带状(构造裂隙型)热储地热单井保护范围确定方法探讨

伍洲云，徐宁玲，范迪富

（江苏省地质调查研究院，江苏 南京 210018）

热储法是地热资源勘查评价中最为常用的评价方法。《地热资源地质勘查规范》(GB/T 11615—2010)将热储划分为层状(沉积盆地型)、带状(构造裂隙型)和兼具层状带状三种类型［1］，并且要求不同热储类型采用相应的计算方法，但在开采权益保护范围估算时，规范仅列举了层状(沉积盆地型)热储地热单井的计算方法，实践中该方法被参照应用于带状(构造裂隙型)热储地热井的勘查评价中。实际上两种热储类型的空间展布明显不同，前者分布面积大多呈层状展布，后者沿断裂构造带呈带状延伸，因此在进行带状(构造裂隙型)热储资源评价时，采用层状(沉积盆地型)热储的计算方法显然不妥，应根据不同的成因类型区别对待［2～6］。

1 热储法计算公式

根据《地热资源评价方法》(DZ40—85)，热储法的地热资源量可以按照式(1)计算［2，7］:

式中:QR——地热资源量(J)；

A——热储面积(m2)；

d——热储厚度(m)；

tr——热储温度(℃)；

tj——基准温度(即当地地下恒温层温度或年平均气温)(℃)；

ρc、ρw——岩石和水的密度(kg/m3)；

cc、cw——岩石及水的比热容(J/(kg·℃))；

φ——岩石的空隙率(%)。

层状(沉积盆地型)、带状(构造裂隙型)地热资源储量计算均可采用上述热储法计算公式，但热储面积及其厚度的确定方法不同。层状(沉积盆地型)热储呈面状展布，在平面上一般按圆面计算，热储厚度为含水层厚度，而带状(构造裂隙型)热储面积与厚度的确定较层状(沉积盆地型)复杂得多，下面章节将详细论述。

2 计算参数的确定

式(1)中 d、tr、ρc、cc等参数均可通过钻井取样、测井和实验室物性测试确定，而A和φ两参数，层状(沉积盆地型)热储与带状(构造裂隙型)热储存在显著差别，因此，本文重点探讨A和φ两个参数的确定方法。

2.1 层状(沉积盆地型)热储面积A及空隙率φ参数

层状热储主要发育于新近纪以来的沉积盆地中，岩性以砂及砂砾为主，具层状产出特征，因此，热储面积A主要由钻井圈定，单井开采权益保护范围是以钻井为中心，半径为r的圆，r值根据单井可采储量、热储厚度及岩石的空隙率φ等参数求得，φ变化不大，可取各钻井的平均值。

2.2 带状(构造裂隙型)热储面积A及空隙率φ参数

带状热储主要受断裂构造控制，呈条带状分布，目前大部分地热勘查报告中，该类单井开采权益保护范围参照层状热储，也确定为以地热井为中心的圆，显然不符合实际情况。

大量地热勘查成果表明，带状(构造裂隙型)热储地热资源受断裂构造控制明显，特别是大水量地热井与深大断裂关系更为密切，据此，笔者在地热勘查实践中以寻找具有活动性张断裂为重点，获得了显著效果。断裂构造呈带状展布，决定了构造裂隙型地热资源带状分布的特征，其空间形态应当是沿断裂带展布且具有一定长、宽、高的含水体。

热储长度与张性断裂延伸一致，但其受勘查范围及物探勘查控制程度制约，一般地热勘查项目物探工作控制面积大约在5km×5km范围内，断裂构造带的控制长度亦在5km左右，随着勘查范围的增大，控制的断裂带长度也随之增加。目前，推断断裂构造较为有效的方法是可控源音频大地电磁测深(CSAMT)，因断裂构造带含水呈低阻特征，在可控源音频大地电磁测深剖面上表现为横向上“V”字形低阻异常，异常宽度可解读为断裂构造破碎带宽度，即热储宽度。热储厚度主要由地热钻井测井资料推断，测井资料不仅提供了各地层自然电位、放射性、测温、波速、泥质含量等参数，并详细描述了地层裂隙发育情况，再结合地层岩性特征即可确定热储厚度。

测井资料提供的岩石空隙率φ值不能直接用于地热资源量的计算，因为地热钻井一般选择断裂构造带的中心位置，该处裂隙发育程度最高，断裂带中心至边缘裂隙发育程度呈逐渐降低趋势，甚至趋于零。一般采用测井资料提供的空隙率φ值的二分之一近似地作为断裂构造带的平均空隙率。

根据单井百年可采储量、断裂带宽度、热储厚度及平均空隙率，可反推出热储控制长度，其计算公式为:

式中:L——保护范围长(m)；

Q允——单井可采量(m3/d)；

a——保护范围宽度(m)，由物探解译断面推断；

h——热储厚度(m)，根据测井资料确定；

φ——平均空隙率(%)。

带状(构造裂隙型)热储面积(即单井开采权益保护范围面积)A=La。

式(1)是静态储量的计算公式，目前的地热普查报告在计算地热井保护范围时，通过抽水试验确定地热井100年允许开采量(其占静态储量的15%)，据此计算单井开采权益保护范围半径。

3 典型实例

苏州市浒墅关地区相距不足1.5km有2口地热井(RGD1、RGX1)(图 1)［8～9］，位于同一条 NW 向断裂构造带上，热储层、盖层及控矿构造等地热地质条件相似，成因类型相同，皆属于带状热储，为传导型地热系统构造裂隙型地热资源，且相距较近，为研究地热井开采影响范围提供了条件。

图1 苏州浒墅关地区地热井保护范围平面分布图Fig.1 Protective scope of the geothermal wells of the Xushuguan area in Suzhou

3.1 断裂构造带的物探特征

图2为CSAMT勘查45线反演电阻率断裂面图，该剖面呈NEE向展布，总长度1.8km，在80号点与110号点之间对应的地下存在横向上电阻率不连续的低阻异常。图上呈向下圈闭向上开口的“V”字形低阻条带，是含水断裂带的重要特征，这种低阻特征在相邻剖面上得到了验证。CSAMT勘查15线位于45线南侧，其横向上电阻率不连续的低阻异常带位于60号点以东(图3)，由于该剖面较短，对该低阻异常带未控制完整。在浒墅关地区地热勘查工作中共部署了4条CSAMT勘查线，经综合地质解译推断出了NW向F1断裂，该断裂呈NW向展布，倾向NE，其平面展布见图1，产状特征见图2和图3。图2所示的RGD1和图3所示RGX1地热井皆位于F1断裂带上。

3.2 开采保护范围的确定

断裂带之所以呈现低阻特征，是因为其普遍含水，在反演电阻率断面图上呈“V”字形低阻异常，低阻异常带的宽度即为断裂破碎带的宽度，从CSAMT反演电阻率断裂面图推断，F1断裂带宽度(a)大约为400m。

RGX1地热井可采储量310m3/d(三次降深抽水试验求取20m降深的出水量Q允)，储层主要为花岗岩与矽卡岩接触带，厚度767m，平均空隙率3.5%(为钻井测试数据的二分之一)，由公式(2)计算得出保护范围长为1.03km，开采保护范围平面展布见图1。

图2 CSAMT勘查45线综合解译断面图Fig.2 Comprehensive interpretation profile of the 45 CSAMT exploration line

RGD1地热井可采储量700m3/d，热储主要由灰岩与矽卡岩组成，其厚度分别为193m和310m，平均空隙率6%(该井未取得该参数的测井数据，灰岩与矽卡岩空隙率的经验数据分别为15%和10%，空隙率与厚度加权平均值为12%，因此平均空隙率取6%)，由式(2)计算得出保护范围长为2.12km(图1)。

图3 CSAMT勘查15线综合解译断面图Fig.3 Comprehensive interpretation profile of the 15 CSAMT exploration line

4 结论

根据目前通行的计算方法，RGX1井的保护范围是以 RGX1井位为圆心，半径为 0.35km的圆［9］，RGD1井则是以RGD1井位为圆心，半径为0.49km的圆［9］，两口井的保护范围相距0.66km。

由于RGX1、RGD1属于带状(构造裂隙型)地热资源，热储的展布受断裂构造控制，并沿断裂构造发育方向呈带状展布，平面上为沿F1断裂展布的矩形区域，按照笔者计算方法，两口井的保护范围有小部分重叠，短期内虽然难以观察到两井相互影响的迹象，但随着开采年限的增加可能会越来越明显。

［1］GB/T11615—2010 地热资源地质勘查规范［S］.［GB/T11615—2010 Geologic exploration standard of geothermal resources［S］.(in Chinese)］

［2］DZ40—85 地热资源评价方法［S］.［DZ40－85 Geothermal resource evaluation methods［S］.(in Chinese)］

［3］黄尚瑶.火山温泉地热能［M］.北京:地质出版社，1986.［HUANG S Y.The volcano Hot springs geothermal energy［M］.Beijing:Geological Publishing House，1986.(in Chinese)］

［4］汪集暘，熊亮萍，庞忠和.中低温对流型地热系统［M］.北京:科学出版社，1993.［WANG J Y，XIONG L P，PANG Z H.Low and medium temperature convection type geothermalsystems.［M］.Beijing:Science Press，1993.(in Chinese)］

［5］陈墨香，汪集暘，邓孝.中低温对流型地热系统.［M］.北京:科学出版社，1994.［CHEN M X，WANG J Y， DENG X. Low andmedium temperature convection type geothermal systems［M］.Beijing:Science Press，1994(in Chinese)］

［6］栾光忠，邱汉.中低温对流型地热系统的典型成因—南京汤山地热系统的分析［J］.青岛海洋大学学报，1998，28(1):156 －160.［LUAN G Z，QIU H.Typicalcausesoflow and medium temperature convection type geothermal systems-analysis of geothermal systems in Nanjing tangshan.［J］Ocean University of Qingdao Journal，1998，28(1):156 －160.(in Chinese)］

［7］DZ/T0225—2009 浅层地温能勘查评价规范［S］.［DZ/T0225－2009 Exploration and Evaluation standard of shallow geothermal resources［S］.(in Chinese)］

［8］江苏省地质调查研究院.江苏省苏州市高新区通安－浒墅关地区地热普查报告［R］.南京:江苏省地质调 查 院.2008.［Geological survey of Jiangsu Provice.Geothermal survey report of high-tech zone Tongan-xushuguan region in Suzhou，Jiangsu province［R］.Nanjing:Geological Survey of Jiangsu Province，2008.(in Chinese)］

［9］江苏省地质调查研究院.江苏省苏州市高新区浒墅关地区地热普查报告［R］.南京:江苏省地质调查院.2010.［Geological survey of Jiangsu Provice.Geothermal survey report of high-tech zone xushuguan region in Suzhou，Jiangsu province［R］.Nanjing:Geolopical Survey of Jiangsu Province，2010.(in Chinese)］