鄭州市東區(qū)深層地熱特征及合理開發(fā)利用

程立華

(河南地礦局第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，河南新鄉(xiāng) 453002)

鄭州市東區(qū)深層地熱特征及合理開發(fā)利用

程立華

(河南地礦局第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，河南新鄉(xiāng) 453002)

介紹了鄭州市東區(qū)深層地熱的特征，把深層地熱資源劃分為三層:埋藏深度320～850 m的第一地熱儲層，熱儲巖性為新近系中細砂層，熱儲平均厚度1553 m。熱儲溫度33°C，地溫梯度2.5～3.5°C/100 m。埋藏深度850～1 200m的第二熱儲層儲巖性為新近系細砂、中細砂層，熱儲總厚度86～187m，熱儲溫度45°C，地溫梯度27.～3.6°C/100 m。埋藏深度1 200～2 000 m的第三熱儲層，巖性為新近系粉細砂為主、少量中砂，熱儲總厚度150 m左右，熱儲溫度56°C，地溫梯度2.9°C/100 m。并對地熱資源的合理開發(fā)與保護提出了建議。

深層地熱;熱儲層;地熱特征;資源保護

鄭州市地處中原，它北臨黃河，西依嵩山，鄭州市東區(qū)為其新的開發(fā)區(qū)。隨著城市的發(fā)展，地熱開發(fā)迅速發(fā)展，形成競相打地熱井的局面，由于缺乏科學的管理，地熱井布局不盡合理，建成區(qū)內(nèi)，地熱井密度達0.18眼/km2，超量開采導致深層水位以2～3 m/a速率逐年下降;地熱井出水量減少、井報廢、水位大幅下降造成地熱資源的破壞和浪費。為了正確指導地熱資源合理開發(fā)利用和保護，必須掌握本地區(qū)的地熱特征，為地熱開發(fā)規(guī)劃的設計提供依據(jù)。

1 地熱地質(zhì)背景

鄭州市東區(qū)位于華北坳陷(一級構造單元)中的開封坳陷(二級構造單元)的西南部。開封坳陷形成于中、新生代，其基底均為三疊紀碎屑巖類地層。工作區(qū)內(nèi)構造是在多次構造運動影響下形成的，他們和新構造運動一起控制著工作區(qū)的地熱特征。區(qū)內(nèi)構造形跡以斷裂為主，均處于隱伏狀態(tài)，除花園口斷裂、老鴉陳斷裂外，大部分斷裂均屬基底斷裂，錯斷了三疊紀—奧陶紀?，F(xiàn)將本區(qū)的主要構造簡介如下:

(1)中牟斷層:斷層西起黃家庵，經(jīng)老薛庵延至區(qū)外，區(qū)內(nèi)長約15 km。走向近東西，傾向北，斷距300 m，北盤下降，南盤上升。是一條穩(wěn)定的斷層。

(2)中牟北斷層:斷層西起大河村附近的花園口斷裂，經(jīng)劉江延至區(qū)外，區(qū)內(nèi)長約14 km。走向近東西，傾向北，斷距300 m，北盤下降，南盤上升。新近系以來是穩(wěn)定的。

(2)上街斷層:斷層西起小馬寨，經(jīng)老圃田延至區(qū)外，區(qū)內(nèi)長約36 km。走向進東西，傾向北，斷距200 m，北盤下降，南盤上升。斷層近系以來較穩(wěn)定。

(4)須水斷層:斷層西起張寨，經(jīng)大燕莊延至區(qū)外，區(qū)內(nèi)長約34 km。走向進東西，傾向北，斷距200 m，北盤下降，南盤上升。斷層近系以來較穩(wěn)定。

(5)花園口斷層:斷層北西自花園口起，南東到王新莊止，延伸長約19 km與中牟斷層相匯合，并把中牟斷層切斷，走向330°，傾向北東，傾角70°。正斷層，斷距于南西部小于150 m，向北增大約200 m，基底錯動大于500 m，斷層第三紀以來仍有活動。

(6)老鴉陳斷層:斷層北西自黃河老橋起，自邙山東側到耿莊，長約35 km，走向 330°，傾向北東，傾角 60～70°，正斷層，斷距由南東向北西增大，由250 m增至400 m，控制了新近系和第四系的沉積，造成了鄭州市區(qū)東西兩側的地勢差異。斷層第三紀以來仍有活動。

2 地熱特征

鄭州東區(qū)地熱田位于鄭州～開封沉積盆地埋藏型地熱田的西南部，熱儲類型為層狀熱儲。深層地下水補給來源主要以側向徑流補給為主，總體由西南向東北方向徑流，主要排泄方式為人工開采。動態(tài)變化受開采量大小的控制。熱源供給主要為大地熱流傳導和深層熱能沿斷裂通道對流兩種形式兼而有之。地熱資源的形成和分布，主要受區(qū)內(nèi)構造和基巖埋藏深度的控制?？責針嬙煲岳哮f陳斷層、花園口斷層、中牟斷層、上街斷層、須水斷層等為主。這些斷層均為開啟性的張性正斷層，它們在某種程度上成為深部地下水流對流、運移和富集的通道。老鴉陳斷層控制區(qū)內(nèi)地熱分布最為明顯，該斷裂控制著鄭州東區(qū)熱儲巖性、厚度、熱儲溫度、出水量。根據(jù)地熱地質(zhì)條件，結合目前的熱井開采深度，把鄭州市東區(qū)深層地熱資源化分為三層。

2.1 第一深層地熱能資源

是指埋藏深度320～850 m的地熱能資源，分布于全區(qū)。熱儲層主要為新近系上新統(tǒng)下段和中新統(tǒng)上中下段湖積地層，熱儲巖性為新近系中細砂層，熱儲平均厚度155.3 m。熱儲溫度 33°C，地溫梯度 2.5 ～3.5°C/100 m。單位涌水量1～3m3/h·m，水化學類型主要為 HCO3—Na型，局部為HCO3·SO4—Na型，HCO3—Ca型，礦化度 500～700 mg/L，pH 值 7.2～8.56，H2siO4含量 25.99 ～45.06 mg/L，Sr含量0.21～1.03 mg/L。蓋層有新近系粘土巖、各粒級砂巖和第四系松散層組成，其中新近系粘土巖厚度大，第四系厚度100～200 m，區(qū)域上分布穩(wěn)定。

2.2 第二深層地熱能資源

是指埋藏深度850～1 200 m的地熱能資源，分布于老鴉陳斷層以東、須水斷層以北地帶。熱儲層主要為新近系館陶組下段湖積地層，巖性為新近系細砂、中細砂層，熱儲總厚度86～187 m。熱儲溫度 45°C，地溫梯度 2.7 ～3.6°C/100 m。單位涌水量多數(shù)在0.5 m3/h·m左右，局部(老鴉陳—柳林一帶)大于1.0 m3/h·m，水化學類型主要為 HCO3—Na型，局部為 HCO3·SO4—Na型，礦化度 600～900 mg/L，PH 值7.4 ～8.3，H2siO4含量 25 ～30 mg/L，Sr含量 0.2 ～0.3 mg/L。該層是目前鄭州市區(qū)的主要開發(fā)熱儲層。蓋層為新近系粘土巖、各粒級砂巖，其中新近系粘土巖厚度大，厚度多在400～500 m。

2.3 第三深層地熱能資源

是指埋藏深度1 200～200 m的地熱能資源，分布于須水斷層以北地帶。熱儲巖性為新近系粉細砂為主、少量中砂，熱儲總厚度 150 m左右，熱儲溫度 56°C，地溫梯度 2.9℃/100 m。單位涌水量 0.83 m3/h·m，水化學類型為HCO3—Na型，礦化度 720 ～900 mg/L，pH 值 7.8 ～8.0。蓋層為新近系粘土巖，厚度大于400 m。

3 地熱資源的合理開發(fā)利用及保護

3.1 合理開發(fā)利用

根據(jù)鄭州市東區(qū)深層地熱資源的特征，水資源規(guī)模，考慮可持續(xù)發(fā)展的要求，結合目前的開采情況進行合理布井。在鄭州市東區(qū)的西部地帶已形成降落漏斗，這一區(qū)域要注意井距控制，嚴格控制地熱深井的審批。鄭州東區(qū)第三熱儲層資源豐富，有極大潛力，目前這一層的開發(fā)剛剛起步，可適當開發(fā)利用這一熱儲層。

根據(jù)本區(qū)地熱資源的水溫、水質(zhì)特點，今后在地熱資源綜合利用方面應加強在農(nóng)副業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)方面的溫室種植、低溫灌溉、漁業(yè)養(yǎng)殖、礦泉水開發(fā)及工業(yè)的鍋爐用水等方面的綜合利用。

3.2 進行動態(tài)監(jiān)測

通過對地熱資源的水位、水溫、水質(zhì)、水壓的動態(tài)監(jiān)測，建立相應的地熱資源監(jiān)測管理信息系統(tǒng)，為地熱資源開發(fā)管理與保護提供監(jiān)測資料。對易發(fā)生的一系列環(huán)境問題，能夠起到預測并及時采取防治措施的目的。

3.3 地熱回灌

地熱回灌是資源保護的有效措施。同時，通過尾水回灌，又可減少由于直接排放可能對環(huán)境造成的熱污染和化學污染，保護正常的生態(tài)環(huán)境。

［1］張國建，等.鄭東新區(qū)地熱能資源勘查報告.河南省地礦局水文一隊，2008.

［2］苗興杰，等.鄭州東區(qū)地熱資源調(diào)查與評價報告.河南省地礦局水文一隊，2001.

Characteristics and Reasonable Exploitation and Utilization of the Terrestrial Heat in The Eastern District of Zhengzhou City

CHENG Li－h(huán)ua

(1st Hydrogeology and Engineering Geological Team，Henan Burean of Geology and Mineral Resources Xin xiang，Henan)

The article describes the deep geothermal characteristics in the Eastern District of Zhengzhou City.The deep geothermal resources can be divided into three layers.The first is the geothermal reservoir with burial depth of 320 ～ 850m which the heat reservoir lithology is the fine sand layer of Neogene and the average thickness of the thermal energy storage is 1553.m with the heat reservoir temperature 33℃，the temperature gradient2.5 ～ 3.5 ℃ /100m.The second is the burial depth of 850 ～ 1200m which the heat reservoir lithology of the Neogene is the sand，fine sand layer，the total thickness of the thermal energy storage 86 ～ 187m，thermal energy storage temperature of 45℃，temperature gradient27.～ 3.6℃ /100m.The third is the 1200 ～2000 m burial depth which the reservoir lithology ismainly Neogene fine sand，a small amount of sand，total thickness of thermal energy storage about150m，thermal energy storage temperature of56℃，temperature gradient 2.9 ℃ /100m.The article also provides some advice for reasonable exploitation and protection of geothermal resources.

The deep terrestrial heat;heat storage layer;the geothermal characteristics and protection of the resources

P641.139

B

1004－1184(2011)04－0030－02

2011－03－24

程立華(1972－)，女，山東青州人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)工作。