滨州西部地热资源计算与评价研究

彭凯，赵振华，房浩

(1.山东省地矿工程勘察院，山东济南250014;2中国地质环境监测院，北京100081;3北京师范大学水科学研究院 北京100875)

地热资源是指储存于地下、具有一定质量和数量、可供开发利用的地热能和地热流体［1］。地热能已经在全球60多个国家得到直接利用，并显现出较高的经济效益和环境效益。不过，地热的合理开发必须建立在对其资源量和分布规律的科学评价基础上［2-6］。

滨州市是山东省重要的粮棉产地和胜利油田的重要开发区。近年来随着经济快速发展，能源消耗大幅增加，能源和环保问题日益突出。为进一步加快经济建设步伐，培养新的经济增长点，大力开发地热新能源势在必行。研究区地处东营凹陷西部，二十世纪六十年代以来，胜利油田施工了大量石油地质勘探孔，部分钻孔钻遇了地下热水，从区域地热地质条件分析，工作区具备地热形成的

基本条件。然而地下热水作为一种矿产资源，不能无序地进行开采，必须有规划、按计划进行。为了合理的规划和保护当地的地热资源必须查明滨州西部城区的地热资源情况。

1 国内外地热资源研究概况

随着环境压力的增加，加上碳汇等因素，地热作为清洁能源，使得其市场开发变得活跃起来。全世界地热储量1.45×1026J，目前已有110个国家在开发利用，并以12.8%的速度在递增。全球地热直接利用总装机容量和年产能分别为5.058×107kW 和 4.38 ×1014kJ/a，其年均增长幅度分别达到12%和9.9%。地热利用已经有许多年历史，直到1904年意大利才开始利用地热发电。目前，国内外一些地质学家开始重视沉积盆地内地热田的研究，国外地质学家也对沉积盆地型地热田的沉积特征进行了比较详细的研究。世界各国对地热资源的开发利用己取得很大进展。2010年4月，在印尼举办的“世界地热大会”中达成共识，认为地热系统资源分布广泛、开发潜能巨大。我国地热资源的开发利用已有上千年的历史，但是较大规模的开发利用则是近30年的事。我国是世界上地热资源丰富的国家之一，储量居全球第二，其分布主要集中在东部沿海各省和西南部的西藏自治区、云南省西部及四川省西部等地，形成了分别属于环太平洋地热带和藏滇地热带的两个地热带。在地热资源的定量评价方面，前人也做了很多的研究，现有的研究方法主要有:体积法、热流量法、类比法、岩体热平衡法、平面裂隙法、蒙特卡罗法等方法。

2 研究区概况

2.1 研究地区构造

研究区为黄河冲积平原，属于暖温带大陆性季风气候区。在大地构造单元上位于华北地台(Ⅰ)、华北断陷盆地(Ⅱ级)、济阳拗陷区(Ⅲ)中部之东营凹陷(Ⅳ)西缘。经历燕山运动后，区内发育了一系列NE、NWW及近EW向继承性的张性大断裂，内部沉降开始，出现了以侏罗系和白垩系下统为主的盆地碎屑沉积。新近纪时期，研究区处于强烈的拉张作用下，断裂活动强烈，发生了大规模的不均一的断陷活动，又形成一系列凹陷与凸起。

2.2 主要热储层

研究区为鲁北地热田的一部分，属于层控型--孔隙裂隙亚型地热资源，热水赋存于新生界砂岩中，温度相对较高、水量大、水质好，是地热开发的良好地段。新近系馆陶组和古近系东营组是区内的两个主要热储层。

2.2.1 新近系馆陶组碎屑岩孔隙含水岩组(N1g)

工作区馆陶组底板埋深1 150～1 500 m，该组厚度一般在150～450 m。恒温层深度为20 m，恒温层地温一般在14.0～15.0℃，地温梯度一般在 3.5 ～4.5℃ /100 m;据推算，馆陶组地温平均值56.5℃。另据区域地热地质资料，孔隙度30% ～36%，渗透率1.0～1.4μm2，水化学类型为 Cl-Na型，矿化度一般在9.89g/L。

2.2.2 古近系东营组碎屑岩孔隙裂隙含水岩组(E3d)

东营组顶板埋深1 150～1 500 m，底板埋深1 300～1 700 m，厚度一般200～300 m，推测热储平均温度63.5℃，且区内大部分地区缺失东营组一段，其二段或三段与上部馆陶组热储直接接触。据区域地热地质资料，孔隙度28% ～32%，渗透率0.9～1.2 μm2。

3 地热资源计算与评价

3.1 热储概念模型的建立

区内新近系馆陶组热储层和古近系东营组热储层均为层控型热储，呈层状分布，岩性厚度比较稳定。其热储概念模型可描述如下:

1)热源及通道

研究区主要的热源为地壳深部的传导热流，局部存在沿深大断裂的对流型热源。工作区内较大的断裂为惠民断裂。经历过燕山运动之后工作区为一种在新生界地层掩盖下基岩结构呈凸凹相间配置的构造格局，这种格局沟通了热储层与热源的联系，成为热源及水的较好通道(见图1);

2)热储层

馆陶组、东营组均为均质、各向同性、水平展布的热储层;

3)盖层

馆陶组和东营组热储层的盖层为上覆的第四系松散和新近系明化镇组，盖层岩性由沉积岩、泥岩及砂岩组成，为良好的隔热保温层;

4)底板

工作区内古近系沙河街组泥岩构成热储底板，岩性主要为泥岩、页岩及砂岩，厚度一般在1 200～2 000 m;

5)补给水源

研究区地热水的来源为大气降水。降水入渗后，一部分沿断裂带或岩层孔隙向深部运移，经过缓慢的循环交替径流运动后被围岩加热，形成地热水。

图1 热储概念模型

3.2 评价方法及原则

研究区地热资源评价的对象为馆陶组和东营组等具有一定开发利用价值的层状热储，对成热条件差的地段不予评价，且评价不考虑动态补给。评价内容包括:地热资源量和可利用地热资源量、地下热水储存量和地下热水可采资源量，评价开采年限为100a。根据现有的方法选择的评价方法为:采用热储法计算地热资源量，采用回收率法计算可利用地热资源量，采用体积法计算地下热水储存量，采用水热均衡法和开采强度法计算地下热水可采资源量。

3.3 主要参数选择

对于热储层的参数、岩石和水的物理参数以及热储层内地下水动力参数，则根据区内前人勘探资料及本次勘察成果分析计算和直接确定。具体数值(见表1)。

表1 主要参数值

3.4 热储层地热评价计算结果讨论

传统的地热资源评价一般采用热储法。热储法是直接对热储能力进行估算，参与计算的储量为地下水静储量，而地热流体具有流动性和可再生性，按地下水井流公式计算更适合确定地热流体的可采储量(岳正喜等，2007)。因此，按照《供水水文地质勘查规范》(GB50027-2001)的条文说明关于承压水体积的论述，承压水的储存量可分为容积储存量和弹性储存量。按照地下水动力学中关于有弱透水层弹性释水补给和越流补给的完整井流理论，在层状含水层分布区一个含水层常被弱透水层覆盖或下伏有弱透水层，形成双层或多层结构的含水层组。从含水层中抽水时，会引起弱透水层弹性释水补给抽水含水层。当弱透水层厚度较大时这种补给相当大，不能忽略不计(郭祥旭等，2010)，本次工作采用热储法和体积法对地热资源进行计算。

3.4.1 地热资源量计算结果

经计算，区内馆陶组地热资源总量为4.98×1018J，东营组地热资源总量为1.41×1018J。若煤的热值按29.3×106J/kg计算，则馆陶组可利用地热资源量折合标准煤16 996.4万吨，东营组可利用地热资源量折合标准煤4 914.68万吨。热储层地热资源量不可能全部被开采利用，只能开采一部分，二者比值称为采收率。此次评价中，采收率采用25%，经计算馆陶组可利用地热资源量为1.245×1018J;东营组可利用地热资源量为3.60×1017J。则馆陶组可利用地热资源量折合标准煤4 249.1万吨，东营组可利用地热资源量折合标准煤1 228.67万吨。

3.4.2 地下热水资源量计算结果

根据区内馆陶组、东营组热储层的埋藏条件、水力性质，对热储层热水总储存量和可开采储存量分别进行计算。计算结果显示:区内馆陶组地下热水总储存量为12.87×108m3，其中容积储存量12.57×108m3，弹性储存量0.30×108m3;区内东营组地下热水总储量为29.64×108m3，其中容积储存量29.22×108m3，弹性储存量0.42 ×108m3。

地下热水可采资源量是最具实用价值的资源量，本次利用开采试验资料及邻近东营城区资料及前述有关参数，采用水热均衡法和开采强度法分别对馆陶组和东营组热储可采资源量进行计算。通过计算对比，布井原则应以能最大限度地开采可采资源量和目前及将来开采技术条件能达到为原则;再根据当地的水文地质条件和人文地理条件及经济的可持续发展，分析研究认为滨州市西部城区地热田馆陶组布井数15眼，布井间距为3 720 m，可采地热资源量为25 200 m3/d，100年末降深126 m;东营组布井数27眼，布井间距为2 773 m，可采地热资源量为32 173.2 m3/d，100年末降深148 m。滨州市西部城区地热田总的可采资源量为57 373.2 m3/d。

4 结语

(1)区内馆陶组顶界埋深900～1 200 m，底界埋深1 150～1 500 m，地层厚度150～450 m，平均温度56.5℃;东营组顶界埋深1 150～1 500 m，底界埋深1 200～1 700 m，地层厚度200～300 m，平均温度63.5℃。

(2)馆陶组:热储法计算的地热资源总量为4.98×1018J，可利用地热资源量为1.245×1018J，折合标准煤4249.1万吨。地下热水总储存量为12.87×108m3，其中容积储存量12.57×108m3，弹性储存量0.30×108m3。可采资源量为25200 m3/d，开采期限100年，降深126 m。东营组:热储法计算的地热资源总量为1.41×1018J，可利用地热资源量为3.60×1017J，折合标准煤1228.67万吨。地下热水总储量为29.64×108m3，其中容积储存量29.22×108m3，弹性储存量0.42×108m3。可采资源量为32173.2 m3/d，开采期限100年，降深148 m。区内地热资源蕴藏丰富且资源潜力大。

(3)本文加强了地面沉降的研究，以取得评价沉降的可靠数据，防止因盲目开采地下热水引发环境地质问题。

(4)通过滨州西部的水文地质条件的分析，建立热储概念模型，并计算其地热资源量，为以后类似的层控型热储的分析、计算与评价提供了参考依据。

［1］李学问，师晶，等.郑州市区断裂深循环型地热资源计算与评价［J］.地下水，2009.

［2］马立新，田金.我国地热能开发利用现状与发展［J］.中国国土资源经济，2006，(9):18-21.

［3］周亚红，郝凌霄.高青县南部地区地热资源评价［J］.南水北调与水利科技，2014.

［4］尤孝才，姚书振，颜世强，等.我国地热资源勘查开发利用及保护对策［J］.中国矿业，2007，16(6):1-3.

［5］袁银梅，地热资源及其利用［J］.中国西部科技，2006，(34):33

［6］刘时彬，地热资源及其开发利用和保护［M］.北京:化学工业出版社，2005.