禹城市城區東營組熱儲地熱資源賦存特征研究

王浩，張震宇，楊建華

(山東省魯北地質工程勘察院，山東 德州 253015)

地熱資源集熱能與水資源為一體,由于其溫度適宜且富含多種對人體有益的礦物質，在采暖、洗浴、工業、醫療、養殖業等領域有廣泛的應用價值，是繼太陽能和風能之后的一種重要的綠色能源[1]。位于山東省禹城市城區東營組熱儲層，分布廣泛，地熱成礦地質條件有利，熱儲層埋深適當，水量較大、水溫較高，對保護環境、保持經濟的可持續發展及改善人民生活質量都具有重要意義。

1 地質背景

1.1 地質構造

區域基底構造發育，活動強度較大，主要受新華夏構造體系的影響，斷裂構造發育，主要構造線為NEE向，斷裂構造隱伏于新近系之下。對工作區有影響的斷裂按斷裂帶的規模大小可分為一、二級，一級斷裂主要有齊河-廣饒斷裂，是三、四級構造單元的分界斷裂，對隆起和拗陷區的沉積起控制作用；二級斷裂有臨邑-惠民斷裂、臨南斷裂，是五級構造單元背斜與洼陷的分界斷裂。

1.2 地層

工作區位于濟陽坳陷區內，該區地層發育齊全，根據石油鉆探和大極距電測深解譯資料在3000m深度范圍內的地層主要有：古近紀東營組和沙河街組、新近紀明化鎮組和館陶組、第四紀平原組[3]。

2 地熱資源類型及地熱地質特征

2.1 地熱資源類型及蓋層

區內地下熱水賦存于古近紀碎屑沉積巖中，屬層狀孔隙-裂隙型熱儲，地表無熱流顯示，地熱資源類型屬熱傳導型。熱儲蓋層為第四系和新近紀明化鎮組、館陶組，前者主要為粉砂質粘土和粘土質粉砂組成，后者主要由粘土巖、粉砂巖互層構成，熱導率低，粘土或粘土巖單層厚度大，一般在2.0～50m左右，是良好的隔水層和不透水層，使熱能得以保存和儲集[4]。視開采層段的不同可單獨也可共同構成熱儲層的蓋層。該區第四系和新近系總厚度1278～1500m。

2.2 熱儲層巖性與埋藏分布特征

東營組熱儲頂界與上覆館陶組熱儲呈平行不整合接觸，其地層巖性以紫紅、棕黃、灰綠色泥巖為主，夾灰白色、淺灰色細砂、粉細砂巖，一般具有自下而上紅色增多的特點。頂板埋深1278～1500m，地層厚度變化較大，一般為528～942m。其分布特征主要受基底起伏和區域構造的控制，總趨勢是由東南向西北逐步變薄。

2.3 熱儲層水文地質特征

區內東營組砂巖以細砂、粉細砂為主，呈泥質、鈣質膠結，礦物成分以石英為主，長石次之，分選較好，呈次圓狀，結構較致密，單厚2～16m，總厚度150～190m，厚度占地層厚度的17.4%～26.0%，其分布規律與地層基本一致。總體來說，東營組含水砂巖在空間上分布較為連續。據區內DR2井及R8井抽水試驗資料，東營組熱儲水位標高0.48～8.34m，單井出水量30～54m3/h(20m降深時)，礦化度13.2～15.1g/L，水化學類型為Cl-Na型，井口水溫59～70℃，屬低溫地熱資源中的溫熱水、熱水型地熱資源。

2.4 傳熱導水通道

禹城市城區處于地震強度Ⅶ度區，齊河-廣饒斷裂在該地熱田南部通過。該斷裂西起聊城-蘭考斷裂交匯處，沿NEE向經禹城南、濟陽北至廣饒南，向東延伸與益都斷裂相交，呈弧形展布，是Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級構造單元的分界斷裂。走向NEE，傾向NW，傾角60°～80°，斷距為1200～2000m，為南盤上升、北盤下降的正斷層，北盤沉積了巨厚的新生界，南盤則缺失古近紀地層。該斷裂形成于中生代以前，新生代活動性增強，沿斷裂帶有間歇性的基性巖漿活動,是規模較大的斷層,且區域上還有臨邑-惠民斷裂、臨南斷裂等較大斷裂存在，是地下水的良好儲集場所及地下水運移的良好通道。

2.5 熱儲模型

該區屬層控型低溫地熱田,該地熱田范圍廣大，在垂向上將新近紀館陶組、古近紀東營組和沙河街組視為獨立的，上下均為隔水層、水平方向上無限延伸的儲熱層(組)，呈多層狀；熱儲蓋層分別為其上伏地層；熱源主要為地球內部的傳導熱流；地熱水的補給源為大氣降水在周邊山區形成的地表徑流的一部分通過山前斷裂構造向深部地層滲透，成為深部含水層的補給源。其熱儲模型如圖1所示。

圖1 熱儲概念模型圖1—第四系；2—新近紀明化鎮組；3—新近紀館陶組；4—古近紀東營組；5—古近紀沙河街組；6—側向補給水源；7—深循環上升熱流；8—均一背景熱流；9—地層不整合線；10—區內地熱井

2.6 地熱水動態特征

區內東營組熱儲埋藏深，上覆厚達1278～1500m的松散碎屑沉積物，與大氣降水沒有聯系。地熱水徑流極其緩慢，補給強度微弱，在天然狀態下基本上處于靜止狀態，人工開采是影響地熱水動態變化的主要因素。

根據DR1井水位監測資料[注]山東省魯北地質工程勘察院,山東省禹城市城區東營組熱儲地熱資源調查評價報告，2012年。，自2011年2月至2011年11月，水位標高供暖時在-38.81～-36.92m，受抽取水量影響變化幅度較大。停止供暖后(3月15日)水位逐漸恢復，最后穩定在-1.50m左右；DR2井自成井后水位標高在0.50m左右，基本沒有變化(圖2)。說明區內東營組熱儲水位不受大氣降水及季節變化的影響。

圖2 DR1，DR2井水位動態變化曲線

3 地熱流體化學特征

3.1 化學特征

3.2 地熱流體的年齡及成因

地熱流體各組分之間的比例系數可以用來判斷地熱流體的成因，常用的比例系數有γCl/γBr，γNa/γCl等。經計算區內地熱流體γCl/γBr=1951.4～2029.5，γNa/γCl=0.85～0.86，這些系數都大于海水(γCl/γBr=300，γNa/γCl=0.85)，說明該區的地熱流體具有大陸溶濾水的特征。

據同位素分析測試結果，區內東營組地熱水中δD×10-3平均含量為-70～-64；δ18O×10-3平均含量為-8.9～-8.7；其D，18O關系點位于世界雨水線附近(δD=8δ18O+10)(圖3)，說明區內東營組地熱水起源于大氣降水[5]，后來在漫長的地質年代中，接受下部地層中蒸汽的稀釋作用。

區內東營組地熱水中14C年齡為1.636～1.802萬年。由于14C分析水樣的采集過程或多或少地要與現代大氣接觸，現代大氣中的CO2進入所采集的水樣中，使所測年齡要遠小于地下水的實際形成年齡。由此可見，區內東營組地熱水的形成年代久遠，其補給途徑長，徑流速度緩慢。

圖3 東營組地熱水中D，18O同位素關系圖

3.3 地熱流體質量評價

經采用拉申指數法與腐蝕系數法對區內東營組地熱水進行評價分析[6]，禹城市城區東營組地熱水對金屬具強腐蝕性，對混凝土無分解性與結晶性侵蝕；地熱水無碳酸鈣、硫酸鈣垢與硅酸鹽水垢；熱水含有多種對人體健康有益的微量元素，其中溴、鋰、偏硅酸達到礦水濃度，鍶達到命名濃度，屬鍶理療熱礦水。

4 結語

(2)該區東營組熱儲屬層控型低溫地熱田，熱儲蓋層為第四系和新近紀明化鎮組、館陶組，井口水溫59～70℃。

(3)該區地熱水屬大氣成因，具有大陸溶濾水的特征，主要接受大氣降水補給。其補給源除一部分為盆地沉積物形成時保存下來的沉積水和封存水外；另一部分為沉積物形成后，在漫長的地質時期中，由遠近山區的大氣降水補給。

(4)區內地熱資源豐富。地下熱水礦化度在10～15g/L之間，該區地下熱水普遍屬于Cl-Na型水。

參考文獻：

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[3] 徐軍祥,康鳳新.山東省地熱資源[J].中國地質,2000,10(2):41-42.

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