河南省睢縣西部奧陶系地熱資源特征分析

付海英 趙小濤

（河南省地質礦產勘查開發局第四地質礦產調查院，河南 鄭州 45000）

1 引言

河南省睢縣西部地熱井開采多集中在新生代的古近系、新近系，屬層狀熱儲，埋深在800～1600m，水化學類型為HCO3-Na、Cl-Na型，水溫在40～70℃不等。河南省新生界地熱資源開發利用中，鄭州、開封、商丘地熱資源富集區面臨著超采或較高開采程度，而基巖和2000m以深開發利用程度低[1]。河南東部平原凸起區奧陶系地熱熱儲較好，尤其通許凸起區開發價值最大。

2 地質概況

2.1 地層

河南省睢縣西部研究區是2009年度地質勘查基金續作項目河南省睢縣西部煤普查區范圍，位于河南省睢縣、杞縣、民權、太康、柘城和扶溝縣境內。該區地層屬中朝準地臺華北地層區，開封小區，大部分地區缺失志留系、泥盆系及下石炭系，該區亦缺失上奧陶系至下石炭系。據本區地質及鉆孔資料，揭露的地層由老至新依次為奧陶系中統馬家溝組、石炭系上統本溪組和太原組、二疊系下統山西組和下石盒子組、二疊系上統上石盒子組、新近系及第四系。區域上奧陶系巖性主要由厚層狀灰巖、白云質灰巖、白云巖組成，奧陶系馬家溝組最大揭露厚度490m。本區內共有2孔揭露奧陶系馬家溝組，巖性主要為淺灰、灰色隱晶質～細晶質、中厚～厚層狀石灰巖，上部含黃鐵礦晶體，巖溶裂隙較發育，新生界厚度1000～1800m，平均1250m，奧陶系底板埋深主要在2000～3000m之間，如圖1所示。

2.2 構造

本區位于華北板塊南緣，北部為一近東西向的巨型凹陷—開封凹陷，南部為周口拗陷系，中部為通許隆起，可謂“兩拗夾一隆”[2]。該區構造形態以斷層SDF15為界，斷層SDF15及其以北構造復雜程度簡單，構造形態為一地層走向北西、傾向南西、傾角為3°～10°的單斜構造。斷層SDF15以南、DF10斷層以西至催橋斷層構造復雜程度中等，構造形態為一地層

走向北東、傾向北西、傾角為3°～12°的單斜構造。斷層SDF15以南、DF10斷層以東構造復雜程度復雜，地層走向變化較大，構造形態為一不完整、軸向SE的不對稱向斜構造，太康向斜東北翼保存較完整，地層較緩，傾角3～20°；向斜西南翼保存較差，地層傾角5～22°，被走向NE、傾向SE的斷層所切割，形態不完整。本區構造形式主要有斷層、褶曲，發育68條高角度正斷層，北部發育常寺背斜、南部發育太康向斜。本區內斷層走向以NE、NNE為主，其中NE向斷層斷距大、延伸遠。這些地殼的隆起（凸起）、坳陷（凹陷）、深、大斷裂是構成地溫異常的重要控制因素。

圖1 該區地質構造及奧陶系底板埋深等值線圖

3 該區地熱地質條件

3.1 埋藏特征及熱儲條件

本區奧陶系底板埋深主要在2000～3000m之間，僅在太康向斜軸部和區西南邊緣深度達4000m，熱儲以太古屆、中、上元古界為基底，中生屆、新生界為蓋層，區內構造斷裂發育，褶皺發育較差，主要發育有聊蘭斷層FQ18、睢縣斷層(FQ22)、民權虞城斷層(FQ4)、崔橋斷層DFQ11、付草樓斷層等高角度正斷層，詳見表1。在區內有2鉆孔揭露了奧陶系馬家溝組石灰巖巖溶承壓含水層。

3.2 地溫場特征

本區恒溫帶溫度采用睢縣與太康氣象站多年地面溫度平均值增加2℃代替，即16.3℃，深度按20m。根據鉆孔實測溫度和恒溫帶溫度資料計算地溫梯度，計算公式為：

式中：

G-地溫梯度，℃/100m；t-測溫點溫度，℃；t0-恒溫帶溫度，℃；

H-測溫點與恒溫帶深度之差，m。

根據煤田鉆孔資料和測井資料，全區28個鉆孔進行了簡易井溫測量，地溫梯度在2.14～3.76℃/hm之間，平均2.81℃/hm。其中10個鉆孔地溫梯度大于3.00℃/hm，屬于地溫異常區。

地溫梯度隨地層埋深和年齡的增加而呈下降的趨勢，主要是受各段巖石熱導率的控制，基底的熱導率往往高于蓋層。巖性差異導致了縱向上不同組段地溫梯度有明顯變化。通過統計鄰區商丘地區胡襄煤普查39個煤田勘探測溫孔，得出新生界（大部分埋深在1000m以淺，56次測溫）地溫梯度在2.37～4.07℃/hm，平均2.92℃/hm；二疊系（埋深在1300m左右，56次測溫，去除5次異常值）地溫梯度在1.81～3.80℃/hm，平均2.76℃/hm；石炭系測溫往往只有幾米到十幾米，甚至不測，所以不足以支撐統計該層地溫梯度。按照以往前人總結的該區地層地溫梯度值，新生界地溫梯度2.80℃/hm，煤系地層地溫梯度2.20℃/hm，奧陶系地溫梯度1.30℃/hm，據此保守推算本區奧陶系底板溫度在60～100℃，在太康向斜軸部和區西南區邊緣超過100℃，具體如圖2所示。

3.3 地溫場異常成因分析

地熱場異常區主要分布在大地構造的隆起（凸起）、坳陷（凹陷）、深大斷裂處，主要受大地構造、基底起伏、巖漿活動、巖性、斷層、地下水活動等因素的影響，起主導作用和具全局性影響的是大地構造性質。但是在廣大平原地區，基底的構造形態對區域地溫場起著控制作用，如基底起伏，由于基底的熱導率往往高于蓋層，深部熱流向基底隆起處集中，使得基底隆起區具有高熱流、高地溫梯度特征，坳陷（凹陷區）具有低地溫特征，本區正處在通許凸起（隆起）構造帶內，地層穩定。

表1 斷層發育情況一覽表

圖2 該區奧陶系底板溫度等值線圖

4 地熱水化學特征

地熱地球化學研究是以地熱水中各種常量和微量元素及其同位素化合物（液態和氣態）化學成分的分析為基礎的，主要用于解決劃分地熱系統的成因類型、確定補給源、估算熱儲溫度、計算地熱水年齡、研究地熱水與其他天然水之間的相互關系、研究與地熱水成分的組成與演化有關的水熱化學作用等。本區地熱水資料較少，故僅作簡單陳述。區域水文地質資料，單位涌水量0.002～3.15L/(s·m)，滲透系數為0.0085～5.02m/d，水化學類型為SO4-Na·Ca型，礦化度1～3g/L，屬于微咸水。通常熱儲層中陽離子、離子總量、礦化度與地下埋深關系密切，具有隨深度增加而增高的趨勢。本區地下熱水是大氣降水經緩慢的側向徑流補給熱儲層中與沉積水的混合物，補給源為西部山區，補給高程約320m，熱水年齡約為2.044萬年[3]。

現在地熱回灌技術日漸成熟，推廣完全回灌，逐步實現地熱能資源“只取熱不取水”良性循環。

5 地熱資源總體分析

該區熱儲層巖性主要為灰巖、白云質灰巖、白云巖，奧陶系底板埋深主要在2000～3000m之間，埋深從東北、東往西南、西逐漸增加，多條深大斷裂帶、斷層、裂隙發育，構成了地下熱水良好的儲存及運移通道。區內有鉆孔揭露了奧陶系馬家溝組石灰巖巖溶承壓含水層，水化學類型為SO4-Na·Ca型，礦化度1～3g/L，F-含量較低。溫度主要在60～100℃之間。綜上推測該區奧陶系中低溫地熱資源量豐富，水質好，是較有利勘查開發地段。

6 結 論

（1）本文通過對該區的地層、地質構造、埋藏特征、熱儲條件、地溫場及地熱異常成因、地熱水等因素的系統分析，為該區地熱資源更深程度勘查與開發提供較有力數據與技術支撐。

（2）本區地熱井資料較少，奧陶系埋藏較深，地溫梯度值隨深度增加而降低。按照以往前人總結的該區地層地溫梯度值推算該區奧陶系底板地層溫度屬保守推算，實際地溫可能高于此次推算結果，此次推算僅為更深一步工作提供參考，最終該區地層地溫特征還需補充資料和地熱井實際驗證。

（3）本區奧陶系巖性主要是灰巖、白云質灰巖、白云巖，通許凸起、斷裂帶、斷層、巖溶裂隙發育是很好的熱儲條件，水資源豐富，水質好，溫度在60～100℃，深度主要在2000～3000m，開發前景良好。