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金海国际花园地热井综合分析

2017-05-20张唯聪赵利军

中国科技纵横 2017年8期
关键词:震旦系金海北西

张唯聪 赵利军

摘 要:“金海国际花园”地热井大地构造位置处于中朝准地台(Ⅰ级构造单元)复州—大连凹陷(Ⅳ级构造单元)单元中部西侧,属于地温增温型地热井。本文从地质背景、地热地质形成条件等方面分析了该地热井形成原因,并与附近地区已钻凿成功地热井进行分析对比,总结出该地热井水温较高的内在原因。

关键词:地热;构造;热储;盖层

中图分类号:P634 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)08-0140-02

1 引言

大连地区地热田分两个类型,一是岩浆岩型(俗称温泉),如龙门汤、安波、步云山、俭汤温泉,水温38-71℃,均为天然中温浅层地热水,热源岩性主要为印支—燕山期花岗岩;二是地温增温型,经过搜集资料统计,大连市区、金州区、开发区和金石滩等地已打成地热井开采深度1500-3020m,水温32-55℃,主要储热层岩性为震旦系石英岩、板岩、石灰岩等,地热地质背景相同,均属于地温增温型地热井。“金海国际花园”地热井位于大连市金州区西海边,其井深2000m,出水温度41℃,是该地区地热井中出水温度相对较高者之一,本文对其与附近地区地热井进行比较,分析其地热水水温较高的原因,为该地区以后勘查开发出更高价值地热井提供了依据。

2 地质背景

2.1 地质构造

“金海国际花园”地热井大地构造位置处于中朝准地台(Ⅰ级构造单元)复州—大连凹陷(Ⅳ级构造单元)单元中部西侧,城子坦断块的凸起端。印支、燕山和喜山运动在本区均有活动,形成了轴线方向为东西向、北东向与北西向的褶皱,以紧密线形的倒转同斜褶曲为主。并受北东向、北北东向和北西向断层控制,构造复杂(图1)。燕山运动晚期,本区曾发生裂陷、火山喷发和岩浆侵入,但岩浆活动较弱,仅有晚侏罗世的辉绿岩和花岗斑岩侵入,辉绿岩多呈岩脉或岩床侵入于上元古界和古生界中,其走向随岩层走向变化。

勘查区地质构造发育,是褶皱构造倒转端,断裂构造受东西向压扭性断裂和北西向挤压断裂控制。通过地质研究和物探资料综合分析,查明一北西向断裂(董家沟断裂带),产状305°∠50°,为继承性断裂,断层宽30-50m,切割深度大(沿断裂带有基性岩侵入)。

2.2 地层岩性

大连地区内地层具地台型二元结构特征,基底由太古界和下元古界组成。盖层为上元古界细河群、五行山群、金县群及古生界寒武系—白垩系,缺失上奥陶统—下石炭统,中石炭世—早二叠世仅有局部岀露,有早白垩世的中—基性岩喷发。

“金海国际花园”地热井在钻至520-610m处,泥浆大量漏失,并发生埋钻事故,判定为一个大的构造破碎带,即为上文所述的北西向断层(董家沟断裂带)。其上盘为震旦-寒武系干岛子灰岩,下盘为震旦系营城子组—震旦-寒武系干岛子灰岩,地层发生倒转,为一平卧褶皱经后期北西向断层挤压错断形成。在钻至1437-1510m处,泥浆亦漏失严重,处于北西向断裂带影响范围内,岩石节理裂隙发育,为地下热水提供了良好的储存空间。钻探揭露地层岩性自上而下为:

(1)第四系全新统(Q4):主要由素填土、亚砂土、粘土及砂砾石组成。揭露层位:0-20m。

(2)震旦-寒武系干岛子灰岩(Z-∈gh):岩性以灰白色白云质灰岩为主,夹有灰色层纹石灰岩,并伴生有黑绿色辉绿岩侵入其中,具有绢云母化、碳酸盐化。揭露层位:20-610m。

(3)震旦系营城子灰岩(Zyh):岩性为深灰色、灰色中厚层含砂屑、砾屑细粉晶灰岩,偶夹页岩,近底部发育叠层石灰岩及层纹石灰岩。揭露层位:610-855m。

(4)震旦系十三里台灰岩(Zsh):岩性以紫色、灰色中厚层-厚层叠层石灰岩为主,夹黄灰色、紫色页岩及泥质条带灰岩。揭露层位:855-1280m。

(5)震旦系马家屯灰岩(Zmh):岩性以灰色薄层~中厚层含粘土质泥晶灰岩为主,夹砾屑灰岩,上部夹黄绿色页岩,底部有2m厚的紫灰色薄层碳酸盐质细粒石英杂砂岩。揭露层位:1280-1430m。

(6)震旦系崔家屯組(Zcj):岩性以灰绿色、黄绿色粉砂质页岩为主,间夹薄层含海绿石细粒石英砂岩及叠层石灰岩透镜体。揭露层位:1430-1555m。

(7)震旦寒武系干岛子灰岩(Z-∈gh):岩性以灰色薄层含粘土质泥粉晶灰岩为主,夹有黄绿色钙质页岩、层纹石灰岩,底部石灰岩受挤压破碎,形成构造岩及糜棱岩。揭露层位:1555-2005m。

3 地热地质条件

3.1 地热形成条件

寻找地热的首要条件就是地下热源,勘查区所处的区域岩浆活动很弱,仅有晚侏罗世辉绿岩呈岩脉(床)状分布,岩浆岩热量已全部散失。地幔和地壳中放射性元素衰变产生的热是该地区的主要热源,依靠大地热流供热,在地壳表层形成地温场。另外,已查明的北西向断裂(董家沟断裂带),是一条古老而又断续活动的区域性活动性大断裂。在大和尚山前错断中生代辉绿岩脉及桂云花组地层,具有多期活动的特点。采断裂破碎带样品经热释光鉴定为15万年,因此断裂的活动期主要在第四纪中更新世。其多期活动产生的热能为该地热井提供了又一热量来源。

地热盖层是地热田形成的必备条件,勘查区岀露的地层中震旦系上部石灰岩常夹有粘土质页岩、砂岩,产状285∠30—40°,据资料介绍,砂岩、页岩的导热率1.256w/m·k,石灰岩的导热率1.884w/m·k,可知砂岩和页岩对下部石灰岩储热层起到了较好的隔热保温作用,为该区域的良好盖层。

3.2 地热水的赋存与水质

地下水类型分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和岩溶裂隙水。“金海国际花园”地热井揭露岩性主要为震旦系石灰岩,岩石坚硬性脆,受断裂构造影响,节理裂隙发育,且彼此有网络连系,利于地下水径流、深循环和储存,形成断裂裂隙热储,为良好的储层,属于基岩裂隙水和岩溶裂隙水类型。地表无河流,只接受海水和大气降水下渗补给。依据成井报告,抽水试验最大降深57m,最大出水量1500m3/d,地下水资源丰富。

据水化学分析结果,PH值为6.84,矿化度为24718mg/L,水化学类型为Cl-—Na+型水,其中氟化物和锶含量分别为0.29mg/L、61.56mg/L,锶已达到医疗热矿水水质标准,适用于洗浴及理疗保健。

4 综合分析

搜集近年来附近地区已钻凿成功的地热井资料(表1),开采深度1500-3020m,水温30-55℃,均距离海岸线较近。“金海国际花园”地热井与其相比,开采深度不大,地热井出水温度相对较高。

上述地热井主要储热层岩性为震旦系石英岩、板岩、石灰岩等,受断裂构造控制,均属于地热增温类型,地热背景基本相同,地热增温率为1~2℃/100m,为该地区正常值范围。“金海国际花园”地热井不同之处主要表现在如下三点:

(1)具有附加热源。北西向断裂为多期次构造活动断裂,构造运动产生的热能为该地热井提供了又一热源,因此,拥有附加热源为该地热井开采到较高的热水资源的首要原因。据测井资料,1200—2000m平均地温梯度1.76℃/100m左右,地热增温率较该地区平均值偏高。由此可证明附加热源的存在。

(2)钻探揭露的地层为震旦系石灰岩,其上部夹有多层粘土质页岩、砂岩,累计厚度达100m,为勘查区的主要盖层。盖层是地热地质条件中必不可少的条件之一,据测井资料,100—400m平均地温梯度0.8℃/100m,明显低于该地区的平均地热增温率,说明盖层地热资源的形成过程中产生了作用。

(3)设计护壁管下至1200m,位于盖层以下,该施工工艺有效阻隔了浅层低温水体在井孔内对深层热水的补给,保证开采到的地下热水为深层高温热水。

5 结语

综上所述,可以得出如下结论:

(1)大连地区地下热水资源分布受断裂构造控制,首先应寻找断裂构造切割深度大的断层,其次,在有较多选择的条件下,要选择具有多期次活动的断裂构造带。

(2)震旦系上部石灰岩中夹有的粘土质页岩、砂岩为良好的隔热保温层。

(3)在保证开采水量的情况下,护井管埋设越深,对开采地下热水资源越有利。

参考文献

[1]白尚金,等.金海国际花园地热井可行性报告[R].大连金州辽南地矿工程勘测院,2012.

[2]辽宁省地质矿产局.辽宁省区域地质志[M].北京:地质出版社,1989.

[3]鄒宏义等.大连金州新区地质调查报告[R].辽宁省地质勘查院,2013.

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