山東省定陶縣城區地熱資源分析及開發利用

馮超臣，馬 龍，張 旭

（山東省魯南地質工程勘察院，山東兗州 272100）

定陶縣位于山東省西南部，地處魯西南黃泛平原。近期地熱勘查發現，定陶縣城區中低溫地熱資源豐富，具有良好的開發前景。

1 區域地質條件

1.1 地層

本區地層有古生界的奧陶系、石炭系及二疊系，新生界的古近系、新近系及第四系。其中與地熱資源有關的地層主要為：

（1）奧陶系馬家溝組：為厚層灰巖及白云質灰巖，推測區內該組厚度800m左右。

（2）新近系明化鎮組：下部為棕紅色泥巖夾粉細砂巖，上部巖性為黃色泥巖、粉細砂巖互層，總厚410m。

1.2 構造

山東省定陶縣城區位于中朝準地臺（Ⅰ）魯西斷隆（Ⅱ）魯西斷塊隆起（Ⅲ）菏澤凸起地段。區域斷裂有近東西向和近南北向兩組（圖1）。

（1）南北向斷裂

①聊考斷裂：為一條區域性近南北向斷裂，是華北斷拗與魯西斷隆和東濮凹陷與菏澤凸起分界斷裂。聊考斷裂自中生代到古近紀活動強烈，在聊城一帶斷距3000～4000m；新近紀繼續活動，斷距達600～1200m；第四紀仍有活動顯示[1]。該斷裂具有一定的透水及控熱作用。

②曹縣斷裂：為菏澤凸起和鄆城凹陷的分界線。北段走向近南北，傾向西；南段走向西南，傾向東南。該斷裂于定陶縣東南部，垂直斷距大于1500m。古近紀斷裂整體活動，以曹縣—成武段活動較強。

圖1 區域地質構造綱要圖

（2）東西向斷裂

①菏澤斷裂：位于菏澤凸起的中南部，橫貫整個凸起。全長約64km，縣內長度6km，為正斷層。據有關資料，菏澤斷裂左行錯斷奧陶系。

②鳧山斷裂：走向83°，傾向南，傾角70°，長度180km，落差2000m；為壓性斷裂，主要活動時期為燕山期。

2 地熱地質條件和地溫場特征

2.1 地熱熱源補給

根據物探資料推斷，本區莫霍面埋深在30～33km，是莫霍面的相對隆起區，熱源主要來自地殼深層正常的熱流傳導。本區斷裂構造發育，地殼深部的熱能可通過斷裂及巖漿巖侵入兩側的破碎帶傳導輸送至熱儲層。上覆巨厚的碎屑巖和松散巖蓋層使熱能儲存下來。

地熱水的主要補給來源為大氣降水的垂直入滲，其次是側向徑流。

2.2 地熱蓋層

地熱蓋層是指熱儲的覆蓋層，它是地熱形成的重要條件，可防止熱儲層中的熱能大量散失。對于不同的熱儲層有不同的蓋層系統。就本區而言，奧陶系石灰巖熱儲層的蓋層由第四系、新近系和石炭—二疊系構成。

新近系底板埋深在800～1000m，其中第四系厚度200m左右。第四系主要是沖洪積黃色粘土、粉質粘土夾不等粒之砂層；新近系主要為棕色為主的粘土巖夾粉質粘土巖和粉、細砂巖。石炭-二疊系厚度經揭露為60.40m，巖性為泥巖、頁巖、砂巖及少量灰巖和煤層。新近系巨厚的粉質粘土、粘土、泥巖不透水層，切斷了含水層間地下水的垂向運移，防止地下熱能的擴散，形成了本區地熱田良好的蓋層。

2.3 地熱儲層

本區的熱儲層有上部新近系砂巖和下部奧陶系石灰巖。

（1）新近系砂巖熱儲層：屬層狀裂隙—孔隙型熱儲。其巖性以灰色、紫紅色中細砂巖與粉砂巖為主，局部夾有淺紫紅色粘土巖，厚度500m左右，底板埋深700m左右。新近系上部熱儲層溫度不高，開發利用價值小。

（2）奧陶系石灰巖層熱儲層：屬灰巖類裂隙—巖溶型熱儲。根據以往物探視電阻率電測深資料顯示，本區有一明顯的低阻帶，為北西向的斷裂破碎帶，是裂隙巖溶、巖石破碎的發育區，地熱水富集，埋深在1300m左右，具有開發地熱水的良好條件。

2.4 控熱和導水構造

控熱和導水構造是地熱形成的必備條件。定陶縣西部為聊考斷裂，南部靠近常樂集斷裂和曹縣斷裂的交匯部位，這三條斷裂分別為菏澤凸起的西部、南部和東部邊界。斷裂切割深度大，是本區主要的控熱構造。鳧山斷裂通過本區南部，可能成為熱儲層與地內熱庫間傳輸通道。

2.5 地溫場特征

本區地溫場特征主要受地質構造的控制，也受蓋層及巖性影響。在常溫帶下，地溫隨深度增加而增高。經井溫資料統計分析，確定該地常溫帶深度為20m，常溫帶值選用當地年平均氣溫14.8℃。經計算該區蓋層平均地溫梯度在3.6～4.5℃/100m（圖2）。

圖2 定陶縣城區地溫梯度等值線圖

3 奧陶系熱水水質特征

奧陶系熱儲層地熱水中氯離子和硫酸根離子含量較高，對金屬有強腐蝕性。地熱水可形成硫酸鈣垢和硅酸鹽垢。該區地熱水具有強腐蝕性，結垢較多，應采用間接供暖方式（換熱技術），梯級利用，設計回水溫度以40℃為宜。

地熱水中各有害成分含量均未超出“最高允許排放濃度”的要求，但因其水中總硬度、氟、硫酸根、氯化物和礦化度常高于當地的地表水和地下水，其棄水排放對環境會產生一定不良影響。

4 地熱資源可開采量初步估算

（1）地熱資源熱儲概念模型

本區屬層控裂隙巖溶型層狀熱儲中低溫地熱田，發育于新生代巨厚層之下，熱儲層主要為奧陶系石灰巖。其熱儲概念模型見圖3。

圖3 定陶縣城區地熱資源熱儲概念模型

本區地熱田主要是聊考、曹縣和常樂集斷裂形成，能從地球深部獲得源源不斷的熱能。其地層上部有巨厚的第四系、新近系蓋層，有利于地熱田形成。

（2）奧陶系熱儲層地熱水可開采量估算

經初步估算，地下熱水靜儲量為23.27×108 m3，熱水靜儲資源量為4.26×1017J，折合標準煤14.52×106t。用平均布井法計算地熱水可采資源量，得可布井數112眼。

5 地熱資源開發利用與保護建議

為了做到計劃、合理開發利用和保護地熱水資源，提出如下建議。

（1）該地區缺少規范的地熱資源勘查評價，政府有關部門應加強這方面的工作。

（2）制定地熱資源開發利用和保護方案。

（3）建立地熱資源信息數據庫和管理系統，為科學規劃與指導地熱資源勘查開發提供基礎資料。

6 結論與建議

（1）定陶縣城區位于中朝準地臺魯西斷塊菏澤凸起的南部，有良好的地熱地質條件。

（2）該區可利用的主要熱儲層有新近系上部明化鎮組和寒武—奧陶系灰巖。其中奧陶系灰巖熱儲層具有較好的開發利用價值。

（3）地熱水類型為偏硅酸、偏硼酸熱礦水，含有多種對人體有益的微量元素。

（4）應進行地熱水動態監測，保證地熱資源的合理和可持續利用。

[1]孔慶友，張天禎等.山東礦床[M].濟南：山東科學技術出版社，2006，199～201.

[2]陳墨香.華北地熱[M].北京：科學出版社，1988，94～102.

[3]王貴嶺，張發旺，劉志明.國內外地熱能開發利用現狀及前景分析[J].地球學報，2000，21（2）：134～135.

[4]楊德平.山東臨清地熱田地熱地質特征[J].山東國土資源，2005，8：27～31.

[5]鄭 克等.中國地熱資源開發與保護[M].北京，地質出版社，2007.