北京市朝陽(yáng)區(qū)平房地區(qū)熱儲(chǔ)層研究

王維逸，劉 哲，郭 帥

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

北京市朝陽(yáng)區(qū)平房地區(qū)熱儲(chǔ)層研究

王維逸，劉 哲，郭 帥

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

薊縣系霧迷山組是北京地區(qū)地?zé)崽锏闹饕∷畬游?。平房鄉(xiāng)位于北京市區(qū)東部，屬于天竺地?zé)崽锓秶?jīng)地?zé)峥辈轱@示，該地區(qū)主要熱儲(chǔ)層為薊縣系霧迷山組、楊莊組，長(zhǎng)城系高于莊組。本文基于平房地區(qū)及周邊已有地?zé)峋Y料，對(duì)該地區(qū)熱儲(chǔ)層薊縣系霧迷山組、薊縣系楊莊組及長(zhǎng)城系高于莊組有了新的認(rèn)識(shí)。結(jié)論顯示：平房地區(qū)主要儲(chǔ)層為薊縣系霧迷山組、楊莊組和長(zhǎng)城系高于莊組，其中薊縣系霧迷山組揭露較淺，剩余熱儲(chǔ)層含水性好，具備開采價(jià)值，地?zé)豳Y源豐富。

地?zé)?；層狀熱?chǔ)；平房地區(qū)

0 引言

北京現(xiàn)有已圈定的地?zé)崽?0處，研究程度較高。經(jīng)論證，北京城區(qū)范圍內(nèi)為典型的沉積盆地型熱儲(chǔ)，北京地區(qū)主要熱儲(chǔ)層為薊縣系霧迷山組（安家盛，2008）。北京市地質(zhì)工程勘察院近年在平房地區(qū)及附近地區(qū)進(jìn)行了多項(xiàng)地?zé)豳Y源勘查項(xiàng)目，鉆遇地層與常規(guī)熱儲(chǔ)層略有不同，取水層位較其它地區(qū)有差異，并給鉆探施工帶來(lái)一定困難，但成井質(zhì)量?jī)?yōu)良。由此分析該地區(qū)熱儲(chǔ)層特點(diǎn)并引起相關(guān)部門的注意，并對(duì)該地區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用加以保護(hù)（曹海東，2010）。

朝陽(yáng)區(qū)平房鄉(xiāng)位于北京市區(qū)東部，屬典型的城鄉(xiāng)結(jié)合部地區(qū)，附近開鑿過多眼地?zé)峋?，熱?chǔ)層埋藏較深，一般地?zé)峋鏊疁囟葹?0℃左右。其中京熱-185井井深2810m，出水溫度67℃；京熱-195井井深2520m，出水溫度58℃；京熱-187井井深2353m，出水溫度56℃。

本文分析了熱儲(chǔ)巖性特征、地溫場(chǎng)特征、儲(chǔ)水特征及開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，為合理開發(fā)地?zé)豳Y源提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于北京迭斷坳?yáng)|北段順義迭凹陷（Ⅳ13），為新生代沉積的構(gòu)造單元?；子芍猩显沤?、古生界及中生界組成。新生界沉積厚度200～900m。由順義、天竺、東壩及俸伯4個(gè)次級(jí)凹陷幅度較大的小盆地構(gòu)成，基底有不同方向之?dāng)嗔褬?gòu)造發(fā)育。研究區(qū)位于順義東壩凹陷內(nèi)，并處在凹陷的西南部，東壩凹陷西北部為來(lái)廣營(yíng)凸起，東南部為大興凸起，即來(lái)廣營(yíng)凸起和大興凸起之間夾著東壩凹陷。研究區(qū)內(nèi)中上元古界中賦存有豐富的地?zé)豳Y源，是主要的熱儲(chǔ)層之一?；讛嗔褜?duì)熱儲(chǔ)有不同程度的切割。

1.2 斷裂構(gòu)造

研究區(qū)周圍發(fā)育斷裂主要有：太陽(yáng)宮斷裂、樓梓莊斷裂、平房南斷裂。

（1）太陽(yáng)宮斷裂

該斷裂在研究區(qū)的西側(cè)通過，北西與順義斷裂相交，東南與南苑－通縣斷裂相交，長(zhǎng)約15km。該斷裂走向北西，傾向北東，傾角陡。該斷裂帶重力值較高，是坨里－豐臺(tái)凹陷和順義凹陷的分界線。具有一定的導(dǎo)熱導(dǎo)水作用。斷裂兩側(cè)的地層和基底埋深都有明顯的差異，東側(cè)儲(chǔ)層埋藏較深，西側(cè)較淺。

（2）樓梓莊斷裂

該斷裂在研究區(qū)附近通過，走向北東、全長(zhǎng)14km，為新生代形成的斷裂，斷裂性質(zhì)為張性，控制著白堊系及侏羅系的分布。

（3）平房南斷裂

走向近北東，為該區(qū)的主要導(dǎo)水通道。

1.3 地層特征

依據(jù)前人工作成果及區(qū)域地層發(fā)育特征，研究區(qū)及其附近地層從新到老介紹如下：

（1）新生界

第四系（Q）以黃棕色、棕褐色亞粘土、亞砂土和砂礫石為主，厚度變化較大，一般為80～300m。新近系（N）以紫褐色、棕褐色砂質(zhì)泥巖，紫紅色砂礫巖，部分地區(qū)夾玄武巖、凝灰質(zhì)玄武巖為主。新生界與下伏中生界呈角度不整合接觸。

（2）中生界

白堊系（K）：夏莊組（Kx）以粉砂巖、頁(yè)巖、砂巖為主，夾有礫巖及泥灰?guī)r，上部紫色粉砂巖中夾有多層石膏層；坨里組（Kt)由灰紫色、黃綠色、黃褐色厚層礫巖、含礫粗砂巖和各粒級(jí)砂巖等多個(gè)旋回性基本層序組成；侏羅-白堊系張家口組（JKZ）以流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋巖和石英粗面巖為主，間夾安山巖、粗安巖和少量紫紅色砂礫巖層。與下伏中上元古界薊縣系霧迷山組呈不整合接觸。

（3）中上元古界

薊縣系霧迷山組（Jxw）：該組厚度大于2000m，分4個(gè)巖性段，分布范圍廣，是北京地區(qū)主要熱儲(chǔ)層。上部為灰白、灰色硅質(zhì)白云巖夾少量燧石條帶白云巖、紫灰色泥質(zhì)白云巖、角礫狀硅質(zhì)白云巖；中下部為褐灰、深灰色紋層狀白云巖、細(xì)晶白云巖與燧石條帶白云巖互層。與下伏地層整合接觸。薊縣系楊莊組（Jxy）：巖性為紫紅色含粉砂泥晶白云巖，揭露的視厚度為180m，與下伏高于莊組為平行不整合接觸。長(zhǎng)城系高于莊組（Chg）：巖性主要為白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r等。

1.4 地?zé)嵫芯楷F(xiàn)狀

研究區(qū)位于天竺地?zé)崽镂髂喜?，天竺地?zé)崽锸且呀?jīng)圈定的地?zé)崽镏?，研究程度較高，提供了較完善的地?zé)岬刭|(zhì)參考資料，本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖及地?zé)峋植紙D見圖1。

2 熱儲(chǔ)層特征分析

2.1 天竺地?zé)崽锔艣r

北京地?zé)豳Y源主要分布在平原區(qū)，深度3000m

圖1 平房地區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.1 Structural diagram of Pingfang district

內(nèi)溫度大于50℃的地區(qū)面積約2760km2，構(gòu)成相對(duì)獨(dú)立又有一定聯(lián)系的10個(gè)地?zé)崽?，由北而南是：延慶地?zé)崽铩⑿降責(zé)崽?、后沙峪地?zé)崽?、京西北地?zé)崽?、天竺地?zé)崽铩⒗钏斓責(zé)崽?、東南城區(qū)地?zé)崽铩㈦p橋地?zé)崽?、良鄉(xiāng)地?zé)崽锖网P河營(yíng)地?zé)崽铮ü鶐浀龋?016）。其中天竺地?zé)崽锩娣e290.75km2，熱儲(chǔ)存量69.334×1018J，折合煤39.43×108t，年可采熱水量1058×104m3，折合標(biāo)煤13.4×104t。主要取水層位為薊縣系霧迷山組。

2.2 平房地區(qū)熱儲(chǔ)層特征

（1）熱儲(chǔ)層的構(gòu)成及巖性特征

經(jīng)多項(xiàng)地?zé)豳Y源勘查項(xiàng)目物探、鉆探、巖屑錄井?dāng)?shù)據(jù)分析，區(qū)內(nèi)主要熱儲(chǔ)層為薊縣系霧迷山組、薊縣系楊莊組、長(zhǎng)城系高于莊組。薊縣系霧迷山組（Jxw）：本區(qū)揭露較淺，頂板埋深見圖2，主要分布一段，巖性褐灰、深灰色紋層狀白云巖、細(xì)晶白云巖與燧石條帶白云巖互層。與下伏地層整合接觸。薊縣系楊莊組（Jxy）：巖性為紫紅色含粉砂泥晶白云巖，夾頁(yè)巖，與下伏高于莊組為平行不整合接觸。長(zhǎng)城系高于莊組（Chg）：巖性主要為泥質(zhì)白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r等。

（2）地溫場(chǎng)特征

圖2 薊縣系霧迷山組頂板埋深等值線圖Fig.2 Contour map of the Wumishan Fm roof with depth

利用大量地層測(cè)溫資料計(jì)算得出：薊縣系霧迷山組平均地溫梯度為2.74℃/100m，薊縣系楊莊組平均地溫梯度為1.43℃/100m，長(zhǎng)城系高于莊組平均地溫梯度為2.29℃/100m。熱儲(chǔ)平均地溫梯度2.0℃100m～2.5℃/100m，屬有地?zé)崆熬暗貐^(qū)，楊莊組含泥巖、頁(yè)巖等松散巖石在一定程度上降低了巖石導(dǎo)熱率。從薊縣系霧迷山組頂板等溫線圖得出（圖3），研究區(qū)中心位于東壩凹陷核心部位，霧迷山組頂板埋深淺，溫度低，達(dá)美回灌井測(cè)井溫度為45℃，京熱灌-6井溫度為47℃，向南北方向遞增，溫度等值線的展布方向基本上與地質(zhì)構(gòu)造線的延伸方向一致，主要表現(xiàn)為：等溫線基本沿北東向延伸，與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造線走線方向基本一致（衛(wèi)萬(wàn)順，2010）。

圖3 薊縣系霧迷山組頂板溫度等值線圖Fig.3 Contour map of the Wumishan Fm roof depth with temp

（3）熱儲(chǔ)層物性特征

經(jīng)實(shí)鉆錄井分析，霧迷山組揭露深度較淺，47～428m不等，收集已有巖屑分析東壩凹陷底部中心區(qū)巖性為霧迷山組一段富含碳質(zhì)和瀝青質(zhì)白云巖，電測(cè)井曲線呈典型的碳酸鹽巖高電阻率低自然放射性的特點(diǎn)。霧迷山組與下伏楊莊組為整合接觸。

薊縣系楊莊組為本區(qū)較典型地層，厚度312～477m不等，與大部分平原區(qū)鉆孔厚度小于百米不同，該地層在本區(qū)揭露深度較大，但不及平谷一帶視厚度600～700m，楊莊組劃分為3段紅色泥頁(yè)巖，電測(cè)井曲線呈明顯的低電阻率高自然放射性的特點(diǎn)。

長(zhǎng)城系高于莊組在本區(qū)均未見底，主要巖性為泥質(zhì)白云巖，電測(cè)井曲線與霧迷山組一段相比，自然放射性較高，表現(xiàn)發(fā)育不同程度的泥質(zhì)白云巖。

（4）熱儲(chǔ)層儲(chǔ)水特征

與北京其它地區(qū)沉浸盆地型薊縣系霧迷山組熱儲(chǔ)埋藏形式略有不同，本區(qū)深部熱儲(chǔ)另有薊縣系楊莊組及長(zhǎng)城系高于莊組，10眼地?zé)峋?眼均取上述兩套地層熱水。其中達(dá)美開采井在鉆探過程中，薊縣系楊莊組2069m、2192m、2206m處，長(zhǎng)城系高于莊組2379～2433m均有不同程度的泥漿漏失，漏失量5～50m3/d，表現(xiàn)為良好的出水層段。楊莊組三段泥巖及長(zhǎng)城系高于莊組泥質(zhì)白云巖中泥質(zhì)含量較高，對(duì)鉆探施工影響大，從最終的抽水產(chǎn)能測(cè)試看，上述兩套地層在本區(qū)含水量均比較可觀，但存在一定施工風(fēng)險(xiǎn)。鉆探施工中應(yīng)加密巖屑錄井并加強(qiáng)泥漿調(diào)配及監(jiān)測(cè)，成井后下入強(qiáng)度合格的濾水管，保證孔隙率，對(duì)于水量及熱量的提取是切實(shí)可行的，以京熱-195井為例，按合理開采量計(jì)算，地?zé)峋a(chǎn)能評(píng)價(jià)一年可利用熱能為6.6×107MJ，影響半徑為358m，可滿足使用需求。

（5）地?zé)峋疃扰c風(fēng)險(xiǎn)

研究區(qū)成井深度在2500～3000m區(qū)間范圍內(nèi)，采用四開成井技術(shù)可提取地下深處的能量是可行的，鉆遇地層包括第四系、新近系、白堊系、薊縣系及長(zhǎng)城系。值得注意以下幾點(diǎn)：①三開施工中鉆遇取水目的層的過程中，對(duì)于白堊系東嶺臺(tái)組的識(shí)別尤為關(guān)鍵，地層破碎，包含砂巖、泥巖、安山巖、大理巖等，該處需揭穿薊縣系霧迷山組頂板，見純白云巖后下入技術(shù)套管到底并保證固井質(zhì)量。②四開施工鉆遇楊莊組紅色泥巖頁(yè)巖及區(qū)域錯(cuò)動(dòng)構(gòu)造后需下入濾水管，保證孔隙率及套管鋼級(jí)強(qiáng)度以取得良好的出水指標(biāo)。

3 地?zé)衢_發(fā)利用現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近10年地?zé)峥辈轫?xiàng)目較多，項(xiàng)目審批嚴(yán)格按國(guó)土部門地?zé)豳Y源勘查審查文件執(zhí)行，并采用采灌結(jié)合的方式進(jìn)行開發(fā)利用。本區(qū)地?zé)峋找嬖龆?，?duì)地?zé)崴_采量將逐年增加，井群密度大，地?zé)崴宦裆钜堰_(dá)100～120m。

4 結(jié)論

研究區(qū)位于順義東壩凹陷內(nèi)，屬天竺地?zé)崽?，附近主要?gòu)造有太陽(yáng)宮斷裂、樓梓莊斷裂、平房南斷裂，區(qū)內(nèi)主要熱儲(chǔ)層為薊縣系霧迷山組、楊莊組，長(zhǎng)城系高于莊組。通過收集地?zé)峋跋嚓P(guān)資料，得出如下結(jié)論：薊縣系霧迷山組揭露厚度較淺，并不作為主要熱儲(chǔ)研究對(duì)象，這與東壩凹陷北東向構(gòu)造分布切割深層基底地層有關(guān)，本文未對(duì)構(gòu)造成因等進(jìn)行深入研究。受熱儲(chǔ)條件所限，鉆探施工后需下入濾水管，但產(chǎn)能測(cè)試結(jié)果顯示可作為良好的熱儲(chǔ)進(jìn)行熱水提取，后期需控制取水量，開發(fā)中加以保護(hù)。建議在實(shí)際開發(fā)利用中，應(yīng)嚴(yán)格控制開采量、水位下降深度及年水位下降速率，做好開采水量、水位、水溫、水質(zhì)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)回灌，并做好區(qū)域合理布井，提高資源利用效率，維護(hù)資源的持續(xù)利用。

[1]曹海東. 基于地層形變理論的西安地?zé)崽镩_發(fā)前景研究[D]. 長(zhǎng)安大學(xué)，2006：12～15.

[2]安家盛，魏成林. 北京地?zé)醄M]. 北京：北京市國(guó)土資源局，2008：19.

[3]郭帥，王維逸，王治，等. 淺析北京平原區(qū)熱儲(chǔ)溫度與斷裂關(guān)系[J]. 城市地質(zhì)，2016，11(1)：42～47. [4]衛(wèi)萬(wàn)順，鄭桂森，欒英波. 北京平原區(qū)淺層地溫場(chǎng)特征及其影響因素研究[J]. 中國(guó)地質(zhì)，2010，37(6)：1735.

Research on Pingfang geothermal reservoir in Chaoyang District, Beijing

WANG Weiyi, LIU Zhe, GUO Shuai
(Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Beijing 100048)

Wumishan Fm. is the main stratifed reservoir in Beijing geothermal feld. Pingfang is in the eastern of Beijing. It belongs to the Tianzhu geothermal feld. Through geothermal resources exploration, the main geothermal reservoir contains Wumishan Fm.,Yangzhuang Fm.,Changcheng Fm. The article is based on the data of the geothermal wells surroundings. We have a new understanding about the geothermal reservoir in this district. The result shows the main geothermal reservoir contains Wumishan Fm.,Yangzhuang Fm.,Changcheng Fm. in Pingfang. Wumishan Fm. is thiner than the others, the other aquosity and mining value are well. Geothermal resources are rich.

Geothermal; Stratifed reservoir; Pingfang

P314

A

1007-1903（2016）04-0050-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.04.009

王維逸（1987- ），男，主要從事地?zé)岬刭|(zhì)、水文地質(zhì)研究。E-mail：13581792897@163.com