山東省菏澤市聊城—蘭考斷裂帶西部地區(qū)地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)

馮超臣，黃文峰

（1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，兗州 272000；2.菏澤市礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)中心，菏澤 274000）

山東省菏澤市聊城—蘭考斷裂帶西部地區(qū)地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)

馮超臣1，黃文峰2

（1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，兗州 272000；2.菏澤市礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)中心，菏澤 274000）

通過地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)，對(duì)山東省菏澤市聊城—蘭考斷裂帶西部地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件和熱儲(chǔ)賦存條件進(jìn)行了論證，認(rèn)為調(diào)查區(qū)主要可開采熱儲(chǔ)層分別為明化鎮(zhèn)組、館陶組及東營組，均為層控巖孔隙型層狀熱儲(chǔ)；通過對(duì)熱儲(chǔ)蓋層、熱源、導(dǎo)熱構(gòu)造及導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行分析，估算出了地?zé)豳Y源總量及各地層單井產(chǎn)量、合理井距，并為地?zé)豳Y源合理和可持續(xù)開發(fā)提出了建議。

聊城—蘭考斷裂；熱儲(chǔ)；新近系；古近系；地下熱水

0 引言

山東省菏澤市聊城—蘭考斷裂帶（下簡稱聊考斷裂帶）西部地區(qū)以黃河為界，行政區(qū)劃為東明縣的大部分地區(qū)。近些年該區(qū)地?zé)衢_發(fā)強(qiáng)度不斷增大，但由于地?zé)岬刭|(zhì)勘查工作相對(duì)滯后，尚存在資源家底不清、地?zé)峋贾貌缓侠淼葐栴}。為此，本文通過開展該區(qū)地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)工作，旨在探求地?zé)豳Y源可開發(fā)利用總量，為地?zé)豳Y源合理開發(fā)、可持續(xù)開發(fā)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

1.1 地層發(fā)育情況

菏澤市基巖地層大部分被第四系、新近系覆蓋，據(jù)現(xiàn)有揭露的地層資料，從新到老的地層有新生界的第四系、新近系及古近系、中生界的侏羅系、古生界的石炭系、二疊系、奧陶系［1］。聊考斷裂帶西部地區(qū)為東濮凹陷區(qū)，松散蓋層巨厚，未有鉆孔揭露至基巖。

1.2 構(gòu)造展布特征

菏澤市地處的大地構(gòu)造單元在華北陸塊（Ⅰ）魯西地塊（Ⅱ）魯西南潛隆起區(qū)（Ⅲ）菏澤—兗州隆起（潛、斷）（Ⅳ）菏澤凸起（潛）（Ⅴ）構(gòu)造單元內(nèi)，聊考斷裂以西為東明凹陷（潛）（Ⅴ級(jí)）［2］。歷次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成的斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，區(qū)域斷裂按其展布方向分為近EW向和近SN向兩組斷裂（圖1）。

圖1 菏澤市區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig．1 Sketch map of regional geological structure in Heze City

1.2.1 聊考斷裂

聊考斷裂是一條被第四系完全掩蓋的隱伏斷裂，可能是一條切割莫霍不連續(xù)面的深大斷裂。是Ⅲ級(jí)大地構(gòu)造單元“臨清坳陷區(qū)”與“魯西隆起區(qū)”的分界斷裂。斷裂北起聊城以北，南至河南蘭考，呈NE23°方向延伸，傾向NW，傾角60°左右，全長270多公里，為一正斷層，斷距一般在900～1 500 m，屬新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)的斷裂，歷史上沿?cái)嗔讯啻伟l(fā)生地震。它控制了臨清坳陷的沉積和構(gòu)造格局的形成。坳陷走向與斷裂走向一致，其中發(fā)育有巨厚的新生代地層，是重要的生油巖系。由于該斷裂切割深、斷距大，地下深部熱能可通過斷裂不斷向上運(yùn)移，并在熱儲(chǔ)層聚集形成地?zé)崽铩?/p>

1.2.2 東濮凹陷

東濮凹陷是渤海灣含油氣盆地的一個(gè)復(fù)向構(gòu)造單元。地理位置跨魯西南和豫東北，呈NE向展布。大地構(gòu)造位置處于華北地臺(tái)的中部，屬臨清坳陷的一個(gè)組成部分，是一個(gè)以結(jié)晶變質(zhì)巖系及其上地臺(tái)構(gòu)造層為基底，在新生代地殼水平拉張應(yīng)力作用下逐漸裂解斷陷而成的雙斷式凹陷。東濮凹陷總體格局表現(xiàn)為“兩洼一隆一斜坡一斷階”，凹陷內(nèi)斷層發(fā)育，以NNE、NE向?yàn)橹鳎寻l(fā)現(xiàn)圈閉類型以背斜、斷鼻、斷塊為主。東明縣大部分位于東部背向伸展斷階帶內(nèi)［3］。

1.2.3 菏澤斷裂

位于菏澤凸起的中南部，橫貫整個(gè)凸起。它西起東明縣陸圈，向東經(jīng)菏澤城區(qū)、辛集、巨野縣張表與曹縣斷裂相交，傾向南，傾角70°～80°，全長約64 km，為正斷層。此斷裂在重、磁異常圖上較明顯，據(jù)有關(guān)資料分析，菏澤斷裂左行錯(cuò)斷奧陶系，形成時(shí)間較早。

1.3 巖漿巖分布特征

東濮石油勘探資料表明，輝綠巖和閃長玢巖主要侵入古近系沙河街組及東營組底部地層，尚未發(fā)現(xiàn)新近紀(jì)巖漿巖活動(dòng)蹤跡。據(jù)煤田地質(zhì)資料，煤層有巖漿巖侵入［4］。菏澤市已有地?zé)峋@探資料未發(fā)現(xiàn)巖漿巖侵入。

2 地?zé)岬刭|(zhì)特征

2.1 地溫場特征

區(qū)域地溫梯度變化主要與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活動(dòng)帶、斷裂發(fā)育規(guī)模、基底構(gòu)造、熱儲(chǔ)層埋藏特征、熱儲(chǔ)蓋層的巖性與厚度等有關(guān)。蓋層巖性的差異也較大程度地影響了地溫梯度的變化，巖（土）層導(dǎo)熱性能越差，熱的傳導(dǎo)越慢，地溫梯度值越大；巖（土）層導(dǎo)熱性能越好，熱的傳導(dǎo)越快，地溫梯度值越小。在不同的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)段，地溫場的溫度隨著深度的增加而增高，并受地層巖性的變化和地下水活動(dòng)的影響。新近系以泥巖為主，與細(xì)砂巖、砂巖、粗砂巖、砂礫巖、頁巖等互層，成巖程度較差，地?zé)嵘⑹С潭容^差，因而地溫梯度較高。侏羅系主要巖性為粉細(xì)砂巖，泥巖成巖程度較高，是深部地?zé)醿?chǔ)良好的蓋層。太古宙花崗巖為該區(qū)地層的結(jié)晶基底，導(dǎo)熱性能好，厚度大，可達(dá)12 000m，是區(qū)內(nèi)地?zé)岬臒嵩大w和地殼深部地?zé)岬牧己脽釋?dǎo)體。

2.2 熱儲(chǔ)層

聊考斷裂以西有4個(gè)熱儲(chǔ)層：一是新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層；二是新近系黃驊群館陶組熱儲(chǔ)層；三是古近系東營組熱層；四是奧陶系熱儲(chǔ)層。

2.2.1 新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層

新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層在評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)均有分布，巖性以灰色、紫紅色中細(xì)砂巖、粉砂巖為主，局部夾淺紫紅色粘土巖，呈半固結(jié)狀［5］；隨古地理?xiàng)l件的變化，從東向西埋深逐漸增大，平均頂板埋深400 m左右，底板埋深1 129～1 336 m，平均厚度818.87 m，滿足開發(fā)利用條件的主要為明化鎮(zhèn)下段熱儲(chǔ)層。850 m以下可利用的砂層厚度約占30.4%，熱儲(chǔ)含水層厚度為80～120 m。水化學(xué)類型為Cl-Na或Cl·SO4-Na型水，一般礦化度3～4 g／L，水中含有豐富的對(duì)人體健康有益的微量元素成分。由于該熱儲(chǔ)層埋深相對(duì)較淺，蓋層厚度小，平均溫度一般40℃左右，平均地溫梯度3.45℃／100 m。

2.2.2 新近系黃驊群館陶組熱儲(chǔ)層

新近紀(jì)黃驊群館陶組熱儲(chǔ)頂板埋深1 129～1 336 m，底板埋深1 577～2 041 m，平均厚度575.83 m，與下伏東營組呈不整合接觸?？衫玫纳皫r含水層約占該組地層厚度的47%，熱儲(chǔ)含水層厚度為200～300 m。單層厚度大，平均單層厚度大于10 m。熱儲(chǔ)層總體分布規(guī)律為：①全區(qū)分布；②底板埋深由東向西南逐漸變深；③熱儲(chǔ)層厚度與底板埋深規(guī)律一致，由東向西南逐漸變厚。

館陶組熱儲(chǔ)層巖性為灰白色礫狀砂巖、細(xì)礫巖、灰綠色砂巖、砂礫巖，垂向上呈上細(xì)下粗的沉積特征，底部有礫巖分布，孔隙度較大，具有良好的儲(chǔ)水空間，單井涌水量60～100 m3／h，水溫60℃左右，平均地溫梯度3.09℃／100 m。水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na型水，礦化度一般大于3 g／L，水中含有豐富的對(duì)人體健康有益的微量元素成分。

由于水溫相對(duì)較高，是目前東明縣城區(qū)的主要開采熱儲(chǔ)層。

2.2.3 古近系東營組熱儲(chǔ)層

主要分布在評(píng)價(jià)區(qū)的北部和西部。古近紀(jì)濟(jì)陽群東營組熱儲(chǔ)含水層組頂板埋深1 577～2 041 m，熱儲(chǔ)層受構(gòu)造控制。其巖性以灰綠色、灰白色砂巖、細(xì)砂巖為主，厚度分布不均，在垂向上，上下部顆粒較粗，中部較細(xì)，在有利的構(gòu)造部位具備儲(chǔ)水條件。可利用的砂層約占本組地層厚度的49.3%，本層地?zé)崃黧w溫度71.5℃，礦化度一般大于10 g／L。

東明縣城區(qū)僅有東明縣國土資源局一眼地?zé)峋疄闁|營組熱儲(chǔ)，主要用于冬季供暖。

2.2.4 奧陶系熱儲(chǔ)層

奧陶系熱儲(chǔ)層位于下古生界寒武系—奧陶系地層內(nèi)。奧陶系峰峰組頂部溶孔、溶洞、溶隙發(fā)育。由于該區(qū)下第三系和上古生界煤系是主要烴源巖系，涉及中原油田采油6廠開采范圍，且埋深普遍大于3 000 m，因此本次熱儲(chǔ)計(jì)算暫不計(jì)算奧陶系熱儲(chǔ)資源量。

2.3 地?zé)崽镱愋图皠澐?/p>

根據(jù)地?zé)豳Y源溫度，地?zé)崽镱愋涂梢詣澐譃?5≤t＜40℃為溫水；40≤t＜60℃為溫?zé)崴?0≤t＜90℃為熱水。區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)主要為層狀孔隙型熱儲(chǔ)，均為低溫地?zé)豳Y源。明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)地?zé)崴x存于砂巖的孔隙中，溫度平均在40℃左右，為溫水型；館陶組熱儲(chǔ)地?zé)崴x存于砂巖的孔隙中，溫度平均在50～60℃，為溫?zé)崴?；東營組熱儲(chǔ)地?zé)崴x存于砂巖的孔隙-裂隙中，溫度平均在60～75℃，為熱水型。

3 地?zé)豳Y源量計(jì)算

3.1 計(jì)算公式

熱儲(chǔ)中儲(chǔ)存的熱量包括巖石中儲(chǔ)存的熱量和熱水中儲(chǔ)存的熱量兩部分。

本次地?zé)豳Y源量計(jì)算采用“熱儲(chǔ)體積法”［6］，即

式中：Qwh為可采地?zé)豳Y源量，J；R e為回收率，%。有效利用地?zé)豳Y源計(jì)算式為

式中：Qz為可采地?zé)豳Y源量，J；tq為棄水溫度，取25℃。

3.2 計(jì)算結(jié)果

通過上述計(jì)算，得評(píng)價(jià)區(qū)可利用地?zé)豳Y源總量為4.345×1019J（表1），其中明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源總量為1.491×1019J，館陶組熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源總量為2.118×1019J，東營組熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源總量為7.362× 1018J。式中：Qr為地?zé)豳Y源量，J；C為熱儲(chǔ)巖石和水的平均熱容量，J／（m3·℃）；A為熱儲(chǔ)面積，m2；M為熱儲(chǔ)層厚度，m；ti為熱儲(chǔ)溫度，℃；tj為基準(zhǔn)溫度，℃；ρw、ρr分別為巖石和水的密度，kg／m3；Cw、Cr分別為巖石和水的比熱容，J／（m3·℃）；φ為熱儲(chǔ)巖石的空隙度，量綱為1。

可采地?zé)豳Y源量計(jì)算［6］式為

表1 評(píng)價(jià)區(qū)可利用地?zé)豳Y源總量計(jì)算結(jié)果Tab．1 Calculation results for total quantity of exploitable geothermal resource in the study area

4 地?zé)釂尉€(wěn)定產(chǎn)能的計(jì)算

館陶組熱儲(chǔ)地?zé)峋挠?jì)算利用抽水試驗(yàn)資料計(jì)算取得；東營組熱儲(chǔ)采用國土資源局院內(nèi)地?zé)峋巴昃畧?bào)告”中的抽水試驗(yàn)資料計(jì)算取得；明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)利用比擬法計(jì)算取得。

4.1 明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)地?zé)釂尉€(wěn)定產(chǎn)量的計(jì)算

由于明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)溫度低，在本區(qū)未開發(fā)利用，研究程度相對(duì)較低，其單井穩(wěn)定產(chǎn)量的計(jì)算是依據(jù)鄰區(qū)“山東省曹縣城區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)普查”項(xiàng)目抽水試驗(yàn)成果Q＝f（S）曲線圖（圖2），利用內(nèi)插法求得降深30 m的出水量做為單井穩(wěn)定產(chǎn)量。地?zé)釂尉€(wěn)定產(chǎn)量為50.14 m3／h（合1 203.36 m3／d，4.39×105m3／a）。

圖2 曹縣城區(qū)地?zé)峥壮樗囼?yàn)Q＝f（S）曲線圖Fig．2 Q＝f（S）graph of pumping tests for geothermal holes in Caoxian County

4.2 館陶組熱儲(chǔ)地?zé)峋a(chǎn)量計(jì)算

根據(jù)東明縣園丁園小區(qū)地?zé)峋?次降深抽水試驗(yàn)資料，利用內(nèi)插法在Q＝f（S）曲線圖（圖3）上推測降深50 m的出水量為館陶組地?zé)峋a(chǎn)量。推算降深50 m的涌水量為85.36 m3／h。

圖3 園丁園小區(qū)地?zé)峋樗囼?yàn)Q＝f（S）和q＝f（S）曲線圖Fig．3 Q＝f（S）and q＝f（S）graph of pum ping tests for geothermalwells in Yuandingyuan community

該地?zé)峋磕甑漠a(chǎn)量Qa＝85.36×24×365＝7.48×105m3／a（合2 048.64 m3／d）

4.3 東營組熱儲(chǔ)地?zé)峋a(chǎn)量計(jì)算

根據(jù)東明縣國土資源局院內(nèi)地?zé)峋巴昃畧?bào)告”中抽水試驗(yàn)資料，利用內(nèi)插法在Q＝f（S）曲線圖（圖4）上推測降深30 m的出水量為東營組地?zé)峋a(chǎn)量；推算降深30 m的涌水量為76.16 m3／h。該地?zé)峋磕甑漠a(chǎn)量為Qa＝76.16×24×365＝6. 67×105m3／a（合1 827.84 m3／d）。

圖4 東明縣國土資源局地?zé)峋樗囼?yàn)Q＝f（S）和q＝f（S）曲線圖Fig．4 Q＝f（S）and q＝f（S）graph of pumping tests for geothermalwells in the Land Resource Bureau of Dongm ing County

綜上所述，明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)地?zé)釂尉姆€(wěn)定產(chǎn)量為1 203.36 m3／d，館陶組熱儲(chǔ)地?zé)釂尉姆€(wěn)定產(chǎn)量為2 048.64 m3／d，東營組熱儲(chǔ)地?zé)釂尉姆€(wěn)定產(chǎn)量為1 827.84 m3／d。

4.4 地?zé)峋畽?quán)益保護(hù)半徑的確定

4.4.1 計(jì)算公式

依據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范（GB／T 11615—2010）》有關(guān)規(guī)定，按照下列公式計(jì)算影響半徑，即

式中：Q為地?zé)峋a(chǎn)量，m3／d；f為水比熱／熱儲(chǔ)巖石比熱的比值，介于3～5之間；H為熱儲(chǔ)層厚度，m；R為地?zé)峋_采100年排出熱量對(duì)熱儲(chǔ)的影響半徑，m。

4.4.2 計(jì)算結(jié)果

按各熱儲(chǔ)地?zé)峋姆€(wěn)定產(chǎn)量、各區(qū)熱儲(chǔ)平均厚度進(jìn)行計(jì)算（館陶組熱儲(chǔ)厚度為575.83 m，東營組為435.00 m），考慮到長期開采可能的井間干擾，根據(jù)“規(guī)范”要求可適當(dāng)增加一定的距離，本次按面積擴(kuò)大1倍考慮，明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)考慮到600 m以淺一般作為居民飲用水開采，600～850 m溫度較低，一般不利用，厚度按埋深850 m止水計(jì)，為382.50 m。

經(jīng)計(jì)算，明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)權(quán)益保護(hù)半徑為1 524.7 m，合理井距為3 049.5 m；館陶組熱儲(chǔ)權(quán)益保護(hù)半徑為1 621.9 m，合理井距為3 243.8 m；東營組熱儲(chǔ)權(quán)益保護(hù)半徑為1 763.0 m，合理井距為3 526.0 m。

5 結(jié)論

山東省荷澤市聊考斷裂帶西部地區(qū)熱資源屬于低溫地?zé)豳Y源，熱儲(chǔ)具有分布面積廣、巖性厚度比較穩(wěn)定的特點(diǎn)，并有3個(gè)可開發(fā)利用的熱儲(chǔ)層：一是新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)，二是新近系館陶組熱儲(chǔ)，三是古近系東營組熱儲(chǔ)，地?zé)豳Y源蘊(yùn)藏豐富，資源潛力大。

地?zé)豳Y源是在一定地?zé)岬刭|(zhì)、水文地質(zhì)條件和水文地球化學(xué)環(huán)境條件下產(chǎn)生的，要保持地?zé)豳Y源長期穩(wěn)定開采，必須十分重視地?zé)豳Y源保護(hù)工作，按照合理井距布置地?zé)峋?，注重環(huán)境保護(hù)，嚴(yán)禁盲目無序開采，造成資源的浪費(fèi)。

［1］ 王?；?，侯欣英，孫鵬，等.山東菏澤地區(qū)地?zé)崽锏刭|(zhì)特征［J］.山東國土資源，2008，24（4）：40-43.

［2］ 宋明春.山東省大地構(gòu)造單元組成、背景和演化［J］.地質(zhì)調(diào)查與研究，2008，31（3）：165-175.

［3］ 周新科，許化政.東濮凹陷地質(zhì)特征研究［J］.石油學(xué)報(bào)，2007，28（5）：20-26.

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［5］ 王奎峰.山東省東明縣地?zé)崽锏厍蛭锢砘瘜W(xué)特征分析［J］.地質(zhì)調(diào)查與研究，2008，31（4）：346-352.

［6］ 徐世光，郭遠(yuǎn)生.地?zé)釋W(xué)基礎(chǔ)［M］.北京科學(xué)出版社，2009：121-122.

Evaluation of Geothermal Resources in the W estern Liaocheng-Lankao Fault Zone of Heze City，Shandong Province

FENG Chao-chen1，HUANGWen-feng2
（1．Lunan Geo-Engineering Exploration Institute of Shandong Province，Yanzhou 272000，China；2．Heze Mineral Resources Exploration and Development Center，Heze274000，China）

The geological and storage conditions of geothermal resources in the western Liaocheng-Lankao fault zone of Heze City，Shandong province are surveyed during the geothermal resources evaluation in the study area. The primary exploitable geothermal resources are the layered fissure aquifers of Minghuazhen Formation，Guantao Formation and Dongying Formation.Based on the analysis of cap rock，heat source，heat-conducting structure and water flowing structure in these geothermal reservoirs，the total quantity of geothermal resources，single well production and reasonable well spacing are estimated.These provide useful recommendations for the reasonable and sustained development and exploitation of geothermal resources.

Liaocheng-Lankao fault；geothermal reservoir；Neogene；Paleogene；geothermal

P314.3

：A

：2095-8706（2015）08-0055-05

（責(zé)任編輯：常艷）

2015-08-19；

2015-11-05。

山東省菏澤市國土資源局、菏澤市財(cái)政局以菏國土資發(fā)［2012］128號(hào)文下達(dá)的“菏澤市聊考斷裂帶西部地區(qū)地?zé)豳Y源調(diào)查與評(píng)價(jià)”項(xiàng)目。

馮超臣（1982—），男，工程師，主要從事水文地質(zhì)工作。Email：hwf-nzsgtzyj＠163.com。