助于深入理解區(qū)域板塊運動和構(gòu)造應(yīng)力的作用機制。南海位于歐亞板塊、太平洋板塊和印度洋板塊的交匯處，其獨特的地熱特征是板塊相互作用的結(jié)果，同時也反映了區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的分布和變化。從板塊運動的角度來看，南海的地熱特征與板塊的俯沖、碰撞和海底擴張等活動密切相關(guān)。在南海東北部，菲律賓海板塊向歐亞板塊俯沖，這一過程導致深部地幔物質(zhì)上涌，使得該區(qū)域的地熱流值顯著升高，形成了熱流高值帶。在臺灣島南部附近海域，熱流值可達120mW?m?2以上，這正是板塊俯沖作用導致深部熱物質(zhì)上涌的體現(xiàn)。這種地熱異?，F(xiàn)象為研究板塊俯沖的深度、角度以及速度等參數(shù)提供了重要依據(jù)。通過對地熱流值的分布和變化進行分析，可以推斷板塊俯沖的邊界和范圍，以及俯沖過程中熱物質(zhì)的運移路徑和方式。南海的海底擴張過程也在其地熱特征中留下了明顯的印記。南海中央海盆的地熱結(jié)構(gòu)顯示，地幔熱流在地表實測大地熱流中所占比例高于80%，這表明地幔熱物質(zhì)對南海地熱場的形成起著主導作用，與海底擴張過程中地幔上涌密切相關(guān)。在海底擴張過程中，地幔熱物質(zhì)上涌，使得洋殼不斷形成并向兩側(cè)推移，導致海底熱流分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。通過對南海中央海盆地熱特征的研究，可以了解海底擴張的速率、方向以及持續(xù)時間等信息，為重建南海的海底擴張歷史提供重要線索。在構(gòu)造應(yīng)力分析方面，南海的地熱特征能夠反映區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的分布和變化。斷裂活動是構(gòu)造應(yīng)力作用的結(jié)果，而斷裂帶又為深部熱物質(zhì)上涌提供了通道，從而導致地熱異常。紅河斷裂帶是南海地區(qū)的一條重要斷裂帶，其右旋走滑運動改變了區(qū)域的應(yīng)力場，使得深部熱物質(zhì)沿著斷裂帶上涌，導致該斷裂帶附近的地熱流值明顯升高。通過對地熱異常區(qū)域的研究，可以推斷構(gòu)造應(yīng)力的作用方向和強度，以及斷裂帶的活動歷史和演化過程。南海的地熱特征還可以與其他地球物理和地質(zhì)資料相結(jié)合，更全面地分析區(qū)域地質(zhì)動力學過程。將地熱流數(shù)據(jù)與地震數(shù)據(jù)、重力數(shù)據(jù)等相結(jié)合，可以更準確地確定板塊邊界和斷裂帶的位置，以及它們的活動特征。地震數(shù)據(jù)可以反映地下巖石的破裂和變形情況，重力數(shù)據(jù)可以揭示地下物質(zhì)的密度分布，與地熱流數(shù)據(jù)相互印證，能夠更深入地理解區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和動力學過程。南海的地熱特征對區(qū)域地質(zhì)動力學研究具有重要貢獻，為研究板塊運動和構(gòu)造應(yīng)力提供了重要的依據(jù)，有助于深入理解南海地區(qū)的地質(zhì)演化歷史和地球動力學過程。六、結(jié)論與展望6.1研究主要成果總結(jié)本