苏北盆地地热资源评价与区划

闵 望，喻永祥，陆 燕，顾雪良

（江苏省地质调查研究院，江苏·南京 210049）

苏北盆地地热资源评价与区划

闵 望，喻永祥，陆 燕，顾雪良

（江苏省地质调查研究院，江苏·南京 210049）

苏北盆地是江苏省地热资源最为丰富的地区。本文基于苏北盆地地热地质条件，系统总结研究区内地热资源的分布特征，首次对该区的地热资源量、地热资源可开采量及地热流体可开采量进行分层分温度范围的定量评价。基于研究区地热水的水化学特征、水温分布特征等综合分析，对该区地热资源开发利用进行了区划。研究成果表明，苏北盆地的地热资源储量丰富，地热资源量总计约为229.8亿吨标准煤，地热流体年可采量约为197000万m3，地热流体年可采热量约为618万吨标准煤。热储层中的地热水理疗价值高，开发利用前景广阔。

地热；资源评价；资源量计算；开发利用区划；苏北盆地

化石能源逐渐枯竭、环境不断恶化是现代人类所面临的两大突出问题，开发利用可再生能源和清洁能源是缓解能源与环境问题的重要途径之一。地热能是一种清洁能源，它的开发利用能带来巨大的社会经济与环境效益[1～6]。

苏北盆地是江苏省地温梯度最高的区域，平均地温梯度达3℃/100m，是省内传导型地热资源最为丰富的区域。苏北盆地第三系沉积巨厚，在深坳区厚达4000m，是较好的储水层。苏北盆地内的地热资源是江苏省最主要的地热资源，其形成及分布特征对于未来的开发利用规划具有一定的指导意义。

前人在苏北盆地做过很多基础性工作，但主要工作集中在地热井点上，对于整个苏北盆地内的资源未做过面上的定量分析与评价。本文通过收集截至2013年底的苏北盆地55口地热井及石油井的测温资料，对苏北盆地的地温场特征进行刻划，勾画苏北盆地地温梯度等值线。并通过搜集盆地内的深钻资料100余份，首次对苏北盆地各热储层的空间分布进行分析，并对其温度范围进行分区。

此外，本文在分析苏北盆地地热地质条件、热储分布情况及水质特征的基础上，首次定量计算了苏北盆地内主要热储层不同温度范围的地热资源量、地热资源可开采量、地热流体储存量及地热流体可开采量，并对盆地内地热资源进行综合评价与开发利用区划，为苏北盆地内进一步开展地热地质工作提供科学依据。

1 苏北盆地地热地质条件

1.1 区域构造

苏北盆地属于下扬子区海相古生界盆地，是东西向构造与北东向构造共同作用的复合型盆地[7]，它发育在燕山晚期开始生成的北东向与东西向隆起所限制的框架内，盆地内两个方向构造线都有代表，在两个方向的负向构造相互迭置时，沉积厚度达数千米。

苏北盆地由洪泽断陷、滨海断隆、阜宁—东台断坳三部分组成（图1），阜宁—东台断坳又由南北两个次级坳陷，即阜宁凹陷与东台凹陷和介于其间的建湖断凸几部分组成，位于淮阴—响水口断裂以南。在凹陷中又有一系列凸起、凹陷相间，多数呈北东方向排列的构造格局[8,9]。凹陷中沉积了白垩系、下第三系（泰州组、阜宁群、戴南组、三垛组）、上第三系（盐城组）。由于燕山末期、喜马拉雅期运动的影响，造成泰州组与赤山组之间、戴南组与阜宁群之间、盐城群与三垛组之间的不整合接触。

图1 苏北盆地构造分区Fig.1 The structural partition in North Jiangsu Basin

1.2 地温场特征

通过搜集并计算截止2013年55个地热钻孔的地温梯度[10～21]，首次精细勾画了苏北盆地地温梯度等值线（图2）。在江苏省范围内，苏北盆地内的地温梯度高于全省平均值，约为3℃/100m[10]。盆地内部，在东台凹陷中的泰州、高邮、盐城地区，存在地温梯度高值区。泰州北部兴化地区的地温梯度最高可达4℃/100m，而泰州南部姜堰地区的地温梯度最高可达4.5℃/100m，盐城地区的地温梯度最高为4℃/100m。泰州南部、北部的地温梯度异常，推断是由于其存在较高的大地热流值；盐城地区的地温梯度异常，推断和断裂有关；至于高邮地区地温梯度较高推断是由于本段计算地温梯度都是利用阜宁组地层数据，而阜宁组的地温梯度高于上覆各层。

图2 苏北盆地地温梯度等值线Fig.2 The geothermal gradient contour in North Jiangsu Basin

1.3 主要热储类型及分布特征

苏北盆地内主要为孔隙型热储[22]，这一类型的热储在苏北盆地广泛分布，除部分构造隆起区，基本全覆盖。揭露的热储层主要为新近系盐城组N及古近系三垛组E3s（表1），水温大部分集中在40～60℃。推测古近系戴南组E2d亦有可能成为热储。其中，盐城组热储（N）底板埋深在200～1800m不等，厚度大部分在400～1000m之间，孔隙度高，储水性好，区内热储为盐城组的地热井出口水温在26～55℃之间，导水系数在1.4～159.6m3/d不等，储厚比平均在15%～35%不等，苏北盆地大部分地热井热储均为盐城组。苏北盆地内三垛组E3s地层顶板埋深在80～1560m之间，厚度0～1356m。区内分布热储为三垛组的地热井出口水温在40～73℃不等，导水系数22～75m3/d。本区地热孔未见完全揭露，揭露部分三垛组厚度在200～300m，揭露部分储厚比在22%～30%之间。戴南组厚度在0～1051m之间。在部分隆起区亦有揭露寒武奥陶的碳酸盐岩热储，一般而言单位降深的涌水量较大，分布范围有限，主要分布在淮安马棚一带，泰州市的姜堰市、海陵区以及扬州市的江都区。

表1 苏北盆地各热储层地质特征Table 1 The geological features of thermal reservoir in North Jiangsu Basin

2 苏北盆地地热资源量计算

首次对苏北盆地地热资源量、地热资源可开采量、地热流体年可开采量及可开采热量分温度范围分别进行计算。计算方法采用“全国地热资源现状调查评价与区划”项目的技术要求提供的方法。

2.1 地热资源量

采用热储法[23]计算，表达式为：

式中：Q—地热资源量，kJ；Cr，Cw—分别为热储岩石比热和水的比热，kJ/kg·℃；ρr，ρw—分别为热储岩石密度和水的密度，kg/m3；Φ—热储岩石孔隙率（或裂隙率）；qw—流体储量，包括静储量和弹性储量，m3；T1—热储温度，℃；T0—恒温层温度，℃；V—热储体积，m3。

2.2 地热资源可开采量

采用回收率法进行计算，计算公式如下：

式中：Qwh—地热资源可开采量，kJ；RE—回收率；Q—地热资源量，kJ。

对于苏北沉积盆地的新生代砂岩，当孔隙度大于20%，热储回收率定为0.25，碳酸盐岩裂隙热储定为0.15；中生代砂岩则根据裂隙发育情况定为0.05～0.1。

2.3 地热流体可开采量

采用开采系数法计算，开采系数取决于热储岩性、孔隙裂隙发育情况以及补给情况。

式中：Q储—地热流体存储量，m3；X—可采量系数，其中：①孔隙型热储层，X取值3%～5%（100年），即0.0003～0.0005（每年）；②岩溶型热储层，X取值5%（100年），即0.0005（每年）。

2.4 地热流体可开采热量

在计算获得地热流体可开采量的基础上，地热流体可开采热量可用下式计算：

式中：QP—地热流体可开采热量，kJ/a；Cw—地热流体的比热，kJ/kg·℃；ρw—地热流体的密度，kg/m3；T1—热储温度，℃；T0—恒温层温度，℃。

对苏北盆地地热资源计算结果，分热储层与温度范围进行汇总（表2），地热资源总计约为229.8亿吨标准煤，地热流体年可采量约为197000万m3，地热流体年可采热量约为618万吨标准煤。

表2 苏北盆地热储不同温度范围地热资源量Table 2 The geothermal resources of the geothermal reservoirs at different temperature range in North Jiangsu Basin

3 苏北盆地地热流体质量及可开发利用方向概述

苏北盆地共计40个地热水采样点。其中，盐城组热储中的水微量元素达到理疗热矿水水质标准[23]的主要有偏硅酸、氟、锶、偏硼酸，少量水样的铁、锂含量达到理疗热矿水水质标准。部分地热井水可命名氟水、锶水、偏硅酸水、铁水。这一热储层地热水在盐城市区一些较浅的地热井中满足渔业用水标准，该层水不结垢或结垢轻微，为非腐蚀性水。主要可用于旅游疗养、工业利用、温室种植以及养殖。

苏北盆地三垛组热储揭露的地热井较少，仅就本次项目所采水样获得的检测结果来看，达到理疗热矿水水质标准的主要有偏硼酸及偏硅酸，未达命名矿水浓度。这一热储层地热水不结垢或结垢轻微，为非腐蚀性水。主要可用于旅游疗养、温室种植以及地热供暖。

苏北盆地戴南组热储未有地热井揭露。根据地热流体推测温度分布，推断这一热储地热水主要可用于旅游疗养、温室种植及地热供暖。

苏北盆地碳酸盐岩热储水微量元素达到理疗热矿水水质标准的主要有偏硅酸、氟、锂、锶、偏硼酸。地热井水可命名氟水、锶水、偏硅酸水、锂水。该层水结垢中等或结垢轻微，为非腐蚀性水。主要可用于旅游疗养、温室种植以及地热供暖。

4 苏北盆地地热资源开发利用方案区划

地热资源开发利用方案区划（表3），基于温度等级区划及流体水化学特征区划，并结合以往的开发利用情况、地区经济发展状况，充分考虑梯级开发利用技术等确定其合理开发利用方向及各方向百分比。主要开发利用方向包括：地热发电、地热供暖、医疗保健、农业种植、水产养殖、农业灌溉、工业利用等。具体开发利用原则如下：

（1）根据主要热储代表性温度可以将地热资源梯级利用划分成I、II、III、IV、V五个利用级别。

I级：主要用于发电、烘干等工业利用和采暖，流体温度大于150℃。

I I级：主要用于烘干、发电和采暖等，温度在90～150℃。

III级：主要用于采暖、医疗、洗浴、温室种植，温度在60～90℃。

IV级：主要用于医疗、休闲洗浴、采暖、温室种植和养殖，温度在40～60℃。

V级：主要为洗浴、温室种植、养殖、农灌和采用热泵技术的制冷供热，温度在25～40℃

（2）在开发利用时，从I级至V级逐级进行考虑。上一级利用的出口温度即为下一级利用的入口温度。

（3）对于医疗、农灌和养殖等用途，考虑地热流体质量。满足理疗热矿水水质标准方可用于医疗，而用于农业灌溉和养殖用途应分别符合《农田灌溉水质标准》（GB 5084-2005）[24]和《渔业水质标准》（GB 11607-1989）[25]的要求方可利用。

（4）综合考虑地区以往的开发利用情况、地区经济发展状况以及场地限制。

根据以上原则，对苏北盆地地热资源分热储层进行开发利用方案区划，根据不同的开发利用方式分配地热流体开发利用方向及利用量比重。

表3 苏北盆地各热储层开发利用方案区划Table 3 The geothermal reservoirs' development and utilization plan divisions in North Jiangsu Basin

苏北盆地盐城组分区范围见图3，盐城组热储温度较低，一般分布在25～60℃之间，不考虑梯级利用。

三垛组热储分区范围见图4，三垛组热储温度较盐城组高，一般分布在25～90℃之间，考虑梯级利用，根据不同的开发利用方式分配流体利用量比重。主要将地热水先用于地热供暖，水温降到60℃以下之后用于旅游疗养、温室种植等方面。

戴南组热储分区范围见图5。戴南组热储温度较三垛组高，温度跨度大，一般分布在25～100℃之间，考虑梯级利用，根据不同的开发利用方式分配流体利用量比重。主要将地热水先用于地热供暖，水温降到60℃以下之后用于旅游疗养、温室种植等方面。

苏北盆地碳酸盐岩热储分区范围见图6，苏北盆地碳酸盐岩热储温度分布在40～90℃区间内，考虑梯级利用，根据不同的开发利用方式分配流体利用量比重。主要将地热水先用于地热供暖，水温降到60℃以下之后用于旅游疗养、温室种植等方面。

总体而言，苏北盆地地热资源有地热供暖、温室种植、医疗洗浴、养殖、工业利用等多种利用方式。

图3 苏北盆地盐城组热储开发利用区划Fig.3 The exploitation zoning of geothermal reservoir of Neogene Yancheng form in North Jiangsu Basin

图4 苏北盆地三垛组热储开发利用区划Fig.4 The exploitation zoning of geothermal reservoir of Palaeogene Sanduo form in North Jiangsu Basin

图5 苏北盆地戴南组热储开发利用区划Fig.5 The exploitation zoning of geothermal reservoir of Palaeogene Dainan form in North Jiangsu Basin

图6 苏北盆地碳酸盐岩热储开发利用区划Fig.6 The exploitation zoning of geothermal reservoir of Cambrian -Ordovician carbonate rocks in North Jiangsu Basin

5 结语

苏北盆地是江苏省地温梯度最大的区域，平均地温梯度约为3℃/100m，是江苏省地热资源最为丰富的地区。区内主要以传导型地热资源为主，主要热储层为新近系盐城组、古近系三垛组及戴南组的孔隙型热储，在区内广泛分布，部分区域分布有寒武—奥陶系的碳酸盐岩热储层。通过对本区地温梯度、热储分布范围、埋深厚度等的刻画，经选取合理的参数，计算得出区内地热资源量总计约为229.8亿吨标准煤，地热流体年可采量约为197000万m3，地热流体年可采热量约为618万吨标准煤。区内热储层中的水微量元素达到理疗热矿水水质标准的主要有偏硅酸、氟、锶和偏硼酸，理疗价值高，开发利用前景广阔。根据温度等级分区及流体水化学特征分区，并结合以往的开发利用情况、地区经济发展状况、梯级开发利用技术等，确定合理开发利用方向主要包括：地热发电、地热供暖、医疗保健、农业种植、水产养殖、农业灌溉、工业利用等。对苏北盆地内的地热资源，按各热储层进行了开发利用区划，为该地区未来地热资源开发利用提供了科学依据。

参考文献(References)

[1] 黄少鹏. 中国地热能源开发的机遇与挑战[J]. 中国能源,2014, 36(9):4-8,16.

Huang S P. Opportunities and challenges of geothermal energy development in China[J]. Energy of China, 2014,36(9):4-8,16.

[2] 叶水泉. 可再生能源应加速发展[J]. 供热制冷,2014,(12):55. Ye S Q. Renewable energy should accelerate development[J].

Heating & Refrigeration, 2014,(12):55.

[3] 谢建磊,方正,李金柱,等. 上海市地热资源地质条件及开发利用潜力分析[J]. 上海地质,2009,30(2):4-10.

Xie J L, Fang Z, Li J Z, et al. Analysis of geological conditions and development potential of geothermal resource in Shanghai[J]. Shanghai Geology, 2009,30(2):4-10.

[4] 陆衍. 论上海市地热资源物探勘查[J]. 上海国土资源,2015,36(1): 67-72.

Lu Y. Geothermal geophysics exploration in Shanghai[J]. Shanghai Land & Resources, 2015,36(1):67-72.

[5] 高世轩,王小清,张冬冬,等. 上海规划新城浅层地热能潜力与经济环境效益分析[J]. 上海国土资源,2014,35(2):28-31.

Gao S X, Wang X Q, Zhang D D, et al. Shallow geothermal energy potential and the associated economic and environmental benefits for a new town in Shanghai[J]. Shanghai Land & Resources, 2014,35(2):28-31.

[6] 闫文中,穆根胥,刘建强. 陕西渭河盆地关中城市群地热尾水回灌试验研究[J]. 上海国土资源,2014,35(2):32-35.

Yan W Z, Mu G X, Liu J Q. Experimental study of geothermal tailwater reinjection in the Guanzhong urban area of the Weihe basin, Shaanxi province[J]. Shanghai Land & Resources, 2014,35(2):32-35.

[7] 丁道桂,王东燕,刘运黎. 下扬子区古生代盆地的改造变形[J]. 地学前缘,2009,16(4):61-73.

Ding D G, Wang D Y, Liu Y L. Transformation and deformation of the Paleozoic basins in lower Yangtze areas[J]. Earth Science Frontiers, 2009,16(4):61-73.

[8] 江苏省地矿局. 江苏省及上海区域地质志[M]. 北京:地质出版社, 1984.

Jiangsu geological & mineral bureau. Regional geological records of Jiangsu province and Shanghai[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1984.

[9] 陈友飞,严钦尚,许世远. 苏北盆地沉积环境演变及其构造背景[J]. 地质科学,1993,8(2):152-160.

Chen Y F, Yan Q S, Xu S Y. Evoluation of the sedimentary environments in north Jiangsu basin and its tectonic setting[J]. Science Geological Sinica, 1993,8(2):152-160.

[10] 陈沪生. 下扬子及邻区岩石圈结构构造特征与油气资源评价[M]. 北京:地质出版社,1999.

Chen H S. The structural features of lithosphere structure and petroleum resources evaluation of lower Yangtze and its adjacent regions[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1999.

[11] 王良书,李成,施央申. 下扬子区地温场和大地热流密度分布[J].地球物理学报,1995,38(4):469-476.

Wang L S, Li C, Shi Y S. Distributions of geotemperature and terrestrial heat flow density in lower Yangtze area[J]. Acta Geophyisica Science, 1995,38(4):469-476.

[12] 王均. 中国地温分布的基本特征[M]. 北京:地质出版社,1990.

Wang J. Basic features of the geothermal distribution in China[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1984.

[13] 许家法,赵剑畏. 江苏省地热资源分布规律及远景预测研究[R].南京:江苏省地矿局地质矿产研究所,1991.

Xu J F, Zhao J W. Study on the distribution and prospect of the geothermal resources in Jiangsu province[R]. Nanjing: Geological and mineral institute of Jiangsu geological & mineral bureau, 1991.

[14] 扬州市新世纪地质勘查中心. 江苏省扬州市宝应县射阳湖镇黄荡—钱沟地区地热地质普查报告[R]. 扬州:扬州市新世纪地质勘查中心,2004.

Yangzhou new century geological exploration center. The census report of geothermal geology in Huangdang-Qian'gou area in Yangzhou city of Jiangsu province[R]. 2004.

[15] 江苏省泰州市地质环境监测中心. 江苏省泰州市泰热2井地热资源勘查报告[R]. 泰州:江苏省泰州市地质环境监测中心,2004.

Taizhou geo-environmental monitoring center of Jiangsu province. Geothermal resources exploration report of No.2 well in Taizhou city, Jiangsu province[R]. 2004.

[16] 王高. 江苏省江都市真31井地热资源勘查报告[R]. 扬州:扬州新世纪地质勘查研究中心,2004.

Wang G. The prospection report of geothermal resources of No.31 well in Jiangdu city of Jiangsu province[R]. Yangzhou: Yangzhou new century geological exploration center. 2004.

[17] 董洪信. 盐城地热资源开发可行性研究报告[R]. 南京:江苏省水文地质工程地质勘察院,1994.

Dong H X. The feasibility report on geothermal resources development in Yancheng city[R]. Nanjing: Jiangsu province institute of hydrogeological and engineering geological investigation, 1994.

[18] 徐雪球. 江苏省洪泽县(蒋坝)地热普查[R]. 南京:江苏省地质调查研究院,2008.

Xu X Q. Geothermal survey of Hongze county in Jiangsu province[R]. Nanjing: Jiangsu institute of geological survey, 2008.

[19] 徐雪球. 江苏省泰兴市河失镇地区地热普查[R]. 南京:江苏省地质调查研究院,2010.

Xu X Q. Geothermal investigation in Heshi town of Taixing, Jiangsu province[R]. Nanjing: Jiangsu institute of geological survey, 2010.

[20] 杨林. 江苏省姜堰市溱潼镇溱湖风景区地热勘查[R]. 南京:江苏省地质调查研究院,2008.

Yang L. Geothermal exploration in Qin lake, Qintong town, Jiangyan city, Jiangsu province[R]. Nanjing: Jiangsu institute of geological survey, 2008.

[21] 杨林. 江苏省大丰市大丰港半岛温泉酒店地热勘查[R]. 南京:江苏省地质调查研究院,2010.

Yang L. Geothermal exploration in Dafenggang peninsula springs hotel of Dafeng city, Jiangsu province[R]. Nanjing: Jiangsu institute of geological survey, 2010.

[22] 杜建国,姚文江,范迪富. 江苏地热资源类型及开发利用前景[J].地质学刊,2012,36(1):86-91.

Du J G, Yao W J, Fan D F. Geoheat resource types and development prospect in Jiangsu province[J]. Journal of Geology, 2012,36(1):86-91.

[23] GB 11615-2010. 地热资源地质勘查规范[S]. 北京:中国标准出版社,2010.

GB 11615-2010. Geologic exploration standard of geothermal resources[S]. Beijing: Standard Press of China, 2010.

[24] GB 5084-2005. 农田灌溉水质标准[S]. 北京:中国标准出版社, 2005.

GB 5084-2005. Standards for irrigation water quality[S]. Beijing: Standard Press of China, 2005.

[25] GB 11607-1989. 渔业水质标准[S]. 北京:中国标准出版社,1989.

GB 11607-1989. Water quality standard for fisheries[S]. Beijing: Standard Press of China, 1989.

Assessment and zoning of geothermal resources in the northern Jiangsu Basin

MIN Wang, YU Yong-Xiang, LU Yan, GU Xue-Liang
(Jiangsu Institute of Geological Survey, Jiangsu Nanjing 210049, China)

Research into geological and geothermal conditions, the distribution of geothermal resources, the chemical characteristics of geothermal waters, and opportunities for geothermal resource exploitation and extraction of geothermal fluids in the northern Jiangsu Basin were evaluated for the first time. This research was followed by a comprehensive assessment of the utilization potential of geothermal resources. The research and assessment provide a scientific basis for the development of geothermal resources in the northern Jiangsu Basin.

geothermal energy; geothermal resource evaluation; resources calculation; exploitation zoning; North Jiangsu Basin

P314

A

2095-1329(2015)03-0090-05

10.3969/j.issn.2095-1329.2015.03.021

2015-06-02

2015-07-19

闵望(1983-),女,硕士,工程师,主要从事水文地质与环境地质研究.

电子邮箱: 86985771@qq.com

联系电话: 025-84368706

中国地质调查局地调项目“全国地热资源现状调查评价与区划”之工作项目“江苏省地热资源现状调查评价与区划”(12120113077300)