山东省定陶县城区地热资源分析及开发利用

冯超臣，马 龙，张 旭

（山东省鲁南地质工程勘察院，山东兖州 272100）

定陶县位于山东省西南部，地处鲁西南黄泛平原。近期地热勘查发现，定陶县城区中低温地热资源丰富，具有良好的开发前景。

1 区域地质条件

1.1 地层

本区地层有古生界的奥陶系、石炭系及二叠系，新生界的古近系、新近系及第四系。其中与地热资源有关的地层主要为：

（1）奥陶系马家沟组：为厚层灰岩及白云质灰岩，推测区内该组厚度800m左右。

（2）新近系明化镇组：下部为棕红色泥岩夹粉细砂岩，上部岩性为黄色泥岩、粉细砂岩互层，总厚410m。

1.2 构造

山东省定陶县城区位于中朝准地台（Ⅰ）鲁西断隆（Ⅱ）鲁西断块隆起（Ⅲ）菏泽凸起地段。区域断裂有近东西向和近南北向两组（图1）。

（1）南北向断裂

①聊考断裂：为一条区域性近南北向断裂，是华北断拗与鲁西断隆和东濮凹陷与菏泽凸起分界断裂。聊考断裂自中生代到古近纪活动强烈，在聊城一带断距3000～4000m；新近纪继续活动，断距达600～1200m；第四纪仍有活动显示[1]。该断裂具有一定的透水及控热作用。

②曹县断裂：为菏泽凸起和郓城凹陷的分界线。北段走向近南北，倾向西；南段走向西南，倾向东南。该断裂于定陶县东南部，垂直断距大于1500m。古近纪断裂整体活动，以曹县—成武段活动较强。

图1 区域地质构造纲要图

（2）东西向断裂

①菏泽断裂：位于菏泽凸起的中南部，横贯整个凸起。全长约64km，县内长度6km，为正断层。据有关资料，菏泽断裂左行错断奥陶系。

②凫山断裂：走向83°，倾向南，倾角70°，长度180km，落差2000m；为压性断裂，主要活动时期为燕山期。

2 地热地质条件和地温场特征

2.1 地热热源补给

根据物探资料推断，本区莫霍面埋深在30～33km，是莫霍面的相对隆起区，热源主要来自地壳深层正常的热流传导。本区断裂构造发育，地壳深部的热能可通过断裂及岩浆岩侵入两侧的破碎带传导输送至热储层。上覆巨厚的碎屑岩和松散岩盖层使热能储存下来。

地热水的主要补给来源为大气降水的垂直入渗，其次是侧向径流。

2.2 地热盖层

地热盖层是指热储的覆盖层，它是地热形成的重要条件，可防止热储层中的热能大量散失。对于不同的热储层有不同的盖层系统。就本区而言，奥陶系石灰岩热储层的盖层由第四系、新近系和石炭—二叠系构成。

新近系底板埋深在800～1000m，其中第四系厚度200m左右。第四系主要是冲洪积黄色粘土、粉质粘土夹不等粒之砂层；新近系主要为棕色为主的粘土岩夹粉质粘土岩和粉、细砂岩。石炭-二叠系厚度经揭露为60.40m，岩性为泥岩、页岩、砂岩及少量灰岩和煤层。新近系巨厚的粉质粘土、粘土、泥岩不透水层，切断了含水层间地下水的垂向运移，防止地下热能的扩散，形成了本区地热田良好的盖层。

2.3 地热储层

本区的热储层有上部新近系砂岩和下部奥陶系石灰岩。

（1）新近系砂岩热储层：属层状裂隙—孔隙型热储。其岩性以灰色、紫红色中细砂岩与粉砂岩为主，局部夹有浅紫红色粘土岩，厚度500m左右，底板埋深700m左右。新近系上部热储层温度不高，开发利用价值小。

（2）奥陶系石灰岩层热储层：属灰岩类裂隙—岩溶型热储。根据以往物探视电阻率电测深资料显示，本区有一明显的低阻带，为北西向的断裂破碎带，是裂隙岩溶、岩石破碎的发育区，地热水富集，埋深在1300m左右，具有开发地热水的良好条件。

2.4 控热和导水构造

控热和导水构造是地热形成的必备条件。定陶县西部为聊考断裂，南部靠近常乐集断裂和曹县断裂的交汇部位，这三条断裂分别为菏泽凸起的西部、南部和东部边界。断裂切割深度大，是本区主要的控热构造。凫山断裂通过本区南部，可能成为热储层与地内热库间传输通道。

2.5 地温场特征

本区地温场特征主要受地质构造的控制，也受盖层及岩性影响。在常温带下，地温随深度增加而增高。经井温资料统计分析，确定该地常温带深度为20m，常温带值选用当地年平均气温14.8℃。经计算该区盖层平均地温梯度在3.6～4.5℃/100m（图2）。

图2 定陶县城区地温梯度等值线图

3 奥陶系热水水质特征

奥陶系热储层地热水中氯离子和硫酸根离子含量较高，对金属有强腐蚀性。地热水可形成硫酸钙垢和硅酸盐垢。该区地热水具有强腐蚀性，结垢较多，应采用间接供暖方式（换热技术），梯级利用，设计回水温度以40℃为宜。

地热水中各有害成分含量均未超出“最高允许排放浓度”的要求，但因其水中总硬度、氟、硫酸根、氯化物和矿化度常高于当地的地表水和地下水，其弃水排放对环境会产生一定不良影响。

4 地热资源可开采量初步估算

（1）地热资源热储概念模型

本区属层控裂隙岩溶型层状热储中低温地热田，发育于新生代巨厚层之下，热储层主要为奥陶系石灰岩。其热储概念模型见图3。

图3 定陶县城区地热资源热储概念模型

本区地热田主要是聊考、曹县和常乐集断裂形成，能从地球深部获得源源不断的热能。其地层上部有巨厚的第四系、新近系盖层，有利于地热田形成。

（2）奥陶系热储层地热水可开采量估算

经初步估算，地下热水静储量为23.27×108 m3，热水静储资源量为4.26×1017J，折合标准煤14.52×106t。用平均布井法计算地热水可采资源量，得可布井数112眼。

5 地热资源开发利用与保护建议

为了做到计划、合理开发利用和保护地热水资源，提出如下建议。

（1）该地区缺少规范的地热资源勘查评价，政府有关部门应加强这方面的工作。

（2）制定地热资源开发利用和保护方案。

（3）建立地热资源信息数据库和管理系统，为科学规划与指导地热资源勘查开发提供基础资料。

6 结论与建议

（1）定陶县城区位于中朝准地台鲁西断块菏泽凸起的南部，有良好的地热地质条件。

（2）该区可利用的主要热储层有新近系上部明化镇组和寒武—奥陶系灰岩。其中奥陶系灰岩热储层具有较好的开发利用价值。

（3）地热水类型为偏硅酸、偏硼酸热矿水，含有多种对人体有益的微量元素。

（4）应进行地热水动态监测，保证地热资源的合理和可持续利用。

[1]孔庆友，张天祯等.山东矿床[M].济南：山东科学技术出版社，2006，199～201.

[2]陈墨香.华北地热[M].北京：科学出版社，1988，94～102.

[3]王贵岭，张发旺，刘志明.国内外地热能开发利用现状及前景分析[J].地球学报，2000，21（2）：134～135.

[4]杨德平.山东临清地热田地热地质特征[J].山东国土资源，2005，8：27～31.

[5]郑 克等.中国地热资源开发与保护[M].北京，地质出版社，2007.