郑州市东区深层地热特征及合理开发利用

程立华

(河南地矿局第一水文地质工程地质队，河南新乡 453002)

郑州市东区深层地热特征及合理开发利用

程立华

(河南地矿局第一水文地质工程地质队，河南新乡 453002)

介绍了郑州市东区深层地热的特征，把深层地热资源划分为三层:埋藏深度320～850 m的第一地热储层，热储岩性为新近系中细砂层，热储平均厚度1553 m。热储温度33°C，地温梯度2.5～3.5°C/100 m。埋藏深度850～1 200m的第二热储层储岩性为新近系细砂、中细砂层，热储总厚度86～187m，热储温度45°C，地温梯度27.～3.6°C/100 m。埋藏深度1 200～2 000 m的第三热储层，岩性为新近系粉细砂为主、少量中砂，热储总厚度150 m左右，热储温度56°C，地温梯度2.9°C/100 m。并对地热资源的合理开发与保护提出了建议。

深层地热;热储层;地热特征;资源保护

郑州市地处中原，它北临黄河，西依嵩山，郑州市东区为其新的开发区。随着城市的发展，地热开发迅速发展，形成竞相打地热井的局面，由于缺乏科学的管理，地热井布局不尽合理，建成区内，地热井密度达0.18眼/km2，超量开采导致深层水位以2～3 m/a速率逐年下降;地热井出水量减少、井报废、水位大幅下降造成地热资源的破坏和浪费。为了正确指导地热资源合理开发利用和保护，必须掌握本地区的地热特征，为地热开发规划的设计提供依据。

1 地热地质背景

郑州市东区位于华北坳陷(一级构造单元)中的开封坳陷(二级构造单元)的西南部。开封坳陷形成于中、新生代，其基底均为三叠纪碎屑岩类地层。工作区内构造是在多次构造运动影响下形成的，他们和新构造运动一起控制着工作区的地热特征。区内构造形迹以断裂为主，均处于隐伏状态，除花园口断裂、老鸦陈断裂外，大部分断裂均属基底断裂，错断了三叠纪—奥陶纪。现将本区的主要构造简介如下:

(1)中牟断层:断层西起黄家庵，经老薛庵延至区外，区内长约15 km。走向近东西，倾向北，断距300 m，北盘下降，南盘上升。是一条稳定的断层。

(2)中牟北断层:断层西起大河村附近的花园口断裂，经刘江延至区外，区内长约14 km。走向近东西，倾向北，断距300 m，北盘下降，南盘上升。新近系以来是稳定的。

(2)上街断层:断层西起小马寨，经老圃田延至区外，区内长约36 km。走向进东西，倾向北，断距200 m，北盘下降，南盘上升。断层近系以来较稳定。

(4)须水断层:断层西起张寨，经大燕庄延至区外，区内长约34 km。走向进东西，倾向北，断距200 m，北盘下降，南盘上升。断层近系以来较稳定。

(5)花园口断层:断层北西自花园口起，南东到王新庄止，延伸长约19 km与中牟断层相汇合，并把中牟断层切断，走向330°，倾向北东，倾角70°。正断层，断距于南西部小于150 m，向北增大约200 m，基底错动大于500 m，断层第三纪以来仍有活动。

(6)老鸦陈断层:断层北西自黄河老桥起，自邙山东侧到耿庄，长约35 km，走向 330°，倾向北东，倾角 60～70°，正断层，断距由南东向北西增大，由250 m增至400 m，控制了新近系和第四系的沉积，造成了郑州市区东西两侧的地势差异。断层第三纪以来仍有活动。

2 地热特征

郑州东区地热田位于郑州～开封沉积盆地埋藏型地热田的西南部，热储类型为层状热储。深层地下水补给来源主要以侧向径流补给为主，总体由西南向东北方向径流，主要排泄方式为人工开采。动态变化受开采量大小的控制。热源供给主要为大地热流传导和深层热能沿断裂通道对流两种形式兼而有之。地热资源的形成和分布，主要受区内构造和基岩埋藏深度的控制。控热构造以老鸦陈断层、花园口断层、中牟断层、上街断层、须水断层等为主。这些断层均为开启性的张性正断层，它们在某种程度上成为深部地下水流对流、运移和富集的通道。老鸦陈断层控制区内地热分布最为明显，该断裂控制着郑州东区热储岩性、厚度、热储温度、出水量。根据地热地质条件，结合目前的热井开采深度，把郑州市东区深层地热资源化分为三层。

2.1 第一深层地热能资源

是指埋藏深度320～850 m的地热能资源，分布于全区。热储层主要为新近系上新统下段和中新统上中下段湖积地层，热储岩性为新近系中细砂层，热储平均厚度155.3 m。热储温度 33°C，地温梯度 2.5 ～3.5°C/100 m。单位涌水量1～3m3/h·m，水化学类型主要为 HCO3—Na型，局部为HCO3·SO4—Na型，HCO3—Ca型，矿化度 500～700 mg/L，pH 值 7.2～8.56，H2siO4含量 25.99 ～45.06 mg/L，Sr含量0.21～1.03 mg/L。盖层有新近系粘土岩、各粒级砂岩和第四系松散层组成，其中新近系粘土岩厚度大，第四系厚度100～200 m，区域上分布稳定。

2.2 第二深层地热能资源

是指埋藏深度850～1 200 m的地热能资源，分布于老鸦陈断层以东、须水断层以北地带。热储层主要为新近系馆陶组下段湖积地层，岩性为新近系细砂、中细砂层，热储总厚度86～187 m。热储温度 45°C，地温梯度 2.7 ～3.6°C/100 m。单位涌水量多数在0.5 m3/h·m左右，局部(老鸦陈—柳林一带)大于1.0 m3/h·m，水化学类型主要为 HCO3—Na型，局部为 HCO3·SO4—Na型，矿化度 600～900 mg/L，PH 值7.4 ～8.3，H2siO4含量 25 ～30 mg/L，Sr含量 0.2 ～0.3 mg/L。该层是目前郑州市区的主要开发热储层。盖层为新近系粘土岩、各粒级砂岩，其中新近系粘土岩厚度大，厚度多在400～500 m。

2.3 第三深层地热能资源

是指埋藏深度1 200～200 m的地热能资源，分布于须水断层以北地带。热储岩性为新近系粉细砂为主、少量中砂，热储总厚度 150 m左右，热储温度 56°C，地温梯度 2.9℃/100 m。单位涌水量 0.83 m3/h·m，水化学类型为HCO3—Na型，矿化度 720 ～900 mg/L，pH 值 7.8 ～8.0。盖层为新近系粘土岩，厚度大于400 m。

3 地热资源的合理开发利用及保护

3.1 合理开发利用

根据郑州市东区深层地热资源的特征，水资源规模，考虑可持续发展的要求，结合目前的开采情况进行合理布井。在郑州市东区的西部地带已形成降落漏斗，这一区域要注意井距控制，严格控制地热深井的审批。郑州东区第三热储层资源丰富，有极大潜力，目前这一层的开发刚刚起步，可适当开发利用这一热储层。

根据本区地热资源的水温、水质特点，今后在地热资源综合利用方面应加强在农副业、养殖业方面的温室种植、低温灌溉、渔业养殖、矿泉水开发及工业的锅炉用水等方面的综合利用。

3.2 进行动态监测

通过对地热资源的水位、水温、水质、水压的动态监测，建立相应的地热资源监测管理信息系统，为地热资源开发管理与保护提供监测资料。对易发生的一系列环境问题，能够起到预测并及时采取防治措施的目的。

3.3 地热回灌

地热回灌是资源保护的有效措施。同时，通过尾水回灌，又可减少由于直接排放可能对环境造成的热污染和化学污染，保护正常的生态环境。

［1］张国建，等.郑东新区地热能资源勘查报告.河南省地矿局水文一队，2008.

［2］苗兴杰，等.郑州东区地热资源调查与评价报告.河南省地矿局水文一队，2001.

Characteristics and Reasonable Exploitation and Utilization of the Terrestrial Heat in The Eastern District of Zhengzhou City

CHENG Li－hua

(1st Hydrogeology and Engineering Geological Team，Henan Burean of Geology and Mineral Resources Xin xiang，Henan)

The article describes the deep geothermal characteristics in the Eastern District of Zhengzhou City.The deep geothermal resources can be divided into three layers.The first is the geothermal reservoir with burial depth of 320 ～ 850m which the heat reservoir lithology is the fine sand layer of Neogene and the average thickness of the thermal energy storage is 1553.m with the heat reservoir temperature 33℃，the temperature gradient2.5 ～ 3.5 ℃ /100m.The second is the burial depth of 850 ～ 1200m which the heat reservoir lithology of the Neogene is the sand，fine sand layer，the total thickness of the thermal energy storage 86 ～ 187m，thermal energy storage temperature of 45℃，temperature gradient27.～ 3.6℃ /100m.The third is the 1200 ～2000 m burial depth which the reservoir lithology ismainly Neogene fine sand，a small amount of sand，total thickness of thermal energy storage about150m，thermal energy storage temperature of56℃，temperature gradient 2.9 ℃ /100m.The article also provides some advice for reasonable exploitation and protection of geothermal resources.

The deep terrestrial heat;heat storage layer;the geothermal characteristics and protection of the resources

P641.139

B

1004－1184(2011)04－0030－02

2011－03－24

程立华(1972－)，女，山东青州人，工程师，主要从事水文地质、工程地质、环境地质工作。