帶狀(構(gòu)造裂隙型)熱儲(chǔ)地?zé)釂尉Ｗo(hù)范圍確定方法探討

伍洲云，徐寧玲，范迪富

（江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210018）

熱儲(chǔ)法是地?zé)豳Y源勘查評(píng)價(jià)中最為常用的評(píng)價(jià)方法?！兜?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T 11615—2010)將熱儲(chǔ)劃分為層狀(沉積盆地型)、帶狀(構(gòu)造裂隙型)和兼具層狀帶狀三種類型［1］，并且要求不同熱儲(chǔ)類型采用相應(yīng)的計(jì)算方法，但在開采權(quán)益保護(hù)范圍估算時(shí)，規(guī)范僅列舉了層狀(沉積盆地型)熱儲(chǔ)地?zé)釂尉挠?jì)算方法，實(shí)踐中該方法被參照應(yīng)用于帶狀(構(gòu)造裂隙型)熱儲(chǔ)地?zé)峋目辈樵u(píng)價(jià)中。實(shí)際上兩種熱儲(chǔ)類型的空間展布明顯不同，前者分布面積大多呈層狀展布，后者沿?cái)嗔褬?gòu)造帶呈帶狀延伸，因此在進(jìn)行帶狀(構(gòu)造裂隙型)熱儲(chǔ)資源評(píng)價(jià)時(shí)，采用層狀(沉積盆地型)熱儲(chǔ)的計(jì)算方法顯然不妥，應(yīng)根據(jù)不同的成因類型區(qū)別對(duì)待［2～6］。

1 熱儲(chǔ)法計(jì)算公式

根據(jù)《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法》(DZ40—85)，熱儲(chǔ)法的地?zé)豳Y源量可以按照式(1)計(jì)算［2，7］:

式中:QR——地?zé)豳Y源量(J)；

A——熱儲(chǔ)面積(m2)；

d——熱儲(chǔ)厚度(m)；

tr——熱儲(chǔ)溫度(℃)；

tj——基準(zhǔn)溫度(即當(dāng)?shù)氐叵潞銣貙訙囟然蚰昶骄鶜鉁?(℃)；

ρc、ρw——巖石和水的密度(kg/m3)；

cc、cw——巖石及水的比熱容(J/(kg·℃))；

φ——巖石的空隙率(%)。

層狀(沉積盆地型)、帶狀(構(gòu)造裂隙型)地?zé)豳Y源儲(chǔ)量計(jì)算均可采用上述熱儲(chǔ)法計(jì)算公式，但熱儲(chǔ)面積及其厚度的確定方法不同。層狀(沉積盆地型)熱儲(chǔ)呈面狀展布，在平面上一般按圓面計(jì)算，熱儲(chǔ)厚度為含水層厚度，而帶狀(構(gòu)造裂隙型)熱儲(chǔ)面積與厚度的確定較層狀(沉積盆地型)復(fù)雜得多，下面章節(jié)將詳細(xì)論述。

2 計(jì)算參數(shù)的確定

式(1)中 d、tr、ρc、cc等參數(shù)均可通過鉆井取樣、測(cè)井和實(shí)驗(yàn)室物性測(cè)試確定，而A和φ兩參數(shù)，層狀(沉積盆地型)熱儲(chǔ)與帶狀(構(gòu)造裂隙型)熱儲(chǔ)存在顯著差別，因此，本文重點(diǎn)探討A和φ兩個(gè)參數(shù)的確定方法。

2.1 層狀(沉積盆地型)熱儲(chǔ)面積A及空隙率φ參數(shù)

層狀熱儲(chǔ)主要發(fā)育于新近紀(jì)以來的沉積盆地中，巖性以砂及砂礫為主，具層狀產(chǎn)出特征，因此，熱儲(chǔ)面積A主要由鉆井圈定，單井開采權(quán)益保護(hù)范圍是以鉆井為中心，半徑為r的圓，r值根據(jù)單井可采儲(chǔ)量、熱儲(chǔ)厚度及巖石的空隙率φ等參數(shù)求得，φ變化不大，可取各鉆井的平均值。

2.2 帶狀(構(gòu)造裂隙型)熱儲(chǔ)面積A及空隙率φ參數(shù)

帶狀熱儲(chǔ)主要受斷裂構(gòu)造控制，呈條帶狀分布，目前大部分地?zé)峥辈閳?bào)告中，該類單井開采權(quán)益保護(hù)范圍參照層狀熱儲(chǔ)，也確定為以地?zé)峋疄橹行牡膱A，顯然不符合實(shí)際情況。

大量地?zé)峥辈槌晒砻?，帶?構(gòu)造裂隙型)熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源受斷裂構(gòu)造控制明顯，特別是大水量地?zé)峋c深大斷裂關(guān)系更為密切，據(jù)此，筆者在地?zé)峥辈閷?shí)踐中以尋找具有活動(dòng)性張斷裂為重點(diǎn)，獲得了顯著效果。斷裂構(gòu)造呈帶狀展布，決定了構(gòu)造裂隙型地?zé)豳Y源帶狀分布的特征，其空間形態(tài)應(yīng)當(dāng)是沿?cái)嗔褞д共记揖哂幸欢ㄩL(zhǎng)、寬、高的含水體。

熱儲(chǔ)長(zhǎng)度與張性斷裂延伸一致，但其受勘查范圍及物探勘查控制程度制約，一般地?zé)峥辈轫?xiàng)目物探工作控制面積大約在5km×5km范圍內(nèi)，斷裂構(gòu)造帶的控制長(zhǎng)度亦在5km左右，隨著勘查范圍的增大，控制的斷裂帶長(zhǎng)度也隨之增加。目前，推斷斷裂構(gòu)造較為有效的方法是可控源音頻大地電磁測(cè)深(CSAMT)，因斷裂構(gòu)造帶含水呈低阻特征，在可控源音頻大地電磁測(cè)深剖面上表現(xiàn)為橫向上“V”字形低阻異常，異常寬度可解讀為斷裂構(gòu)造破碎帶寬度，即熱儲(chǔ)寬度。熱儲(chǔ)厚度主要由地?zé)徙@井測(cè)井資料推斷，測(cè)井資料不僅提供了各地層自然電位、放射性、測(cè)溫、波速、泥質(zhì)含量等參數(shù)，并詳細(xì)描述了地層裂隙發(fā)育情況，再結(jié)合地層巖性特征即可確定熱儲(chǔ)厚度。

測(cè)井資料提供的巖石空隙率φ值不能直接用于地?zé)豳Y源量的計(jì)算，因?yàn)榈責(zé)徙@井一般選擇斷裂構(gòu)造帶的中心位置，該處裂隙發(fā)育程度最高，斷裂帶中心至邊緣裂隙發(fā)育程度呈逐漸降低趨勢(shì)，甚至趨于零。一般采用測(cè)井資料提供的空隙率φ值的二分之一近似地作為斷裂構(gòu)造帶的平均空隙率。

根據(jù)單井百年可采儲(chǔ)量、斷裂帶寬度、熱儲(chǔ)厚度及平均空隙率，可反推出熱儲(chǔ)控制長(zhǎng)度，其計(jì)算公式為:

式中:L——保護(hù)范圍長(zhǎng)(m)；

Q允——單井可采量(m3/d)；

a——保護(hù)范圍寬度(m)，由物探解譯斷面推斷；

h——熱儲(chǔ)厚度(m)，根據(jù)測(cè)井資料確定；

φ——平均空隙率(%)。

帶狀(構(gòu)造裂隙型)熱儲(chǔ)面積(即單井開采權(quán)益保護(hù)范圍面積)A=La。

式(1)是靜態(tài)儲(chǔ)量的計(jì)算公式，目前的地?zé)崞詹閳?bào)告在計(jì)算地?zé)峋Ｗo(hù)范圍時(shí)，通過抽水試驗(yàn)確定地?zé)峋?00年允許開采量(其占靜態(tài)儲(chǔ)量的15%)，據(jù)此計(jì)算單井開采權(quán)益保護(hù)范圍半徑。

3 典型實(shí)例

蘇州市滸墅關(guān)地區(qū)相距不足1.5km有2口地?zé)峋?RGD1、RGX1)(圖 1)［8～9］，位于同一條 NW 向斷裂構(gòu)造帶上，熱儲(chǔ)層、蓋層及控礦構(gòu)造等地?zé)岬刭|(zhì)條件相似，成因類型相同，皆屬于帶狀熱儲(chǔ)，為傳導(dǎo)型地?zé)嵯到y(tǒng)構(gòu)造裂隙型地?zé)豳Y源，且相距較近，為研究地?zé)峋_采影響范圍提供了條件。

圖1 蘇州滸墅關(guān)地區(qū)地?zé)峋Ｗo(hù)范圍平面分布圖Fig.1 Protective scope of the geothermal wells of the Xushuguan area in Suzhou

3.1 斷裂構(gòu)造帶的物探特征

圖2為CSAMT勘查45線反演電阻率斷裂面圖，該剖面呈NEE向展布，總長(zhǎng)度1.8km，在80號(hào)點(diǎn)與110號(hào)點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)的地下存在橫向上電阻率不連續(xù)的低阻異常。圖上呈向下圈閉向上開口的“V”字形低阻條帶，是含水?dāng)嗔褞У闹匾卣鳎@種低阻特征在相鄰剖面上得到了驗(yàn)證。CSAMT勘查15線位于45線南側(cè)，其橫向上電阻率不連續(xù)的低阻異常帶位于60號(hào)點(diǎn)以東(圖3)，由于該剖面較短，對(duì)該低阻異常帶未控制完整。在滸墅關(guān)地區(qū)地?zé)峥辈楣ぷ髦泄膊渴鹆?條CSAMT勘查線，經(jīng)綜合地質(zhì)解譯推斷出了NW向F1斷裂，該斷裂呈NW向展布，傾向NE，其平面展布見圖1，產(chǎn)狀特征見圖2和圖3。圖2所示的RGD1和圖3所示RGX1地?zé)峋晕挥贔1斷裂帶上。

3.2 開采保護(hù)范圍的確定

斷裂帶之所以呈現(xiàn)低阻特征，是因?yàn)槠淦毡楹?，在反演電阻率斷面圖上呈“V”字形低阻異常，低阻異常帶的寬度即為斷裂破碎帶的寬度，從CSAMT反演電阻率斷裂面圖推斷，F(xiàn)1斷裂帶寬度(a)大約為400m。

RGX1地?zé)峋刹蓛?chǔ)量310m3/d(三次降深抽水試驗(yàn)求取20m降深的出水量Q允)，儲(chǔ)層主要為花崗巖與矽卡巖接觸帶，厚度767m，平均空隙率3.5%(為鉆井測(cè)試數(shù)據(jù)的二分之一)，由公式(2)計(jì)算得出保護(hù)范圍長(zhǎng)為1.03km，開采保護(hù)范圍平面展布見圖1。

圖2 CSAMT勘查45線綜合解譯斷面圖Fig.2 Comprehensive interpretation profile of the 45 CSAMT exploration line

RGD1地?zé)峋刹蓛?chǔ)量700m3/d，熱儲(chǔ)主要由灰?guī)r與矽卡巖組成，其厚度分別為193m和310m，平均空隙率6%(該井未取得該參數(shù)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，灰?guī)r與矽卡巖空隙率的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為15%和10%，空隙率與厚度加權(quán)平均值為12%，因此平均空隙率取6%)，由式(2)計(jì)算得出保護(hù)范圍長(zhǎng)為2.12km(圖1)。

圖3 CSAMT勘查15線綜合解譯斷面圖Fig.3 Comprehensive interpretation profile of the 15 CSAMT exploration line

4 結(jié)論

根據(jù)目前通行的計(jì)算方法，RGX1井的保護(hù)范圍是以 RGX1井位為圓心，半徑為 0.35km的圓［9］，RGD1井則是以RGD1井位為圓心，半徑為0.49km的圓［9］，兩口井的保護(hù)范圍相距0.66km。

由于RGX1、RGD1屬于帶狀(構(gòu)造裂隙型)地?zé)豳Y源，熱儲(chǔ)的展布受斷裂構(gòu)造控制，并沿?cái)嗔褬?gòu)造發(fā)育方向呈帶狀展布，平面上為沿F1斷裂展布的矩形區(qū)域，按照筆者計(jì)算方法，兩口井的保護(hù)范圍有小部分重疊，短期內(nèi)雖然難以觀察到兩井相互影響的跡象，但隨著開采年限的增加可能會(huì)越來越明顯。

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