江苏宝应地区热储类型与勘探前景

2018-12-04郑开富

上海国土资源 2018年4期

关键词：建湖宝应寒武

郑开富，石铭

（1. 中石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏·扬州 225009；2. 扬州市国土资源局，江苏·扬州 225000）

宝应地区位于江苏省中部，夹于江淮之间，京杭运河纵贯南北，是扬州市的“北大门”。构造位置属于下扬子地块苏北盆地建湖隆起中段，北部为盐阜坳陷，南部为东台坳陷(图1)。

图1 江苏扬州市宝应地区区域地质构造Fig.1 The geological structural of Baoying area in Yangzhou, Jiangsu

2005年7月和2014年11月，分别在宝应县射阳湖镇黄荡村和七里村2口地热井勘探，在寒武—奥陶系碳酸盐岩地层中分别获得水温74℃、出水量为2200m3/d和93℃、出水量为1503m3/d的高产地热资源。

宝应地区获得的高温、高产地热资源，对整个华东地区来说都位居前列。为更好地勘探开发宝应地区的地热资源，进一步探寻有利的地热区带将具有极其重要的意义。

1 区域地质特征

1.1 地层特征

苏北盆地系中、新生代陆相断陷盆地，隶属扬子准地台的东段—下扬子区，北界以淮阴—响水断裂与苏鲁隆起为界，西至郯庐断裂，南抵通扬隆起，东与南黄海盆地相接，面积达 4.20×104km2。

苏北盆地是在印支事件之后，覆盖于海相中、古生界之上，经过燕山运动、喜山运动而发育起来的一个以拉张为主的沉积盆地。盆地的基底是印支事件之前的海相中、古生界和元古界碳酸盐岩、碎屑岩建造。印支事件之后，海水完全退出现今的苏北盆地，结束了区内的海相沉积，中、新生代则是在此基础上发育起来的一套分布广泛、厚度大的陆相中、新生界碎屑岩建造[1]。

勘探表明，宝应地区地表均为第四系的东台组覆盖，前第四系仅分布在凹陷与隆起过渡带中沉积且发育不全，因此，该区主要发育为震旦系、下古生界寒武—奥陶系、中生界白垩系和新近系的盐城组等。

地层自下而上依次简述如下。

震旦系：灯影组（Z2d），岩性为厚层状灰色、浅灰色白云岩、白云质灰岩、灰色灰岩，厚度650～850m。

寒武系：中上统（ϵ），岩性为灰色、灰白色厚层状白云岩、硅质白云岩、白云质灰岩、灰质白云岩夹燧石结核，夹泥岩灰岩、生物灰岩，厚度450～600m。

奥陶系：下统（O1）,岩性为厚层状灰色、深灰色灰岩夹结晶生物碎屑灰岩、泥质灰岩和白云质灰岩、白云岩、含白云质灰岩夹页岩，厚度150～350m。

白垩系：浦口组（K2p），岩性为厚层状棕色泥岩、粉、细砂岩、膏质泥岩，厚度0～1420m。

新近系：盐城组（Ny），岩性为薄—厚层状灰色、灰白色砂岩、砂砾岩，与灰色泥岩互层，厚度0～450m。

第四系：东台组（Qd），岩性为杂色粉质黏土、黏土、砂土夹粉砂，局部砂层含砾，厚度0～200m。

1.2 构造特征

燕山晚期—喜马拉雅早期的构造运动以断块作用形成的隆起与凹陷为特征，并奠定了现代地貌的轮廓，苏北盆地就是该时期构造运动的产物。

（1）褶皱

建湖隆起横亘苏北盆地中部，其北为洪泽湖－盐阜坳陷，南为东台坳陷。隆起带西段洪泽－安丰一带主要由震旦、古生界组成的复式褶皱；东段在建湖－伍佑一带，由于与北东构造复合，导致在建湖隆起北侧向北东分叉为两支，隆起在此外加宽，主要由白垩系组成。该构造带为一中生代隆起，对晚白垩世及第三纪的沉积有一定的控制作用。其南侧为东台坳陷中的金湖凹陷，金湖凹陷的新生代沉积厚达5000～6000m，其北界即为第三纪沉积边界，大体呈东西向展布；其北侧为大致呈东西向展布的洪泽－盐城坳陷；东延出区与黄海中部东西向隆起相接。该构造带总体呈东西向展布，由于受其它构造复合，致使其西段转向南西，东段在南黄海海域有向南东偏转的趋势[2-3]。

（2）断裂

区内断裂主要以NE向及NNE向和NW向三组断裂为主，控制了区内构造格局[4]（图2）。

平桥—流均断裂（F1）：区域内断裂位于平桥－流均，断面产状310 60，重力异常图有明显反映，为密集重力梯度带。西段切割浦口组，东段上盘为浦口组，下盘为震旦系，为建湖隆起的北界断裂。

丁嘴—泾河断裂（F2）：区域上断裂自丁嘴经白马湖农场至泾河，北西走向，为一平移断层，错断平桥－流均断裂、海泗断裂，具左旋性质，重力异常图有明显反映，为密集重力梯度带，航磁异常图上亦有明显反映，调查区位于断裂南段。

北西向断裂（F3）：区域内北西向断裂比较发育，与主要构造轴线（NE向）垂直或斜交，据资料显示分析断裂多数为扭性、张扭性，在物探资料上表现为切割异常轴线。它们形成时代较晚，与调查区关系密切的北西向断裂为丁嘴—泾河断裂。

图2 宝应地区基岩地质Fig.2 Base rock geology of Baoying area

1.3 岩浆岩

通常，在苏北坳陷的凹陷与凸起的交接部位，由于长期活动的主干断裂发育且深达地壳深部，因此使上地幔的岩浆岩有通道进行喷溢和侵入。

侵入岩主要有渐新世晚期的辉绿岩等细小的岩脉产出。

火山岩有侏罗系的安山岩、玄武玢岩及新生代的碱性玄武岩喷发，区内新生代玄武岩喷发期主要有两次，即始新世晚期(分布于垛一段内)和中新世早期(盐一段)。

根据区域地表露头和钻孔资料，宝应地区的岩浆岩发育程度较差。

2 热储类型

2.1 孔隙—裂缝型

根据宝应地区基岩地质分布特征，区内主要发育了以震旦系、寒武系和奥陶系的海相碳酸盐岩为主，岩性以灰岩、白云岩为主，在长期、强烈的构造运动和风化溶蚀、淋滤的作用下，有利于裂隙的形成和溶洞的发育，从而导致岩溶水的发育和赋存，并形成高产、高温的地热资源。

JR1井自2450m以下发育厚度 0.5m的裂缝有11条，其中二类裂缝3条，三类裂缝8条，累积厚度125.4m（表1）。钻探证实，其属孔隙—裂隙型热储类型。

表1 JR1井解释裂缝统计Table 1 Statistics of interpreted frctures in JR1 well

2.2 溶蚀孔洞—裂缝型

BR1井自470m进入寒武—奥陶系碳酸盐岩后，共钻遇破碎带21层。其中，7处出现钻具放空，最大放空井段位于1198.85～1203.55m，放空4.70m（图3）。

根据电测成果，结合钻井情况，BR1井的主要热储层为寒武—奥陶系的白云质灰岩、灰岩，溶蚀孔洞极其发育，在钻井过程中，呈多次出现放空，最大放空达数米，说明该区的热储类型为溶蚀孔洞—裂缝型（表2）。

表2 BR1井电测解释综合统计Table 2 Statistics of electric interpretation of BR1 well

图3 宝应地区BR1井地层柱状Fig.3 Strata column chart of BR1 well in Baoying area

3 热储层的赋水性与热储模型

3.1 热储层的赋水性

苏北盆地在整个地质发展过程中经历了扬子陆块基底形成阶段（晋宁期）、褶皱盖层形成阶段（印支—加里东期）和滨太平洋大陆边缘活动带阶段（燕山—喜马拉雅期）三个主要发展阶段。

对于位于建湖隆起中段的宝应地区，白垩系浦口组直接覆盖于奥陶系碳酸盐岩顶面，缺失上古生界。

根据区域地质特征，印支加里东构造层中新元古界震旦系、下古生界寒武系—奥陶系、上古生界石炭系—二叠系及中生界三叠系碳酸盐岩地层因其裂隙岩溶发育而成为区内重要的地热储层。燕山构造层（侏罗系、白垩系）以陆相碎屑岩—火山岩地层为主，因其不含水、热导率低、厚度大、分布广而成为区内良好的地热盖层。喜马拉雅构造层（古近系、新近系、第四系）以陆相碎屑岩和松散堆积为主，它即是良好的地热盖层，同时又含有重要的地热储层。

根据BR1井实测地温结果，在局部层段存在异常地热层段，最高地温梯度达到8.54 /100m（表3）。

BR1井的地热水为HCO3-Na·Ca型，反映其形成条件主要为长期的风化、淋滤作用，径流条件好。在深部热传导的作用下，上覆热储层裂隙、溶洞极其发育，而且渗透性较高、含水层厚度大，因此，形成了宝应地区具有富水性能较强的地热资源系统。

表3 BR1井地温异常层段统计Table 3 Abnormal geotemperature statistics of BR1 well

就宝应地区而言，可作为地热储层的地层为震旦系灯影组、黄墟组及寒武系炮台山组、幕府山组，岩性以灰岩、白云岩为主，有利于裂隙－岩溶水发育和赋存[1]。

3.2 热储模式

（1）热源与热通道

热源：勘探表明，宝应地区的热源主要来自于地球内部，由于强烈的构造运动、深大断裂的长期活动，使地球内部发生剧烈构造活动，形成深大断裂，导致地球内部的热能沿断裂自深部向浅部地层传递，从而沟通了地球内部热能的传导，形成了该区较为正常的地温梯度。

热通道：从宝应地区地热热储层的发育状况判析，断裂作用引起的裂隙非常发育，另外，北西向断裂深度较大，且错断北东向断裂，裂隙发育，因此，表明断裂既是本区热传导的主要通道，又是本区地热水蓄积与运移的良好通道。

（2）热储层

宝应地区的热储层，均为奥陶—寒武系的碳酸盐岩，岩性主要为白云质灰岩、灰岩、灰质白云岩和白云岩。平均孔隙度为3%，渗透率一般 1.0md。因此，储集空间均以裂隙、溶洞为主。

（3）热盖层

宝应地区的地热盖层主要为第四系、新近系和白垩系。

第四系松散层，厚度较大，黏土层热导率低，透水性差。新近系、古近系、白垩系均具有较好的隔热保温作用，纵向上，形成致密不渗透层的层状叠覆状，水力联系弱，有利于热储层蓄热增温，构成良好的地热盖层。

根据上述，宝应地区的热储模型，总体上为：大气降水沿地下孔隙与基岩裂隙不断下渗形成地下径流，长期运移的地热流体通过北西向断裂控水构造裂隙不断上升，蓄积于本区奥陶—寒武系碳酸盐岩地层中，并经来自于地球内部传导热能进行自然增温，以热传导方式接收热量，水介质在原地被动接收热量而形成了该区的地热资源系统，属于传导型地热资源系统。

4 勘探前景

4.1 大地热流与重磁特征

大地热流简称热流，是地球内部热能传输至地表的一种现象。热流值(q0)由三部分构成：地壳的放射性生热（qc）、构造—热事件引起的热扰动（也称构造热）（qt）和岩石圈底部的地幔热流（qm），其值在一定的地质时间和区域范围内基本保持不变，即为背景热流。因此，地表热流值的高低反应了地热流的异常情况[5]。

宝应地区的地热值为70～74mw/m2，属于正常地热异常区，其地温梯度在3.0℃/100m以上。

宝应地区的布格重力显示，呈两低一高特征，中部为建湖隆起重力高，呈近东西—北东方向展布；南、北侧为金湖凹陷、洪泽湖凹陷重力低，呈近东西方向展布，其间又有多个次级异常，局部为重力正异常。因此，宝应地区处于中部重力高与南侧重力低的过渡带上，在布格重力异常图呈重力高，重力值在2～8mgl，剩余重力异常图上呈重力低，重力值在-1～-3mgl。

磁场是地壳内的岩石或地质体与围岩间的磁性差异。沉积岩一般呈无磁特征，以平静负磁场为主要特征，而火山岩、次火山岩磁参数变化范围大，最大值可为平均值的数十甚至数百倍。

宝应地区的磁力Δt异常值介于0～-20nT之间，说明该区磁场平静，无火成岩分布，即无异常高温条件，处于正常地温梯度范围。