禹城市城区东营组热储地热资源赋存特征研究

2014-03-20王浩张震宇杨建华

山东国土资源 2014年1期

王浩，张震宇，杨建华

(山东省鲁北地质工程勘察院，山东德州 253015)

地热资源集热能与水资源为一体,由于其温度适宜且富含多种对人体有益的矿物质，在采暖、洗浴、工业、医疗、养殖业等领域有广泛的应用价值，是继太阳能和风能之后的一种重要的绿色能源[1]。位于山东省禹城市城区东营组热储层，分布广泛，地热成矿地质条件有利，热储层埋深适当，水量较大、水温较高，对保护环境、保持经济的可持续发展及改善人民生活质量都具有重要意义。

1 地质背景

1.1 地质构造

区域基底构造发育，活动强度较大，主要受新华夏构造体系的影响，断裂构造发育，主要构造线为NEE向，断裂构造隐伏于新近系之下。对工作区有影响的断裂按断裂带的规模大小可分为一、二级，一级断裂主要有齐河-广饶断裂，是三、四级构造单元的分界断裂，对隆起和拗陷区的沉积起控制作用；二级断裂有临邑-惠民断裂、临南断裂，是五级构造单元背斜与洼陷的分界断裂。

1.2 地层

工作区位于济阳坳陷区内，该区地层发育齐全，根据石油钻探和大极距电测深解译资料在3000m深度范围内的地层主要有：古近纪东营组和沙河街组、新近纪明化镇组和馆陶组、第四纪平原组[3]。

2 地热资源类型及地热地质特征

2.1 地热资源类型及盖层

区内地下热水赋存于古近纪碎屑沉积岩中，属层状孔隙-裂隙型热储，地表无热流显示，地热资源类型属热传导型。热储盖层为第四系和新近纪明化镇组、馆陶组，前者主要为粉砂质粘土和粘土质粉砂组成，后者主要由粘土岩、粉砂岩互层构成，热导率低，粘土或粘土岩单层厚度大，一般在2.0～50m左右，是良好的隔水层和不透水层，使热能得以保存和储集[4]。视开采层段的不同可单独也可共同构成热储层的盖层。该区第四系和新近系总厚度1278～1500m。

2.2 热储层岩性与埋藏分布特征

东营组热储顶界与上覆馆陶组热储呈平行不整合接触，其地层岩性以紫红、棕黄、灰绿色泥岩为主，夹灰白色、浅灰色细砂、粉细砂岩，一般具有自下而上红色增多的特点。顶板埋深1278～1500m，地层厚度变化较大，一般为528～942m。其分布特征主要受基底起伏和区域构造的控制，总趋势是由东南向西北逐步变薄。

2.3 热储层水文地质特征

区内东营组砂岩以细砂、粉细砂为主，呈泥质、钙质胶结，矿物成分以石英为主，长石次之，分选较好，呈次圆状，结构较致密，单厚2～16m，总厚度150～190m，厚度占地层厚度的17.4%～26.0%，其分布规律与地层基本一致。总体来说，东营组含水砂岩在空间上分布较为连续。据区内DR2井及R8井抽水试验资料，东营组热储水位标高0.48～8.34m，单井出水量30～54m3/h(20m降深时)，矿化度13.2～15.1g/L，水化学类型为Cl-Na型，井口水温59～70℃，属低温地热资源中的温热水、热水型地热资源。

2.4 传热导水通道

禹城市城区处于地震强度Ⅶ度区，齐河-广饶断裂在该地热田南部通过。该断裂西起聊城-兰考断裂交汇处，沿NEE向经禹城南、济阳北至广饶南，向东延伸与益都断裂相交，呈弧形展布，是Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级构造单元的分界断裂。走向NEE，倾向NW，倾角60°～80°，断距为1200～2000m，为南盘上升、北盘下降的正断层，北盘沉积了巨厚的新生界，南盘则缺失古近纪地层。该断裂形成于中生代以前，新生代活动性增强，沿断裂带有间歇性的基性岩浆活动,是规模较大的断层,且区域上还有临邑-惠民断裂、临南断裂等较大断裂存在，是地下水的良好储集场所及地下水运移的良好通道。

2.5 热储模型

该区属层控型低温地热田,该地热田范围广大，在垂向上将新近纪馆陶组、古近纪东营组和沙河街组视为独立的，上下均为隔水层、水平方向上无限延伸的储热层(组)，呈多层状；热储盖层分别为其上伏地层；热源主要为地球内部的传导热流；地热水的补给源为大气降水在周边山区形成的地表径流的一部分通过山前断裂构造向深部地层渗透，成为深部含水层的补给源。其热储模型如图1所示。

图1 热储概念模型图1—第四系；2—新近纪明化镇组；3—新近纪馆陶组；4—古近纪东营组；5—古近纪沙河街组；6—侧向补给水源；7—深循环上升热流；8—均一背景热流；9—地层不整合线；10—区内地热井

2.6 地热水动态特征

区内东营组热储埋藏深，上覆厚达1278～1500m的松散碎屑沉积物，与大气降水没有联系。地热水径流极其缓慢，补给强度微弱，在天然状态下基本上处于静止状态，人工开采是影响地热水动态变化的主要因素。

根据DR1井水位监测资料[注]山东省鲁北地质工程勘察院,山东省禹城市城区东营组热储地热资源调查评价报告，2012年。，自2011年2月至2011年11月，水位标高供暖时在-38.81～-36.92m，受抽取水量影响变化幅度较大。停止供暖后(3月15日)水位逐渐恢复，最后稳定在-1.50m左右；DR2井自成井后水位标高在0.50m左右，基本没有变化(图2)。说明区内东营组热储水位不受大气降水及季节变化的影响。

图2 DR1，DR2井水位动态变化曲线

3 地热流体化学特征

3.1 化学特征

3.2 地热流体的年龄及成因

地热流体各组分之间的比例系数可以用来判断地热流体的成因，常用的比例系数有γCl/γBr，γNa/γCl等。经计算区内地热流体γCl/γBr=1951.4～2029.5，γNa/γCl=0.85～0.86，这些系数都大于海水(γCl/γBr=300，γNa/γCl=0.85)，说明该区的地热流体具有大陆溶滤水的特征。

据同位素分析测试结果，区内东营组地热水中δD×10-3平均含量为-70～-64；δ18O×10-3平均含量为-8.9～-8.7；其D，18O关系点位于世界雨水线附近(δD=8δ18O+10)(图3)，说明区内东营组地热水起源于大气降水[5]，后来在漫长的地质年代中，接受下部地层中蒸汽的稀释作用。

区内东营组地热水中14C年龄为1.636～1.802万年。由于14C分析水样的采集过程或多或少地要与现代大气接触，现代大气中的CO2进入所采集的水样中，使所测年龄要远小于地下水的实际形成年龄。由此可见，区内东营组地热水的形成年代久远，其补给途径长，径流速度缓慢。