臨沂市柳航頭地區(qū)地?zé)豳Y源特征研究

蘇寶杰 , 張誠 , 王威 ,劉連,劉安同

(1.臨沂市國土資源局，山東 臨沂　276000；2.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟南　250014)

臨沂市柳航頭地區(qū)地?zé)豳Y源特征研究

蘇寶杰1, 張誠2, 王威2,劉連2,劉安同1

(1.臨沂市國土資源局，山東 臨沂276000；2.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟南250014)

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和地?zé)岬刭|(zhì)勘探資料顯示，臨沂市柳航頭地區(qū)區(qū)域構(gòu)造發(fā)育較強烈,大氣降水通過構(gòu)造破碎帶向地下深部運動, 深部寒武-奧陶紀(jì)灰?guī)r巖溶地層厚度可達1500余米。區(qū)域地下水在深部滲透性較好的巖溶地層內(nèi)徑流，向柳航頭地區(qū)運動過程中,不斷受到地球深部熱源的地溫加熱而形成地?zé)崴?寒武-奧陶紀(jì)巖溶地層成為熱儲層，其上覆地層導(dǎo)熱率較低，是較好的蓋層。結(jié)合研究區(qū)內(nèi)的地?zé)峋畈繙y溫數(shù)據(jù)和地?zé)崴瘜W(xué)特征數(shù)據(jù)，建立柳航頭地區(qū)地?zé)岣拍钅Ｐ汀?/p>

熱儲層；地?zé)崴瘜W(xué)特征；地?zé)崽荻?；地?zé)岣拍钅Ｐ停涣筋^地區(qū)；臨沂市

引文格式：蘇寶杰, 張誠, 王威，等.臨沂市柳航頭地區(qū)地?zé)豳Y源特征研究[J].山東國土資源，2015,31(1):31-35.SU Baojie, ZHANG Cheng, WANG Wei,etc.Study on Characteristics of Geothermal Resources in Liuhangtou Area in Linyi City[J].Shandong Land and Resources,2015，31(1)：31-35.

0　引言

華北地區(qū)是地?zé)豳Y源豐富的區(qū)域，從總體上看，屬于以傳導(dǎo)為主的大地?zé)崃髯饔脵C制下形成的以中、低溫?zé)崴蜑橹鞯牡責(zé)豳Y源區(qū)[1]，寒武-奧陶系、中元古界的灰?guī)r層,為巖溶-裂隙型熱水,占可開采資源的54.9%[2]。臨沂市為華北平原地?zé)豳Y源開發(fā)利用程度較高的城市之一，2008年被中國礦業(yè)聯(lián)合會授予“中國地?zé)岢恰狈Q號。鑒于臨沂市地質(zhì)礦產(chǎn)資源后備不足，集約化程度不高的形勢[3]，地?zé)豳Y源開發(fā)利用具有戰(zhàn)略意義，取得了明顯的社會、經(jīng)濟與環(huán)境效益[4-5]。河?xùn)|區(qū)柳航頭地區(qū)是臨沂市地?zé)豳Y源分布區(qū)的主要組成部分之一。北起亭子頭，南至三官廟一帶，西起沂河，東到甘家屯一帶，面積約32.65km2。

柳航頭地區(qū)位于沂河?xùn)|側(cè)，地面標(biāo)高66～76m，地勢平坦。區(qū)內(nèi)多年平均降水量為819mm，主要集中在6—9月。柳航頭地區(qū)交通路線包括南北貫穿的京滬高速公路、4條過境國道和18條省道干線，輔以市級和鄉(xiāng)級公路，兗石鐵路貫穿東西，區(qū)域交通便利。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

1.1地層巖性

柳航頭地區(qū)區(qū)域地層自老至新，分布有新太古代泰山巖群，元古界震旦系、古生界寒武系、奧陶系、石炭-二疊系，中生界侏羅系—白堊系和新生界古近系、第四系。

泰山巖群巖性以斜長角閃巖類及黑云變粒巖為主，厚度達2500m左右。震旦系主要巖性有砂巖、粉砂巖、頁巖、灰?guī)r、白云巖及其過渡巖石類型等，厚度自幾米至幾百米不等。寒武系底部巖性以紫紅色石英砂巖為主，偶有礫巖、砂質(zhì)頁巖與泥巖，中上部以淺灰色、灰色厚層灰?guī)r和白云巖為主，地層厚度400～1180m。奧陶系巖性以灰?guī)r夾白云巖為主，厚度在500～600m。石炭-二疊系下部巖性為暗紅色鐵質(zhì)泥巖，鐵質(zhì)鋁土巖，灰白色鋁土巖，中上部為礫砂巖、灰黃色中粒砂巖，長石石英砂巖夾少量砂質(zhì)頁巖，夾多層灰?guī)r和煤層，地層厚度200～260m。侏羅系-白堊系下部地層巖性以紫紅色粗礫巖、巨礫巖為主，中上部地層巖性以花崗質(zhì)、碳酸鹽巖質(zhì)礫石、砂泥質(zhì)膠結(jié)、中基性火山熔巖和少量火山碎屑巖及潛火山巖組合，該套地層厚度360～2000m。古近系巖性為紅色礫巖夾砂巖，礫石成分以安山質(zhì)為主，厚度自幾米至幾十米不等。第四系包括臨沂組、沂河組，前者巖性主要為灰黃色粘土，含砂質(zhì)粘土，厚度約2～9m；后者為砂礫層、含粘土質(zhì)細砂層，厚度約1～15m[6]。

1.2地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)調(diào)查和遙感地質(zhì)解譯資料顯示[7]，鄌郚-葛溝斷裂將研究區(qū)分為東西兩區(qū)，西區(qū)位于蒙山斷裂以南，尼山-蒼山斷裂以北，屬于魯中隆起區(qū)IV級構(gòu)造單元，孟家莊-常家村斷裂自西北向東進一步將西區(qū)分割成平邑凹陷和臨沂穹斷。東區(qū)屬于沂沭斷裂帶Ⅳ級構(gòu)造單元中的馬站蘇村地塹(圖1)。

圖1　區(qū)域構(gòu)造圖

1.3水文地質(zhì)條件

地下熱水的賦存與分布規(guī)律除了受地形、地貌、地層巖性條件影響外，同時受大地構(gòu)造的控制。柳航頭地區(qū)以鄌郚-葛溝斷裂為界分為2個不同的水文地質(zhì)區(qū)：斷裂以東為魯中深斷裂帶水文地質(zhì)區(qū)，以西為魯西斷束水文地質(zhì)區(qū)，該水文地質(zhì)區(qū)又以孟家村-常家莊斷裂分成平邑-方城地塹水文地質(zhì)單元和臨沂單斜水文地質(zhì)單元(圖2)。

圖2　區(qū)域水文地質(zhì)圖

1.3.1魯中深斷裂帶水文地質(zhì)區(qū)

魯中深斷裂帶水文地質(zhì)區(qū)位于沂沭斷裂帶之間，西側(cè)邊界為鄌郚-葛溝斷裂，東側(cè)邊界為昌邑斷裂，補給來源主要為大氣降水，次要來源為沂水地區(qū)南向徑流地表水入滲及地下水徑流補給。地下水徑流方向自東北向西南，在有利地段以泉的形式排泄(如湯頭溫泉)，部分地下水沿斷裂破碎帶向西南側(cè)向徑流排泄。

1.3.2魯西斷束水文地質(zhì)區(qū)

(1)臨沂單斜水文地質(zhì)單元。臨沂單斜水文地質(zhì)單元邊界為尼山-蒼山斷裂、孟家村-常家莊斷裂帶和鄌郚-葛溝斷裂。補給來源主要為大氣降水，側(cè)向徑流補給以及上游地表水的入滲補給作為單元內(nèi)地下水的次要補給源；徑流方向流向由西北向東及東南方向，基本與地形坡向和巖層傾向一致。地下水排泄方式包括人為開采、有利的低洼地段出流成泉、向地表水沂河排泄，以及對深層地下水進行越流補給等。

(2)平邑-方城地塹水文地質(zhì)單元。平邑-方城地塹水文地質(zhì)單元位于鄌郚-葛溝斷裂以西、蒙山斷裂與孟家村-常家莊斷裂帶之間。補給來源主要為大氣降水，其次為單元南側(cè)白堊系裂隙水和單元北側(cè)蒙山斷塊凸起的潛流側(cè)向徑流補給，以及上游地表水的入滲補給等；徑流方向由西北向東南，深層巖溶水徑流途徑中，遇相對阻水的東側(cè)沂沭斷裂帶，深層地下水一部分越流補給第四系孔隙水并向沂河排泄，一部分順斷裂破碎帶向南地下徑流排泄；第四系地下水一部分以潛流的形式排泄。

2　地?zé)岬刭|(zhì)條件

2.1熱儲層特征及其埋藏條件

綜合分析河?xùn)|區(qū)柳航頭地區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景和水文地質(zhì)條件，熱儲層主要分布在鄌郚-葛溝斷裂以西的區(qū)域，該區(qū)熱儲分布由于受斷裂構(gòu)造和地層巖性等因素的影響而極不均勻，在目前經(jīng)濟技術(shù)條件下，具有開發(fā)利用價值的熱儲為寒武-奧陶紀(jì)層狀熱儲層(圖3)。

圖3　熱儲層埋藏條件示意圖

寒武-奧陶紀(jì)熱儲巖性以灰白色-深灰色厚層純灰?guī)r及厚層豹皮灰?guī)r為主，夾白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r。

在NW向斷裂孟家村-常家莊斷裂帶以南地區(qū)奧陶紀(jì)灰?guī)r熱儲頂板埋深平均約600m。鄰區(qū)DR3揭露奧陶紀(jì)灰?guī)r熱儲頂板埋深為576.6m，底板埋深為1502.6m，厚度為926m，層狀熱儲的平均裂隙率為7%；寒武系熱儲頂板埋深1502.6m，底板埋深為2116.6m，厚614m，寒武系層狀平均裂隙率為4%。在孟家村-常家莊斷裂帶以北，奧陶紀(jì)灰?guī)r熱儲頂板埋深較大。HD1孔揭露奧灰熱儲頂板埋深為1674m，鉆孔未揭穿熱儲層底板，其上覆蓋有較厚的白堊系，奧灰層狀熱儲的平均裂隙率為2.6%*景曉東，臨沂市HD1井井流試驗成果報告，2011年。。奧灰熱儲的埋深總體分布規(guī)律為南淺北深，局部受斷裂構(gòu)造影響較大。

2.2地?zé)崽荻忍卣?/p>

2.2.1地溫梯度的水平變化特征

柳航頭地區(qū)地溫梯度值主要與斷裂發(fā)育情況有關(guān)，在靠近活動斷裂的附近地溫梯度高，遠離斷裂帶則地溫梯度低，如靠近鄌郚-葛溝斷裂的SJ2孔(1.67℃/100m)、SJ6孔(2.0℃/100m)，高于其他遠離斷裂帶的井孔的地溫梯度值。

2.2.2地溫場垂向變化特征

從孟家村-常家莊斷裂帶以北的HD1孔測溫曲線來看(圖4)，孔底地?zé)崴疁貫?0.96℃，測溫曲線總體上呈一條近似斜直線，反映在垂直方向上，地溫在恒溫帶30m埋深以下的變化趨勢為地溫隨深度的增加而遞增，地溫梯度為0.82～2.14℃/100m①。

圖4　HD1孔測溫曲線及地溫梯度線

2.3地?zé)崴瘜W(xué)特征

HD1地?zé)峋責(zé)崴|(zhì)分析資料(表1)表明①，地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl-Na型，pH值7.95，礦化度為4360.55mg/L，為咸水，rNa/rCl=1.068，其系數(shù)均高于大洋水(rNa/rCl=0.85)，反映HD1地?zé)崴哂写箨懭転V水的特征，即地?zé)崴淖罱K來源為大氣降水。HD1地?zé)崴凰販y試分析項目δD為-62‰，δO18為-9.2‰，經(jīng)研究對比δD和δO18的值在克雷格標(biāo)準(zhǔn)降水直線δD=8δO18+10附近(圖5)，證實地下水熱田由大氣降水補給形成，屬大氣成因。

圖5　HD1 δD，δO18值與標(biāo)準(zhǔn)雨水線對比圖

HD1井地?zé)崃黧w氚的含量為(6.3±1.8)TU①，參照年齡測試標(biāo)準(zhǔn)，說明其地?zé)崃黧w是現(xiàn)代水(小于5～10a)。

表1　HD1井水質(zhì)分析

3　地?zé)岣拍钅Ｐ?/h2>

根據(jù)柳航頭地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)背景，區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源主要分布在鄌郚-葛溝斷裂以西(西區(qū))，西區(qū)以具有一定阻水作用的孟家村-常家莊斷裂帶分成南北2個塊段，分屬2個不同的水文地質(zhì)單元，北側(cè)隸屬于平邑-方城地塹水文地質(zhì)單元，水化學(xué)類型主要為Cl-Na型，南塊段隸屬于臨沂單斜水文地質(zhì)單元，水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na型。

3.1熱源

參照華北地區(qū)大地?zé)崃鞅尘昂蛥^(qū)內(nèi)鉆孔測溫數(shù)據(jù)，地球深部熱源、巖漿熱液活動及放射性元素蛻變是柳航頭地區(qū)的主要地?zé)釤嵩?，正常地溫傳?dǎo)是該區(qū)的主要熱量傳遞方式。

3.2熱儲

柳航頭地區(qū)西區(qū)內(nèi)的層狀熱儲為奧陶系和寒武系，巖性以灰色、灰白色、棕紅色、深灰色厚層純灰?guī)r、厚層灰?guī)r及鮞粒狀灰?guī)r為主，夾白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r，巖溶裂隙較發(fā)育，具有儲熱空間，構(gòu)成巖溶裂隙層狀熱儲層。

3.3蓋層

柳航頭地區(qū)西區(qū)內(nèi)第四系分布連續(xù)但厚度較薄，北塊段的白堊系導(dǎo)熱率較低，是較好的蓋層，南部白堊系雖變薄，但在大部分地區(qū)分布仍較穩(wěn)定，同時南塊段內(nèi)的石炭系也對熱儲起到一定的隔熱保溫作用(圖6)。

圖6　熱儲概念模型圖

4　結(jié)論

河?xùn)|區(qū)柳航頭地區(qū)是臨沂市地?zé)豳Y源分布區(qū)的主要組成部分。

柳航頭地區(qū)鄌郚-葛溝斷裂縱穿研究區(qū)，斷裂以東為魯中深斷裂帶水文地質(zhì)區(qū)；斷裂以西為魯西斷束水文地質(zhì)區(qū)。柳航頭地區(qū)地?zé)豳Y源主要分布在鄌郚-葛溝斷裂以西(西區(qū))，深部均分布有寒武-奧陶紀(jì)灰?guī)r巖溶地層，厚度可達1500余米，平均裂隙率為2.6%～4.0%,地層埋深南淺北深，為地?zé)崴疅醿印?/p>

地球深部熱源、巖漿熱液活動及放射性元素蛻變是柳航頭地區(qū)地?zé)釤嵩吹闹匾獊碓?，正常地溫傳?dǎo)是該區(qū)的主要熱量傳遞方式。區(qū)域地溫梯度受鄌郚-葛溝斷裂影響，在靠近斷裂的附近地溫梯度高，遠離斷裂帶則地溫梯度低。區(qū)內(nèi)地溫恒溫帶30m埋深，恒溫帶以下地溫隨深度的增加而遞增，垂向地溫梯度為0.82～2.14℃/100m，白堊系和石炭系為地?zé)嵘w層。

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Study on Characteristics of Geothermal Resources in Liuhangtou Area in Linyi City

SU Baojie1, ZHANG Cheng2, WANG Wei2, LIU Lian2, LIU Antong1

(1. Linyi Bureau of Land and Resources, Shandong Linyi 276000, China；2. No.1 Exploration of Geology and Mineral Resources, Shandong Jinan 250014, China)

As showed by regional geological survey and geothermal exploration information, regional structures are widely distributed Liuhangtou area in Linyi city. Precipitation always infiltrates into deep underground along tectonic fracture zone. The thickness of Cambrian - Ordovician limestone karst strata is more than 1500m. Regional groundwater runs in deep karst formation with good permeability. During the period of moving to Liuhangtou region, underground water continuously suffered from the geothermal heat of deep earth heat source, Cambrian -Ordovician karst stratum become geothermal reservoir, while the overlying strata is good cap rock with low thermal conductivity. Combining with the research of deep geothermal well temperature and chemical characteristics of geothermal water, geothermal conceptual model of Liuhangtou area has been established.

Geothermal reservoir; chemical characteristics of geothermal water; geothermal gradient; geothermal conceptual model; Linyi city

2014-07-31；

2014-10-31；編輯：曹麗麗

蘇寶杰(1977—)，男，山東臨沂人，工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作；E-mail：292961800@qq.com

P314.2

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