地壳应力研究揭示粤港澳大湾区地热资源成因机制

摘要

近日，深圳大学/光明实验室地热团队与国内外相关领域专家合作，在粤港澳大湾区地壳应力场分布特征及其对地热资源分布的控制研究领域取得突破性进展。

地热能作为一种清洁、可再生能源，对推动我国能源绿色低碳转型和实现“碳达峰、碳中和”目标具有重要意义。粤港澳大湾区地热资源丰富，以深大断裂控制的深循环型水热资源为主。控热构造的力学分析是研究该类型地热系统的一项基础工作，可有效提高地热勘探的精度、降低地热资源开发的风险和成本。然而，目前大湾区的地壳应力特征尚不明确，阻碍了人们对大湾区地热系统成因机制的认识和地热资源规模化开发的进程。

近期，研究人员通过构建包含复杂断层系统的粤港澳大湾区高分辨率三维地质力学模型，获得了该地区的三维地壳绝对应力场。结果显示，大湾区地壳应力场存在明显的横向和垂向变化。大致以珠江口为界，大湾区东部受北西－南东向挤压，西部受近南－北向挤压；地壳浅部以压扭性应力状态为主，深部则表现为张扭性。这种应力场的空间变化直接影响着壳内各断层的受力状态，令浅部北西向断裂和深部北东/北东东向断裂具张性和张扭性，使其成为地热流体循环的有利通道。

基于以上结果，研究人员提出了大湾区地热系统的成因模式：深部热源（包括地幔热和花岗岩的放射性生热）产生的热量通过传导和深循环地热流体传输到地壳浅部。但由于浅部应力状态的变化，北东/北东东向断裂变为压性，渗透性降低，迫使这些地热流体在浅部的断裂附近聚集，形成宏观上的北东向地热带。当构造条件合适时，即存在与北东/北东东向断裂相交切的次级北西向断裂时，地热流体会沿着渗透性强的北西向断裂所提供的通道继续向上运移，途中与浅层大气降水/海水混合，最终形成沿北西向断裂呈簇状分布的温泉。这项研究从地壳应力角度解释了大湾区“北东向断裂控热，北西向断裂控水”的地热分布格局，并为圈定大湾区地热资源的前景指明了方向。

此外，由于地热和地震是两大与地壳应力场密切关联的自然过程，研究人员还对比分析了研究区内两次历史强震（1962年新丰江6.1级和1969年阳江6.4级地震）的发震构造及其受力特征，认为北东东向断裂因近垂直于区域挤压方向，可积累较高的应变能，是大湾区的孕震构造，并建议在未来的地热开发以及相关大规模基本建设工程中，应特别关注这组断裂的发震风险。本研究获得的应力场模拟结果在一定程度上弥补了大湾区应力数据稀疏的不足，有助于从深层次的动力学角度理解区内地热分布规律和形成机理，为探查隐伏地热系统、合理评估地热资源及分析大湾区的地震危险性提供了重要的科学支撑。

这项成果近期发表在国际地热学主流期刊《Geothermics》上。论文第一作者为光明实验室泛在感知与空间智能团队/深圳大学地热团队李献瑞副研究员，深圳大学高等研究院黄少鹏教授和李献瑞为共同通讯作者，合作者包括德国卡尔斯鲁厄理工学院Tobias Hergert博士、德国达姆施塔特工业大学Andreas Henk教授和南方科技大学的信丹华研究助理教授。本工作受国家自然科学基金（U20A2096、41830537）和广东省基础与应用基础研究基金（2023A1515110289）共同资助。

该项成果原文链接：

Li, X., Huang, S., Hergert, T., Henk, A., Xin, D., 2025. Contemporary crustal stress in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area, SE China: Implications for geothermal resource exploration and seismic hazard assessment. Geothermics 127, 103253. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2025.103253