安徽省亳州市城南地热田地热资源特征分析

2019-05-09黄多成王守沛

资源信息与工程 2019年2期

黄多成，王守沛

(安徽省地质环境监测总站，安徽合肥 230000)

地热能是绿色低碳的可再生能源，储量大、分布广、清洁环保。地热资源功能多，用途广，不仅是一种洁净的能源资源，可供发电、采暖等利用，还是一种可供提取溴、碘、硼砂、钾盐、铵盐等工业原料的热卤水资源和天然肥水资源，同时还是宝贵的医疗热矿水和饮用矿泉水资源以及生活供水水源。实践表明，对地热资源进行综合开发利用，其社会、经济和环境效益均很显著，在国民经济发展中已显示出越来越重要的作用。

亳州市位于皖西北边陲，黄淮平原南端，地理位置优越，交通便捷。前人根据区域性地质条件研究成果，分析发现亳州市蕴藏有埋藏型深层地热资源。于1998～1999年相继施工了地热井，水温43～52 ℃，地热水资源丰富，适用于居民保健洗浴。

1 区域地质条件

1.1 地层岩性

根据《安徽省区域地质志》，勘查区地层属于华北地层区淮河地层分区淮北地层小区。区域地层主要发育有太古界五河群，下古生界寒武系、奥陶系，上古生界石炭系、二叠系，新生界新近系、古近系和第四系，地表皆为第四系覆盖，第四系厚约160 m。

上太古界五河群主要岩性为灰黑色二长片麻岩夹斜长角闪片麻岩、闪长玢岩等。在勘查区西部钻探揭露，顶板埋深800 m左右。

下古生界包括寒武系和奥陶系。寒武系主要为一套碳酸盐岩沉积，总厚度651～1 189 m，主要分布在谯城区东部的观堂和北部的张集北，顶板埋深200～600 m不等。奥陶系为一套海相灰岩、白云岩沉积，厚度365～546 m，主要分布在谯城区东部的观堂和北部的张集北，顶板埋深200～700 m。

上古生界包括石炭系和二叠系。石炭系主要为一套碳酸盐岩和碎屑岩沉积，总厚度140～185 m，主要分布在谯城区东部的观堂和北部的张集北，顶板埋深200～750 m。二叠系主要为一套碎屑岩沉积，总厚度333～1 297 m，主要分布在谯城区东部的观堂和北部的张集北，顶板埋深200～750 m。

新生界包括古近系、新近系、第四系。本区古近系为一套红色河湖相碎屑岩构造，构成一个较大的沉积旋回，总厚度840～1 500 m。新近系为一套河、湖相沉积物，区内皆被第四系覆盖。区域上第四系较为发育，第四系总厚度约160 m，为一套河、湖相沉积的松散岩类沉积物，岩性主要为灰黄色、棕黄色细中砂、粉细砂、亚黏土，并交互成层，区域上及垂向上岩性变化较大。

1.2 地质构造

区域性断裂构造主要为NNE向和NWW向断层，均形成于喜山早期。区域性的NNE向断裂有油集断裂(F3)从勘查区东侧通过；区域性NWW向断裂有颜集断裂(F5)、宿北断裂(F6)，分别从勘查区北部和南部通过。宿北断裂是控制亳州隆起最南端的断裂，颜集断裂错切张集背斜南端。勘查区内NNE向次级断裂主要有位于亳州隆起西侧的张完集断裂(F1)和东侧的亳州断裂(F2)以及位于亳州隆起北端NWW向次级涡河断裂(F推1)。

2 水文地质条件

2.1 含水岩组特征及富水性

根据地下水的赋存条件以及含水介质的空隙类型，本区地下水分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和变质岩类裂隙水。其中松散岩类孔隙水分布于新近系及第四系地层中，按补给途径及埋藏条件，可分浅层及深层两大含水层组。深层含水层组按埋藏条件及资源属性可进一步划分深层一含、深层二含和超深层多个含水层组。

松散岩类浅层含水岩组主要由全新统、上更新统组成，埋深50 m以浅，属潜水或半承压水。有1～3层含水砂层，累计厚5～15 m，岩性为粉砂、粉土、粉质黏土夹细砂和少量粗砂。单井涌水量一般大于1 000 m3/d，部分地区单井涌水量在500～1 000 m3/d，局部涌水量小于500 m3/d。区域浅层孔隙水水化学类型以重碳酸型淡水为主，溶解性总固体1.0～1.5 g/L，总硬度300～700 mg/L，pH值7.1～7.7。水化学类型为HCO3—Mg·Ca、HCO3—Mg·Na、HCO3—Na型，局部为HCO3·Cl—Mg型。

松散岩类深层(一含)含水岩组主要由第四系中、下更新统组成，埋藏于50～160 m深度，为承压水，含水层岩性为粉土、粉砂、细砂，厚度25.1～55.3 m。该层含水微弱，透水性差，单井涌水量一般小于500 m3/d。水化学类型以氯化物、硫酸盐水为主，溶解性总固体大于2.0 g/L，总硬度950 mg/L左右，pH值7.5～7.7。水化学类型为Cl·SO4—Na·Mg，南部为HCO3·Cl—Na型。

松散岩类深层(二含)含水岩组由新近系上新统组成，大致埋深于160～500 m之间，为承压水。含水层岩性主要为粉砂、细砂、中砂、中粗砂，厚度148～214 m，水量较丰富，沿涡河两岸，单井涌水量小于1 000 m3/d，谯城区南部、北部单井涌水量1 000～2 000 m3/d。

松散岩类深层(三含)含水岩组由新近系中新统组成，大致埋深于500～800 m之间，为承压水。含水砂层多由粉砂、细砂、中砂组成，局部半固结状，厚度62.9～161.8 m，单井涌水量一般大于1000 m3/d，是本区地热资源的主要热储层之一，水温40 ℃左右。超深层孔隙水水化学类型为氯化物，溶解性总固体1.46 g/L，总硬度22 mg/L左右，pH值8.14。水化学类型为HCO3·SO4—Na型。

碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组由古近系界首组、双浮组组成。界首组、双浮组分布于亳州隆起两侧的下降区内，顶板埋深一般760～800 m，含水层岩性为半固结的细粉砂岩，局部底部为含细砾中粗砂岩，厚度大于400 m。是区内地热的主要热储层之一，水温40～60 ℃，单井涌水量1 000 m3/d左右。溶解性总固体大于10g/L，总硬度70～400 mg/L，pH值7.16～7.48，水化学类型为Cl—Na型。

变质岩类裂隙含水岩组埋藏于新近系之下，沿勘查区西部的亳州隆起分布，为太古界五河群二长片麻岩，岩石完整，富水性弱。顶部风化带及其断裂带可作为带状热储，单井涌水量500 m3/d左右，水温约40 ℃。

2.2 地下水补给、径流、排泄条件

浅层孔隙水主要接受大气降水的补给。自然状态下，其地下水径流方向与区域地面倾向大体一致，由西北流向东南。地形较平坦，地下水力坡度万分之一左右。地下水水平运动滞缓，排泄途径以垂向蒸发为主，次为枯水年份和枯水期河渠排泄一部分地下水。浅层孔隙水补、径、排主要是“入渗—蒸发”型，局部地段受人工开采影响。

自然状态下，深层孔隙水的补给来源主要是获取上游的侧向径流及浅层孔隙水的越流补给，补给源较弱。地下水径流方向为从西北流向东南，与地表水系流向基本一致。其排泄方式以人工开采及侧向径流为主。

3 地热地质条件

3.1 边界条件

亳州地热田热水温度为40～60 ℃，属低温地热资源温热水。根据地热成因及埋藏条件为层状分布、构造控制的盆地型地热田，主要有新近系热储和古近系热储。勘查区地热田两热储边界条件受断裂、基底地质构造以及地层结构控制和影响。

新近系热储在勘查区广泛分布，面积72.4 km2，主要储存于新近系下段馆陶组下部的粉砂、粉细砂、细砂、中细砂层中，热储顶板埋深661.85～736.55 m，底板埋深754.60～868.40 m，热储层厚度62.92～161.85 m。其热储之上稳定分布厚度为108～183 m不等的黏性土，为较好的地热盖层。该热储层周边为敞开的无限边界，均能接受侧向补给。

古近系热储主要储存于界首组、双浮组细粒砂岩、中粒砂岩孔隙、裂隙中，顶板埋深814.05～901.85 m，底板未揭穿，至1 600 m深热储层厚度383.65～423.6 m。受亳州隆起影响和涡河断裂切割大致可分为两区块：一区块位于涡河人民桥—市液化气公司(F1断层)一线以东地区，面积51.1 km2，该热储西侧为亳州隆起，为阻(隔)水边界；南、东侧为无阻(隔)水边界；另一区块位于涡河以北郑店子附近，面积3.7 km2，该热储南侧为阻(隔)水边界，西侧为半阻水边界，东北为无阻(隔)水边界。

3.2 热储特征

根据地热田热储埋藏条件，将勘查区热储划分为新近系热储和古近系热储。

新近系热储分布在勘查区全区，顶板埋深661.85～736.55 m，底板埋深749.60～856.40 m，勘查区北部(涡河断裂以北)顶板埋藏稍深。热储主要由较松散的粉细砂、中细砂组成，局部微固结，厚62.92～161.85 m，自北向南渐薄。单井涌水量1 000～2 000 m3/d，地热水温度40～45 ℃。新近系热储上覆有分布稳定的黏性土盖层。在亳州隆起地段，新近系下部夹含砂砾层，底与五河群变质岩风化带接触，单井涌水量可达2 500 m3/d，受基底隆起影响地热水温度偏高。

古近系热储受构造控制，分布于亳州断裂以东地区和勘查区西北部涡河断裂以北郑店子附近。顶板埋深亳州断裂以东地区754.60～823.25 m，涡河断裂以北849.00～856.40 m。主要由细粒砂岩、粉砂岩，局部中砂岩组成，厚383.65～423.60 m。古近系热储呈固结状，其上覆分布有稳定的巨厚层黏性土作为盖层。该层单井涌水量1 000～1 500 m3/d，地热水温度45～60 ℃。本次钻探成井揭露最大深度为1 628 m，物探推测下限深度可达2 300 m左右。

3.3 地温场特征

浅部地温场是地表以下200 m以浅岩土体温度分布及其变化状态的总和，受太阳照射和地球内部热能综合作用的控制。地温在地层中的变化是岩土体热导率的效应，恒温带以下地层主要受地球内部热能控制。200 m以浅自上而下划分为变温带、恒温带和增温带。勘查区在地下水开采状态下，地下水径流交替较明显，恒温带平均温度17.0～17.5 ℃，高于当地年平均气温2 ℃左右。区内恒温带厚5～20 m，上限深度10～20 m，下限深度15～30 m，部分地段恒温带较薄。增温带地温变化情况用地温梯度表示，即深度每向下增加100 m所增高的温度值。地温梯度主要与控热的地质构造、地层岩性、地下水及地质结构等条件相关。经计算，盖层地温梯度每100 m 3.08～3.88 ℃，平均地温梯度每100 m 2.84～3.23 ℃。

4 地热概念模型

本区地热评价的主要目的层是古近系古新统双浮组、始新统界首组热储和新近系中新统馆陶组热储。

在对勘查区地热地质条件进行概化，勾画出地质模型的基础上，提出地热概念模型，其中热储模型由盖层、热储层、热储通道及热源四要素组成。热源、热运移通道、热储层、盖层四要素的存在及其有利组合是地热资源形成的基础条件(见图1)。

4.1 地热源

通过对以往地热资源的研究认为，华北平原热流的62%来源于地壳深部，38%来源于地幔。根据石油天然气总公司对冀中坳陷地壳结构模型，采用“剥皮”法计算，源于放射性和上地幔的热流约各占50%。上述说明岩壳放射性生热对地热场的影响起着非常重要的作用，地热的热量源于地下深处，并在较大区域内通过上覆介质不断地向地表方向传递。

勘查区总体属于地热正常区，热的来源有二：一是地球的放射性元素的热蜕变，二是来自上地幔。同时，由于勘查区与相邻地区相比莫霍面相对较浅，对地幔热能的传递较为有利；其基底起伏及断裂构造分布有利于地球内热能向勘查评价的热储层传递。

4.2 热储层

勘查区主要有新近系中新统馆陶组和古近系古新统界首组、双浮组两个热储层，其中新近系中新统馆陶组热储层顶板埋深660～730 m，热储层砂层平均厚度约104.14 m。根据勘查区钻探资料得出，古近系上部古新统界首组、双浮组热储层顶板埋深754.52～868.40 m；由粉细砂岩、粉砂岩组成，平均厚度约403.7 m。根据勘查区大地电磁测深报告得出，勘查区范围内古近系底板平均埋深约为2 300 m，推算得出古近系下部岩层厚度约为700 m。结合古近系热储上部砂层厚度所占该层段的比例，进行保守性推算古近系下部热储层厚度约为210.0 m，推测热储下部含水层主要为粉砂岩，区内热储多层组合，呈层组分布。

图1 地热概念模型图

4.3 盖层

本区新近系热储埋藏于661.85～736.55 m以深。661.85～736.55 m以浅由新近系和第四系组成，岩性为黏土、粉质黏土交互成层，区域上水平和垂向上分布较稳定，构成新近系热储的上覆盖层，其保温性能较好，该层热导率较低，阻止着热储层散热，也阻止着浅部低温水的渗入，是新近系热储的良好保温盖层，也可称之为本区地热第一盖层。

第四系和新近系总厚800 m左右，可总体构成古近系热储的盖层，即为本区第二热储层的盖层。

4.4 地热流补给及运移通道

本区地热流体在自然状态下以远处的侧向补给为主，在开采状态下可通过无限边界从区外补给。由于盖层发育且较稳定分布，其垂向补给微弱。区内地热流体一部分为盆地沉积物形成时保留下来的古沉积水，一部分为大气降水溶滤而成。

5 地热资源计算与评价

5.1 地热能资源计算与评价

本次勘查表明，勘查区蕴藏有较丰富的地热资源，经计算，勘查区新近系热储地热资源量6.197×1017J，古近系热储上部地热资源量2.440×1018J，古近系热储下部地热资源量1.494×1018J，勘查区地热资源总量4.554×1018J。煤的热值按29.3×106J/kg计，折合标准煤1.554×108t，换算成电能为1.265×1012度。可利用地热资源量8.360×1017J，折合标准煤2.853×107t，换算成电能2.322×1011度；以可利用地热资源量折合标准煤计，价值达71.325亿元人民币。

5.2 地热流体资源量评价

新近系热储地热流体资源储存量2.652×109m3，古近系热储上部地热流体资源储量5.879×109m3，古近系热储下部地热流体资源储量1.828×109m3。根据上述计算结果，勘查区热储地热流体资源储总量1.036×1010m3。按新近系热储和古近系热储上部可采比例系数取值20%，古近系热储下部可采比例系数取值15%,新近系热储可采热流体资源量5.304×108m3，古近系热储上部地热流体可采资源量1.176×109m3，古近系热储下部地热流体可采资源量2.745×108m3。勘查区两热储层地热流体可采资源总量为1.981×109m3。