山西省闻喜县地热资源成因分析

林强

（山西省地勘局二一四地质队，山西运城044000）

1 勘查区构造

1.1 断裂活动

勘查区地处山西地台的南端，属华北地台汾渭、山西、豫西三个二级地层区的交界地带，大地构造位于华北大陆亚板块南部鄂尔多斯地块与河淮地块接触带南端，勘查区处于涑水河断陷盆地的中心。有多条断裂分布在新生代地层中，而后又被晚新生代的沉积覆盖，这些断层范围较小，总体呈北东—南西向，倾角较大在60°~65°以上，与勘查区南部地区的新华夏系的新构造运动一致。中条山北麓大断裂以及峨嵋台垣南侧断裂等这些“老”断裂在晚近期又进一步发展成活动断裂，继续控制着区域的演化。本区的“新”、“老”构造综合控制着运城断陷盆地的形成与演化。

1.2 新构造运动兼有继承性和新生性

本区新构造运动集成“老”构造运动明显，集成于燕山期。“新—老”构造的持续运动控制了盆地的形成与演化。中条山北麓大断裂、峨嵋台垣南侧断裂以及鸣条岗等持续活动在新生代地堑盆地两侧的上升盘持续上升，断陷盆地持续下降。表现为温泉出露、地震的产生等构造运动的特征，并且在古近系地层中形成的新构造又体现了新生性。老构造和新构造的共同作用构成了现在地形、地貌的总体格架。

1.3 勘查区主要构造特征

勘查区为沉积平原，地表沉积了巨厚的盖层，新的构造带不明显，均为隐伏断层。大的构造为北东—南西向一系列平行断裂带，主要构造是中条山前北侧大断裂和峨嵋台垣南侧断裂、鸣条岗隆起、涑水河凹馅等3~5条北东—南西向平行断裂构造带。勘查区展布于涑水凹馅平原区，位于运城断陷盆地的东北部边缘，为向西南倾斜的单斜构造。勘查区主要断裂带分述如下：

（1）F1（峨嵋台垣南侧）断裂带。断裂带位于工作区西北部，沿峨嵋台垣南侧与涑水沉积平原接触带一线展布，断裂沿仪张村—姚村—卫家庄—西阜一带，走向NE45°，倾向河槽位于勘查区西北部。地表为第四系覆盖，地貌上形成一高达10~15m的黄土陡坎。为一倾向南东的高角度正断层，走向北东—南西向，长度约为10~15km，断距约为100~130m。该断裂带中生代以后活动强烈，勘探区内经过物探勘测剖面，已判定为一条断裂构造存在，勘查区定名为F1（峨嵋台垣南侧）断裂带。

（2）F2（鸣条岗台垣北侧）断裂带。断裂带位于工作区东南，沿鸣条岗北侧与涑水沉积平原接触带一线展布，断裂沿重村—上邵王村—西官庄—南宋村，走向NE45°，倾向河槽。位于勘查区西南部，长度约30km。根据物探资料和钻孔资料的反映，深部可能具有构造的隐伏断层，该断裂带断距大于100m，向南断距逐渐减少，走向北西—南东向，倾向西南为一高角度正断层。勘查区定名为F2（鸣条岗北侧）断裂带。

2 储热层特征及储热条件

2.1 盖层（保温层）

根据钻孔资料，0~360.0m为新生界第四系全(Q)地层,其中：0~28.0m为上更新统(Q3)地层，28.0~200.0m为中更新统(Q2)地层，200.0~360.0m为下更新统(Q1)地层。360.0~645.0m为新近系(N)地层，645.0~1212.0m为古 近 系(E)地层。1212.0~1390.0m为 奥 陶系(O)灰岩、白云质灰岩，1390.0~1805.0m为寒武系(∈)灰岩、白云岩。1212m以上地层为松散半松散沉积层，为该区主要盖层，全部封闭不取水。盖层分布规律由边山—冲洪积倾斜平原逐渐过渡到盆地冲积平原，厚度由薄到厚，岩性由粘性土、亚砂土逐渐过渡到亚粘土—粘土，粘土厚度也增大，含水层由砾石、砂砾卵石逐渐过渡到粗砂夹砾石卵石—中砂—中细砂—粗砂，水位埋深由深变浅。

2.2 地热热源

根据区域地热来源，参考收集周边的浅井及地热井资料，在勘查区的中地壳中存在低速高导层，这一低速高导层（高温半熔融状态）具有温度高（600℃）的物理特性，然后通过热传导和热对流两种主要热交换方式，便可将深部热能转化为浅部地热能将深部的热导入浅部，是浅部地热的直接来源。

勘查区具有冷水深循环加热的良好条件：①有边缘铲式活动断裂带，其断裂深、破碎带宽，可成为冷水下传至基岩加热的主要通道；②有盆地内活动断裂作为加热后的热水向地表运移的通道；③有基岩隆起带热储构造，包括碳酸盐岩岩溶裂隙型及松散岩孔隙型。

3 勘查区热储层水文特征

根据热储层埋藏条件和含水介质，勘查区内地热水可划分为碳酸盐基岩裂隙承压水,广泛分布于勘查区。

根据勘探孔（井）揭示，热储层埋藏深度较大，深度在1212m，揭露地层厚度593m，储热含水层埋深1212~1805m，构成储热层主要岩性为奥陶系、寒武系灰岩、鲕状灰岩，主要含水层厚约97.60m。

储热层主要接受F1、F2两条铲式构造深部侧向补给，地下水径流方向与涑水河水流方向一致，总的运动方向是由北东向南西流动，向南侧运城凹陷盆地深层排泄，另外通过人工开采形式排泄也成为主要的排泄方式之一。

通过抽水试验结果及水质分析，勘查区内地热水静止水位埋深89.42m，出水温度62℃，当水位下降41.98m时，单井出水量为105.6m3/h，单位涌水量0.699L/（s·m）。判定所揭露层段富水性中等。矿化度2.1g/L，水质类型为Cl·SO4-Na型水。

4 勘查区地温梯度

4.1 地温梯度推算

本次勘探井测井深度1802.23m（H），井底温度69.97℃（T），地表恒温层厚度采用30m，温度采用年平均气温13.5℃。根据物探测温资料，采用公式G=（Tt）/（H-h）×100分段进行计算勘查区地温梯度。

经上述公式计算：

勘查区内第四系（0~360m）地温梯度为6.1℃/100m；

新近系（360~645m）地温梯度为2.6℃/100m；

古近系（645~1212m）地温梯度为2.7℃/100m；

奥陶系（1212~1390m）地温梯度为2.8℃/100m；

寒武系（1390~1805m）地温梯度为2.4℃/100m。

根据测井温度记录计算全孔段地温梯度，计算如下：

G=（T-t）/（H-h）×100=(69.97-13.5)÷（1800-30）=3.2℃/100m

根据测井温度计算勘查区地热田地温梯度约为3.2℃/100m。

4.2 地温特征

根据勘查区调查浅井资料显示，区内浅层无地温异常，地下0~200m埋深，水温一般为13℃~30℃。深部靠地热增温而形成储热层，平均增温梯度2.8℃/100m；700m埋深，温度一般在42℃左右；1280m埋深，温度一般在58℃左右；1800m埋深，温度一般在70℃。以上特征与同一类型的渭河盆地及运城盆地地温场特征大致相同，具有由浅到深递减的趋势。这一规律说明热源主要来自深部热流的传导。

综合上述分析，本区具备形成地热温度场的条件，上部有巨厚的保温层，下部有良好的储存及埋藏深度条件，具备了开发和利用地热能的先提条件。

5 结论

（1）在综合分析区域地质构造特征的基础上，判定勘查区内主要构造在勘查区的北部峨嵋台塬南部断裂，鸣条岗北侧断裂，其次位于勘查区涑水河两侧的北东南西向次一级断裂构造。

（2）本次勘查施工一眼勘探孔，根据地热勘探孔（井）揭露的地层岩性特征，划分为两个热储层段：主要为奥陶系中统（O2）承压岩溶裂隙含水层与寒武系张夏组（∈2z）承压岩溶裂隙含水层。

（3）根据勘探孔抽水试验数据，采用降深50m时的合理出水量，估算100年地热井开采对热储的影响半径（R），经过计算，影响半径为2487.52m，按面积推算出可布置2眼地热开采井。闻喜县城区地热田热能13.71MW，按GB11615-2010《地热资源地质勘查》规范地热储量划分标准，山西省闻喜县城区地热田规模属于“中型”地热田。

（4）本次勘探探采结合井位于闻喜县城，先后揭露了新生界第四系、新近系、古近系、奥陶系及寒武系地层。取水段主要是1300m以下热储层，静水位埋深89.42m，降深41.98m时，出水量2534.4m3/d，水温62.5℃。