田文新
（山东省遥感技术应用协会，济南250013）
作者简介：田文新（1955—），男，高级工程师，多年来一直从事遥感地热调查研究工作。
摘要：本文应用热红外波段遥感影像，并结合地质构造、物探等多元信息，分析解译出山东省地热资源遥感异常靶区，最后对解译结果进行野外测井验证，发现90%的测试点与地热遥感异常吻合，说明了遥感在解译地热异常方面的可行性。本文简述了山东省地热资源遥感解译异常的展布规律，为山东全省地热资源普查提供了科学依据。
关键词：遥感；地热；靶区
0 引言
山东省地热资源丰富，利用历史悠久，据记载早在明朝就在威海市洪水岚汤建有浴池供人们沐浴。据民间传说，我们的祖先就在胶东用温泉煮食物为生。20世纪60～70年代，山东省地质部门曾对威海温泉、即墨东温泉、招远汤东温泉、临沂汤头等温泉露头进行过专门地热调查与勘探工作，并编写了相应的地热勘查报告。胜利油田、中原油田曾在鲁西北地区的济阳坳陷、临清坳陷、惠民坳陷、沾化坳陷、东营坳陷、东明坳陷中，对古生界潜山构造和第三纪含油地层进行系统调查，并对部分油气井进行井温测井，在局部地段获得不同深度地温变化资料。经井温测井资料证实，这批油气探井部分为中低温地热井，个别的出口水温达98℃，为高温热井。据初步了解，鲁西北地区内由石油部门保留下来的自流热水井有桩古12孔、古1孔、通古2孔、陈古10孔、义古101孔、聊古1孔等，出口地热温度分别为98℃、86℃、71℃、54.6℃、55℃和51.3℃。鲁西北地区是山东省地热资源最为丰富地区，根据这些已知信息相继在上述几处城郊开展地热勘查，均获成效。
1 区域地质特征
山东省位于华北板块东南缘，在漫长的地质历史长河中，经历了复杂的沉积、岩浆、变质、构造等地质事件，形成了一套较完整的岩石和构造体系，并形成了丰富的地热资源。
1.1 地层
本区地层属华北地层大区晋冀鲁豫地层区，可分为华北平原、鲁西、鲁东三个地层分区，地层发育较全，仅缺失部分古生代地层。
1.2 岩浆岩
山东省境内岩浆活动强烈，岩浆岩分布广泛，且种类齐全。从太古宙到新生代，超基性-基性-中性-酸性-碱性均有分布。复杂而频繁的岩浆活动，为地热形成提供了丰富的热源。
1.3 构造
山东省断裂构造复杂，但构造轮廓醒目，以沂沭断裂带为界将鲁东、鲁西分成两个地块，其断裂构造特征各具特色，形成不同的热储条件。
2 山东省地热资源遥感靶区异常特征
山东地热资源遥感异常广布全省各地，不同热储条件所显示的遥感地热异常靶区（靶区指遥感地热异常区中地质构造遥感异常最佳地段）各有千秋，靶区异常千变万化，无固定模式可寻。基岩裸露地区地热资源靶区异常比隐伏地区地热资源遥感靶区异常显示清晰，易于解译。一般边界明显，地热靶区异常色调显得深，纹理清晰明朗，异常色调反差大，中心色调浓而清晰，往边部靶区异常四周逐渐淡化，以至色调消失。但地热资源遥感靶区异常的边界不管如何淡化消失，影像上总能隐隐约约见到晕边界，也就是说只要有地热资源遥感靶区异常存在，地下热源会沿着构造断裂带、岩石的裂隙以及土壤的孔隙向地表扩散释放热能，在热红外波段上会接收热辐射信息，从而形成地热资源遥感异常。
山东省共解译出地热资源遥感异常37处，地热资源遥感靶区异常105个。为阐述方便按4个构造分区有选择性的进行地热资源遥感靶区异常简述。
2.1 东区地热资源遥感靶区异常影像特征
该区是以沂沭断裂带的昌邑-大店断裂以东的山东省域部分，指乳山-威海复背斜的轴部附近，也就是文登断裂带上之文登地热资源遥感异常。该异常为大面积出露的文登超单元，冶口单元含斑中粗粒二长花岗岩，为燕山期侵入岩体。岩体长轴方向与背斜轴基本一致，受北东向文登断裂和近东西向断裂复合控制。在此断裂上天然温泉有温泉汤、洪水岚汤、七里汤和大英汤，水温分别为50℃、76℃、71℃和70℃。可以看出，温泉热源是花岗岩侵入体，岩浆是沿背斜轴部侵入，热水沿断裂上升扩散在花岗岩裂隙中，而且地质构造控制多数河流的展布方向，所以温泉多出露在河床及邻近地带，这些部位为大气降水和地表水向深部渗入或地下热流的外泄提供了良好通道。地热与花岗岩体关系极为密切，热源除了来自地壳幔源之岩体本身所含热量有关外，而岩体本身所含放射性元素在衰变过程中也会释放大量热能。从几个温泉的水质分析中可以看出放射性元素镭（226Ra）、铀（238U）、氡（222Rn），含量分别在0.63～4.32g/L、0.25g/L 和8.70～33.80 埃曼之间变化，放射性元素含量高者温泉水温则高，反之则低，呈明显正相关关系。可见温泉水温高低与放射性元素多寡有直接因果关系，因为放射性元素直接来源于花岗岩体，所以胶东地区地热资源与花岗岩体关系极为密切。
2.2 沂沭断裂带地热资源遥感靶区异常影像特征
地热异常在影像上与沂沭断裂带展布方向大体一致，但所处地理位置的不同，在遥感影像上地热资源遥感异常显示的特征也有较大差异。断陷与凸起接合部遥感异常特征显然比凸起的遥感异常特征要强，色彩清晰，纹理反差大，所以影像上的差异也较明显。
沂沭断裂地热成因属多种类型，从已打出的地热井资料看，有的地热产在燕山期花岗岩侵入体与围岩蚀变接触带上；有的地热产在喷出的安山岩裂隙中；也有的地热直接产在石英砂岩中。地热成因类型不管是深循环对流型、热传导型还是地热增温型，地热异常均处在沂沭断裂带之沂河断陷盆地之中。从热红外波段影像上显示沂南县铜井至临沂市一带为比较丰富的地热资源异常区。
2.3 鲁西区地热资源遥感靶区异常影像特征
鲁西区地热资源遥感异常共解译出15处，主要分布在四周构造带附近，也就是鲁西南平原区和济阳-广饶断裂与鲁中隆起之间山前平原区；鲁中山区地热资源遥感异常相对较少，可见地热资源与构造关系甚为密切。
总的说来，鲁西热储区，热储以岩溶裂隙型为主，其次为孔隙、裂隙型热储。尤其在凸起与坳陷接合部古生代奥陶系灰岩出露地带，也是岩溶裂隙发育地带，为地下水深循环提供条件，是形成层状热储的极佳场所，往往地热温度较高，从已打出的钻孔资料获知，一般地热水温为60～70℃，是地热资源丰富地区。
2.4 西北区地热资源遥感靶区异常影像特征
鲁西北热储区莫霍面埋藏浅，一般为-31km，具有较其他热储区相对较高的热流值和富水性较强的含水层，是热水资源开发潜力最大的地区。热水资源潜力巨大根本原因在于有优厚的地质构造、地层岩性和巨厚的覆盖层位。
该区属于华北地台上发展起来的中、新生代断陷盆地的一部分，它以太古宙变质变形岩系为基底，其上发育一套地台型中、新元古界和以海相碳酸盐岩为主的下古生界及海陆交互相至陆相的上古生界地层。在构造单元上鲁西北由济阳坳陷和埕宁隆起、临清坳陷组成，各隆起和坳陷又由一系列次一级凸起与凹陷组成，严格受断裂构造控制。在该区西部凸起与凹陷走向呈北北东向、近南北向展布；北部的凸起与凹陷走向呈北东东向和近东西向展布。凹陷部分古近系、新近系沉降厚度大，反之凸起缺失或沉降较薄的古近系。古近纪末期鲁西北地区不均一的断陷作用显著减弱，经过漫长历史长河使剥蚀的凸起区与该充填的凹陷区之间高差减小，接近于准平原状态。新近纪开始，整个鲁西北进入统一的以沉降为主时期，并一直延续至第四纪，全区普遍接受了新近纪和第四系沉积，形成了如今一马平川的鲁西北平原区。
鲁西北热储区为地下水径流滞缓区，新生界地温场受基岩面埋深的控制，这是因为深部较均匀的热流在向上传导过程中，当运移至凸起与凹陷转换部位时，流向会向高热传导率的基岩凸起部位转移，使得凸起区热流密度增大，使凹陷区相对减弱。从鲁西北热储区热异常形成模式图看出，凸起与凹陷热流具有明显差异，地球深部热流在对流过程中，向地表扩散，扩散的流向是向高热传导率的凸起方向传递汇集，在地下深部（凸起）岩溶水的不断加温下，形成地下热水，而断裂构造正好是地表水与热源对流加温和循环的良好通道。不断的深部循环，促使水温不断升温，这就是凸起比凹陷地热温度高的根本原因。从已打出的地热井钻孔资料中获知，控制凸起区边界断裂带附近往往成为高温区，断裂构造在鲁西北热储区中甚为重要，它既是导热又是储热的极佳场所，所以对隐伏的鲁西北平原区，构造遥感解译应放在重要位置。
可以说本次地热资源遥感异常解译出37处地热异常和105个地热靶区异常，每处地热资源遥感异常和每个地热资源遥感靶区异常在热红外波段影像上都有自己独特的地热异常显示特征，无统一模式可寻，具体涉及每处地热资源遥感异常和每个地热资源遥感靶区异常影像信息时，可以在“山东省遥感地热最佳工作靶区图集”中查阅。
3 地热资源遥感异常野外验证
为了验证热红外波段图像处理提取的山东全省地热资源遥感异常可靠程度，将解译出的37处地热资源遥感异常，按不同地区、地热储类型进行了排序。基本上按照全省4个地热资源遥感异常区进行测试，每个区测井一般不少于5个点为原则布置。同时还考虑到除了在地热资源遥感异常布置测井外，还在地热资源遥感异常边部以及异常区外围布置少量测井，以利于对比分析，为证实地热资源遥感异常的可靠程度提供野外验证资料。
3.1 野外验证测井点的选择
山东全省地热资源遥感解译异常共37处，为验证本次工作的科学性和可靠性，对37处地热资源遥感异常进行了认真研究排序，最后确定测井共10处，每处选井点2～3个，共测29个井点。
测井点选择原则：
（1）既要做到每个热储区都有测井点，同时又要突出地热资源遥感异常的测井点。
（2）既要选择地热资源遥感异常明显的区域，又要照顾一般的地区，异常外围也要适当选测井点，以便对比分析。
（3）对已发现的地热泉、井，一般不再作验证测井，仅进行一般性调查与了解。
（4）因时间关系，本次野外检查验证测井点选在交通较为方便地区测试。
（5）鲁东地区测井2处6个井点；沂沭断裂带测井2处5个井点；鲁西地区测井3处9个井点；鲁西北地区测井3处9个井点。共测井10处、29个井点。
野外验证测井点选择合理，路线恰当，基本能满足本次工作需要。
3.2 野外检查测井效果
本次野外测井工作以验证地热资源遥感异常为目的，以常规地温测量方法为手段，对部分异常进行了实地井温测量和取样化学分析。从野外验证效果看，是较为满意的，与我们所解译出的地热资源遥感异常基本吻合，从野外实际验证资料中不难看出用遥感技术寻找地下隐伏地热资源方面具有它特有的科学性和实用价值，是当今高科技在地热资源调查中又一重大进展。野外测井结果表明，虽然所测水井不深，多为民用水井，但在鲁西北地区测试结果或多或少均有不同程度反映，从所测的3处9个井点有较弱地热显示，有的显示较明显。而在鲁东区异常外围选择的几个测井点，水温无多大变化，这就说明地热资源遥感异常具有潜在实用价值。
总之，从地热资源遥感异常野外检查一览表中可以看出，已有90%的测试点与地热资源遥感异常基本吻合，说明遥感在解译地热方面其技术方法是可行的，异常定位也是准确的。通过遥感技术初步获知了山东省地热资源遥感解译异常的展布规律，这就为全面开展山东全省地热资源普查工作提供了遥感信息资料。
4 结论
通过本次地热资源遥感调查工作，基本上查清了山东全省地热资源遥感异常分布状况和展布规律。取得的主要成果如下：
（1）在山东省首次应用热红外波段影像信息，解译编制出了第一份完整的“山东省地热资源遥感异常分布图”，这在山东省乃至全国尚属首次，填补了山东省内空白，这是本次工作的重要成果。
（2）以热红外波段遥感信息为主线，结合地质、构造、物探、水文地质、钻探、测试等多元信息，经全面综合研究分析，最后编写出了全面丰富的“山东省地热资源遥感调查报告”，为山东全省地热资源普查提供了科学依据。
（3）利用热红外波段数据，经计算机多功能图像处理，提供了多种比例尺影像，为全面解译地热资源遥感异常提供了信息量丰富的地热遥感图像。系统建立了山东全省地层、岩体、构造和地热异常解译标志，这在山东省尚属首次。
（4）对重点城市济南利用中巴卫星热红外资料进行了应用试验研究，经野外测温验证，井温异常与遥感地热异常相吻合，说明中巴卫星热红外波段资料具有较好的应用前景。
（5）对遥感影像进行全方位对比分析解译后，山东全省解译出地热资源遥感异常37处，异常面积为10053.24km2，占山东全省面积的6.42%。同时按异常分级划分原则和异常所处地理位置，划分出Ⅰ级地热资源遥感异常10处，异常面积2565.69km2，占山东全省面积的1.64%；Ⅱ级地热资源遥感异常27处，异常面积7487.55km2，占山东全省面积的4.78%。从地热资源遥感异常中提取出105处地热遥感靶区异常，面积约2644.07km2，占山东全省面积的1.69%。
（6）对解译出的山东全省地热资源遥感异常进行了野外测井验证工作。原则上每个热储区测试2～3口井，路线遍及山东全省，共测水井29处，数据达上百个，同时还进行了水质化学分析。测井结果有地热显示的占90.9%，无地热显示的水井为9.09%。测试结果与地热资源遥感异常吻合。
（7）编制了山东全省第一份“山东省遥感地热最佳工作靶区图集”。
（8）建立了“山东省遥感地热资源信息系统数据库”。
山东省地热资源遥感调查，是一项高新科技成果，具有较强的科学性和实用性，是找寻地热隐伏异常行之有效的可靠方法。随着我国经济不断发展，对新型能源要求更为迫切，作为一种无污染的新型替代型能源——地热，具有潜在的经济价值、社会价值和环保价值，山东地热资源前景是美好的。