遼寧省盤(pán)錦市海外河地區(qū)地?zé)豳Y源研究與評(píng)價(jià)

■ 郭冬梅

（遼寧省工程勘察設(shè)計(jì)院，錦州 121000）

海外河地區(qū)位于遼寧省中南部，下遼河的最南端，為遼河油田主要的石油開(kāi)發(fā)地區(qū)，是遼河油田采油基地和水源基地，地?zé)豳Y源豐富，有上第三系熱儲(chǔ)層，館陶組砂礫巖層，下第三系熱儲(chǔ)層，包括東營(yíng)組、沙河街組砂巖層。由于受油氣分布影響，下第三系熱儲(chǔ)層研究程度較低，地?zé)豳Y源沒(méi)有得到充分開(kāi)發(fā)利用。

1 區(qū)域地質(zhì)條件

1.1 地層

研究區(qū)處于下遼河南部凹陷區(qū)的中央凸起部位，前新生代地層屬華北地層區(qū)，本區(qū)塊基底以中生界（Mz）和太古界（Ar）為主，在其之上發(fā)育了新生界第三系和第四系巨厚沉積，地表大面積為第四系松散堆積物覆蓋。由老到新的順序依次是：下第三系房身泡組（E1-2f），下第三系沙河街組（E2s）四段、三段、二段、一段，下第三系東營(yíng)組（E3d），上第三系館陶組（Ng）、明化鎮(zhèn)組（Nm）和第四系平原組（Qp）。

1.2 構(gòu)造

盤(pán)錦市海外河地區(qū)大地構(gòu)造單元屬華北陸塊之華北斷坳，次級(jí)構(gòu)造單元為下遼河斷陷中央凸起的南端，劃分為六個(gè)二級(jí)構(gòu)造帶，南部自西向東依次為：西部凸起帶、西部凹陷帶、中央凸起帶、東部凹陷帶、東部凸起帶，整體上為“洼中隆”的特點(diǎn)。法庫(kù)-盤(pán)山斷層和二界溝-黃沙坨斷層構(gòu)成中央凸起的邊界。

中生代以前的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以地臺(tái)型穩(wěn)定的整體升降為主，中生代后期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較活躍，老的格局開(kāi)始解體，構(gòu)造線方向由東西轉(zhuǎn)為北東向，初步形成了凹凸相間的基本構(gòu)造格局。對(duì)地?zé)崽锏叵聼崮艿姆峙淦鸬搅酥匾目刂谱饔?，加之第三系的河湖相沉積對(duì)熱能起到很好的阻隔作用，中上元古界、古生界構(gòu)成了該區(qū)中新生界覆蓋下的潛山基底，是典型的斷塊控制含水巖組特征的地區(qū)。潛山頂面是受中—新生代以來(lái)的裂谷斷裂分割的大型鼻狀構(gòu)造，潛山內(nèi)幕由于被中生代不同期次逆沖斷層切割，成疊瓦狀排列。下遼河盆地區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，見(jiàn)圖1。潛山頂面埋深一般1600-1800m，最淺處1430m。［1-3］

2 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)地下水賦存在第四系松散巖類孔隙、第三系裂隙-孔隙含水層之中。淡水層位為上第三系館陶組 含水巖組，咸水、微咸水層位為第四系、上第三系明化鎮(zhèn)組含水巖組。

第四系松散巖類孔隙水遍布全區(qū)，含水層由沖海積、海積砂、砂含礫構(gòu)成，含水層一般分選磨圓較好，顆粒均勻，結(jié)構(gòu)松散，地下水豐富，單井涌水量600-2000m3/d，礦化度大于1g/L，氯化鈉型水，為潛水-微承壓水。地下水補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水入滲、河水滲入及鄰區(qū)地下水逕流補(bǔ)給，排泄方式為人工開(kāi)采、地下潛水蒸發(fā)。

上第三系地下水分為明化鎮(zhèn)組、館陶組兩個(gè)含水巖組，地下水賦存于砂巖、砂礫巖之中，間夾2-5層泥巖。明化鎮(zhèn)組地下水單井涌水量500-1500m3/d，局部小于500m3/d，礦化度大于1.0g/L，重碳酸鈉型、重碳酸鈉鈣型水；館陶組地下水單井涌水量1000-2500m3/d，礦化度0.5-0.7g/L，重碳酸鈣鈉型水。地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為區(qū)外同層位地下水逕流補(bǔ)給，人工開(kāi)采是唯一排泄方式。

下第三系地下水分為東營(yíng)組、沙河街一段、沙河街二段三個(gè)含水巖組，地下水處于封閉-半封閉狀態(tài)，據(jù)收集油田資料推測(cè)東營(yíng)組自流量小于500m3/d,礦化度一般介于1.0-10g/L，PH值8-9，屬重碳酸鈉型咸水、微咸水，基本無(wú)補(bǔ)給來(lái)源，排泄方式為石油開(kāi)采時(shí)油水混合排泄。［3］

3 地?zé)岬刭|(zhì)條件

據(jù)區(qū)域資料初步分析認(rèn)為，受深大斷裂的影響和控制，老基底隆起的頂部是幔源熱向上傳導(dǎo)聚集熱能的部位，該部位是形成區(qū)域下第三系熱儲(chǔ)層熱能的直接供給區(qū)。另外，老基底上部發(fā)育的斷裂構(gòu)造，特別是早第三紀(jì)時(shí)期形成的分布相對(duì)密集的中小型斷層，進(jìn)一步溝通了下第三系熱儲(chǔ)層與基底隆起區(qū)的聯(lián)系，而使深部幔源熱經(jīng)由老基底隆起的頂部，源源不斷供給基底上部的下第三系儲(chǔ)熱層。

工作區(qū)從中生代開(kāi)始，華北陸塊縱向增生，巖石圈歷經(jīng)旋回式伸展-收縮過(guò)程，并最后轉(zhuǎn)向巖石圈減薄，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生北北東向走滑正斷層體系，斷裂切割前新生代地層及基底斷塊產(chǎn)生差異沉陷，形成下遼河斷陷盆地，新生代裂谷開(kāi)始發(fā)育，下遼河裂谷演化過(guò)程，見(jiàn)圖2。

新生代經(jīng)歷了伸展斷陷裂谷初成及均衡調(diào)整二個(gè)階段，演化成目前區(qū)內(nèi)地層總體連續(xù)，谷坡地帶明顯超覆總體坳陷的盆地特征。同時(shí)，我國(guó)北方坳陷盆地內(nèi)地溫的分布主要受地質(zhì)構(gòu)造的影響，地溫的高低與區(qū)域構(gòu)造一致，基底的起伏常與地溫的高低成正向關(guān)系。地殼相對(duì)隆起區(qū)地溫高是深部熱從導(dǎo)熱率高的地層向?qū)崧实偷膸r層傳導(dǎo)而導(dǎo)致熱量的重新分配，在隆起基底巖層頂部積聚，使地溫相對(duì)較高。海外河地區(qū)位于地殼相對(duì)隆起的中央凸起地帶，根據(jù)遼河油田地質(zhì)資料，工作區(qū)北部發(fā)育有兩條近東西向正斷層F1、F2，西南部發(fā)育一條北東向正斷層F3，斷層均穿透東營(yíng)組頂?shù)装濉?/p>

4 地下熱水賦存特征

4.1 蓋層特征

工件區(qū)內(nèi)蓋層主要為第四系和上第三系明化鎮(zhèn)組地層，特別是明化鎮(zhèn)組下段發(fā)育一段穩(wěn)定且較厚的泥巖層，它們覆蓋在館陶組地層之上，導(dǎo)熱性差，蓋層總厚度500-1400m，地溫梯度一般較高，最高可達(dá)3.39℃/100m。

4.2 熱儲(chǔ)層特征

本區(qū)沉積有巨厚的第三系地層，已證實(shí)幾乎所有的地層段都有含水層，且地下熱水賦存的層位連續(xù)、厚度穩(wěn)定，構(gòu)成層狀熱儲(chǔ)層。盆地?zé)崮軄?lái)源以幔源熱 向熱儲(chǔ)層傳導(dǎo)方式為主，深大斷裂也是重要的熱能上升通道。熱傳導(dǎo)型地?zé)崽餆醿?chǔ)層一般埋藏較深，多在800m以下。受盆地內(nèi)斷裂控制，地?zé)崽锛婢邔訝詈蛶钐卣?，一般通過(guò)鉆探揭露，地表無(wú)顯示。盆地內(nèi)的斷層和內(nèi)部的凹陷、凸起控制著地溫的分布，在下遼河平原中央凸起和其東西兩個(gè)凹陷控制性斷層地帶，同樣深度地溫明顯高于凹陷內(nèi)部。按地層時(shí)代從新到老可分為二個(gè)熱儲(chǔ)系統(tǒng)，即上部為上第三系熱儲(chǔ)系統(tǒng)、中部為下第三系熱儲(chǔ)系統(tǒng)。

上第三系熱儲(chǔ)層，為館陶組，是一套沖積、洪積地層，分布廣，工作區(qū)內(nèi)皆有分布，巖性以淺灰、灰白色厚層狀塊狀含漂礫砂巖、砂礫巖為主，沉積物分選、磨圓差，泥質(zhì)膠結(jié)疏松。埋深415-1397m，層狀富水，厚度180-418m。物性好，有效孔隙度25-30%，井口水溫可達(dá)50℃。富水性好，單井涌水量一般在3000m3／d左右，地下水頭標(biāo)高－7-－33m。礦化度在0.4-0.9g/l，硬度小于20德國(guó)度，PH值在8.0-9.0，水化學(xué)類型為HCO3-Na型，屬淡水－微咸水。

下第三系熱儲(chǔ)層，包括東營(yíng)組、沙河街組砂巖層，為一套內(nèi)陸湖相碎屑沉積。東營(yíng)組地層厚600-1622米，巖性由下至上顯示為，下部為長(zhǎng)石砂礫巖、砂巖、砂礫巖夾泥巖；中部為砂巖、砂礫巖與泥巖互層；上部為泥巖、粉砂巖夾砂礫巖、泥巖。沙河街組含水層主要由沙一段和沙二段組成，地層總厚598-1895m，巖性下部以泥巖為主，局部夾玄武巖；上部主要為粉砂巖、砂巖夾礫巖，局部夾火山巖。平面上區(qū)內(nèi)皆有分布，但在斜坡部位沙二段缺失。層狀富水，其中水層總厚88-312.5m。因受上覆地層較強(qiáng)的壓實(shí)作用，成巖性好，物性差。孔隙度、滲透性較差，富水性較好，含水層處于封閉或半封閉狀態(tài)，埋深大，產(chǎn)量低，單井涌水量一般較低，為150-1100m3／d，平均溫度大于50℃。礦化度一般介于1.0-10g/l，屬微咸水－咸水，硬度一般為20-40德國(guó)度，PH值8-9，屬弱堿性水，水化學(xué)類型為HCO3-Na型。［4］

4.3 地溫場(chǎng)特征

本區(qū)地處下遼河盆地南部，為下第三系地溫梯度高值區(qū)，地溫來(lái)源于大地?zé)崃鳎傻蒯崃骱偷貧崃鹘M成，主要熱源為地幔熱流。地溫在平面分布上變化不大，但相對(duì)地溫高值區(qū)多沿?cái)嗔鸦蚧茁∑饏^(qū)分布，說(shuō)明地溫在平面上受古地形地貌的控制，基本上不受上部地下水活動(dòng)的影響。地溫在垂向上可分為變溫帶、常溫帶及增溫帶。據(jù)已有資料，下遼河盆地的常溫帶深度為30-70m，常溫帶基準(zhǔn)溫度11.5℃。縱向上，館陶組的地溫梯度偏低，在本區(qū)地溫梯度值為2.7-3.58℃/100m，東營(yíng)組的地溫梯度略高，在本區(qū)地溫梯度值為3.32-4.17℃/100m。［4］

5 地?zé)醿?chǔ)量計(jì)算

5.1 地?zé)醿?chǔ)量的計(jì)算。

地?zé)醿?chǔ)量的計(jì)算采用熱儲(chǔ)法，估計(jì)地?zé)崽锏責(zé)豳Y源的潛力，計(jì)算公式如下：

(1)熱儲(chǔ)法計(jì)算公式：

式中：Q——熱儲(chǔ)中儲(chǔ)存的熱量，單位為焦（J）；

Qr——巖石中儲(chǔ)存的熱量，單位為焦（J）；

QL——熱儲(chǔ)中儲(chǔ)存的水量，單位為立方米（m3）；

Q1——截止到計(jì)算時(shí)刻，熱儲(chǔ)孔隙中熱水的靜儲(chǔ)量，單位為立方米（m3）；

Q2——水位降低到目前取水能力極限深度時(shí)熱儲(chǔ)所釋放的水量，單位為立方米（m3）；

Qw——水中儲(chǔ)存的熱量，單位為焦（J）；

A——計(jì)算區(qū)面積，單位為立方米（m3）；

d—熱儲(chǔ)厚度，單位為立方米（m3）；

ρr——熱儲(chǔ)巖石密度，單位為千克每立方米（kg/m3）；

cr——熱儲(chǔ)巖石比熱，單位為焦每千克攝氏度[J/kg·℃]；

φ—熱儲(chǔ)巖石的孔隙度，無(wú)量綱；

tr—熱儲(chǔ)溫度，單位為攝氏度（℃）；

t0—當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?，單位為攝氏度（℃）；

ρw—地?zé)崴芏?，單位為千克每立方米（kg/m3）

S—彈性釋水系數(shù)，無(wú)量綱；

H—計(jì)算起始點(diǎn)以上高度，單位為米（m）

cw—水的比熱，單位為焦每千克攝氏度[J/kg·℃]

(2)計(jì)算參數(shù)的確定

①熱儲(chǔ)面積、厚度及熱儲(chǔ)層溫度的確定

面積取100km2，根據(jù)對(duì)鉆孔資料研究計(jì)算，館陶組熱儲(chǔ)層平均厚度為250m，熱儲(chǔ)層平均溫度為50℃；東營(yíng)組熱儲(chǔ)層平均厚度為150m，熱儲(chǔ)層平均溫度為70℃，當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?.4℃。館陶組熱儲(chǔ)層頂板算起的水頭高度45m，東營(yíng)組熱儲(chǔ)層頂板算起的水頭高度取油面距井口高度約100m，得出計(jì)算起始點(diǎn)以上高度館陶組1019m,東營(yíng)組1341m。

②熱儲(chǔ)的孔隙度和彈性釋水系數(shù)

根據(jù)遼寧省下遼河平原南部上第三系地下水勘察報(bào)告，館陶組砂巖孔隙度選25%，彈性釋水系數(shù)0.0145。根據(jù)遼河斷陷地?zé)豳Y源研究，東營(yíng)組砂巖孔隙度選27%，因沒(méi)有實(shí)測(cè)值，考慮泥巖層位壓榨釋水，東營(yíng)組彈性釋水系數(shù)，取0.005。

③比熱和密度

熱儲(chǔ)巖石的比熱、密度參照《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB/T11615-2010）確定。水的比熱確定為4180J/kg·℃，水的密度取1000kg/m3，砂巖比熱取878J/ kg℃,砂巖密度取1956kg/m3。

(3)計(jì)算結(jié)果如下:

館陶組地?zé)豳Y源量為2.68×1018J，東營(yíng)組地?zé)豳Y源量為2.38×1018J，海外河地區(qū)地?zé)豳Y源總量為5.06×1018J，相當(dāng)于1.73×108噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒的熱量值，地?zé)豳Y源豐富。

5.2 地?zé)崃黧w存儲(chǔ)量及可開(kāi)采量

地下熱水屬承壓水，存儲(chǔ)量為容積存儲(chǔ)量與彈性存儲(chǔ)量之和。

(1)計(jì)算公式

Q總=Q彈+Q容

Q彈=A·S*·H

Q容=A·S·Hm

式中：

Q總—熱水總存儲(chǔ)量（m3）

Q彈—彈性儲(chǔ)存量（m3）

Q容—容積儲(chǔ)存量（m3）

S*—含水巖組彈性釋水系數(shù)，無(wú)量綱

S—含水巖組重力給水度，無(wú)量綱

A—計(jì)算區(qū)面積（m2）

H—含水層頂板算起的水頭高度（m）

Hm—含水巖組厚度（m）

(2)計(jì)算參數(shù)的確定（參見(jiàn)表1）

館陶組地?zé)崃黧w的可開(kāi)采量參照海水103井，取1500m3/d，東營(yíng)組水量在150-1100m3／d之間，考慮可持續(xù)開(kāi)采，取400m3/d。開(kāi)采深度依據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T11615—2010）8.3.4條年壓力下降值不大于0.02MPa，即最大為204m（或取200m）。

表1 計(jì)算參數(shù)確定一覽表

(3)計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算工作區(qū)館陶組熱水總資源量為77.28×108m3，其中彈性存儲(chǔ)量為14.78×108m3；東營(yíng)組熱水總資源量為47.21×108m3，其中彈性存儲(chǔ)量為6.71×108m3。

6 結(jié)論

(1)區(qū)內(nèi)地下水較為豐富，為中低溫水熱系統(tǒng)。

(2)該地?zé)崽镱愋蜑闊醾鲗?dǎo)型，上第三系明化鎮(zhèn)組地層和第四紀(jì)地層為蓋層，巖性主要為第三系的泥巖、砂巖和砂礫巖；下第三系沙河街組及東營(yíng)組的砂巖、砂礫巖為中部熱儲(chǔ)層，富水性相對(duì)較好；上第三系館陶組砂巖為上部熱儲(chǔ)層，富水性好。

(3)本區(qū)地?zé)豳Y源量較為豐富，可采量大。館陶組砂巖厚度大，透水性好，孔隙發(fā)育，埋藏淺，水量豐富，單井涌水量可達(dá)3000m3/d，含水層埋深900-1400 m，水溫可達(dá)50℃，水質(zhì)好，礦化度低，熱水不經(jīng)處理即可直接利用，是經(jīng)濟(jì)型地?zé)豳Y源。東營(yíng)組熱儲(chǔ)層砂巖物性變差，水量在150-1100m3/d之間，礦化度高，水溫可達(dá)70℃，達(dá)微咸水-咸水，一般位于油層下面，是亞經(jīng)濟(jì)型地?zé)豳Y源，可以利用油田條件較好的報(bào)廢井和核銷井開(kāi)采地?zé)帷?/p>

[1]孫維義,高明久,等.遼寧省盤(pán)錦市上第三系地?zé)峒暗V泉水資源調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告[R].錦州:遼寧工程勘察院,1997.

[2]魯景峰,閆寶強(qiáng),等.遼寧省下遼河平原南部上第三系地下水勘察評(píng)價(jià)[R].錦州:遼寧省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì),1997.

[3]李榮輝，王鐵玲，等.遼河斷陷地?zé)豳Y源研究與評(píng)價(jià)[R].盤(pán)錦：遼河油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，1999.

[4]遼寧省盤(pán)錦市興隆臺(tái)地區(qū)下第三系地?zé)豳Y源調(diào)查評(píng)價(jià)[R].盤(pán)錦:盤(pán)錦市科海石油技術(shù)發(fā)展有限公司,2011.

[5]GB/T 11615－2010,地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范[S].[13]李娣,胡擁軍,肖中良.長(zhǎng)株潭區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展評(píng)價(jià)與對(duì)策研究[J].開(kāi)放導(dǎo)報(bào),2010(1):101-105.

[14]鄒偉進(jìn),陳偉,郭明晶.我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)生態(tài)化水平的評(píng)價(jià)[J].統(tǒng)計(jì)與決策,2010(8):113-116.

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