山東省地熱資源及勘查開發對策

徐希強，劉善軍，王偉德，夏立獻

(1.山東省第七地質礦產勘查院，山東 臨沂　276004，2.山東省地質環境監測總站，山東 濟南　250014)

山東省地熱資源及勘查開發對策

徐希強1，劉善軍2，王偉德1，夏立獻1

(1.山東省第七地質礦產勘查院，山東 臨沂276004，2.山東省地質環境監測總站，山東 濟南250014)

山東省山地丘陵區及平原區均有地熱顯示，地熱資源蘊藏量較豐富。長期以來，由于全省地熱資源缺乏統一規劃，造成地下熱水亂采現象普遍的不良局面，且利用方式單一，對資源造成嚴重浪費。有些地區還出現了諸如熱儲水位持續下降、水環境污染等地質環境問題。因此，只有研究制定科學的地熱資源勘查開發規劃，才能保證地熱資源的可持續綜合開發利用。

地熱資源；熱儲類型；成因類型；開發對策；勘查開發；山東省

引文格式：徐希強，劉善軍，王偉德，等.山東省地熱資源及勘查開發對策[J].山東國土資源，2015，31(5)：31-35.XU Xiqiang，LIU Shanjun，WANG Weide,etc. Countermeasures on Exploration and Development of Geothermal Resource in Shandong Province[J].Shandong Land and Resources,2015，31(5)：31-35.

山東省處于華北板塊與揚子板塊碰撞結合帶，具有較高的大地熱流值，地熱資源豐富。地熱顯示有人工鉆孔揭露和溫泉(天然露頭)2種形式，其中溫泉19處，地熱鉆孔超過200眼。地熱資源以低溫為主，僅招遠、東營等少數鉆孔提露地下熱水溫度超過90℃，屬中溫地熱資源。地熱能資源總量為3623.352×1018J，折合標準煤1236.638億t。可利用總量393.765×1018J，折合標準煤134.401億t。地熱水資源總存儲量為76511.75×108m3，允許開采總量為3666.69×108m3(按100年開采設計，允許開采量為1004.69萬m3/d)。

1　熱儲類型

依據地下熱水的賦存形式，山東省熱儲可分為層狀熱儲、帶狀熱儲2種類型[1]。

1.1層狀熱儲

按熱儲層巖性及孔隙、裂隙和巖溶發育程度，可進一步分為層狀裂隙-巖溶型熱儲和層狀裂隙-孔隙型熱儲2個類型。前者以寒武-奧陶系裂隙-巖溶熱儲為主，熱儲層埋藏一般較深。地下熱水賦存于古生代灰巖中，以溶蝕裂隙、溶孔、溶洞為主，構造裂隙次之。主要分布于濟陽拗陷和臨清拗陷內的基底凸起區。此外，在魯西隆起山前傾斜平原的中部亦有少量分布。層狀裂隙-孔隙型熱儲則主要為古近系—新近系碎屑巖類裂隙-孔隙熱儲，地下熱水賦存于碎屑巖(以砂巖為主)裂隙內、孔隙內。熱儲層具有多層疊加特點，且溫度自上而下增高。

1.2帶狀熱儲

多分布于魯東隆起區和沂沭斷裂帶內，在魯西隆起區中生代斷陷盆地內有少量分布。熱儲層巖性以中生代花崗巖和早前寒武紀變質巖為主。地下熱水主要賦存于巖石構造裂隙和風化裂隙內，各熱儲多為獨立的熱水構造系統，相互之間無明顯的水力聯系。相鄰熱儲中地下熱水溫度、水化學成分變化較大。

2　地熱資源分布特征

2.1地熱資源成因類型及分區

依據地質構造背景、熱儲類型、埋藏條件、蓋層巖性組合特征以及能量傳遞方式，山東省地熱資源可分為隆起山地對流型和沉積盆地傳導型等2個成因類型。其中，前者分布于魯東至魯西山地丘陵區，后者分布于魯西北平原區。

根據地質構造單元不同可進一步分為4個地熱大區：魯東隆起地熱區、沂沭斷裂帶地熱區、魯西隆起地熱區、魯西北拗陷地熱區(圖1)。

圖1　山東省地熱資源分區圖

2.2地熱資源分區特征

2.2.1魯東隆起地熱區

魯東隆起區是山東陸塊地殼演化最為復雜的地區，特別是中生代以來，地殼活動尤為頻繁。新構造斷裂較發育，其中有些規模較大的斷裂，還表現出深切斷裂特征[2]，為地下水進行深循環加熱和淺部運移形成熱儲提供了有利條件。并在地質構造適宜部位出露地表形成溫泉。全省19處溫泉中，該區分布15處，水溫29.5～90℃。主要出露于不同時代的花崗巖等酸性巖體以及與圍巖的侵入接觸部位(圖2)。

圖2　魯東地區溫泉出露條件圖

魯東地區廣泛出露具高熱導率的花崗巖，地熱異常范圍、地熱水的賦存空間嚴格受NE，NNE，NW向斷裂構造控制。大氣降水沿深切斷裂垂直入滲，據計算，溫泉地熱水的循環深度達1503～3084m[3]。地下水經深部圍巖加熱后，在水頭壓力差的作用下沿各類通道向淺部運移，儲集于花崗巖、片麻巖等巖石淺部構造裂隙帶或風化裂隙帶內而形成帶狀熱儲，地熱異常和地下熱水的賦存屬“斷控型”。因此，地熱異常區范圍小，具有零星分布的特點，面積一般在0.2～0.5km2。且熱儲埋藏大多較淺，底板埋深一般0～250m以內[4]。地下熱水化學類型在遠海地帶為HCO3·SO4·(Cl)-Na·(Ca)型，礦化度大多小于1g/L。近海地帶為Cl-Na·(Ca)型，礦化度多大于2g/L。地下熱水中陽離子以Na+，Ca2+為主，陰離子組分含量變化很大。δ18O，δD測定結果表明(圖3)，地下熱水及附近地表及地下水均與大氣降水有密切的親緣性。

圖3　魯東地區地熱田δD和δ18O及與大氣降水的關系

影響熱水化學組成及含量的因素有補給來源水質、圍巖組成、循環深度(水溫)。除咸水補給因素外，水循環深度越深，溫度越高。受化學溶濾作用影響，礦化度越高，且SiO2，Sr，F，Li等化學成分含量明顯高于一般地下水。另外熱水中還含有較強Rn，Ra等放射性元素，這既是水深循環的特征，也是構造活動的標志。

魯東隆起區溫泉的地熱屬性屬于瀕臨板緣高溫地熱系統的板內中—低溫地熱系統。平均大地熱流值62.587mW/m2[5]，明顯較華北大地熱流值(47.155mW/m2)偏高，成為維系該區溫泉形成的地熱背景。

2.2.2沂沭斷裂帶地熱區

沂沭斷裂是郯廬斷裂帶的一部分，縱貫整個山東省中部。自西向東依次為鄌郚-葛溝斷裂、沂水-湯頭斷裂、安丘-莒縣斷裂、昌邑-大店斷裂等4條斷裂組成，斷裂間發育中新生代凸起和凹陷。中生代以來斷裂帶活動劇烈，主干斷裂部分深達上地幔。沂沭斷裂帶是一條“熱帶”，平均大地熱流值67.67mW/m2[6]，高于兩側地區。斷裂帶內地熱顯示良好，目前已發現湯頭溫泉和安丘溫泉2處，水溫27～55℃(湯頭溫泉附近井深126m，地熱水溫66℃)。人工鉆孔揭露9處，孔深620～2500m，井口水溫27～56℃。熱儲類型層狀和帶狀均有分布。其中，層狀熱儲主要為中生代砂礫巖及寒武-奧陶紀灰巖，熱儲頂板埋深一般大于600m。帶狀熱儲分布于斷裂帶交會部位，特別是凹陷區邊緣的2組以上斷裂交會地帶，熱儲巖性為中生代花崗巖、安山巖和太古宙變質巖等。

2.2.3魯西隆起地熱區

根據熱儲特征進一步分為魯中丘陵山地地熱亞區和山前傾斜平原亞區。魯西隆起區歷經中太古代至新生代地質歷史時期，地殼演化歷程復雜。尤其是中生代以來，斷裂構造活動頻繁，NWW，NNE及NW向斷裂構造發育，將魯西隆區切割成多個隆起與拗陷、凸起與凹陷等形態各異的斷塊。各斷塊之間發育的深大斷裂往往成為區域控熱構造，以至在地質和水文地質條件有利地帶形成地熱田。該區地表熱顯示較少，出露溫泉2處，水溫30～41.1℃。地熱井41眼，孔口水溫33～73.4℃，均為低溫地熱資源類型。

(1)魯中南丘陵山地地熱亞區。熱儲分為層狀和脈(帶)狀2類。目前，泰安、徂徠、安駕莊、銅井、松山、柏林、平陰東等地均有地熱顯示，地下熱水溫度27～75℃。層狀熱儲，一般分布在凹陷的中北部，以奧陶紀石灰巖巖溶裂隙型熱儲為主，上伏新生代、中生代和晚古生代地層作為熱儲的蓋層。奧陶系頂板埋深一般200～600m，熱儲溫度受熱儲埋深控制，埋深愈大溫度愈高；帶狀熱儲主要分布在凸起與凹陷的交結部位(橋溝溫泉、安駕莊地熱井等)，由深大斷裂溝通深部熱源，大氣降水沿基巖裂隙、控熱斷裂深循環與熱能交換，在區域水頭壓力作用下上升至淺部，于構造裂隙中儲存而形成熱儲。靠近沂沭斷裂帶的沂南地熱異常區，由于受深大控熱斷裂帶影響，近EW向次生斷裂溝通了“熱帶”深部熱源，在燕山期閃長巖體與寒武紀灰巖接觸帶構造裂隙較發育，構成了強富水、高水溫的熱儲層(如沂南銅井地熱田)。

(2)山前傾斜平原。熱儲呈層狀分布，根據地熱水的賦存條件和水理性質，共分為兩大層，即上部新近系孔隙熱儲含水層和下部寒武-奧陶系碳酸鹽巖裂隙-巖溶熱儲含水層。

①新近系孔隙熱儲。主要分布于魯西地區濟寧、菏澤一帶。熱儲含水層巖性以粉細砂巖為主，厚度30～305m，橫向連通性較好，平均埋深成井深度1000～2000m，水溫47～62℃，水化學類型為SO4·Cl-Na型，單井出水量一般(推測30m降深，統一井徑152mm)1000～1200m3/d。在菏澤、曹縣區段分別打出了水溫47℃，48℃的地熱井，具有較高的開發利用價值。在菏澤凸起的廣大地區，隨古地理條件的變化由東往西漸厚，上覆蓋層400～900m，熱儲含水層厚度約34～200m，下伏地層受古地理條件影響而變化，有石炭系、二疊系和侏羅系，巖性主要為泥巖夾雜色礫巖、泥砂巖等，這類巖石成巖程度較高，透水性能差，部分區段直接上覆于奧灰之上。

②寒武-奧陶系碳酸鹽巖裂隙-巖溶熱儲。熱儲上覆石炭-二疊系、新近系和第四系蓋層，受熱儲埋藏條件、構造發育程度不同，富水性差異較大。北部東阿縣牛角店至臨淄區金陵鎮之間山區與平原交接地帶，斷續分布有條帶狀巖漿巖體。對南部山區巖溶地下冷水起到阻滯作用。在區域水頭差的作用下，地下水沿巖體與灰巖接觸帶進行深循環，由深部地溫加熱后沿斷裂上涌至淺部灰巖巖溶裂隙中形成地熱異常。加之上覆較厚的新生界、上古生界作為熱儲蓋層形成地熱田(如濟南北部地熱田，圖4)。現已發現的地熱田主要有臨淄北部地熱田、張店西部地熱田、章丘白云湖地熱田、濟南北部地熱田、聊東-陽谷凸起地熱田等。水溫28～59℃。西南段主要為奧陶系巖溶裂隙型層狀熱儲，只在曹縣斷裂與單縣斷裂交會處的曹縣縣城附近有一處以新近系為熱儲的帶狀地熱顯示點。南段的菏澤凸起和青堌集凸起，下伏奧陶系熱儲分布面積較大，水溫47～68℃，在新構造斷裂附近水溫、水量均較高。

圖4　濟南北部地熱田熱儲概念模型

該區巖溶熱儲地下熱水礦化度含量變化較大，一般2～7g/L。水化學類型以SO4·Cl型和Cl·SO4型為主。地熱水中含有對人體有益的豐富微量元素，有多種組分達到礦水濃度標準及有醫療價值濃度標準。另據魯西南華及莊寨奧陶系熱儲地熱水同位素測試，δD為(-57.0～-69.0)×10-3，δ18O為(-9.2～-9.6)×10-3，經研究對比δD和δ18O的值在克雷格標準降水直線δD=8δ18O+10附近(圖5)，說明地下熱水由大氣降水補給形成[7]。而T(T.U)根據南華地熱水氚含量<0.50，反映地下熱水循環時間在50年以上。

2.2.4魯西北拗陷地熱區

在構造單元上屬華北坳陷帶的一部分，由濟陽拗陷、埕寧隆起、臨清拗陷組成，各隆起和拗陷發育一系列次一級的凸起和凹陷。莫霍面埋藏較淺，具有較高的熱流值和富水性較強的含水層，是山東省地熱資源分布最廣泛的地區，在一定深度范圍內均能探得地下熱水資源，開發潛力大。地下熱水補給源為西部太行山和南部魯中山區大氣降水，補給方式為側向徑流補給。地下熱水徑流滯緩，新生界地溫場變化受基巖面埋深控制，基巖凸起部位，巖石熱導率相對較高，有利于深部熱集中傳導，因而熱流密度增大。反之，凹陷區相對減弱。

依據地質構造、地層巖性、熱儲埋藏條件、熱儲溫度、地熱流體的儲集空間類型及開采技術條件，結合目前區域研究程度綜合分析，將魯西北地熱區熱儲類型分為2大類：新生界碎屑巖孔隙裂隙層狀熱儲和下古生界奧陶—寒武紀碳酸鹽巖巖溶—裂隙層狀熱儲。地熱水主要富集在古、新近系層狀砂巖的孔隙—裂隙和古生界石灰巖的巖溶—裂隙內。已有地熱井的測溫資料表明，地熱水的溫度大多小于90℃，屬于傳導型低溫地熱資源。

圖5　δD，δ18O值與標準雨水線對比圖

(1)新生界碎屑巖孔隙裂隙層狀熱儲。以新近紀明化鎮組下段和館陶組以及古近紀東營組為主。明化鎮組下段熱儲頂板埋深一般大于500m。熱儲含水層厚度一般為30～120m，凸起區熱儲厚度小，凹陷區熱儲厚度大。臨邑、臨清等地區熱儲平均厚度可達170m。地下熱水礦化度1～2g/L，水化學類型主要為HCO3-Na和HCO3·C-Na，HCO3·SO4-Na型。井口水溫30～48℃。

館陶組熱儲僅在濰坊北局部缺失。熱儲頂底板埋深自南向北由淺變深，厚度由薄變厚。底板埋深一般為1000～1700m，最深可達2300m[8]。熱儲含水層由多層組成，總厚度100～200m。富水性較強。地下熱水礦化度為4～20g/L，水化學類型以Cl-Na型為主，井口水溫49～78℃。東營組熱儲主要分布在東營、惠民、沾化、車鎮、德州、臨清等凹陷區內，齊-廣斷裂北側和凸起區缺失。地層沉積厚度和層底埋深受基底起伏和區域構造控制，在坳陷盆地的中心厚度最大，邊緣地帶變薄，且分布不穩定，表現為自西向東、自南向北變厚的趨勢。熱儲砂巖累計厚度10～200m，富水性較弱。地下熱水礦化度為7～20g/L，熱水的水化學類型以Cl-Na·Ca型為主，井口水溫50～70℃。

(2)奧陶—寒武紀碳酸鹽巖巖溶-裂隙熱儲層組。主要分布在寧津凸起、義和莊凸起、陳家莊凸起、埕東凸起、青坨子凸起、廣饒凸起、壽光凸起及臨清拗陷的館陶凸起、高唐凸起區等地區。頂界面起伏大，頂板埋深一般為500～1700m。除寧津凸起的樂陵一帶和館陶凸起區熱儲頂板為石炭-二疊紀地層外，其他地區絕大部為新生代地層。巖溶-裂隙發育程度和富水性均具不均勻性。地下熱水礦化度為7～15g/L，水化學類型為HCO3-Ca·Mg，Cl-Ca，HCO3·SO4-Na及HCO3-Na型。井口水溫為50～100℃。

3　地熱資源勘查開發對策

根據全省不同地熱區的地熱地質研究程度、開采潛力等因素，劃分重點勘查開發區、優先勘查開發區和遠景勘查開發區。

3.1重點勘查開發區

包括濟南北部、東部(濟南-章丘)，菏澤市，曲阜市，臨清凹陷區，即墨東，泰安，沂南，湯頭，濱州-東營凹陷區等區域。這些地區地熱地質條件較好，地質工作研究程度較好，有些區域已經施工了一定數量的地熱井。應當對已開發地熱田(區)進一步開展詳細的勘查和評價工作，指導地熱資源的可持續綜合利用。以上地區多為地級市附近，交通便利，經濟較發達，有些地區如曲阜、泰安等，位于旅游景點周邊，地熱資源可與當地旅游資源聯合開發，最大限度發揮地熱的價值。

3.2優先勘查開發區

包括淄博、濰坊南、濟寧市、煙臺、惠民-臨邑凹陷區、埕子口-寧津隆起區等地。這些地區多有地熱發現，成熱條件較好，但對地熱田的具體分布范圍，熱儲資源量不清。需加大地熱勘查、開發力度，帶動當地經濟的發展。

3.3遠景勘查開發區

包括臨朐東，郯城東，沂源，平邑-費縣，新泰-蒙陰，滕州西，泗水，汶上，金鄉，東明，成武，曹縣，莊寨，濟陽-齊河-東阿，沙土集，鄆城，鄄城，巨野，壽光，昌邑東，高密-膠州，平度東南，舊店-萊西，萊陽-棲霞等區域。除魯西北區、莊寨等少數地區發現地熱資源，其他區域并未發現地熱資源，但理論上存在地熱資源的可能性，因此這些區域是今后山東省地熱資源勘查的重點區域。

4　結語

山東省地熱資源較為豐富，不同地熱區熱儲類型、巖性、埋藏條件及水化學特征等均存在明顯差異。從總體上看，全省地熱資源開發條件均較適宜。目前，全省大部地區地下熱水的開發利用缺乏應有的綜合性技術經濟論證和規劃，致使寶貴的熱礦水資源未能發揮最佳社會價值和經濟效益。因此，要處理好開發利用與保護的關系，統籌安排地熱資源的勘查規劃工作，加強地熱資源的勘查精度，查清全省地熱資源家底。為制定地熱資源的梯級開發、可持續開發方案提供資料依據。

[1]劉善軍.山東省地下熱水資源的形成與開發前景[J].山東地質，1997，13(2)；48-49.

[2]劉善軍.山東省溫泉分布規律及地下熱水資源預測[J].山東地質，1998，14(2)：34-35.

[3]欒光忠，劉紅軍.山東半島溫泉的地熱屬性及其特征[J].地球學報，2002，23(1)：84.

[4]徐軍祥，劉桂儀，欒光忠，等.山東地熱資源[J].山東礦床，2006，184.

[5]李學倫，劉保華，孫效功，等.山東半島硅熱流值與區域地質條件的關系[J].海洋大學報，1997，27(1)：75-83.

[6]白嘉啟，王小風，馮向陽.郯廬斷裂帶地溫場研究[J].地質力學學報，1998，4(1)：78-88.

[7]劉元斌.魯西平原地熱水的化學特征及開發利用[J].山東國土資源，2010，26(2)：27.

[8]吳立進.山東省地熱資源特征及其分區研究[D].山東科技大學碩士論文，2008：58.

Countermeasures on Exploration and Development of Geothermal Resource in Shandong Province

XU Xiqiang1，LIU Shanjun2，WANG Weide1，XIA Lixia1

(1.No.7 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Linyi 276004, China;2. Shandong Monitoring Center of Geological Environment, Shandong Jinan 250014, China)

There are geothermal resources in hilly and plain areas in Shandong province. It indicates that geothermal resources are abundant. For a long time, geothermal water is exploited indiscriminately because of the lack of unified plan. Single use pattern has caused serious waste of geothermal resources. Some environment and geological problems happened, such as the continuous decease of underground water level and water and environment pollution. Thus, scientific exploration and development plan should be made to ensure continuous and comprehensive development and utilization of geothermal resources.

Geothermal resource;geothermal types;genetic types;geothermal water;exploration and development

2014-07-31；

2014-10-31；編輯：曹麗麗

徐希強(1967—)，男，山東郯城人，高級工程師，主要從事水文地質、工程地質、環境地質工作；E-mail:527355720@qq.com

P314.2

A