豫北平原地熱資源潛力分析

王小青，李蓮花，侯廣順，李姍姍

（1.河南省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質環(huán)境調查院，鄭州 450045；2.河南理工大學資源環(huán)境學院，河南 焦作 454000）

豫北平原地熱資源潛力分析

王小青1，李蓮花1，侯廣順2，李姍姍1

（1.河南省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質環(huán)境調查院，鄭州 450045；2.河南理工大學資源環(huán)境學院，河南 焦作 454000）

地熱資源是清潔的新能源。地熱資源的分布與新構造運動存在較密切的關系。本文根據(jù)豫北平原75口熱井參數(shù)，計算了地溫梯度，總結了地溫梯度的平面分布規(guī)律，分析了地熱水賦存規(guī)律。豫北平原地熱水分布不均，與新構造運動密切相關，地溫梯度一般為2.5～3.5℃/100 m，平均約3.0℃/100 m。本研究為地熱水開發(fā)利用提供了地質依據(jù)。

豫北平原；地溫資源；地熱梯度；分布規(guī)律

地熱資源屬于可再生清潔能源，中新生代以來，華北板塊東部經(jīng)歷了強烈的巖石圈減薄及軟流圈隆升，屬于高地熱流背景區(qū)[1]。豫北平原屬于華北板塊東部南緣，經(jīng)濟較發(fā)達，地熱資源豐富。但迄今為止，豫北地區(qū)尚缺少系統(tǒng)的地熱資源潛力分析資料，不利于地熱能的開發(fā)利用[2]。

本文在系統(tǒng)調查豫北濮陽市、新鄉(xiāng)市、濟源市和相鄰的山東省菏澤市等地區(qū)地熱資源的基礎上，總結了豫北平原地熱水分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)地熱資源與新構造運動存在較密切的關系，以期為豫北平原區(qū)地熱資源開發(fā)利用提供基礎地質依據(jù)。

1 研究區(qū)范圍及其大地構造背景

本文地熱資源調查范圍以豫北平原地區(qū)為主，包括了相鄰的山東省菏澤市的部分資料。調查范圍為東經(jīng)112°30′～116°06′，北緯34°52′～36°14′，西起濟源、東止菏澤、北抵安陽、南達鄭州，面積約15 000 km2。從構造單元上講，覆蓋了湯陰斷陷、濟源凹陷、中牟凹陷、內黃凸起、東明斷陷和菏澤凸起等構造單元[3]，具體范圍如圖1所示。

自中生代以來，華北板塊東部受到太平洋板塊俯沖作用的影響，發(fā)生了巖石圈地幔減薄及軟流圈地幔的隆升，伴隨著強烈的巖漿活動、構造變形，形成了一系列斷凹陷盆地[4]。地球物理研究表明，整個華北板塊東部，由于軟流圈的隆升，普遍具有較高的大地熱流[5]。華北板塊東部的大地熱流，又以新生代渤海灣盆地為最大[6]。豫北平原諸盆地也形成于新生代，與渤海灣盆地一樣，形成于相同的大地構造背景。

圖1 豫北平原地溫調查范圍及地熱梯度等值線圖

2 調查方法和實際資料

根據(jù)區(qū)域地熱調查規(guī)范，結合豫北地區(qū)實際情況，開展地熱調查。調查內容包括：

（1）調查區(qū)域地層、構造、巖漿巖，研究它們與地熱顯示、地熱異常的關系，推斷地熱熱儲、蓋層、導水和控熱構造。

（2）調查地熱地表顯示特征，測定地熱流體的天然排放量和化學成分，初步圈定地熱異常的范圍，建立熱儲概念模型，估算地熱田的熱儲溫度和地熱田的天然熱流量。

筆者實際調查了豫北及鄰區(qū)山東共計75口地熱井的地熱資料。

3 地溫梯度計算

對于地熱資源的分布規(guī)律，人們用地溫梯度這個參數(shù)來表現(xiàn)，地溫梯度表示每深100 m的溫度增加值。本次地溫梯度計算利用了75眼井孔的溫度資料，同時利用、參考了中原油田文留一帶地溫研究成果，以及《中國地溫分布基本特征》等有關資料數(shù)據(jù)。考慮到埋深越淺、地溫影響因素越多，其主要原因為地下水流影響，偏差大，筆者在計算中主要利用深度在400 m以下的鉆孔測溫數(shù)據(jù)。在深孔資料缺乏的地區(qū)（內黃凸起、菏澤凸起（河南部分），筆者采用了部分淺井溫數(shù)據(jù)。利用測溫數(shù)據(jù)，采用以下公式計算了工作區(qū)新生界地溫梯度值：

式中：G——地溫梯度；T2——孔口水溫或孔底溫度；T1——恒溫帶溫度，經(jīng)驗值15.5℃；S2——含水介質平均深度或孔底深度；S1——恒溫帶深度，經(jīng)驗值23m。

地溫梯度計算結果如表1所示。

根據(jù)計算結果，并與地質構造、巖層結構特征、地殼結構特征等進行對比分析，繪制新生界地溫梯度分布圖（見圖1）。

4 地溫梯度平面分布規(guī)律

4.1 太行山前地區(qū)

指濟源北—焦作—輝縣北—鶴壁新區(qū)西北地區(qū)。該區(qū)地層以太古界-古生界為主，新生界蓋層厚度小，主要地下水儲層為奧陶系-寒武系灰?guī)r巖溶、裂隙含水介質。本區(qū)地溫分布有以下特征：

4.1.1 總體地溫梯度偏低、分布不均勻

根據(jù)資料，該區(qū)具有較低的大地熱流和較高的地層熱導率。由于構造復雜、斷層發(fā)育，灰?guī)r溶洞、溶隙、裂隙發(fā)育，地下水自山區(qū)向平原區(qū)徑流，地下水循環(huán)交替快，導致本區(qū)總體地溫梯度及地溫偏低，局部出現(xiàn)低溫異常。根據(jù)本次計算及搜集，焦作地溫梯度一般為0.67～1.96℃/100 m；沁陽西萬地溫梯度1.36℃/100 m；鶴壁地溫梯度為1.56℃/100 m。

同時，由于巖溶地下水系統(tǒng)的不均勻性，本區(qū)地溫梯度分布具有不均勻性，如焦作地區(qū)地溫梯度范圍在0.20～1.96℃/100 m，最大值與最小值相差將近10倍。

4.1.2 局部高溫異常

由于本區(qū)構造復雜、斷層發(fā)育，深大斷裂、交錯切割的斷裂在某些地區(qū)可形成導水、導熱構造，形成高溫異常及溫泉，如濟源省莊溫泉及新鄉(xiāng)北站高溫異常區(qū)。

4.2 其他平原地區(qū)

濟源北—焦作—輝縣北—鶴壁新區(qū)以東地區(qū)，基巖之上覆蓋巨厚的新生界地層，相對于太行山前地區(qū)有較高的大地熱流值和較低的地層熱導率，因此新生界地層地溫梯度偏高，其分布相對均勻。豫北平原區(qū)新生界地溫梯度一般在2.5～3.5℃/100 m，太行山前地溫梯度低于2.5℃/100 m。其分布特征如下：

4.2.1 地溫梯度具有明顯的分帶、分區(qū)性

由太行山前向東分為4個條帶，依次為：

（1）湯陰斷陷—濟源盆地低地溫梯度帶，包括鄭州—新鄉(xiāng)—衛(wèi)輝一線及湯東斷裂以西地區(qū)，地溫梯度一般小于3℃/100 m，在太行山前一般小于2.5℃/100 m。

表1 新生界地層地溫梯度計算結果表

（2）內黃凸起—中牟凹陷高地溫梯度帶，包括內黃凸起、中牟凹陷區(qū)以及新鄉(xiāng)—衛(wèi)輝東部地區(qū)，地溫梯度一般3.0～3.5℃/100 m。

（3）東明斷陷低地溫梯度帶，主要包括東明斷陷區(qū)，其地溫梯度一般小于3.0℃/100 m，其分布具有沿東北方向中間高、兩側低的特征，與東明斷陷基底構造相吻合。

（4）菏澤凸起（河南部分）高地溫梯度帶，地溫梯度一般3.0～3.5℃/100 m。

4.2.2 在構造凸起與凹陷區(qū)形成局部地溫異常

新鄉(xiāng)市西南十五里堡—翟坡一帶以及東明斷陷東西次凹地區(qū)，為構造凹陷區(qū)，表現(xiàn)為低地溫異常：新鄉(xiāng)市西南十五里堡-翟坡一帶地溫梯度2.22～2.40℃/100 m，東明斷陷東西次凹地溫梯度略低于2.5℃/100 m。

內黃凸起?？h—井店—五陵一帶，以及菏澤凸起（河南部分）范縣高碼頭一帶表現(xiàn)為高溫異常，地溫梯度大于3.5℃/100 m。

4.2.3 斷裂導熱形成地熱高溫異常

主要表現(xiàn)于新鄉(xiāng)洪門、延津兩地，地溫梯度大于3.5℃/100 m，其構造部位處于湯東斷裂與新商斷裂交匯處。

5 地溫異常區(qū)的劃分

根據(jù)地溫梯度等值線圖，調查區(qū)地溫梯度一般為2.5～3.5℃/100 m，平均約3.0℃/100 m；沁陽—修武-鶴壁淇濱新區(qū)西北部太行山前地區(qū)，地溫梯度一般為1.5～2.5℃/100 m，并向山區(qū)繼續(xù)降低。因此，暫定調查區(qū)地溫梯度大于3.5℃/100 m為高溫異常區(qū)，地溫梯度低于2.5℃/100 m的為低溫異常區(qū)。

5.1 高溫異常區(qū)

5.1.1 由構造斷裂導熱的高溫異常區(qū)

（1）濟源省莊溫泉。它位于濟源市五龍口省莊北，其典型井孔五龍口1#孔，孔深70.3 m，孔口水溫53℃；五龍口2#孔深300 m，水溫78℃。其分布范圍有數(shù)千平方米。在2#孔鉆孔巖心中，人們發(fā)現(xiàn)有灰?guī)r高溫變質現(xiàn)象。

（2）新鄉(xiāng)北站高溫異常區(qū)。它位于新鄉(xiāng)北站樹脂廠—火電廠—潞王墳村一帶。新鄉(xiāng)火電廠新火電-sh3孔，取水段399～637 m，水溫35℃，平均地溫梯度3.94℃/100 m；新鄉(xiāng)北站潞王墳村XK43孔，取水段15.2～60.49 m，水溫達25℃。

（3）新鄉(xiāng)洪門高溫異常區(qū)。它位于新鄉(xiāng)洪門華北石油指揮部—新鄉(xiāng)醫(yī)學院一帶，地溫梯度3.76～4.82℃/100m，其中新三井#深470.9 m，井底溫度達33.5℃，醫(yī)學院1#深1350 m，水溫高達73℃。它位于湯東斷裂與新鄉(xiāng)—商丘斷裂交匯處。

（4）新鄉(xiāng)—商丘斷裂帶高溫異常帶。它分布于延津東南沿新鄉(xiāng)—商丘斷裂帶地區(qū)。延津縣城北延電1#，取水段埋深915.4～1032.5 m，水溫50.5℃，地溫梯度達3.681℃/100 m。

3.1.2 由構造凸起導熱的高溫異常區(qū)

（1）內黃凸起頂部高溫異常區(qū)。它分布于內黃凸起頂部?？h及其西部、北部一帶。內黃陸村后化HK3#取水段埋深164～224 m，水溫21.5℃，地溫梯度3.51℃/100 m。其原因在于高熱導率的基巖埋藏淺，熱量易傳至地表。

（2）范縣高碼頭高溫異常區(qū)。它分布于菏澤凸起（河南部分）頂部范縣高碼頭一帶。高碼頭薛村Y9#取水段埋深145.5～212.7 m，水溫21℃，地溫梯度3.52℃/100 m。其原因在于高熱導率的基巖埋藏淺，熱量易傳至地表。

5.2 低溫異常區(qū)

（1）焦作市低溫異常區(qū)。焦作地區(qū)由于巖溶地下水開采強度大，地下水循環(huán)徑流快，局部地區(qū)形成低溫異常。X2#取水段埋深273.3～539.5 m，水溫19.1℃，地溫梯度僅為0.939℃/100 m。其地溫低異常的原因主要在于地下水的活動。

（2）東明斷陷東西次凹地溫異常區(qū)。東明斷陷東西次凹區(qū)，基巖埋藏相對深，地溫梯度一般為2.34～2.50℃/100 m，低于周邊地區(qū)。其地溫低異常的原因主要在于基底埋藏較深。

6 結論

豫北平原地熱水分布不均，具有一定的規(guī)律性，地溫梯度一般為2.5～3.5℃/100 m，平均約3.0℃/100 m。構造凸起部位、導熱斷裂帶附近為地熱資源賦存有利地段，在基巖埋藏較深或地下水補給區(qū)、徑流快的地段，地下水水溫較低。開發(fā)利用地熱水資源時，人們要充分了解地熱資源的分布規(guī)律，提高開發(fā)效能，減少風險。

1 汪 洋，汪 集，熊亮萍，等.中國大陸主要地質構造單元巖石圈地熱特征[J].地球學報，2001，22（1）：17-22.

2 張立柱，李進先.河南省地熱資源及其開發(fā)利用建議[J].華南地質與礦產(chǎn)，2000，（1）：69-72.

3 河南省地質礦產(chǎn)局.河南省區(qū)域地質志[M].北京：地質出版社，1989.

4 Zhu.R.X，Yang.J.H，Wu.F.Y.Timing of destruction of the North China Craton[J].Lithos，2012，149（4）：51-60.

5 Tao W，Shen.Z.Heat flow distribution in Chinese continent and its adjacent areas[J].Progress in Natural Science，2008，18（7）：843-849.

6 李三忠，索艷慧，戴黎明，等.渤海灣盆地形成與華北克拉通破壞[J].地學前緣，2010，17（4）：64-89.

Geothermal Rescource Potential Analysis of Nothern Plain Henan Province

Wang Xiaoqing1, Li Lianhua1, Hou Guangshun2, Li Shanshan1
(1.The first Geo-environment Survey, Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development, Zhengzhou 450045,China；2.Institute of Resources & Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)

Geothermal resources are new sources of clean energy.The distribution of geothermal resources is closely related to the new tectonic movement.Based on the plains of north 75 hot Wells parameters,calculate the geothermal gradient and geothermal gradient analysis summarized plane distribution rule,the analysis discusses the occurrence regularity of geothermal water.North Henan Plain of geothermal water distribution,is closely related to the neotectonic movement and geothermal gradient is generally 2.5 ～ 3.5℃ /100m, an average of about 3.0℃ /100m.This study provides geological basis for the development of geothermal water.

North Henan Plain; geothermal resources; geothermal gradient; distribution rule

P314

A

1008-9500(2017)07-0120-04

2017-05-18

王小青（1980-），女，河南原陽人，碩士，工程師，主要從事礦產(chǎn)地質、工程地質、環(huán)境地質調查研究工作。