鲁西北平原地热资源储量评价

王小刚，李俊峰，董国良

（1.山东省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质大队（山东省鲁北地质工程勘察院）；2.德州市地热清洁能源开发利用中试基地，山东 德州 253000）

地热资源可以再生，是一种新型清洁能源，对促进能源结构调整、生态环境改善和社会可持续发展等都有重要的意义。鲁西北平原包括聊城市、德州市、东营市、滨州市的全部及济南市、淄博市、潍坊市的北部，赋存丰富的地热资源。鲁西北平原在地质构造上为在太古界及古生界基底上发育起来的中、新生代断陷盆地。地热水主要富集在古、新近系层状砂岩的孔隙-裂隙和古生界石灰岩的岩溶-裂隙内。研究区内已有地热井的测温资料表明，地热水的温度大多小于90 ℃，它属于低温地热资源。目前，区内中低温地热资源已被广泛用于供暖及洗浴[1]。

1 地热资源评价方法

根据《地热资源地质勘查规范》（GB/T 11615—2010）[2]和《地热资源评价方法及估算规程》（DZ/T 0331—2020）[3]，鲁西北平原可划分为9 个热储层（组），按热储所处地层的时代，其由新至老、自上而下依次为：新近系明化镇组孔隙热储层（组）、新近系馆陶组孔隙-裂隙热储层（组）、古近系东营组孔隙-裂隙热储层（组）、古近系大汶口组孔隙-裂隙热储层（组）、古近系卞桥组裂隙热储层（组）、白垩-侏罗系裂隙热储层（组）、二叠-石炭系裂隙热储层（组）、奥陶-寒武系碳酸岩岩溶-裂隙热储层（组）以及新太古界泰山岩群变质岩系块状裂隙热储层（组）。古近系大汶口组是区内主要生油、储油地层，为维持储层压力，油气开采一般采用注水驱油技术。地热资源的开采与油气开发存在冲突，本研究不对大汶口组热储地热资源进行计算，孔隙-裂隙热储的计算深度取东营组热储的底板埋深。寒武-奥陶系热储的计算深度取热储的底板埋深或3 000 m。

赋存于热储中的地热资源能被开发利用必须具备两个前提条件，一是要有足够的热资源，二是必须有能将热资源带至地表的地热流体。本研究先进行地热资源量计算，再进行地热水资源量计算。地热水可采量的计算应以不产生环境地质问题为原则，主要控制开采期末最大水位降深，防止地面沉降。

1.1 地热资源量的计算方法

地热资源量根据其性质可分为静储量及可采量。其中，静储量是客观存在于地层中的地热资源量，可采量是静储量中在短期内可以被开采出来的地热资源量。根据《地热资源地质勘查规范》（GB/T 11615—2010）、《地热资源评价方法及估算规程》（DZ/T 0331—2020），地热资源的丰富程度可从静储量与可采量两个方面进行评价。

1.1.1 地热资源静储量计算方法

地热资源静储量计算采用《地热资源评价方法及估算规程》（DZ/T 0331—2020）推荐的热储法，计算公式如式（1）所示。其间，岩石和水的平均体积比热容采用式（2）进行计算。

式中：Qr为地热资源静储量，kJ；C为岩石和水的平均体积比热容，kJ/（m3·℃）；A为计算区面积，m2；H为热储平均厚度，m；tr为热储平均温度，℃；t0为基准温度（取当地多年平均气温），℃；ρr、ρw分别为岩石和水的密度，kg/m3；Cr、Cw分别为岩石和水的比热容，kJ/（kg·℃）；φ为岩石的平均孔隙度，%。

1.1.2 地热资源可采量计算

地热资源可采量采用回收率法进行计算，具体公式如式（3）所示。

式中：Qwh为地热资源可采量，kJ；RE为回收率，%；Qr为地热资源静储量，kJ。

1.2 地热水资源量计算方法

地热水资源量根据其性质可分为静储量及可采量。其中，静储量是客观存在于地层中的热水资源量，可采量是静储量中在短期内可以被开采出来的资源量。

1.2.1 地热水静储量计算方法

地热水静储量可采用地下水储存量的计算方法，承压水的静储量包括容积储存量与弹性储存量两部分，计算公式如式（4）所示。

式中：W静为地热水静储量，m3；H砂、H黏为热储砂岩段厚度、弱透水层段厚度，m；μ砂、μ黏为热储砂岩段给水度、弱透水层段给水度；P砂、P黏为热储砂岩段水头高度、弱透水层段水头高度，m；S砂、S黏为热储砂岩段弹性释水系数、弱透水层段弹性释水系数。

在计算地热水静储量时，可以忽略地热水的弹性储存量。简化后，地热水静储量的计算公式如式（5）所示。

1.2.2 地热水可采量计算方法

地热水可采量由热储及其相邻的弱透水层在限定降深条件下的弹性释放量组成，采用式（6）进行计算。

式中：Q可采为地热水可采量，m3；P为限定的水位降深，m。

1.3 地热田划分

研究区内明化镇组热储与馆陶组热储在平面上分布较均匀，地热田无明显的物理边界。根据东营组热储与寒武-奥陶系热储的分布特征，可采用构造单元的边界划分地热田，将研究区划分为6 个地热田。一是临清坳陷地热田，面积约为7 721 km2。二是埕子口-宁津潜凸起地热田，面积约为3 646 km2。三是惠民-临邑潜凹陷地热田，面积约为7 509 km2。四是车镇-沾化潜凹陷地热田，面积约为6 941 km2。五是东营潜凹陷地热田，面积约为8 794 km2。六是鲁中隆起地热田，面积约为8 740 km2。

2 地热资源量计算

地热资源的计算分区以地热田的划分为基础，分为6 个计算区。

2.1 地热资源静储量

根据式（1）计算，研究区内明化镇组热储的地热资源静储量为9.97×1020J，折合标准煤340.04 亿t；馆陶组热储的地热资源静储量为9.966×1020J，折合标准煤339.04 亿t；东营组热储的地热资源静储量为4.747×1020J，折合标准煤161.9 亿t；寒武-奥陶系热储的地热资源静储量为6.04×1020J，折合标准煤206.14 亿t。

2.2 地热资源可采量

根据式（3）计算，研究区内明化镇组热储的地热资源可采量为7.18×1019J，折合标准煤24.51 亿t；馆陶组热储的地热资源可采量为1.06×1020J，折合标准煤36.18 亿t；东营组热储的地热资源可采量为4.34×1019J，折合标准煤14.81 亿t；寒武-奥陶系热储的地热资源可采量为9.06×1019J，折合标准煤30.92 亿t。

2.3 地热水静储量

根据式（5）计算，研究区内明化镇组热储的地热水静储量为2.25×1012m3，蕴含热量为2.31×1020J；馆陶组热储的地热水静储量为1.41×1012m3，蕴含热量为2.495×1020J；东营组热储的地热水静储量为4.44×1011m3，蕴含热量为8.02×1019J；寒武-奥陶系热储的地热水静储量为2.20×1011m3，蕴含热量为5.09×1019J。

2.4 地热水可采量

地热水最大允许降深的确定主要是从地热资源保护及环境保护角度出发，确保地热资源的开发不会诱发地面沉降。本次计算中，明化镇组热储的最大允许降深取100 m，馆陶组热储的最大允许降深取150 m，东营组热储的最大允许降深取200 m，寒武-奥陶系热储的最大允许降深取300 m。根据确定的地热水最大允许降深，采用式（6）计算研究区地热水可采量。经计算，明化镇组热储的地热水可采量为1.00×1011m3，热储中提取热量为9.84×1018J；馆陶组热储的地热水可采量为1.954×1011m3，热储中提取热量为3.458×1019J；东营组热储的地热水可采量为1.10×1010m3，热储中提取热量为1.89×1018J；寒武-奥陶系热储的地热水可采量为2.66×109m3，热储中提取热量为6.16×1017J。

3 结语

地热资源是一种可再生的新型清洁能源，应用领域广泛，潜在经济效益和环境效益十分可观。以地热供暖为例，其运行费用仅为燃油（气）锅炉的10%左右，为燃煤锅炉的25%左右[4]。为获得更好的经济效益和环境效益，要合理有序开发地热资源，提高地热资源的利用效率[5]。鲁西北平原地热资源埋藏较深，补给途径远，补给极其微弱，它属于消耗型资源，在地热资源的开发中，应当重视对资源的保护与充分利用。