北京市朝陽區平房地區熱儲層研究

王維逸，劉 哲，郭 帥

（北京市地質工程勘察院，北京 100048）

北京市朝陽區平房地區熱儲層研究

王維逸，劉 哲，郭 帥

（北京市地質工程勘察院，北京 100048）

薊縣系霧迷山組是北京地區地熱田的主要取水層位。平房鄉位于北京市區東部，屬于天竺地熱田范圍，經地熱勘查顯示，該地區主要熱儲層為薊縣系霧迷山組、楊莊組，長城系高于莊組。本文基于平房地區及周邊已有地熱井資料，對該地區熱儲層薊縣系霧迷山組、薊縣系楊莊組及長城系高于莊組有了新的認識。結論顯示：平房地區主要儲層為薊縣系霧迷山組、楊莊組和長城系高于莊組，其中薊縣系霧迷山組揭露較淺，剩余熱儲層含水性好，具備開采價值，地熱資源豐富。

地熱；層狀熱儲；平房地區

0 引言

北京現有已圈定的地熱田10處，研究程度較高。經論證，北京城區范圍內為典型的沉積盆地型熱儲，北京地區主要熱儲層為薊縣系霧迷山組（安家盛，2008）。北京市地質工程勘察院近年在平房地區及附近地區進行了多項地熱資源勘查項目，鉆遇地層與常規熱儲層略有不同，取水層位較其它地區有差異，并給鉆探施工帶來一定困難，但成井質量優良。由此分析該地區熱儲層特點并引起相關部門的注意，并對該地區地熱資源開發利用加以保護（曹海東，2010）。

朝陽區平房鄉位于北京市區東部，屬典型的城鄉結合部地區，附近開鑿過多眼地熱井，熱儲層埋藏較深，一般地熱井出水溫度為60℃左右。其中京熱-185井井深2810m，出水溫度67℃；京熱-195井井深2520m，出水溫度58℃；京熱-187井井深2353m，出水溫度56℃。

本文分析了熱儲巖性特征、地溫場特征、儲水特征及開發風險，為合理開發地熱資源提供科學依據。

1 區域地質背景

1.1 地質概況

研究區位于北京迭斷坳東北段順義迭凹陷（Ⅳ13），為新生代沉積的構造單元。基底由中上元古界、古生界及中生界組成。新生界沉積厚度200～900m。由順義、天竺、東壩及俸伯4個次級凹陷幅度較大的小盆地構成，基底有不同方向之斷裂構造發育。研究區位于順義東壩凹陷內，并處在凹陷的西南部，東壩凹陷西北部為來廣營凸起，東南部為大興凸起，即來廣營凸起和大興凸起之間夾著東壩凹陷。研究區內中上元古界中賦存有豐富的地熱資源，是主要的熱儲層之一。基底斷裂對熱儲有不同程度的切割。

1.2 斷裂構造

研究區周圍發育斷裂主要有：太陽宮斷裂、樓梓莊斷裂、平房南斷裂。

（1）太陽宮斷裂

該斷裂在研究區的西側通過，北西與順義斷裂相交，東南與南苑－通縣斷裂相交，長約15km。該斷裂走向北西，傾向北東，傾角陡。該斷裂帶重力值較高，是坨里－豐臺凹陷和順義凹陷的分界線。具有一定的導熱導水作用。斷裂兩側的地層和基底埋深都有明顯的差異，東側儲層埋藏較深，西側較淺。

（2）樓梓莊斷裂

該斷裂在研究區附近通過，走向北東、全長14km，為新生代形成的斷裂，斷裂性質為張性，控制著白堊系及侏羅系的分布。

（3）平房南斷裂

走向近北東，為該區的主要導水通道。

1.3 地層特征

依據前人工作成果及區域地層發育特征，研究區及其附近地層從新到老介紹如下：

（1）新生界

第四系（Q）以黃棕色、棕褐色亞粘土、亞砂土和砂礫石為主，厚度變化較大，一般為80～300m。新近系（N）以紫褐色、棕褐色砂質泥巖，紫紅色砂礫巖，部分地區夾玄武巖、凝灰質玄武巖為主。新生界與下伏中生界呈角度不整合接觸。

（2）中生界

白堊系（K）：夏莊組（Kx）以粉砂巖、頁巖、砂巖為主，夾有礫巖及泥灰巖，上部紫色粉砂巖中夾有多層石膏層；坨里組（Kt)由灰紫色、黃綠色、黃褐色厚層礫巖、含礫粗砂巖和各粒級砂巖等多個旋回性基本層序組成；侏羅-白堊系張家口組（JKZ）以流紋質熔結凝灰巖、流紋巖和石英粗面巖為主，間夾安山巖、粗安巖和少量紫紅色砂礫巖層。與下伏中上元古界薊縣系霧迷山組呈不整合接觸。

（3）中上元古界

薊縣系霧迷山組（Jxw）：該組厚度大于2000m，分4個巖性段，分布范圍廣，是北京地區主要熱儲層。上部為灰白、灰色硅質白云巖夾少量燧石條帶白云巖、紫灰色泥質白云巖、角礫狀硅質白云巖；中下部為褐灰、深灰色紋層狀白云巖、細晶白云巖與燧石條帶白云巖互層。與下伏地層整合接觸。薊縣系楊莊組（Jxy）：巖性為紫紅色含粉砂泥晶白云巖，揭露的視厚度為180m，與下伏高于莊組為平行不整合接觸。長城系高于莊組（Chg）：巖性主要為白云巖及白云質灰巖等。

1.4 地熱研究現狀

研究區位于天竺地熱田西南部，天竺地熱田是已經圈定的地熱田之一，研究程度較高，提供了較完善的地熱地質參考資料，本區地質構造圖及地熱井分布圖見圖1。

2 熱儲層特征分析

2.1 天竺地熱田概況

北京地熱資源主要分布在平原區，深度3000m

圖1 平房地區構造簡圖Fig.1 Structural diagram of Pingfang district

內溫度大于50℃的地區面積約2760km2，構成相對獨立又有一定聯系的10個地熱田，由北而南是：延慶地熱田、小湯山地熱田、后沙峪地熱田、京西北地熱田、天竺地熱田、李遂地熱田、東南城區地熱田、雙橋地熱田、良鄉地熱田和鳳河營地熱田（郭帥等，2016）。其中天竺地熱田面積290.75km2，熱儲存量69.334×1018J，折合煤39.43×108t，年可采熱水量1058×104m3，折合標煤13.4×104t。主要取水層位為薊縣系霧迷山組。

2.2 平房地區熱儲層特征

（1）熱儲層的構成及巖性特征

經多項地熱資源勘查項目物探、鉆探、巖屑錄井數據分析，區內主要熱儲層為薊縣系霧迷山組、薊縣系楊莊組、長城系高于莊組。薊縣系霧迷山組（Jxw）：本區揭露較淺，頂板埋深見圖2，主要分布一段，巖性褐灰、深灰色紋層狀白云巖、細晶白云巖與燧石條帶白云巖互層。與下伏地層整合接觸。薊縣系楊莊組（Jxy）：巖性為紫紅色含粉砂泥晶白云巖，夾頁巖，與下伏高于莊組為平行不整合接觸。長城系高于莊組（Chg）：巖性主要為泥質白云巖及白云質灰巖等。

（2）地溫場特征

圖2 薊縣系霧迷山組頂板埋深等值線圖Fig.2 Contour map of the Wumishan Fm roof with depth

利用大量地層測溫資料計算得出：薊縣系霧迷山組平均地溫梯度為2.74℃/100m，薊縣系楊莊組平均地溫梯度為1.43℃/100m，長城系高于莊組平均地溫梯度為2.29℃/100m。熱儲平均地溫梯度2.0℃100m～2.5℃/100m，屬有地熱前景地區，楊莊組含泥巖、頁巖等松散巖石在一定程度上降低了巖石導熱率。從薊縣系霧迷山組頂板等溫線圖得出（圖3），研究區中心位于東壩凹陷核心部位，霧迷山組頂板埋深淺，溫度低，達美回灌井測井溫度為45℃，京熱灌-6井溫度為47℃，向南北方向遞增，溫度等值線的展布方向基本上與地質構造線的延伸方向一致，主要表現為：等溫線基本沿北東向延伸，與區域地質構造線走線方向基本一致（衛萬順，2010）。

圖3 薊縣系霧迷山組頂板溫度等值線圖Fig.3 Contour map of the Wumishan Fm roof depth with temp

（3）熱儲層物性特征

經實鉆錄井分析，霧迷山組揭露深度較淺，47～428m不等，收集已有巖屑分析東壩凹陷底部中心區巖性為霧迷山組一段富含碳質和瀝青質白云巖，電測井曲線呈典型的碳酸鹽巖高電阻率低自然放射性的特點。霧迷山組與下伏楊莊組為整合接觸。

薊縣系楊莊組為本區較典型地層，厚度312～477m不等，與大部分平原區鉆孔厚度小于百米不同，該地層在本區揭露深度較大，但不及平谷一帶視厚度600～700m，楊莊組劃分為3段紅色泥頁巖，電測井曲線呈明顯的低電阻率高自然放射性的特點。

長城系高于莊組在本區均未見底，主要巖性為泥質白云巖，電測井曲線與霧迷山組一段相比，自然放射性較高，表現發育不同程度的泥質白云巖。

（4）熱儲層儲水特征

與北京其它地區沉浸盆地型薊縣系霧迷山組熱儲埋藏形式略有不同，本區深部熱儲另有薊縣系楊莊組及長城系高于莊組，10眼地熱井中9眼均取上述兩套地層熱水。其中達美開采井在鉆探過程中，薊縣系楊莊組2069m、2192m、2206m處，長城系高于莊組2379～2433m均有不同程度的泥漿漏失，漏失量5～50m3/d，表現為良好的出水層段。楊莊組三段泥巖及長城系高于莊組泥質白云巖中泥質含量較高，對鉆探施工影響大，從最終的抽水產能測試看，上述兩套地層在本區含水量均比較可觀，但存在一定施工風險。鉆探施工中應加密巖屑錄井并加強泥漿調配及監測，成井后下入強度合格的濾水管，保證孔隙率，對于水量及熱量的提取是切實可行的，以京熱-195井為例，按合理開采量計算，地熱井產能評價一年可利用熱能為6.6×107MJ，影響半徑為358m，可滿足使用需求。

（5）地熱井深度與風險

研究區成井深度在2500～3000m區間范圍內，采用四開成井技術可提取地下深處的能量是可行的，鉆遇地層包括第四系、新近系、白堊系、薊縣系及長城系。值得注意以下幾點：①三開施工中鉆遇取水目的層的過程中，對于白堊系東嶺臺組的識別尤為關鍵，地層破碎，包含砂巖、泥巖、安山巖、大理巖等，該處需揭穿薊縣系霧迷山組頂板，見純白云巖后下入技術套管到底并保證固井質量。②四開施工鉆遇楊莊組紅色泥巖頁巖及區域錯動構造后需下入濾水管，保證孔隙率及套管鋼級強度以取得良好的出水指標。

3 地熱開發利用現狀

隨著經濟的發展，近10年地熱勘查項目較多，項目審批嚴格按國土部門地熱資源勘查審查文件執行，并采用采灌結合的方式進行開發利用。本區地熱井日益增多，對地熱水開采量將逐年增加，井群密度大，地熱水位埋深已達100～120m。

4 結論

研究區位于順義東壩凹陷內，屬天竺地熱田，附近主要構造有太陽宮斷裂、樓梓莊斷裂、平房南斷裂，區內主要熱儲層為薊縣系霧迷山組、楊莊組，長城系高于莊組。通過收集地熱井及相關資料，得出如下結論：薊縣系霧迷山組揭露厚度較淺，并不作為主要熱儲研究對象，這與東壩凹陷北東向構造分布切割深層基底地層有關，本文未對構造成因等進行深入研究。受熱儲條件所限，鉆探施工后需下入濾水管，但產能測試結果顯示可作為良好的熱儲進行熱水提取，后期需控制取水量，開發中加以保護。建議在實際開發利用中，應嚴格控制開采量、水位下降深度及年水位下降速率，做好開采水量、水位、水溫、水質的動態監測，及時回灌，并做好區域合理布井，提高資源利用效率，維護資源的持續利用。

[1]曹海東. 基于地層形變理論的西安地熱田開發前景研究[D]. 長安大學，2006：12～15.

[2]安家盛，魏成林. 北京地熱[M]. 北京：北京市國土資源局，2008：19.

[3]郭帥，王維逸，王治，等. 淺析北京平原區熱儲溫度與斷裂關系[J]. 城市地質，2016，11(1)：42～47. [4]衛萬順，鄭桂森，欒英波. 北京平原區淺層地溫場特征及其影響因素研究[J]. 中國地質，2010，37(6)：1735.

Research on Pingfang geothermal reservoir in Chaoyang District, Beijing

WANG Weiyi, LIU Zhe, GUO Shuai
(Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Beijing 100048)

Wumishan Fm. is the main stratifed reservoir in Beijing geothermal feld. Pingfang is in the eastern of Beijing. It belongs to the Tianzhu geothermal feld. Through geothermal resources exploration, the main geothermal reservoir contains Wumishan Fm.,Yangzhuang Fm.,Changcheng Fm. The article is based on the data of the geothermal wells surroundings. We have a new understanding about the geothermal reservoir in this district. The result shows the main geothermal reservoir contains Wumishan Fm.,Yangzhuang Fm.,Changcheng Fm. in Pingfang. Wumishan Fm. is thiner than the others, the other aquosity and mining value are well. Geothermal resources are rich.

Geothermal; Stratifed reservoir; Pingfang

P314

A

1007-1903（2016）04-0050-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.04.009

王維逸（1987- ），男，主要從事地熱地質、水文地質研究。E-mail：13581792897@163.com