沈阳市北三台子地区地热类型探讨

刘薇

摘要：通过对沈北地区地热地质条件及热储层条件的分析，得出热储理想模型。并通过实际工程数据进行验证。

关键词：热储层特征；热储模型；储量计算

1.前言

地热资源是储存于地球内部可再生的宝贵的环保型能源，被人称为继石油、煤、天然气之后的第四能源。地热资源（主要指水热型和地压型）中富含各种化学元素和组分，同时也是集热、矿、水三位一体的矿产资源和对人体有益的医疗资源。

辽宁地热资源丰富。全省现有地热田（独立地热井、泉）60余处，其这些地下热水广泛用于采暖、供生活热水、温泉洗浴、理疗、农业温室及水产养殖等。辽宁省沈阳市北三台子地区位于沈阳市郊，位于下辽河平原大民屯凹陷北部，具有良好的地热成生条件，地热资源优势明显，地热资源具有广阔的开发前景。

2.地热地质条件

根据已有资料，沈阳市北三台子地区热储层可分为三层，上部为新近系热储层、中部为古近系热储层、下部为古潜山热储层，其中古近系热储层中的沙河街三组（E3s3）具有较好开发潜力。

（1）热储层特征。沙河街三组（E3s3）岩性可分为上下二部分，上部为深灰、褐灰色泥岩，普遍发育有三组砂砾岩，顶部夹薄层含钙页岩；下部为褐灰色厚层泥岩，靠上部及底部各有一组灰色砂砾岩，有油气显示，厚度768～936m。

根据钻探资料，沙河街三组（E3s3）在地热区内1600～2000m之间有多层砂砾岩层，含53～58℃热水，储量丰富，砂砾岩孔隙度为010-025，单井涌水量较低，单井涌水量100-1200m3/d。地下水矿化度为3-10g/L，属微咸水-咸水，硬度一般为20-40度，PH值8-9，属弱碱性水，水化学类型为HCO3-Na型。

（2）地温场特征。据已有资料，沈阳市北三台子地区常温带深度为30m，常温带基准温度11℃，盆地中幔隆区地温梯度值为285～396℃/100m。主要热源为深部幔源热，属传导型地热。新近系含水层由于靠近补给区和盖层较薄，水温在25-30℃之间。古近系地温梯度平均值为2714℃/100m。

3.热储层条件

普查区内的地热类型属于传导增温型地热，热储层的埋藏分布主要受地层岩性和构造控制，热储层类型为层状热储。热储层主要是古近系沙河街组三段（E3s3）。第四系、新近系、古近系东营组及沙河街组一段、二段地层为盖层。

（1）盖层。第四系全新统、更新统砂砾岩、砾卵石、中粗砂亚粘土层普查区内埋深一般在120m左右；新近系明化镇组、馆陶组地层岩性主要为砂岩、砂砾岩夹粉砂质、砂质泥岩，地层厚度在80-350m；古近系东营组地层厚度在147-5545m，地层岩性以灰绿色为主体的砂质泥岩和灰色砂岩，东营组厚度在147-560m；沙河街组一段地层为砂岩与泥岩成组出现，分异性很好，厚度420-424m；沙河街组二段岩性分为上下二部分，上部为深灰色泥岩夹薄层灰绿色泥质粉砂岩、砂岩；下部为泥岩与薄层黑色炭质泥岩互层，厚度329-364m。上述地层发育稳定，可作为一个统一的整体，基本成岩或半成岩状态，泥质或硅质胶结，岩性主要为泥岩、粉质泥岩、砂质泥岩、砂岩及砂砾岩，其中泥岩最为发育，多层泥岩层段封闭性好，导热性较差，可以起到良好的隔水隔热作用，构成地热田的良好盖层。

（2）热储层。沙河街组三段上段（E3s3）为主要沉降期的产物，发育了大套的粗碎屑沉积体系，砂岩、砂砾岩较发育，泥岩的发育程度明显不及下部，而且暗色泥岩较少，杂色及红色泥岩相对多，砾岩与泥岩呈互层状交互出现，但砂泥岩分异不好，单层较厚的砂岩-砂砾岩岩性段含水量较大，由于沉积条件控制，该段含水层处于封闭和半封闭状态，储层温度不易流失。可作为主要热储层目标层位，也是沈阳市北三台子地区地热田开发的有利层段。沙河街组沙三段上段有多层砂砾岩层，含53～58℃热水，含水热储层储量较丰富，砂砾岩含水层埋深在1460-1907m之初间，热储层厚度在197-204m，平均厚度约在200m。热储层的渗透系数约为12m/d。

4.热储模型

沈阳市北三台子地热区为新生代沉积盆地传导型地热，热储系统的特点是“层控热储，侧向径流补给，大地热流供热”。热储层为古近系沙河街组三段（E3s3），岩性为砂砾岩、砂岩，总厚度约为200m。盖层为第四系、新近系、古近系东营组及沙河街组一段、二段地层。储层中热水有源自随沉积物一起沉积时保存下来的沉积水，同时还有来自东侧的径流补给水和上层的越流补给水。主要经流排泄。热储理想模型见图1。

5.储量计算

以沈北地区为例采用热储法计算热储中储存的热量，估计热田地热资源的潜力，结合本区地热地质条件，将普查區地热资源进行估算，主要计算参数如下：

设计利用地热开发区域面积约14km2。热储层为古近系沙河街组三段（E3s3），岩性为砂岩、砂砾岩，总厚度约为200m。根据已有资料，热储层温度为53-58℃，平均温度为55℃，根据辽河油田测井资料的岩芯化验分析资料，物相分析表明，沙河街组三段（E3s3）储层孔隙度选222%，导水系数取值0025。计算起始点以上高度（H），陆家窝堡～新义凹陷边缘热储层埋深约为1100m，盆地中心埋深为1600m，计算起始点以上高度（H）按500m计算。

参照地热资源地质勘查规范（GB/T 11615-2010）及相邻的兴隆地区资料，水的比热容和密度取4200J/kg℃和1000kg/m3，沙河街组三段（E3s3）岩石的比热容和密度取857J/kg℃和2340kg/m3。

6.结论

沈阳市北三台子地热区为新生代沉积盆地传导型地热，热储系统的特点是“层控热储，侧向径流补给，大地热流供热”。热储层总厚度约为200m。根据热储计算，水位降低到目前取水能力极限深度时热储所释放的水量（Q2）为0175×109m3，地热流体的单井稳定产量为1200 m3/d，上述水量可供开采利用3995年。热储储存的总热量为0339×1018J，地热区设计开采量为1200m3/d，对应地热流体可开采量所采出的热量为2559×103KW。地下热水可供开采利用399年。