日照市沿海地區(qū)地?zé)豳Y源特征研究

楊崇敬

(山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 日照 276826)

地?zé)豳Y源的應(yīng)用越來越廣泛，具有成本低、無污染、一次開發(fā)長期利用的特點[1]，20世紀(jì)70年代世界石油危機(jī)之后，地?zé)豳Y源的開發(fā)利用經(jīng)歷了快速發(fā)展期，美國、日本、冰島對地?zé)豳Y源的研究程度較高，很多經(jīng)驗和做法值得借鑒。近年來，我國做了大量的“斷控型”地?zé)豳Y源研究，但基本處于“就熱找熱”階段，系統(tǒng)勘查和開發(fā)階段研究程度較低[2]。日照市沿海地區(qū)屬魯東隆起地?zé)釁^(qū)，位于日照-青島斷裂兩側(cè)，區(qū)域性斷裂構(gòu)造較發(fā)育，具有較好的“斷控型”地?zé)岢蔁岬刭|(zhì)條件，該區(qū)域開展了許多地?zé)峥辈楣ぷ?，但是尚未取得突破性成果，為了系統(tǒng)地查明該區(qū)地?zé)豳Y源發(fā)育條件，研究地?zé)豳Y源特征，為下一步開展地?zé)峥辈楣ぷ魈峁┮罁?jù)，2016—2017年，山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院開展了日照市東部地區(qū)地?zé)豳Y源調(diào)查工作，取得了較好的研究成果(1)山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，日照市東部地區(qū)地?zé)豳Y源調(diào)查報告，2017年。。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

日照市沿海地區(qū)大地構(gòu)造位于蘇魯造山帶(Ⅰ)、膠南-榮成隆起區(qū)(Ⅱ)、膠南隆起區(qū)(Ⅲ)、膠南凸起(Ⅴ)東部。研究區(qū)屬魯東地層分區(qū)，膠南-東海地層小區(qū)，區(qū)域斷裂構(gòu)造主要分為NE向和近EW向2組(圖1)，其中NE向斷裂延伸長度大、產(chǎn)狀陡，主要包括日照-青島斷裂、花崖-徐家坪斷裂；近EW向斷裂包括五洞府?dāng)嗔选⒋笕獪?廟山前斷裂(F1斷裂)等。NE向斷裂常與近EW向和NW向斷裂相互交會、錯斷，大氣降水通過斷裂或不同巖體接觸帶下滲至深部，經(jīng)深循環(huán)加熱，通過NE向主干斷裂的溝通，上升至近地表形成熱水，一般平面等溫線長軸方向為控?zé)釘嗔炎呦騕3]。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造圖

2 地?zé)岬刭|(zhì)條件

2.1 地溫場特征

2.1.1 區(qū)域大地?zé)崃髦?/p>

大地?zé)崃魇潜硎镜厍驘釄龌咎卣鲄?shù)，可以有效地評價區(qū)域地?zé)豳Y源潛力，但由于地表的熱平衡主要受太陽輻射的影響，大地?zé)崃鞯臏y定還存在不少問題且難度較大，該次研究利用李學(xué)倫等人出版的《山東半島硅熱流值與區(qū)域地質(zhì)條件的關(guān)系》一文，研究區(qū)附近大地?zé)崃髦导s60mW/m2，略低于山東半島平均熱流值[4]。

2.1.2 地溫場特征

該次研究工作共完成機(jī)民井地溫測量100眼，主要集中在研究區(qū)主要斷裂構(gòu)造附近，其中井深30m及以上的測溫井96眼，這些井可以較完整的反映出恒溫帶和地溫梯度情況。然后利用Minitab軟件對測溫數(shù)據(jù)分析整理，剔除部分異常數(shù)據(jù)后，采用置信區(qū)間的數(shù)據(jù)計算均值進(jìn)行擬合(圖2)，得出整個研究區(qū)恒溫帶埋深為17.84～26.15m，恒溫帶溫度主要分布區(qū)間為14.12～16.37℃，恒溫帶平均溫度為15.39℃。恒溫帶溫度較高的地區(qū)主要有三柱山、南湖、高旺、汾水4個區(qū)域，恒溫帶溫度均在15.39℃以上，其中三柱山區(qū)域恒溫帶溫度一般在16℃以上，大泉溝地?zé)峋钡腏52井恒溫值為16.7℃；南湖區(qū)域恒溫帶溫度為15.8℃左右，徐家坪嘉年華內(nèi)測溫井J27恒溫帶16.5℃，為該區(qū)最高值；汾水區(qū)域恒溫帶溫度一般在16.0℃左右，沿海高速西的辛莊子村J49井達(dá)16.4℃；高旺區(qū)域經(jīng)分析是由于調(diào)查井利用自吸泵常年抽水，對水溫產(chǎn)生了加熱效應(yīng)。

圖2 研究區(qū)恒溫帶溫度及上、下限正態(tài)擬合曲線

從三柱山、南湖、汾水3個區(qū)域恒溫帶分布情況分析，高值區(qū)域往往與區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育區(qū)域重合，這也從淺部指示了區(qū)內(nèi)的主要控?zé)針?gòu)造。如三柱山區(qū)域熱異常主要沿大泉溝-廟山前斷裂分布，向東溫度有增高趨勢；南湖區(qū)域15.6℃，15.8℃等值線圈定的異常區(qū)呈條帶狀[5]，大體沿著花崖-徐家坪斷裂帶的走向；汾水區(qū)域由于靠近城區(qū)，測溫井控制數(shù)量較少，但熱異常也出現(xiàn)梭羅樹斷裂附近。

2.1.3 地溫梯度

以測溫井孔地溫梯度值為橫坐標(biāo)，出現(xiàn)頻率為縱坐標(biāo)，作出正態(tài)擬合曲線，得出研究區(qū)地溫梯度平均值為1.46℃/100m。以全區(qū)地溫梯度平均值為界，地溫梯度呈明顯偏高的主要有3個區(qū)域：南湖區(qū)域徐家坪-萬家坪一帶、三柱山區(qū)域及高旺區(qū)域(表1)；兩城鎮(zhèn)南和五洞府?dāng)嗔驯边@2個區(qū)域地溫梯度值較低。高旺區(qū)域地溫梯度高值區(qū)僅由J34號一個測溫井單點圈定，周邊未能找到更多具有一定深度的井孔，異常難以驗證，而南湖區(qū)域和三柱山區(qū)域地溫梯度高值區(qū)則是由多個測溫井圈定，可信度較高。

表1 熱異常區(qū)地溫梯度值

2.1.4 熱儲溫度

地溫梯度高值異常所在部位和恒溫帶高值異常區(qū)域基本一致，主要位于南湖區(qū)域和三柱山區(qū)域，高旺區(qū)域在恒溫帶和地溫梯度上均是單點異常，而汾水區(qū)域地溫梯度值與全區(qū)相比未見明顯異常。

針對上述2個異常區(qū)域開展了音頻大地電磁測量(AMT)并施工了2眼測溫孔，編號分別為ZK1,ZK2。根據(jù)三柱山區(qū)域AMT物探解譯成果和施工測溫孔ZK1資料，該區(qū)域熱儲構(gòu)造破碎帶發(fā)育深度超過1800m，由于測溫孔未完全穿透熱儲層，故利用地溫梯度值對熱儲溫度進(jìn)行推算，測溫孔ZK1測溫曲線見圖3。ZK1孔測溫深度291m，恒溫帶位于15～25m，恒溫帶溫度14.4℃，全孔地溫梯度2.03℃/100m，按熱儲埋深1800m計算，三柱山區(qū)域的熱儲溫度為50.43℃。

南湖區(qū)域施工的測溫孔ZK2雖然位于推斷構(gòu)造低阻帶的上盤，但單井涌水量較小、地溫梯度較低，而周邊施工的J28井涌水量及地溫梯度均較ZK2孔理想，物探解譯低阻帶發(fā)育，且位于恒溫帶和地溫梯度圈定的高值區(qū)內(nèi)，更能反映該區(qū)的熱儲情況，故利用J28井測溫數(shù)據(jù)推算南湖重點調(diào)查區(qū)的熱儲溫度，其測溫曲線見圖4。J28井測溫深度305m，恒溫帶位于20～30m，恒溫帶溫度16.2℃，全孔地溫梯度為2.40℃/100m，該井位于南湖區(qū)域AMT-2線1600點處，低阻帶發(fā)育深度約1700m，按熱儲埋深1700m計算，南湖區(qū)域熱儲溫度為56.28℃。

圖3 測溫孔ZK1測溫曲線

圖4 測溫孔J28測溫曲線

3 熱儲概念模型

熱儲概念模型的建立要查明熱源、水源、蓋層、通道、熱儲層，根據(jù)研究區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件，明確熱儲概念模型的各項因子，最終完成模型建立[6]。通過對研究區(qū)地溫場、地溫梯度、熱儲溫度等的研究，發(fā)現(xiàn)了三柱山和南湖區(qū)域2個地?zé)岙惓^(qū)，下面以三柱山區(qū)域地?zé)岙惓^(qū)熱儲特征為例進(jìn)行分析。

三柱山區(qū)域整體地勢東、西兩側(cè)高，中部略起伏，南北平坦開闊，形成NE向的山間負(fù)地形，延伸方向與重力解譯的日照-青島斷裂基本重合。區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育程度一般，大氣降水沿地形坡度降至東西兩側(cè)的丘陵-低山地形區(qū)入滲補(bǔ)給地下水后，沿日照-青島斷裂兩側(cè)的次級斷裂向中部逐漸匯集，形成集水廊道，地下水在日照-青島斷裂及其次級斷裂(如大泉溝-廟山前斷裂)交會部位深部加熱并富集礦物質(zhì)，形成地?zé)豳Y源，屬斷控半封閉型熱儲，其中東西兩側(cè)山嶺形成小區(qū)域分水嶺，為第二類零流量邊界條件；南北兩側(cè)逐漸形成沙墩河及潮河支流，常年有水，為第二類定流量邊界條件。通過物探解譯成果，發(fā)現(xiàn)大泉溝-廟山前斷裂整體走向NWW，傾向S，傾角為75°左右，發(fā)育深度1800m左右，向西發(fā)育隱伏段F7斷裂，日照-青島斷裂次生斷裂F8傾向E，傾角為75°左右。后期在在F7和F8斷裂交會處偏東布設(shè)了測溫孔ZK1，顯示該區(qū)域含水層良好，東部山海天地區(qū)施工的大泉溝地?zé)峋沧C實了該文分析的結(jié)論。根據(jù)上述分析，建立了三柱山區(qū)域熱儲概念模型(圖5)。

1—山前組含礫砂質(zhì)黏土；2—絲山單元角閃黑云二長花崗巖；3—構(gòu)造破碎帶；4—構(gòu)造裂隙；5—大地深部熱流；6—地表水流向；7—地下水流向圖5 三柱山區(qū)域熱儲概念模型

(1)熱源

地球內(nèi)部熱流主要通過傳導(dǎo)、對流、熱巖漿上移攜帶(巖漿侵入或火山噴發(fā))3種形式向外傳遞，其中對流是地?zé)崃黧w向地表傳遞最有效的形式。三柱山區(qū)域發(fā)育大泉溝-廟山前斷裂和日照-青島斷裂，低阻帶發(fā)育深度1800m左右，寬度較大，斷裂發(fā)育使完整基巖形成了自下而上的破碎帶，為深部熱流向地表傳導(dǎo)提供對流通道，地下水在此富集，并受深部熱流的“烘烤”加熱，故形成地?zé)豳Y源[7]。

(2)水源

三柱山區(qū)域地?zé)豳Y源水源主要來源于大氣降水，分別自東西兩側(cè)的分水嶺下滲至深部補(bǔ)給地下水，經(jīng)加熱后形成地?zé)崃黧w。

(3)蓋層

三柱山區(qū)域蓋層為黑云二長花崗巖，該區(qū)斷裂破碎帶上部的巖體均相對完整致密，為隔水層，可避免淺部地下涼水與深部地?zé)崃黧w發(fā)生水體交換，防止熱儲層地?zé)崃黧w被混合降溫，此外完整的花崗巖也具有一定的保溫效果，防止深部熱源散失。

(4)通道

三柱山區(qū)域的導(dǎo)水通道主要為大泉溝-廟山前斷裂，該斷裂走向NWW，傾向S，傾角75°左右，構(gòu)造性質(zhì)為張性，具有較好的導(dǎo)水、儲水性能，由于該斷裂周邊地溫梯度較高，因此大泉溝-廟山前斷裂也是主要的導(dǎo)熱構(gòu)造；日照-青島斷裂的次級斷裂F8為導(dǎo)熱、阻水構(gòu)造，傾向E，傾角約75°，該斷裂產(chǎn)狀陡直，物探解譯切割深度大，可連同深部大地?zé)崃鳎捎谠摂嗔褳閴号ば?，斷裂?nèi)部放射性衰變、摩擦產(chǎn)生的熱量，也可沿該斷裂破碎帶向地表傳導(dǎo)[8]。

(5)熱儲層

三柱山區(qū)域熱儲層為大泉溝-廟山前斷裂和日照-青島斷裂的次級斷裂F8共同影響的構(gòu)造破碎帶，發(fā)育深度約1800m。地下水沿地形坡降由四周向中部匯流，深部地下水自東向西沿大泉溝-廟山前斷裂徑流，遇F8斷裂阻擋后形成凝滯區(qū)，地下水在斷裂帶內(nèi)受深部熱源加熱、溫度升高[9]，與周邊圍巖發(fā)生溶濾、交代作用富含多種礦物質(zhì)，最終形成具有較高溫度和礦物質(zhì)的地?zé)崃黧w。

同理，南湖區(qū)域發(fā)育花崖-徐家坪斷裂帶，斷裂帶寬大，低阻帶發(fā)育深度超過1700m，蓋層為細(xì)粒二長花崗巖，導(dǎo)水通道主要為花崖-徐家坪斷裂帶的F2斷裂，該斷裂走向NNE，傾向SE，傾角約80°，富水性良好，具有較好的導(dǎo)水、儲水性能，熱儲層為花崖-徐家坪斷裂帶3條構(gòu)造影響的構(gòu)造破碎帶，發(fā)育深度約1700m，熱儲概念模型見圖6。

1—沂河組含礫混礫砂、砂礫；2—青臺山晶洞長花崗巖；3—云山單元細(xì)粒二長花崗巖；4—構(gòu)造破碎帶；5—構(gòu)造裂隙；6—大地深部熱流；7—地表水流向； 8—地下水流向圖6 南湖區(qū)域熱儲概念模型

綜上，日照市沿海地區(qū)地?zé)岙惓^(qū)屬“斷控型”帶狀熱儲，地下水接受入滲補(bǔ)給后，沿著導(dǎo)水構(gòu)造匯集，在深部加熱并與圍巖發(fā)生溶濾作用，形成富含礦物質(zhì)的地?zé)崴罱K沿斷裂破碎帶傳輸至地表，形成了地?zé)岙惓^(qū)。日照市沿海地區(qū)主要的含水構(gòu)造為NWW向和近EW向斷層。

4 地?zé)豳Y源計算與評價

根據(jù)水文地質(zhì)手冊(第二版)及《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB11615—2010)中相關(guān)計算要求，采用熱儲法對三柱山和南湖區(qū)域地?zé)豳Y源進(jìn)行了評價，計算參數(shù)以施工的測溫孔為主，部分參考了大泉溝地?zé)峋南嚓P(guān)數(shù)據(jù)。三柱山區(qū)域地?zé)豳Y源量為3.07×1015J，可利用地?zé)豳Y源量：2.46×1014J，若開發(fā)一口地?zé)峋?，按測溫孔ZK1揭露的水文參數(shù)，在允許開采量為499.545m3/d，每天開采18h的開采強(qiáng)度條件下，每年采出的熱能為1.24×107MJ[10]。南湖區(qū)域地?zé)豳Y源量為：3.85×1015J，可利用地?zé)豳Y源量：3.08×1014J，若開發(fā)一口地?zé)峋?，按J28測溫井揭露的水文參數(shù)，在允許開采量為360m3/d，每天開采18h的開采強(qiáng)度條件下，每年采出的熱能為9.94×106MJ。

5 結(jié)論

日照市沿海地區(qū)地?zé)岙惓ＹY源屬“斷控型”帶狀熱儲，地?zé)岙惓Ｒ话愠霈F(xiàn)在斷裂構(gòu)造或多組構(gòu)造交會的區(qū)域，大氣降水或地表水沿斷裂構(gòu)造下滲匯集形成補(bǔ)給，經(jīng)深循環(huán)吸收巖石中熱量形成熱水，沿著斷裂構(gòu)造上升，最終形成地?zé)豳Y源。日照市沿海地區(qū)NW，EW向斷裂一般為張性斷裂，是區(qū)內(nèi)主要的導(dǎo)水構(gòu)造，NE向構(gòu)造為區(qū)內(nèi)主干斷裂，發(fā)育深度大，是主要的導(dǎo)熱構(gòu)造。NW,EW向斷裂和NE向構(gòu)造交會處為地?zé)豳Y源賦存的有利場所，日照市大泉溝地?zé)崽锛次挥贜E向日照-青島斷裂及近EW向大泉溝-廟山前斷裂交會處附近。上述區(qū)域為日照市沿海地區(qū)下一步的地?zé)峥辈橹该髁朔较?，也為類似“斷控型”地?zé)豳Y源研究提供了參考。