日照市管帅地区地热资源特征分析

白平，杨崇敬

(山东省第八地质矿产勘查院,山东 日照 276826)

图1 研究区地热地质略图

地热资源作为一种清洁能源，在热量采取速率小于补给速率的情况下，具有可再生、节能环保、利用方便等特点，现已广泛利用于医疗保健、洗浴、供暖、养殖等领域。合理开发利用地热资源对改善能源结构、促进地方招商引资具有重要意义。山东省日照市管帅地区属沂沭断裂带裂隙型地热区[1]，蕴含丰富的地热资源，2011年5月成功钻探出一口地热井，该井的钻探成功不仅填补了日照市地热资源的空白，同时对利用沂沭断裂带寻找地热资源具有示范作用。因此，探讨其地热资源特征，对类似地区利用深大构造勘查地热资源具有一定指导意义。

1 区域地质特征

1.1 地层岩性

研究区内出露地层主要以中生代青山群、大盛群，新生代王氏群为主，局部上覆第四纪沂河组。以昌邑-大店断裂为界，地层呈现一定差异性，断裂以东主要为较老的方戈庄组粗安岩、凝灰岩等；以西为一套较新的白垩纪大盛群、王氏群地层，岩性以黄绿色砂砾岩、紫红色粉砂岩为主，偶夹砾岩、页岩；西北角出露少量寒武纪灰岩。受多期断裂构造影响，局部地层出现反复、缺失现象。

1.2 地质构造

管帅地区地质构造主要受沂沭断裂带活动控制。沂沭断裂带是一条长期活动的深大断裂带，由4条主干断裂组成，自东向西依次为：昌邑-大店断裂、安丘-莒县断裂、沂水-汤头断裂、鄌郚-葛沟断裂，4条主干断裂构成了二堑一垒的格局。其中昌邑-大店断裂和安丘-莒县断裂自研究区中西部穿过。由于中生代太平洋板块的向西俯冲，该2条断裂近代活动剧烈。据日照市地震局资料，1999年1月—2006年1月，昌邑-大店断裂和莒县-安丘断裂周围共发生2级以上地震48余次。研究区内地震动峰值加速度为0.15～0.20g。

受昌邑-大店和安丘-莒县断裂运动控制，管帅地区断裂构造可分为NE及NW两组。①NE向以昌邑-大店断裂为代表。昌邑-大店断裂走向NE 10°～30°，倾向NW，倾角65°左右，东盘上升，西盘下降。影响宽度达数百米以上，性质以压扭性为主。带内挤压片理、挤压扁豆体发育，主断面呈舒缓波状，断面上擦痕、阶步明显，牵引小褶皱发育，受NW向构造活动切割，呈断续状。区内NE向断裂性质基本与其相同。②NW向断裂总体走向NW 40°～70°，倾向NE，出露长度不一，以张扭性为主，多为昌邑-大店和莒县-安丘断裂派生的次生断裂，发育年代较晚，为良好的地下水运移通道。受多期构造运动影响，两组构造常呈折线状相交，断裂之间互相切割、错断，地质构造十分复杂(图1)。

F1，F2，F3断裂为物探推断隐伏断层，F1断裂走向NW，-800m以上倾角较陡，下部倾向NE，发育深度大于2000m，破碎带宽度100m左右；F2走向NW,倾向SW,发育深度大于1500m；F3断裂走向NE，倾向NW，倾角较陡，发育深度大于2000m，推测为昌邑-大店主断裂(图1)。

1.3 水文地质

研究区位于汞丹山-沂水隆起东缘，整体地势西高东低，地表水体多为人工修筑水库和季节性河流。根据含水介质类型可分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和构造裂隙水3种类型。

①松散岩类孔隙水：一般分布于河流两侧第四纪地层中。水位埋深0.5～2.5m，年变幅2～3m，单位涌水量小于3m3/h·m,矿化度小于0.5g/L。②碎屑岩类孔隙裂隙水：含水层主要为白垩系，是该地区的主要含水层，富水性较差。水位埋深2～7m，年变幅3m左右，单位涌水量小于2m3/h·m,水质一般较好，矿化度小于0.5g/L。③构造裂隙水：研究区断裂构造极为发育，其中NW向断裂多数为张性、张扭性断裂，宽度大切割深，导水、富水性强，形成脉状构造水，单井涌水量大于50m3/d,矿化度小于1g/L。

管帅地区地下水的补给来源以大气降水为主，同时由于地表水体较发育，可接受其沿构造有利部位的长距离补给。受构造切割影响区域内地势相对高差较大，下切性沟谷发育。地下水径流方向与地表水基本一致，在重力及水力坡降的作用下，自西向东径流补给地表水或以季节性泉水排泄。

研究区3种地下水涌水量、水质的不同，表明其循环途径各不相同。其中构造裂隙水径流途径长、水量来源充足、排泄条件较单一，地下水易凝滞加热并富集矿物质。

2 成热地质特征

研究区地热田属深循环对流型水热系统，按照山东省地热地质条件分区，研究区属于沂沭断裂带热储区[2]；根据管帅地热井钻探资料，该区热储层主要为含砾砂岩，埋藏深度大，孔隙裂隙发育，综合判断属断控型带状兼层状热储。区内地下水通过一系列NW向张性断裂向SE径流，遇昌邑-大店等NE向阻水构造或岩体后，浅部位以泉水形式出露地表排泄，深部则沿深大构造、地层倾向向地下深处运移，逐渐形成地下水蓄积区，凝滞不前。受地温加热和断裂活动影响，地壳中来自下部的传导热流分量增大，使水温升高，同时地热流体与围岩发生水蚀、交代作用，使地下热水中富集多种矿物质。地热流体蓄积至一定程度后，受静水压力的影响，沿构造有利部位，向地表浅部运移，从而导致断裂带地热异常的出现。

2.1 地温场特征

通过对研究区内40眼机民井、测温孔的地温测量资料统计分析，研究区内地温场特征大致相同，恒温带埋藏深度15～25m左右，平均温度14.6℃。根据地区构造发育情况的差异及距离构造的远近程度，变温带、恒温带、增温带的温度呈2种趋势：构造发育，地质结构复杂的地区，温度较高；距离构造较远的地区反之。以134号民井和123号民井为例，134号民井位紧邻昌邑-大店断裂以西，并受到NW向构造影响，25m测温15.9℃；123号民井距离构造断裂较远，25m时测温为15.1℃[3]。两者地温曲线变化关系见图2。

图2 134号、123号民井测温曲线对比图

构造形态对地温分布的影响是区域性的，对地壳浅部地温分布起着主导作用[4]。研究区内地温梯度根据受断裂构造发育的不同情况，呈明显差异性。构造分布密集、发育深度大的地区，地温梯度较高，一般大于2.5℃/100m，构造发育简单的地区地温梯度则较低，仅1～2℃/100m。根据管帅地热井测温资料，1516m时温度为56.0℃，按公式Δt/Δh=(T-t)/(H-h)计算，地温梯度达2.78℃/100m，验证了区域地热异常的特征。

2.2 热源及水源

研究区热源主要为正常地温梯度增温热、放射性物质衰变热以及压性断裂的摩擦热。受昌邑-大店及其次级断裂构造的影响，地壳深部热能通过深大断裂对地下水进行热传导，使水温增高。大气降水为研究区内地热流体的主要补给来源，另外研究区西部人工修筑水库较多，地表水体也可通过构造通道经过地下深循环富集加热，形成地热流体的重要水源。

2.3 盖层

根据机民井钻孔资料揭露，研究区内上部岩层主要为王氏群、大盛群，其中夹杂的薄层状紫红色粉细砂岩、粉砂岩，岩石致密不透水，热导率低，既可有效阻止浅部地下水入渗稀释地热流体，又能避免深部地热流体垂向热对流造成的能量损耗，为良好的保温隔水盖层。

2.4 热储层

研究区内不同走向断裂纵横交错，破碎带发育，为地下水的储存、运移和深循环加热提供了空间。热储层为受断裂构造断裂影响的王氏群黄绿色砂砾岩破碎部位。根据管帅地热井钻探资料，热储层埋藏深度821～1502m，厚度217m。通过化验结果，取钾、镁温标计算，热储温度108℃，属中温地热田。

2.5 通道

研究区位于昌邑-大店断裂附近，NW向断裂构造以张性为主，其中隐伏断裂F1，F2发育深度均大于1500m，是地热流体的主要导水和重要导热通道。NE向的昌邑-大店断裂主要为压扭性，在此处为阻水性质，但沟通了地壳深部热源，是区内重要导热通道，为地热流体的深循环，水温的增加和矿物质富集提供了条件。

2.6 热储概念模型

研究区热储概念模型见图3。

3 反演电阻率特征

图3 管帅地热田热储概念模型

研究区内地层主要有第四纪沂河组、王氏群、大盛群及青山群地层，根据管帅地热井CSAMT测量资料，可对各地层不同岩性反演电阻率特征归纳如下：由图4看出，纵向上可分为4个电性层，高程+100～-100m之间，视电阻率表现整体低阻特性，推测上部可能为岩石风化、裂隙发育所致，赋存松散岩类孔隙水；第二层高程-100～-300m左右，除受F1断裂影响部位，视电阻率平均为100Ω·m，为薄层状粉砂岩、完整砂砾岩、凝灰岩等的综合反映，该段岩石较致密不透水；第三层为高程-300～-1000m左右，反演电阻率均小于30Ω·m，该段由于受断裂构造的影响，岩石破碎，裂隙发育，富水性好；第四层为高程-1000m以下，该段岩层视电阻率逐渐增高至50Ω·m以上，且出现凸起状相对高阻体，推测为受构造活动影响，深部岩浆活动入侵形成岩脉，岩石相对致密不透水。

由图4可以看出，研究区内整体岩层视电阻率一般介于50～250Ω·m之间，岩石致密完整。当有断裂构造通过时，反演电阻率等值线发生突变，形成明显分界面，若断层附近岩性为含砾砂岩等较松散岩性，且构造活动形成良好的导水通道时，岩石破碎富水，呈相对低阻区，阻值一般小于50Ω·m。

对比管帅地热井钻井过程中穿过的含水段(表1)，基本印证了该地区反演电阻率特征。

图4 管帅地热井反演电阻率断面图

4 地热流体化学特征

地热流体的化学特征，反应了地下热水与围岩之间的溶滤、交代作用，同时也是受岩浆活动的影响、大气降水入渗及含水层之间补给的综合体现。

表1 钻进穿过含水层情况

注：786.4m以上进行固井止水处理

地热井地热流体井口温度56℃，腐蚀系数Kk=-4.89，KK+0.0503Ca2+=-2.637<0，为非腐蚀性水。地热流体中F含量3.30mg/L，达到命名矿水浓度和有医疗价值浓度，可命名为氟水；Li含量2.27mg/L，H2SiO3含量26.10mg/L，HBO219.54mg/L,达到矿水浓度和有医疗价值浓度，为Li.H2SiO3.HBO2型医疗热矿水；Sr含量7.92mg/L，综合评价管帅地区地热流体属温热水[4]，富含F，Li，H2SiO3，HBO2，Sr等多种对人体有益组分，不宜作为生活饮用水、饮用天然矿泉水、渔业用水和农田灌溉使用，可作为具有较高医疗价值的理疗热矿水开发使用。

接近有医疗价值浓度。同时地热水中各种有害元素(As，Hg，Pb，Cr6+，Cd)等，均远低于国家标准。

表2 管帅地热井水质成分含量

注：由国土资源部济南矿产资源监督检测中心检测

5 研究区地热资源量评价

管帅地热井揭露热储层厚度217m，岩性为砂砾岩，空隙度0.15。采用热储体积[5]法计算该区地热资源量为7.30×1018J。地热回收率取0.15，研究区可利用地热资源量为1.10×1018J，折合标准煤3.75×103万t(表3)。

6 结语

日照市管帅地区位于沂沭断裂带之昌邑-大店断裂附近，区域地层以白垩纪含砾砂岩、粉砂岩、粉细砂岩为主。构造主要发育NE向和NW向2组。

图5 管帅地热井Q=f(s)曲线

静止水位埋深/m降深次序降深/m涌水量L/S单位涌水量/L/s·m抽水延续时间/h稳定时间/h恢复时间/h水温℃41.81S360.0252.630.87751482.056S240.0635.120.876262456S120.117.510.87114121.056

注:压风机LGAC-26套管为出水管84m,测水管136m。区内地下水分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水和构造裂隙水3种。管帅地热田盖层为薄层状紫红色粉细砂岩，NW和NE向构造为导水导热通道，热储层为大盛群含砾砂岩，主要接受大气降水补给，地下水随地形坡度自西向东径流，沿NW向构造深循环加热、富集矿物质，遇NE向阻水断裂后凝滞不前，形成地热异常。管帅地区反演电阻率一般介于50～250Ω·m之间，遇构造断裂通过时，反演电阻率等值线突变形成明显分界面，破碎富水地段呈相对低阻区，阻值一般小于30Ω·m。地热流体为弱碱性半咸水，井口温度56℃，富含F，Li，HBO2，H2SiO3等微量元素。研究区可利用资源量1.10×1018J，折合标准煤3.75×103万t。

参考文献：

[1] 徐军祥，康凤新.山东省地热资源[J].中国地质，1999，(9)：30-31.

[2] 杨启俭，杨明，李宁.沂沭断裂带成热地质条件研究[J].地质调查与研究，2008,31(3):278-284.

[3] 相其科，韩建江，李春林，等.淄博张店地区地热资源形成条件研究[J].山东国土资源，2009,25(9):33-36.

[4] GB/T11615-2010.地热资源地质勘查规范[S].

[5] 朱昶，费若强，宋帅良，等.山东省曹县城区地热资源评价[J].山东国土资源，2013,29(7)：42-47.