天津市濱海新區(qū)東營組地熱資源研究

張敏

中國煤炭地質總局水文地質局（天津）工程技術研究院有限公司 天津 300131

地熱能是一種低碳、高效、可循環(huán)利用的低品位清潔能源，相較于其他清潔能源具有儲量巨大、分布廣泛、清潔環(huán)保、穩(wěn)定連續(xù)等優(yōu)點[1]。天津市地處華北平原北部、海河流域下游，東臨渤海，北依燕山，西靠北京，是京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略中的重要引擎，是全國先進制造研發(fā)基地、北方國際航運核心區(qū)、金融創(chuàng)新運營示范區(qū)、改革開放先行區(qū)。濱海新區(qū)作為京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的核心地區(qū)之一，經濟快速增長的同時，節(jié)能降碳的任務也日趨緊迫，作為天津地熱資源高質量利用的示范區(qū)，地熱資源高質量發(fā)展需求巨大。

天津市地熱資源豐富，地勢北高南低、西高東低，其地熱以沉積盆地型中低溫地熱資源為主。東營組熱儲層是濱海新區(qū)的主力熱儲層，可以源源不斷的為該區(qū)提供清潔能源，該區(qū)東營組熱儲層開發(fā)尚處于起步階段，為了更加合理開發(fā)該熱儲層，有效降低資源浪費和開發(fā)風險，應該選用科學的評價方法，正確評估地熱資源條件，為東營組地熱儲層的開發(fā)利用及管理提供切實可行的依據(jù)[2]。

1 地質特征

1.1 構造特征

天津市大地構造位置處于Ⅰ級構造單元柴達木—華北板塊的華北陸塊（Ⅱ），以寶坻－寧河斷裂為界，縱跨了兩個Ⅲ級構造單元燕遼臺褶帶（北區(qū)）和華北盆地（南區(qū)）。北區(qū)位于燕遼臺褶帶的次一級（Ⅳ級）構造單元薊唐裂谷區(qū)；南區(qū)則橫跨了華北斷坳區(qū)的3個Ⅳ級構造單元—即西側的冀中坳陷、中部的滄縣隆起和東側的黃驊坳陷，形成了兩坳夾一隆、呈北北東（NNE）向展布的構造格局。濱海新區(qū)位于天津市東部地區(qū)，地質構造上屬于黃驊坳陷Ⅲ級構造單元，自北向南分布有歧口凹陷、港西凸起、板橋凹陷、北塘凹陷、寧河凸起共五個次級構造單元。地熱資源條件依據(jù)其所賦存的熱儲巖性、孔/裂隙性質和結構等條件，可劃分為兩類：陸相碎屑沉積為主的新生界孔隙型熱儲和海相沉積為主的中元古界碳酸鹽巖巖溶裂隙型熱儲，東營組是濱海新區(qū)開發(fā)利用深度最大的孔隙型熱儲，頂板埋深1600～2400m，在坳陷區(qū)內分布范圍廣泛，巖性為泥巖與砂巖、砂礫巖互層；碳酸鹽巖巖溶裂隙型熱儲主要為霧迷山組，在研究區(qū)普遍分布廣泛，但是埋深一般超過4000m，見圖1。

圖1 研究區(qū)構造綱要圖

1.2 沉積相特征

東營組的物源方向主要來自北部，燕山隆起和滄縣隆起是主要的沉積來源，其次是東南部的埕寧隆起。東營組沉積時從北往南水體逐漸加深，東三段以辮狀河三角洲平原相為主，僅在板橋凹陷東部出現(xiàn)三角洲前緣相和歧口凹陷東南部出現(xiàn)濱淺湖相；東二段主要為濱淺湖相，其次是辮狀河三角洲前緣相，僅在北塘凹陷南部存在辮狀河三角洲平原相；東一段濱淺湖相不在研究區(qū)范圍內，辮狀河三角洲平原相重新占據(jù)主導，在大港至塘沽以北區(qū)域主要分布辮狀河三角洲平原相。本區(qū)的大部分區(qū)域經歷三角洲沉積過程，因此區(qū)內東營組地熱流體富集區(qū)主要分布在辮狀河三角洲前緣地帶。

東營組按沉積旋回分為三段，東三段沉積具有明顯的南北分區(qū)特征，在黃驊凹陷中、北部地區(qū)砂層最發(fā)育，由一套灰色、綠灰色泥巖與淺灰色、灰白色砂巖互層組成，具有明顯的反旋回特點，砂巖的巖性以巖屑質長石砂巖、長石砂巖為主，其南區(qū)基本為純泥巖，為一套灰色、綠灰色泥巖與淺灰、灰白色砂巖互層段。總厚150～350m；東二段全區(qū)基本以泥巖為主夾砂巖?？偤?00～300m；東一段以砂巖沉積為主，但由于東營組末期遭遇侵蝕的范圍較大，僅有部分殘留于中、北部的歧口、南堡等凹陷，地層總厚度介于0～700m之間。

2 熱儲層特征

古近系東營組熱儲層位于館陶組熱儲層之下，在萬家碼頭—大臺子—徐莊子—郭莊子，橋沽地熱異常區(qū)以北區(qū)域缺失，其余地區(qū)均發(fā)育。東營組熱儲為碎屑巖熱儲，熱流體富集于砂巖和含礫砂巖中，孔隙間連通程度較高，有效孔隙度較大。

根據(jù)石油鉆孔資料，東營組熱儲層頂板埋深在1500～2300m之間，厚度約為100～700m，砂泥比在35%～38%左右，孔隙度約為20%～35%，滲透率在200～1000mD。其中，海河斷裂以南的東營組熱儲層頂板埋深在1500～2200m之間，滲透率在200～900mD；在海河斷裂以北的區(qū)域，頂板埋深在1600～2300m之間，滲透率在300～1000mD。根據(jù)熱儲層巖性特征分析，東營組熱儲層下部為泥巖與砂巖、砂礫巖互層，孔隙度約為20%～28%，部分層位可以達到25%～30%，熱儲層厚度約300m左右；熱儲層中部以泥頁巖為主，賦水條件較為一般；東營組熱儲層上部以砂質巖沉積為主，紫紅色泥巖和灰白色混合砂巖、巖屑質長石砂巖和砂礫巖構成該熱儲層，顏色由灰綠色變?yōu)殡s色，儲層厚約200m左右，孔隙度約為22%～35%[3]。

3 水化學特征

濱海新區(qū)東營組地熱流體礦化度為2000～20000mg/L，呈現(xiàn)出自北東向南西呈逐漸增大的趨勢[4]，礦化度的變化主要受到地熱流體徑流方向及地層埋藏趨勢的影響；在垂向上，古近系東營組地熱流體的礦化度隨埋藏深度增加而升高，3000m深度以下增幅減緩。東營組地熱流體主要離子含量為Na+、Cl-及HCO3-，水質類型多數(shù)為Cl·HCO3－Na型；氣體含量包括O2、N2、CH4、CO2以及微量H2，礦化度1.2～3.70g/L，pH值8.0～8.6。

4 有利遠景區(qū)的圈定

截止于2 0 2 0 年底，濱海新區(qū)東營組地熱資源量為36.914×1018J、地熱流體儲存量為33.895×109m3（表1）。

綜合上述分析，濱海新區(qū)東營組地熱資源有利勘探區(qū)應具備以下幾個先決條件：

（1）非油田礦區(qū)或生態(tài)紅線保護區(qū)；

（2）城市發(fā)展對地熱資源利用需求旺盛地區(qū)；

（3）地熱資源儲量豐富地區(qū)；

在重點分析濱海新區(qū)東營組地熱資源潛力的基礎上，規(guī)避生態(tài)紅線和石油礦區(qū)，依托城市發(fā)展對地熱資源的需求，將區(qū)內東營組地熱資源分為Ⅰ級有利勘探區(qū)、Ⅱ級有利勘探區(qū)和不利勘探區(qū)，圖2。

圖2 濱海新區(qū)東營組地熱開發(fā)潛力分區(qū)

（1）Ⅰ級有利勘探區(qū)。該區(qū)域東營組地熱資源潛力較強，不是油田礦區(qū)或生態(tài)紅線保護區(qū)，熱儲開采和回灌能力強，地溫梯度在2.5～3.5℃/100m，定義為Ⅰ級有利勘探區(qū)，該區(qū)域面積約320km2。

（2）Ⅱ級有利勘探區(qū)。該區(qū)域東營組地熱資源潛力中等，熱儲開采和回灌能力一般，地溫梯度在2.5～3.0℃/100m之間，定義為Ⅱ級有利勘探區(qū)，該區(qū)域面積約750km2。

（3）不利勘探區(qū)。該區(qū)域東營組地熱資源潛力較弱，屬于油田礦區(qū)或生態(tài)紅線保護區(qū)范圍內，地熱資源開發(fā)受限，熱儲開采和回灌能力較差，開采量、回灌量不能滿足需求，定義為不利勘探區(qū)，該區(qū)域面積約900km2。

5 東營組開發(fā)利用對策

5.1 提高地熱資源利用率

目前，濱海新區(qū)東營組地熱資源利用率不高，因此，要加大東營組熱儲層的勘探力度，深入研究該套熱儲層沉積環(huán)境、發(fā)育特征，推動東營組熱儲層地熱資源開發(fā)新理論和新技術、新方法的深入研究，大力推廣東營組地熱資源梯級利用技術，提高地熱資源的開發(fā)利用效率，減少地熱流體消耗性開采，維持熱儲壓力平衡。對現(xiàn)有地熱資源開發(fā)利用項目進行評估，針對現(xiàn)有地熱利用系統(tǒng)不合理之處進行升級改造。新建地熱資源供熱系統(tǒng)，必須滿足高標準建設要求。

5.2 加強地熱流體回灌工作

天津市相關規(guī)劃要求孔隙型熱儲回灌率大于等于70%，東營組熱儲目前的開采強度不大，地熱資源開采處于起步階段，熱儲壓力相比其他熱儲層較高，自然回灌難度較大。因此，結合東營組的發(fā)育情況，重點研究回灌井成井工藝和回灌工藝，優(yōu)化開采井、回灌井井位布設，針對孔隙型熱儲回灌量衰減進行專項技術攻關，在保證回灌量的情況下，合理有序開發(fā)地熱資源。

5.3 建立示范工程

地熱資源是天津優(yōu)質的本土能源，開發(fā)利用需多專業(yè)、多學科結合，目前新方法、新工藝、新裝備尚處于探索階段，需要示范工程帶動發(fā)展。積極推動地熱資源與其他能源形式的綜合利用，積極打造地熱、風能、光伏、燃氣等綜合能源站的建設，打造綜合能源利用示范項目，推廣應用示范工程先進技術，起到以點帶面，全面推動提高的作用。

6 結束語

濱海新區(qū)地熱資源豐富，東營組為半封閉型熱儲層，熱儲厚度和分布面積較大，但也存在不利于地熱開發(fā)的因素，如地熱流體補給條件較差，地熱流體回灌難度大等，總體分析濱海新區(qū)東南和東北兩個區(qū)域的東營組熱儲層具有一定的開發(fā)潛力。目前，濱海新區(qū)東營組熱儲層的開發(fā)尚處于起步階段，在適宜地區(qū)加大開采強度，給城市建設提供穩(wěn)定的清潔能源供應是可行的。