江苏省宜兴市元上地区地热地质特征及钻井设计

刘 晓，赵 莉，于贞贞，李 帆

（山东省煤田地质局第三勘探队，山东 泰安 271000）

1 调查区地热地质条件

1.1 地热储层

调查区地热储层为三叠纪和二叠-石炭纪的碳酸盐岩地层。三叠纪青龙组岩性主要为微晶、粉晶质灰岩，二叠-石炭纪的栖霞组、船山组、黄龙组、老虎洞组岩性都以微晶、细晶灰岩、白云岩为主。在断裂部位碳酸盐岩岩溶裂隙较为发育，富含地热水，是理想的地热储层。

（1）青龙组（T1q）：上部为灰黄色薄层泥岩夹泥灰岩，灰色薄层状粉晶灰岩夹泥质泥晶灰岩及泥岩，局部夹砾屑微晶灰岩。下部为灰色薄-中层状粉晶灰岩与紫灰黄色泥晶瘤状灰岩互层；粉晶灰岩夹蠕虫状灰岩，局部夹白云质灰岩。

（2）栖霞组（P2q）：自下而上可分五段：①碎屑岩段，为粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质页岩及夹薄煤层的含煤岩系，厚0.4 ～2.5m；②臭灰岩段，深灰、灰黑色中-厚层状沥青质灰岩，生物屑灰岩，厚30 ～90m；③下硅质层段，深灰、灰黑色薄-中层状硅质岩夹灰岩，厚5 ～10m；④灰岩段，深灰、灰黑色中厚至块状微晶灰岩，生物屑灰岩、含燧石结核或条带，厚100m；⑤上硅质层段，深灰、灰黑色薄层状硅质岩，夹薄-厚层状微晶灰岩、硅质白云岩，厚4 ～25m。

（3）船山组（C3P1c）：岩性为灰-灰黑色厚层块状核形石微晶灰岩、亮晶灰岩及生物屑微晶灰岩。

（4）黄龙组（C2h）：主要岩性为灰-浅灰色厚层块状微晶灰岩、生物屑灰岩，底部为粗晶灰岩，常含燧石结核及条带。

（5）老虎洞组（C1-2l）：岩性为灰色中厚层细晶粉晶白云岩夹钙质泥、页岩和少量燧石结核，具石盐假晶和鸟眼构造，底部为石英细砾岩，含砾粉砂质泥岩。

1.2 地热盖层

地热盖层主要为侏罗系和二叠系，其中侏罗系厚度500 ～1500m，岩性主要为火山岩、火山碎屑岩，热导率相对较低，有利于热储层蓄热增温，构成良好的地热盖层；二叠系岩性主要为粉砂质页岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、夹煤层，热导率相对较低，有利于热储层蓄热增温，是良好的地热盖层。

1.3 构造条件

区域上隆凹相间构造是中生代以来上地幔热动力作用的结果，是寻找地热资源的有利构造条件。隆凹相间构造与深切断裂关系密切，凹陷盆地边缘及内部存在一系列平行于盆地边界的深断裂，是深部热源上导的主要通道。

区域上调查区处于溧阳火山岩盆地，位于盆地内北西向新昌-元上断裂上，是有利于热流的上导在浅部会聚，使地层温度增高的部位，因此调查区处于大地热流汇聚的有利部位。

本次可控源音频大地电磁测深的解译结果表明调查区内富水构造较发育，存在北西向、北北西断裂，与区域性北西断裂性质较一致，可能是其在调查区的一部分或其次级断裂。

2 综合地质解译

2.1 地层解译结果

根据可控源音频大地电磁测深、音频大地电磁测深、浅层地表测温资料分析，结合溧阳火山岩盆地内已有深井资料推断，反演电阻率断面图上反映了3000m 以浅大致分为4 个大的电性层。

第 一 层 深 度0 ～500m， 低 电 阻 层， 电 阻 率值1000Ωm 以 上， 厚 度500m±， 为 第 一 电 性 分层，推断为第四纪及侏罗纪黄尖组地层。第二层 深 度500 ～1000m， 中 高 电 阻 层， 电 阻 率 值1000 ～25000Ωm，厚度500m±，为第二电性分层，推断为三叠纪青龙组地层。第三层深度1000 ～2000m，中低电阻层，电阻率在2000Ωm 以下，为第三电性分层，推断为二叠纪地层。第四层深度2000m 以下（或0 ～1000m），高阻电阻层，电阻率在4000Ωm 以下，为第四电性分层，推断为二叠-石炭纪地层。

2.2 构造解译结果

断层解释依据：在电阻率断面图上横向上出现电阻率突变或纵向上见陡立的低阻异常一般是判断断层存在的主要标志。反演电阻率断面图上存在这些电阻率横向突变带，被推断由断层产生。

5条测线共出现了多处很明显的电阻率横向突变带，可能为断裂的反映。本次勘查推断出了F1、F2两条断裂：F1断裂为北西走向，倾角较陡，倾向南西；F2断裂为北北西走向，倾角较陡，倾向北东东，与区域内北西向新昌-元上断裂性质较一致，应是该断裂在调查区的一部分或新昌-元上断裂的次级断裂。

2.3 浅表地温测量

本次工作对调查区浅表地温进行了测量，测量是在可控源音频大地电磁测深解译的基础上，对异常地段进行的，测量点布置在可控源音频大地电磁测深剖面测点上，并结合区域性深部地温场特征对区内水热循环规律进行了研究，为合理确定地热钻井位置提供了参考依据。

浅表地温分布与断裂构造展布及深部地温场关系十分密切。断裂构造带往往存在浅表地温异常，区域上的地温异常也可能是高热流的反映。

根据浅表地温等值线分布图反映呈一北西向的浅表地温较高带，明显高于东南侧，可能与区内北西向断裂构造新昌-元上断裂发育有关。

3 设计地热井井位地热地质条件

3.1 RYYS1 地热井井位地热地质条件

（1）CSAMT 勘查反演断面上，40 线2000 点处纵深1400 ～3000m 存在一相对低阻带，推测为富水断裂破碎带反映。（2）该点位于F1断裂的南西侧不远，是深部热流向上运移的有利地带。（3）本区地下2000m以浅存在地层为侏罗系的火山岩、火山碎屑岩和二叠系粉砂岩、泥岩煤系地层，有较好地热盖层。（4）本区地下有三叠纪青龙组地层和二叠-石炭系的碳酸盐岩地层，是较好的地热储层。

3.2 RYYS2 地热井井位地热地质条件

（1）CSAMT 勘查反演断面上，20 线2300 点处纵深1400 ～3000m 存在一相对低阻带，推测为富水断裂破碎带反映。（2）该点位于F1断裂的南西侧不远，是深部热流向上运移的有利地带。（3）本区地下2000m以浅存在地层为侏罗系的火山岩、火山碎屑岩和二叠系粉砂岩、泥岩煤系地层，有较好地热盖层。（4）本区地下有三叠纪青龙组地层和二叠-石炭系的碳酸盐岩地层，是较好的地热储层。

4 地热钻井地质设计

地热钻井设计、施工、钻井中的地质编录与完井的各种测试应满足成井质量要求和查明地热井地层结构、地温变化、热储的渗透性、地热流体压力及其物理性质、化学组份，取得代表性参数的需要。

4.1 钻孔主要技术要求

（1）钻孔口径应满足取样、测井及完井试验设备、开采设备的要求；终孔口径不小于216mm。（2）按有关规范要求进行钻具丈量和井斜测量，300m 深度内井斜不大于1°，1000m 深度内井斜不大于3°，1000m 以下井斜不大于5°，井深误差不大于1/1000。（3）合理使用冲洗液，钻遇热储层后采用清水或稀泥浆作为冲洗液。（4）表层管深度300m 为宜，固井水泥应上返至井口；技术管下入深度至储层完整岩段，固井水泥应充满管壁间隙，表层管与技术管之间叠合部分不少于30m。固井工艺要兼顾止水、保温，对侏罗系以上井段，采用泡沫水泥或添加绝热材料等办法进行保温固井。（5）钻孔大部分采取无芯钻进，全孔岩屑录井，并做好编录，岩屑录井间距为5m；对热储层、盖层及其他重要的有代表性的岩层采取取芯钻进，岩芯采取率要求不小于70%。

4.2 地球物理测井及地质编录、采样

（1）在钻进过程中和完井后必须进行地球物理测井，并进行测井资料解释，测井项目为井径、井斜、电阻率、自然电位、天然放射性、井温、密度、固井声波等项目。（2）做好地质观察与编录工作，注意观察岩屑成分、岩性变化，并保留代表性的岩屑样品；目标层段应注意观测冲洗液性能及漏失量变化，详细记录钻井涌水、井喷、漏水、涌砂、逸气、掉块、塌孔、放空、缩径等现象；系统测定井口冲洗液的温度变化，对储盖层界面进行判断。（3）应系统采取水、气、岩土等样品进行分析，获取热储、盖层、流体的有关参数。各类样品分析有地热流体全分析、气体分析、微量元素、放射性、毒物分析及岩土分析。

4.3 钻遇地层预测

依据区域地层资料以及本次可控源测量结果，设计地热钻井可能钻遇地层为第四系、侏罗系、三叠系、二叠-石炭系，目标层为三叠纪和二叠-石炭纪的碳酸盐岩地层。

5 结束语

（1）区内地热储层：三叠纪和二叠-石炭纪的碳酸盐岩地层。（2）地热盖层主要为第四系、侏罗系及二叠系的碎屑岩地层；F1 断裂破碎带是有利的蓄水构造。区内地温条件良好，大地热流较强，地温梯度2.1℃/100m。（3）选定了2 处地热井井位（RYYS1、RYYS2），井位分别在CSAMT 勘查40 线剖面2000 点处、20 线剖面2300 点处。设计地热井深度2500m，预测井口出水温度40℃以上，单井出水量大于200m3/d。