淮南煤田现今地温场特征及热储分析

彭 涛，孙建锋，刘凯祥，吴基文

(1.西安科技大学地质与环境学院，陕西 西安 710054；2.安徽理工大学地球与环境学院，安徽 淮南 232001)

淮南煤田位于安徽省北部，区内煤炭资源丰富，是我国重要的煤炭生产基地，也是华东地区重要的煤炭资源供应地。但随着开采深度的增大，地质条件愈发复杂，高温问题突出，煤矿研究领域越来越关注矿区的地温和地热研究工作[1-4]。淮南煤田的热储量非常可观，针对该区地热利用较少和井下低温地热资源浪费等现象，对区内地热资源进行评价，并分析利用前景是十分必要的[5-7]。

本次研究在系统收集和整理淮南煤田各类地面钻孔井温测井和相关地质资料的基础上，结合井下巷道围岩温度测试结果，研究区内现今地温场分布特征，对探索深部地温的分布规律和矿井热害防治工作都有重要的意义[8-9]；通过计算评价淮南煤田的地热能储量，为进一步开展地热地质工作提供了科学依据。

1 地质概况

淮南煤田地处华北型的中朝准地台石炭～二叠系聚煤区的东南部(见图1)，位于鲁西断隆和华北断坳二级构造区内，北接蚌埠隆起，南以老人仓——寿县断层与合肥中生代坳陷相邻，东西分别受限于口孜集断层和固镇长丰断层，南北位于近EW向的刘府断裂和老人仓～寿县断层之间[10]。本区构造走向主要为两组，一组是在古运动时期受到南北向的应力形成众多近东西向的褶皱、深大断裂和逆冲推覆构造等[11-12]，盆地南北两侧均为推覆构造构成的迭瓦扇；另一组是与郯庐断裂近于平行的北东向构造。淮南煤田以阜凤推覆构造为界分为潘谢矿区和谢李矿区。

2 淮南煤田现今地温场特征

本文以淮南煤田两个分矿区内22个煤矿井田为研究对象，分别为潘谢矿区的潘集一矿、潘一东矿、潘集二矿、潘集三矿、潘北矿、朱集西矿、朱集矿、丁集矿、顾桥矿、张集矿、谢桥矿、刘庄矿、口孜东矿、口孜西矿、板集矿、杨村矿(图1中分别编号1～16)和新谢矿区的罗园矿、新集一矿、新集二矿、新集三矿、新庄孜矿、谢一矿(图1中分别编号17～22)。以上矿井几乎包含了淮南煤田所有的生产和在建矿井，所以可以系统全面的分析淮南煤田现今地温场特征。

本次研究共获取了650个钻孔的井温测井数据，其中近似稳态测温孔69个、简易测温孔509个、瞬时测温孔72个。近似稳态测温数据一般在完井72h以后测得，井液和岩石的温度已经基本达到平衡，所测数据能客观地反映地层的真实温度，因此其数据可直接使用。但在实际钻孔测温工作中，由于近似稳态测温工作操作复杂、耗时长，所以一般采用的都是简易测温或瞬时测温，这两种方法的结果不能像近似稳态测温资料一样直接使用，本文均利用“三点法”对非近似稳态测温数据进行校正，利用校正后的地温数据分析地温场特征。

2.1 现今地温梯度分布特征

根据地温数据和相关方法得出淮南煤田现今地温梯度分布图(见图1)。区内地温梯度值普遍较高，变化范围为0.070～0.478℃/km，众值在0.250～0.350℃/km之间，平均地温梯度0.290℃/km，且该区地温整体高于同处华北板块东南缘的淮北煤田。

研究区内地温梯度大于0.3℃/km的高温异常区广泛分布，且高温区的分布和陈桥—潘集背斜轴线的走势如出一辙，即地温分布与地层走向具有明显的一致性，东部为近EW向，中部丁集、顾桥井田为NE向，陈桥、颍上断层西部又转向近EW向，整体呈倒“S”型分布。首先在煤田东部的潘集矿区，包括潘一、潘二、潘三、潘北井田和朱集东矿区东部，平均梯度达到0.30℃/km，高温区呈条带状分布，地温梯度最大值超过了0.35℃/km；煤田中部的丁集、顾桥、张集、 罗园和新集一、 二井田地温梯度也均在0.3℃/km以上， 在张集、 顾桥交界处以及新集井田局部达到 0.35℃/km以上， 特别是在新集一、 二井田， 地温梯度均值就达到了0.34℃/km；矿区东西部的分割线—陈桥颍上断层，是一个小范围的“分水岭”，其相对较低的温度使得此处成为高温区的“滞点”，陈桥—颍上断层以西也分布有大范围高温区，包括杨村井田南部、刘庄井田北部和板集井田，其地温梯度变化范围为0.19～0.47℃/km，平均梯度达到0.296℃/km。

地温梯度小于0.3℃/km的区域分布于高温井田的周围，地温梯度多在0.25℃/km左右。需指出，阜凤推覆构造南北地温差异明显，阜凤逆掩断层以南的地温梯度值明显小于北部，特别是在淮南矿区东南部、淮河以南的谢一矿，平均地温梯度值只有0.137℃/km。其它井田如罗园和新庄孜，均值也仅为0.227℃/km和0.221℃/km。总体上，淮南煤田现今地温梯度区域性差异明显，整体表现为北高南低、东高西低的特征。

此外，在垂向分布上，虽然各个钻孔地温梯度和深度的变化趋势基本一致，但是各井田测温孔的地温梯度却大小不一，且地温梯度随深度增加而减小的程度也有所不同，处于背斜轴部或松散层较薄的潘北和丁集井田变化速率明显较大，相反，处于向斜轴部、松散层覆盖较厚的朱集井田则相对较小。

2.2 现今分水平地温分布特征

为了研究淮南煤田各个水平的地温分布情况，同时为下一步计算热储层中储存的热量，本文对淮南煤田的各个矿井的分水平温度进行了统计和整理，深部矿井缺少实测地温资料的钻孔，通过推算获取，计算公式如下

Tx=Ty+G基·H

(1)

式中：Tx为所求深度地温，℃；Ty为浅部水平地温，℃；G基为基岩面以下地温梯度，℃/km；H为增加深度，m。

淮南煤田-500m水平平均地温为29.96℃，-1 000m水平为41.84℃，-2 000m水平为69.62℃，显示出温度与埋藏深度呈明显的正相关性。在垂深500m的地层温度变化范围不大，高温区一般30℃以上；在达到-1 000m水平时，各井田平均地温变化范围为29.59～48.81℃，除了谢一、新庄孜和罗园矿，区内其它井田几乎全部达到了40℃，属于低温地热资源中的温热水资源，局部超过45℃；区内-2 000m水平各井田平均地温变化区间为42.27～82.36℃，高温井田全部达到了60℃的热水资源标准，在潘集、顾桥、丁集、新集井田超过80℃(见图2)。

总体上，各水平地温分布受地温梯度的控制明显，两者变化特征基本一致。区内除了新谢矿区的东南部，其它井田地温均相对偏高，尤为突出的是陈桥——潘集背斜轴部及附近井田。

(a)-500m

(b)-1 000m

3 地热资源评价

3.1 热储计算

本文按规范[13]要求对淮南煤田的地热能储量进行计算评价。淮南煤田为沉积盆地型地热资源类型，为热储层分布无限边界条件。本次热能量计算分为热储层中热能总量和可采热能储量两方面，前者国内常用的方法是热储法，后者常用的方法是采收率法[14]。

根据规范，2 000m以浅定义为经济型地热资源，所以，受当前开采技术水平限制，本次地热资源计算深度为2 000m。根据矿区勘探资料，2 000m深度范围内可包含奥陶纪地层以上的所有地层，计算时热储下限定为奥陶纪地层。根据区域水文地质资料，晚第三纪中新统下部砂砾松散层含水层及古生代灰岩含水层水温能够满足低温地热资源的下限要求，同时两含水层均能满足可利用热储的基本条件。因此，淮南煤田热储量分为两大部分进行计算，即晚第三纪砂层热储和古生代奥灰、太灰灰岩热储。根据以上公式和步骤计算得出淮南煤田热储法计算结果(见表1)。

表1 淮南煤田地热储量表

注：每kg标准煤产热量按7 000kcal计算。

3.2 地热资源开发前景

通过以上计算，淮南煤田热储层资源总量为2.52×1015kcal，可采热能储量为6.31×1014kcal，合标准煤0.9亿吨，即可发电1.80×1011度，按每度电0.5元计算，具有900亿元的潜在的经济价值。根据两淮矿区现有的地热资源现状，并针对井下低温地热资源严重浪费的现象，该区地热资源利用可分为地热资源的直接利用和井下“余热”利用。

淮南煤田地热为古生代热储和晚第三纪热储，多埋深在300m以下，1 000m以浅热储温度最高可达50℃，属于温热水资源，1 000m以下深部热水甚至达到60℃热水标准，这些热储资源均可直接用于取暖、医疗、洗浴、温室农业生产等。

而在煤矿开采过程中，常伴随有矿井水和矿井回风的产生，矿井水和进入矿井的空气不断与围岩进行热交换，并最终达到平衡，所以矿井水和矿井回风的温度全年基本恒定，受外界气温的影响很少，故而是一类稳定的较优质的“余热”资源，也是一种储量巨大的可再生低温热源。如果开发利用，将对煤矿能源结构的调整和绿色生态矿山的建设具有重要的推动作用，并且在一定程度上能够缓解深部煤矿开采的热害问题。煤矿低温地热资源利用主要有两大类，其一为井下风热，即巷道风温的利用；其二为井下水热，即矿井排水水热资源的利用。目前，河北冀中能源开发研究的矿井低温热源利用已在多个矿井得到应用，并取得了良好效果[15]。淮南煤田地热分布广、储量大，因此，大力开展地热利用应是研究区重点发展的方向之一。

4 结论

(1)淮南煤田现今地温梯度主要介于0.25～0.35℃/km之间，平均地温梯度为0.29℃/km，高于同处华北板块东南缘的淮北煤田； 该区-500m水平平均地温为29.96℃，-1 000m水平为41.84℃， -2 000m水平为69.62℃，显示出温度与埋藏深度具有很好的正相关性；在-1 000m水平，井田基本全部达到了40℃中温热水低温地热资源资源的标准，在达到-2 000m水平时，几乎全部达到了60℃热水资源标准；各水平地温分布受地温梯度控制明显，其变化特征和地温梯度分布较为相似，整体表现为北高南低、东高西低的特征。

(2)淮南煤田热储层资源总量为2.52×1015kcal，可采热能储量为6.31×1014kcal，合标准煤0.9亿吨，大力开展地热直接利用和井下低温地热资源利用不仅能够带来巨大的经济和社会效益，而且将对煤矿能源结构的调整和绿色生态矿山的建设具有重要的推动作用，在一定程度上能够缓解深部煤矿开采的热害问题。

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