河南省偃师市城区地热形成条件及开发利用研究

2012-09-04田大永赵翩翩黄继超

地下水 2012年6期

田大永，赵翩翩，周攀，黄继超

(河南省地矿局第二地质环境调查院，河南郑州 450053)

工作区位于洛阳盆地东部，洛阳断陷是在燕山初期发生、发展的断陷沉积盆地(宜阳断陷、洛宁断陷均属这个时期形成)。在中生代时期，洛阳地区逐渐隆起，沉积面积萎缩，致使该区白垩纪、侏罗纪底层缺失;到了燕山晚期褶皱、断裂活动强烈，主要构造呈东北向延伸，性质以挤压为主;到了晚白垩纪，其构造运动以张性断裂为主，进入了一个新的发育阶段，所以该地区断裂构造多发生在三叠系中，并切割其下部老地层，性质为先挤压后张裂;至中、晚新世断裂活动更加强烈，沉积面积迅速扩大，洛阳断陷、洛宁断陷以及临近的一些盆地先后形成，底部普遍沉积了较厚的砾岩，并覆盖在前三叠系及侏罗系等不同的地层之上。该区古、新近系沉积厚度达千米。

1 工作区地热地质特征

1.1 地热田边界条件

工作区位于洛阳盆地东段，陇海铁路以南至洛河、伊洛河区域(以下简称南部)属盆地地热田，陇海铁路以北偃师断裂影响带范围(以下简称北部)属构造地热田。

工作区南部由于上部第四系和新近系厚大的隔水层的阻隔(盖层)，使古近系、二叠系、三叠系、奥陶及寒武系含水层中的地下水处于相对封闭或封闭状态，具有较高的静压力，运动滞缓，大气降水不能直接补给，深层地下水摆脱了上层冷水的影响。第四系和新近系较厚大的粘土层、粘土岩形成了良好的保温层。

工作区北部控热构造为偃师断裂，热储层为二叠系、奥陶系、寒武系。偃师断裂属区域性深大断裂，并在南700 m处派生一条平行的次级断裂F1'。这些断裂对地下热水的形成、运移、赋存、对流和热交换等创造了极其良好的构造条件。

1.2 热储特征及其埋藏条件

工作区处于洛阳盆地的东段，偃师断裂(F1)南北两盘的不同部位地层结构差异较大。从本次物、化探工作结合区域地质资料综合分析，工作区的地下热水在深度2 000 m内具有多层。按时代分述如下:

1.2.1 新生代热储层

该层分布在工作区南部，主要为下第三系热储层，岩性为成岩程度较差的粘土质砂岩、泥灰岩和砾岩，厚度350～450 m，由于岩层含水性差，含水层薄而少，对本区地热勘查意义不大。

1.2.2 中生代热储层

主要为三叠系热储层，分布在工作区南部。厚度100 m左右，与下伏二叠系呈整合接触。岩性为砂岩、泥质页岩等，由于整体厚度小且岩层含水性差，亦对本区地热勘查意义不大。

1.2.3 古生代热储层

二叠系在工作区北部埋藏较浅，上无较厚盖层，没有储热条件。而在南部顶板埋深大于500 m，厚度大于550 m，特别是在断裂破碎带附近赋水较好的部位有一定的供热意义。

奥陶、寒武系热储层是工作区内主要热储层，工作区北部位于偃师断裂下盘，奥陶、寒武系热储层顶板埋深400～500 m;南部位于偃师断裂上盘，奥陶、寒武系热储层顶板埋深1 000～1 200 m。奥陶、寒武系泥灰岩、灰岩、白云岩溶隙发育，特别是在断裂影响范围带是地热流体形成的有利区。

图1 热储结构示意图

1.3 地热温度场特征

1.3.1 浅表地热异常分布特征

工作区浅层地下水温整体较其它地区偏高，通过地面调查浅层水井26个，平均温度17.8℃。根据多年平均气温及相关资料，取17.8℃为高低温分界线，高于此温度即为高温区。

在26个调查点中，大于17.8℃的井点数为个12个，约占总数的 46.15%;小于等于 17.8℃的有 14个。最低在15.5℃，最高在27℃。向南靠近洛河、伊洛河温度低，向北靠近偃师断裂温度逐渐升高。

1.3.2 热储温度垂向分布特征

1)变温带

地壳表层温度主要受太阳辐射热的影响，而发生明显变化的地带称为变温带。其温度随深度变化很大，变温带的温度夏季随深度递减，冬季随深度递增。变温带的深度，一般日变温带为1～2 m，年变温带为日变温带的20倍，即20～40 m左右。根据调查资料经统计分析，工作区变温带深度为25 m。

2)恒温带

地球内热与太阳辐射热互相影响达到平稳的地带为恒温带，位于变温带以下。该带厚度一般很薄。这个带内，太阳辐射热的影响逐渐减弱，温度相对保持恒定。本次工作区恒温带温度的确定采用统计与多年平均气温相结合方法确定，野外调查浅层水温共计26个，平均水温17.8℃。偃师市多年平均气温14.2℃，依据恒温带的温度一般高于当地平均气温1～3℃，可取17.8℃作为本区的恒温带温度。

3)增温带

增温带地温的大小用地温梯度来表示，即深度每增加100 m所增加的温度值。不同地区地温梯度不同，这主要和控热构造、热储结构、岩浆活动及水文地质环境有密切关系。

本次工作分别采用实测及公式计算的方法，基本查明了工作区增温带的地温梯度及异常区的分布。实测法即是用特殊温度计对区内深水井不同深度的地下水进行水温测量，并计算出其地温梯度;公式计算法是利用收集的钻孔资料，根据钻孔测温和恒温带地温资料计算，计算公式如下:

式中:ΔT/Δh为地温梯度(℃/100 m);T为钻孔取水段水温(℃);T0为恒温带地温(17.8℃);h为钻孔取水段平均埋深(m);h0为恒温带埋深(25 m)。

4)地温异常分区

本次调查及计算的浅部热储地温梯度表明，工作区大部分区域属地温正常区，水位埋深 31.1～100 m、井口水温18℃ ～23.5℃、地温梯度 2.6℃ ～3.3℃ /100m;

(1)地温梯度≥3.5℃ ～4.0℃ /100 m，地温较高异常区。位于偃师市北部虎头山周围，水位埋深50～142 m、井口水温22.5℃ ～26.9℃、地温梯度 3.78 ～4.0℃ /100m。由物、化探及区域构造条件可知，偃师断裂与一条北西向小断裂交汇部位;

(2)地温梯度＞4.0℃/100m，地温高异常区。位于偃师市山化镇忠义、寺沟村一带，水位埋深9.7～61.13 m、井口水温22℃ ～27℃。根据区域地质构造分析，该区位于偃师断裂与伊河断裂交汇部位。历史寺沟温泉QS3分布在寺沟村中，据《1∶20万洛阳幅、临汝幅区域地质调查报告》记载和走访村民，水量30L/s，出露泉水最高水温 29.5℃，20年前干涸。2003年村民在 QS3北300 m处打机井 Q26，井深380 m，静水位 9.7 m，动水位 110 m，井口水温27℃。

1.3.4 深部热储温度推断

根据工作区浅部热储地温梯度，采用地温梯度推断法，推算深部热储温度。

计算公式为:

t=(d－h)×Δt/Δh+t0

式中:t为热储温度，℃;d为热储埋藏深度，m;h为常温带埋藏深度，m;Δt/Δh为地温梯度，℃ /100m;t0为常温带温度，℃。

本区深部热储结构为复合型结构，2 000 m深度以内有供热意义的热储层，按其温度高低可分为三个热储层:推测温水储层、推测温热水储层、推测热水储层。

(1)推测温水储层:由三叠系砂岩、泥质页岩、奥陶系、寒武系灰岩、白云岩组成，开采层为 400～500 m，温度(T):30℃≤T＜40℃;

(2)推测温热水储层:由二叠系砂岩寒武系、奥陶系灰岩、白云岩组成，开采层为1 000～1 300 m，温度(T):40℃≤T＜60℃;

(3)推测热水储层:由奥陶系、寒武系灰岩、白云质灰岩组成开采层为1 400～2 000 m，温度(T):60℃≤T＜97℃。