太原盆地西温庄隆起地热田地质特征

贺 鹰

太原盆地西温庄隆起地热田地质特征

贺 鹰①

(太原理工大学矿业工程学院、山西省地质工程勘察院)

太原市小店区西温庄地热田为低温地热资源,地处山西台背斜太原盆地中段。从西温庄地热田的地质构造方面,论述了热储层的特征,介绍了地热田的盖层、热储层、热源及水化学类型,并对地热田的储量进行了计算,为地热田的开发利用提供了基础资料。

西温庄;隆起;热储层;热源;开发利用;措施

太原市小店区西温庄地热田位于汾渭盆地地热带。中低温地热资源丰富,地热田盖、储、通、源等地热地质条件良好,为层状分布的中低温地热田,深层岩溶发育和富水性相对均一,开采深度小,单井开采热水量大,属开采经济的宜开采的地热田,有开发利用的资源基础。

1 地质构造

从大地构造单元看,西温庄地热田所处的太原盆地是一个典型的新生代断陷盆地。从总体格局上,依据基底埋深的不同,新生界沉积发育程度的差异以及基底时代的不同,太原盆地可以分为北段、中段和南段。三给地垒和田庄断裂带可作为这三段的分界线,中段东南部,即亲贤地垒南至田庄断裂之间为西温庄隆起。

西温庄隆起是太原东山背斜向盆地的延伸部,由于位于背斜轴部,断裂构造十分发育,这些断裂对西温庄隆起形态和结构以及地热地质条件影响较大的有东边山断裂带、亲贤地垒、汾河断裂带和田庄断裂带。

1)汾河断裂带是由2～3条相互平行、走向近南北的正断层组成,为晋源凹陷与西温庄隆起的交界;在盆地中段太原地区附近,这条断裂带的位置大致和汾河现代河床位置一致,并构成盆地中心地堑,成为凹陷中心槽。汾河断裂为至今仍在活动的新断裂,为岩溶热水富集和流通的有利地段。

2)田庄断裂大致由2条较大的断裂组成。其北侧的断层为走向NE的南倾正断层,断距大于800 m,断层牵引现象明显,产状上缓下陡,倾角35°左右(向下变陡)。该断层具有多次活动性,后期活动逐渐穿过了新生界。南侧的断层,断距较小约130 m,走向与北侧断层平行,为上缓下陡的高角度正断层,倾向南东。

3)太原东边山断裂带是东山和太原盆地的分界断裂带。主要由东山弧形断裂、马庄和许西-西吴断裂带组成。为新生界活动断裂。

西温庄隆起内基底埋深变化较大,其西南倾伏端基底呈一个比较平缓的背斜(隆起)形态,基底为三叠系,中奥陶统灰岩地层埋深在1 200 m之下,形成和西山灰岩地层完全断开、和东山岩溶系统有微弱联系的热储结构。西温庄地热田地质模型剖面示意图见图1。

2 热储特征

西温庄地热田北部与亲贤地垒相接,南东以田庄断裂为界与清交凹陷相连,西部以汾河断裂为界与晋源凹陷毗邻,东部以田庄断裂及小店与榆次行政边界为界,地热田面积48.6 km2。

1)盖层。为巨厚的石炭、二叠、三叠系砂页岩煤系地层,总厚在400～1 100 m左右,其上为第四系松散岩层,其岩性为黄土、粉质黏土、黏土、少量砂层及砂砾石厚134～500 m。该地热田盖层厚度较大,分布比较稳定,隔水、隔热性能良好,具备良好的盖层条件。

图1 西温庄地热田地质模型剖面示意图

2)热储层。该地热田热储层主要为中奥陶统上、下马家沟组碳酸盐岩。上、下马家沟组中上段为质纯的灰岩,岩溶裂隙发育,富水性、透水性良好,其底部的泥灰岩及角砾状泥灰岩,基本不含水,其厚度应于扣除,则热储层总厚为200 m左右。热储层温度60～75℃左右,平均63℃。单井产热水量700～1 500 m3/d。

3)热源。居里等温面的高低,反映了地热源的热流值大小,是判断地下热状态的物理面。山西居里等温面总体上是一条北东向的隆起带,其轴线与山西断陷盆地的轴线基本重合,在盆地内居里等温面位于中地壳的上部,而且该部位具有低速高导温度高(达到600℃)等物理特性,因此,在此部位可能为半熔融体或含水破碎带,使盆地地区形成地热异常区。

4)水化学类型。西温庄地热田属于低温地热资源,水化学类型及一些标性离子及微量元素的地球化学特征,可以反映地热田的深部热储特征,为分析储热类型及成因条件、建立热储模型、计算地热资源量及合理开发利用地热资源奠定基础。

a)地热水水化学类型：按 C、A舒卡列夫分类(水中主要阴、阳离子含量大于25%的顺序排列命名)法,西温庄1地热井水水化学类型为硫酸钙型水,矿化度2.8 g/L。水温53℃。主要离子含量分别为SO42-1 743 mg/L,Ca2+561 mg/L,Mg2+114 mg/L。F-3.33 mg/L,PH值7.02,总硬度 1 869 mg/L,离子总和2 832.63～2 845.5 mg/L,溶解性 SiO2含量28.0 mg/L,偏硅酸含量36.42 mg/L,锶含量15.6 mg/L,锂含量0.56 mg/L。

b)SO42-和Ca2+在元素中占绝对优势,是岩溶型热矿水的典型特征。西温庄1地热井SiO2含量28 mg/L比一般冷水高出近5倍,Ca2+离子含量为561 mg/L,占阳离子毫克当量的65.83%,F-含量为3.33 mg/L,超出正常水中 F-含量(一般不超过1.0 mg/L)3倍多。

c)SiO2含量多寡更与热水的温度有较密切的关系。一般SiO2的含量和热水温度成正比相关,所以在地热学里用硅含量计算地下热储层的温度,可做为地热温标。

d)SO42-和Ca2+、F-含量较高的原因是与地壳之下的热液沿田庄断裂侵入有关,一般有随温度增高而增大的规律。

3 热储量计算

1)热储层物理参数。

a)热储层厚度主要依据钻探资料,结合地热地质条件而定。热储含水层厚度按200 m计算。

b)热水及热储层物理参数按DE40-85《地热资源评价方法》规范查表4,并参考西温庄地热井资料进行对比分析后选取。

热水密度ρw(63℃)按986 kg/m3选取;热水比热Cw按4 180 J/kg·℃选取;热储岩石密度ρr按2 700 kg/m3选取;热储岩石比热Cr按920 J/kg·℃选取。

热储岩石孔隙率φ按0.032选取。

c)热储层温度tr选取。西温庄-1孔地热井在揭露峰峰组顶板地层后进行测温为41.45℃,终孔后测温为53℃。因揭露的热储层厚度太少和未对峰峰组止水,峰峰组的低温热水混入O2S热水中,又因地热流体向井口运移过程中,受流体、流速、流量、井管流速、围岩热阻等诸多因素的影响,井口的温度均小于热储层温度,根据实测资料分析,西温庄-1孔地热井井口的稳定流温应小于热储层温度5～10℃。

因此,按西温庄-1孔地热井实测井口温度(53℃)、热储层梯度推算法计算的温度(60℃)及SiO2温标法温度(75.7℃)和钾镁温标法温度(65.9℃)推测,热储层温度选择63℃较为合适。

2)热储总量。

Qr=CFM(tr-t0)=1.296 789×1015kJ

式中：

Qr—热储总量,J;

C—热储岩石和水的平均比热容(C=ρrCr(1-φ)+ρwCwmmφ=2 536 399.4 J/m3·℃)。

1 t标准煤折合热量为3.17×1010J,因此,评价区热储总量折合标准煤4 426.0×104t。

3)存储地热水总量。存储地热水总量qrm包括容积存储地热水量和弹性存储地热水量。

4)可采地热水量。

可采地热水所含热量：

折合标准煤58.36 104t。

式中：

qwh—可采地热水总量,m3;

qrm—存储地热水总量,m3;

Qwh—可采地热水所含热量;

K—回采率,%,取25。

可采地热水量0.86×108m3,可采地热水资源量所含热量1.85×1013kJ(折合标准煤58.36 104t),仅相当热储总量129.678 9×1013kJ(折合标准煤4 426.0×104t)的1.42%。地热资源开发潜力很大。

4 结 论

1)太原小店区西温庄地热田位于太原市南部,地热田面积48.6 km2。属经济、适宜开采的“低温地热资源”。

2)西温庄隆起地热田为层状热储特征,热储层为中奥陶统马家沟组碳酸盐岩,其地层总厚度400 m左右,热储层厚200 m左右,岩溶裂隙较发育,特别是由于断裂带的存在、深层岩溶的发育,为岩溶水深循环加热、对流、储存创造了有利条件和先决条件。

3)西温庄地热田热储总量1.296 789×1015kJ;存储地热水总量3.42×108m3,存储地热水所含热量7.40×1013kJ;可采地热水量1.71×108m3,可采地热资源量所含热量3.7×1013kJ,仅相当热储总量1.296 789×1015KJ的 2.84%,地热资源开发潜力很大。

4)西温庄地热田现有地热井1眼,钻井深度1 600.88 m,井口水温53℃,水位埋深2.60 m,涌水量32 m3/h;水化学类型为硫酸钙型水,F-含量3.33 mg/L,锶含量15.6 mg/L(达到矿泉水标准),偏硅酸含量36.4 mg/L,达到有医疗价值浓度。其他离子成分未达到医疗价值浓度,但有一定浓度,在医疗上也有一定作用。

5)依 GB11615-89《地热资源地质勘查》规范,按100年开采计算,则每年可采热水量为0.008 6亿m3,每日可开采量2 356 m3。

6)为了延长地热井的使用寿命,保持地热资源的可持续利用,地热资源的保护需采用合理的开发利用模式和长期有效的监测管理,确定热田的合理开采量和合理的井数、井深和井距。并和地热井间隔一定距离同时施工回灌井,进行地热回灌等有效措施。

[1] 黄卫星,杨亲民.山西省地热资源探讨[J].山西能源与节能,2003(3)：46-49.

[2] 杨新荣 .太原市地热资源概况及开发利用[J].山西科技,2006(1)：11-13.

[3] 吴玉琪.太原盆地地下热水分布特征[J].山西能源与节能,2007(3)：41-42.

Geological Features of Xiwenzhuang Uplift Geothermal Field in Taiyuan Basin

He Ying

The geothermal field in Xiwenzhuang village of the district of Xiaodian in Taiyuan,possessed low-temperarure geothermal resources,located at the middle part of Taiyuan basin of the anticline in Shanxi platform.The article expounded the characteristic of geothermal reservoir in the geological structure of the Xiwenzhuang geothermal field respect,introduced cover rock,geothermal reservoir,thermal source and hydrochemistry type of the geothermal field in detail,computed the reserves of the geothermal field,offered fundamental material for the development and utility of the geothermal field.

Xiwenzhuang;Uplift;Geothermal reservoir;Thermal source;Development and use;Measure

TD132

B

1672-0652(2010)06-0047-03

贺 鹰 女 1977年出生 2002年毕业于中国地质大学 助理工程师 太原 030024

2010-04-18