蘭考縣新近系熱儲(chǔ)賦存規(guī)律及開發(fā)適宜性研究

李 堯， 齊玉峰， 黃 烜， 楊 珍， 李亞美

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，鄭州 450053；2.河南省地?zé)崮荛_發(fā)工程技術(shù)研究中心，鄭州 450053）

河南省沿黃地區(qū)涵蓋了河南省三門峽、洛陽(yáng)、濟(jì)源、焦作、鄭州、新鄉(xiāng)、開封、濮陽(yáng)這8個(gè)省轄市［1-2］. 作為中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的核心，河南省沿黃地區(qū)的城市分布集中，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，能源需求旺盛. 有關(guān)研究資料表明，河南省沿黃地區(qū)的中低溫地?zé)豳Y源豐富，開發(fā)利用程度較高［3］，其地?zé)豳Y源主要賦存于新近系砂巖、古生界及中、新元古界的碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層中［4-5］，埋藏深度一般小于2000 m，分布廣泛，開采條件優(yōu)越，具備了規(guī)模開發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的條件.

蘭考縣作為河南省沿黃地區(qū)的重要城市之一，其規(guī)劃目標(biāo)是以“焦裕祿精神”［6］為主題的廉政教育基地、開封東北部的副中心城市. 提高蘭考縣的清潔能源利用率，合理開發(fā)利用蘭考縣的地?zé)豳Y源是實(shí)現(xiàn)其規(guī)劃目標(biāo)必不可少的條件. 雖然蘭考縣新近系熱儲(chǔ)層中蘊(yùn)藏著豐富的地?zé)豳Y源，但人們對(duì)其地質(zhì)構(gòu)造背景及熱儲(chǔ)賦存規(guī)律的了解還不夠全面，對(duì)其地?zé)豳Y源的開發(fā)利用也缺乏系統(tǒng)性的規(guī)劃，于是導(dǎo)致該地區(qū)內(nèi)無(wú)序及粗放式的地?zé)崃黧w開采現(xiàn)象嚴(yán)重.

本研究將蘭考縣城及其周邊一定區(qū)域作為研究區(qū)，以實(shí)際勘查工作成果為支撐，在對(duì)研究區(qū)地質(zhì)資料整理與分析的基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)背景、新近系熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)特征及賦存規(guī)律進(jìn)行了研究. 本研究不僅可以為蘭考縣地?zé)豳Y源的開發(fā)利用提供一定的參考，還可以為河南省沿黃地區(qū)砂巖熱儲(chǔ)的開發(fā)利用提供技術(shù)依據(jù).

1 地質(zhì)條件與地?zé)衢_發(fā)利用現(xiàn)狀

1.1 地質(zhì)條件

研究區(qū)包含了整個(gè)蘭考縣城及其周邊一定區(qū)域，面積共280 km2. 研究區(qū)位于黃淮平原腹地［7］，以流水堆積地貌為主，遼闊平坦，但微地貌差異明顯. 研究區(qū)地殼一直處于緩慢的沉降運(yùn)動(dòng)中，沉積了巨厚的新生代地層，包括古近系、新近系和第四系，基底主要為奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系及白堊系［8］. 古近系分為上中始新統(tǒng)沙河街組（官莊組）和東營(yíng)組，古近系的沉積厚度在500～5000 m之間，頂板埋深在2000 m左右，底板埋深在4000～6500 m 之間，巖性以泥巖、砂巖、含礫砂巖及角礫狀灰?guī)r為主. 新近系分為館陶組和明化鎮(zhèn)組，館陶組巖性為一套下粗而紅、上細(xì)而綠的泥巖、砂質(zhì)泥巖、“塊狀”砂巖，平均厚度為650 m；明化鎮(zhèn)組巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖與粉細(xì)砂巖互層，底部為含礫砂巖或砂礫巖，平均厚度為1100 m，具有由下到上變細(xì)的特征. 第四系巖性以粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土及黏土為主，底板埋深在300～360 m之間.

在基底構(gòu)造方面，研究區(qū)南鄰?fù)ㄔS凸起，東接菏澤凸起，以新鄉(xiāng)—商丘（F3）斷裂為界，分為南北兩部分，其中F3以北部分位于東濮斷陷，以南部分位于開封—濟(jì)源凹陷［9］（圖1）. 研究區(qū)基底被北東、北西和近東西向斷裂切割為典型的新華夏“多字形”構(gòu)造格局［10］，由不同序次和級(jí)別的斷隆與斷陷相間分布組成. 雖然研究區(qū)基底斷塊構(gòu)造活動(dòng)的總體特征為斷陷，但是不同斷塊之間的中、新生代差異性升降運(yùn)動(dòng)明顯.

圖1 研究區(qū)基底構(gòu)造圖Fig.1 Regional basement structure map

在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)方面，第四紀(jì)以來(lái)研究區(qū)整體處于沉降過程中，其總體沉降在320 m左右. 晚更新世和全新世的沉降特點(diǎn)總體表現(xiàn)為開封—濟(jì)源凹陷和東濮斷陷強(qiáng)烈沉降，但是在時(shí)間上，二者非同步沉降，晚更新世的開封—濟(jì)源凹陷沉降幅度最大，全新世的東濮斷陷沉降幅度最大.

1.2 地?zé)衢_發(fā)利用現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代蘭考縣已開始零星地開發(fā)地?zé)豳Y源，2000年以后蘭考縣對(duì)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用逐漸形成規(guī)模，但其地?zé)峋删疃纫话阍?00～1300 m之間，主要利用的熱儲(chǔ)層位為新近系明化鎮(zhèn)組. 其中深度在300～800 m之間的地?zé)峋饕植荚谔m考縣城規(guī)劃區(qū)周邊，由于其水質(zhì)良好，主要被開發(fā)用于當(dāng)?shù)厣钣盟?；深度?00～1300 m之間的地?zé)峋饕蟹植荚谔m考縣城規(guī)劃區(qū)內(nèi)，主要被開發(fā)用于娛樂、洗浴、理療.

2013年，河南省中石化新星石油有限公司在蘭考縣北部施工了一眼地?zé)崽讲山Y(jié)合試驗(yàn)井，完井層位為新近系館陶組，成井深度1980 m，水量120 m3/h，地?zé)崃黧w出口溫度72 ℃. 隨后該公司在蘭考縣北部又相繼施工了3眼地?zé)峋昃畬游痪鶠樾陆叼^陶組. 蘭考縣開發(fā)新近系館陶組地?zé)豳Y源的序幕由此拉開. 截至2019年12月底，研究區(qū)內(nèi)深度在1900～2300 m之間的地?zé)峋殉^24眼，新近系館陶組（N1）熱儲(chǔ)層逐漸成為研究區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的主要開發(fā)對(duì)象，同時(shí)位于1300 m以淺的新近系明化鎮(zhèn)組（N2）熱儲(chǔ)層的地?zé)峋饾u被停止使用.

2 熱儲(chǔ)賦存規(guī)律分析

2.1 熱儲(chǔ)特征及構(gòu)造影響分析

根據(jù)研究區(qū)地溫場(chǎng)形成機(jī)制，研究區(qū)內(nèi)地?zé)犷愋蛯俪练e盆地傳導(dǎo)型和地質(zhì)構(gòu)造型［11］，熱儲(chǔ)類型主要為新近系層狀熱儲(chǔ)，研究區(qū)內(nèi)控?zé)帷?dǎo)熱斷裂、熱儲(chǔ)層、蓋層齊全，熱源供給主要為地球深部熱能向上傳導(dǎo)，即大地?zé)崃鱾鲗?dǎo)，其地層溫度自恒溫帶以下隨深度的增加而升高［12］. 實(shí)際地球物理勘查成果及區(qū)域地質(zhì)資料顯示，研究區(qū)地表以下2000 m范圍內(nèi)，有部分?jǐn)嗔亚腥胄陆叼^陶組，但未構(gòu)成隔水邊界，因此研究區(qū)內(nèi)新近系熱儲(chǔ)層屬于有側(cè)向補(bǔ)給的無(wú)限含水層.

研究區(qū)熱儲(chǔ)蓋層為第四系，厚度一般在300 m左右，分布穩(wěn)定，其中的黏土層和砂質(zhì)黏土層具有很好的保溫隔熱作用，可極大減少溫度的散失. 結(jié)合實(shí)際地球物理勘查成果對(duì)深度在2000 m左右的地?zé)峋Y料進(jìn)行分析可知，研究區(qū)2000 m深度內(nèi)的地層巖性由一系列黏土、粉質(zhì)黏土及砂層（半固結(jié)黏土巖、砂巖）相互重疊，組成了多層含水層組和相對(duì)隔水層，這為其地?zé)豳Y源的儲(chǔ)存創(chuàng)造了有利條件. 同時(shí)研究區(qū)基底存在多條區(qū)域性斷裂構(gòu)造，如聊城—蘭考斷裂的伴生構(gòu)造（F6）、新鄉(xiāng)—商丘斷裂（F3）及隱伏構(gòu)造（F7），這些斷裂部分切入新近系館陶組，形成了良好的地?zé)崃黧w運(yùn)移通道和儲(chǔ)存空間［13］，可使深部的熱能與新近系館陶組（N1）直接溝通，如圖2所示. 綜上可知，研究區(qū)的地?zé)豳x存特征由其地層結(jié)構(gòu)和斷裂構(gòu)造共同決定，其中新近系館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w的賦存與研究區(qū)基底斷裂構(gòu)造的空間展布密切相關(guān).

圖2 物探推測(cè)熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.2 Profile of heat reservoir structure inferred by geophysical exploration

2.2 熱儲(chǔ)垂向溫度特征及影響因素分析

依據(jù)物探測(cè)井資料可知，研究區(qū)新近系明化鎮(zhèn)組（N2）熱儲(chǔ)層溫度在38～61 ℃之間，平均地溫梯度為3.14 ℃/100 m；新近系館陶組（N1）熱儲(chǔ)層溫度在64～76 ℃之間，平均地溫梯度為2.89 ℃/100 m，垂向上的地溫梯度值總體上隨著地表以下深度的增加而減?。▓D3）. 有研究［14］指出，地溫梯度的大小與巖石的熱導(dǎo)率有關(guān)，成巖性越好，導(dǎo)熱率越高，其地溫梯度就越低. 雖然研究區(qū)內(nèi)新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層與新近系館陶組熱儲(chǔ)層的巖性基本相同，但是后者埋深大于前者，因?yàn)殡S著深度增加，新近系熱儲(chǔ)層的成巖性及密度逐漸增大，地層孔隙度逐漸減小，所以新近系熱儲(chǔ)層的熱導(dǎo)率相應(yīng)增加［15］，最終導(dǎo)致其地溫梯度值隨深度的增加而逐漸變小.

圖3 蘭考縣某地?zé)峋疁y(cè)井溫度曲線Fig.3 Logging temperature curve of a geothermal well in Lankao County

2.3 熱儲(chǔ)層差異性分析

在平面上，同一熱儲(chǔ)層不同位置的水化學(xué)成分含量差異不大，表明同一熱儲(chǔ)層的補(bǔ)給源一致，形成時(shí)間相當(dāng). 在垂向上，新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w的化學(xué)類型以HCO3·Cl-Na 型為主，少數(shù)屬于HCO3·SO4·Cl-Na 型，可溶性總固體的質(zhì)量濃度一般在1 380.2～1 896.71 mg/L之間；新近系館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w的化學(xué)類型以Cl-Na型為主，可溶性總固體的質(zhì)量濃度一般在13 921.91～15 091.55 mg/L 之間. 由于新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層與新近系館陶組熱儲(chǔ)層之間存在較厚的砂質(zhì)泥巖隔水層，阻隔了兩者之間的水力聯(lián)系，因此不同熱儲(chǔ)層間的壓力水頭高度存在較大差異. 如蘭考縣某洗浴中心地?zé)峋疃葹? 161.4 m，取水段在1 087.4～1 153.3 m之間，位于新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層，壓力水頭與地面距離為27 m；蘭考縣某社區(qū)地?zé)峋疃葹?980 m，取水段在1 511.4～1 972.3 m之間，位于新近系館陶組熱儲(chǔ)層，壓力水頭與地面距離為60.69 m. 通過以上分析可知，研究區(qū)新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層與新近系館陶組熱儲(chǔ)層相互獨(dú)立，二者之間無(wú)明顯的水力聯(lián)系.

3 地?zé)豳Y源開發(fā)適宜性研究

3.1 研究區(qū)地?zé)醽唴^(qū)劃分

研究區(qū)內(nèi)新生界底板埋深主要受北東向新鄉(xiāng)—商丘斷裂（F3）和北西向聊城—蘭考斷裂的伴生構(gòu)造（F6）控制［16］，其新生界厚度總體呈現(xiàn)東薄西厚、北薄南厚的特點(diǎn). 據(jù)此，將研究區(qū)分為四個(gè)地?zé)醽唴^(qū)，如圖4 所示，各地?zé)醽唴^(qū)的熱儲(chǔ)層特征如表1所示.

圖4 研究區(qū)地?zé)岱謪^(qū)圖Fig.4 Geothermal zoning map of the study area

表1 各地?zé)醽唴^(qū)熱儲(chǔ)層特征Tab.1 Thermal reservoir characteristics in thermal sub regions

地?zé)醽唴^(qū)Ⅰ區(qū)：位于開封—濟(jì)源凹陷內(nèi)，即新鄉(xiāng)—商丘斷裂（F3）以南，聊城—蘭考斷裂的伴生構(gòu)造（F6）以西的區(qū)域. 該地?zé)醽唴^(qū)的新生界底板埋深在2500～5000 m之間，區(qū)內(nèi)無(wú)隔水邊界，熱儲(chǔ)層為無(wú)限含水層.

地?zé)醽唴^(qū)Ⅱ區(qū)：位于東濮斷陷內(nèi)，即新鄉(xiāng)—商丘斷裂（F3）以北，聊城—蘭考斷裂的伴生構(gòu)造（F6）以西的區(qū)域.該地?zé)醽唴^(qū)的新生界厚度由東向西逐漸增大，區(qū)內(nèi)無(wú)隔水邊界，熱儲(chǔ)層為無(wú)限含水層.

地?zé)醽唴^(qū)Ⅲ區(qū)：位于東濮斷陷內(nèi)，即新鄉(xiāng)—商丘斷裂（F3）以北，聊城—蘭考斷裂的伴生構(gòu)造（F6）以東的區(qū)域.該地?zé)醽唴^(qū)的新生界厚度由西南向東北逐漸減小，區(qū)內(nèi)無(wú)隔水邊界，熱儲(chǔ)層為無(wú)限含水層.

地?zé)醽唴^(qū)Ⅳ區(qū)：位于開封—濟(jì)源凹陷內(nèi)，即新鄉(xiāng)—商丘斷裂（F3）以南，聊城—蘭考斷裂的伴生構(gòu)造（F6）以東的區(qū)域. 該地?zé)醽唴^(qū)的新生界地板埋深在2500～4000 m 之間，區(qū)內(nèi)無(wú)隔水邊界，熱儲(chǔ)層為無(wú)限含水層.

3.2 熱儲(chǔ)層富水性分析

新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層主要由厚層中砂、中細(xì)砂組成，具有較好的富水性，地?zé)峋責(zé)崃黧w單位涌水量在61.20～92.35 m3/（d·m）之間. 新近系館陶組熱儲(chǔ)層取水段一般位于1600～2000 m之間，其巖性主要為厚層狀雜色砂礫巖，其滲透性及富水性總體良好，但受基底斷裂構(gòu)造影響，其在平面上的熱儲(chǔ)層富水性存在一定的差異，主要表現(xiàn)為靠近斷裂構(gòu)造破碎影響范圍的地?zé)峋膯挝挥克肯鄬?duì)較大，反之較小. 各個(gè)地?zé)醽唴^(qū)熱儲(chǔ)層的富水性見表2. 由表2可知，各個(gè)地?zé)醽唴^(qū)新近系熱儲(chǔ)層的富水性總體良好.

表2 各地?zé)醽唴^(qū)新近系熱儲(chǔ)層的富水性Tab.2 List of water abundance of thermal reservoir in thermal sub regions

3.3 地?zé)峁┡删に嚰鞍形贿x擇分析

3.3.1 地?zé)峁┡删に嚪治?根據(jù)研究區(qū)基底斷裂構(gòu)造的空間展布和新近系熱儲(chǔ)層埋藏情況，在充分考慮供暖小區(qū)可利用空間的基礎(chǔ)上，建議研究區(qū)內(nèi)地?zé)峁┡到y(tǒng)應(yīng)優(yōu)先采用直井+定向井的對(duì)井組合，同時(shí)建議地?zé)峁┡删拇怪鄙疃葢?yīng)在2000 m左右，目的層位為新近系館陶組. 由于研究區(qū)新近系熱儲(chǔ)層厚度整體較為穩(wěn)定且地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，因此，鉆井方法一般采用較為高效經(jīng)濟(jì)的泥漿正循環(huán)鉆進(jìn)［17］，井身結(jié)構(gòu)及套管程序一般如圖5及表3所示.

圖5 井身結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Schematic diagram of shaft structure

表3 井身結(jié)構(gòu)及套管程序Tab.3 Wellbore structure and casing program

3.3.2 地?zé)峋形贿x擇分析 研究區(qū)內(nèi)地?zé)犷愋蛯俪练e盆地傳導(dǎo)型和地質(zhì)構(gòu)造型，在進(jìn)行地?zé)峋形贿x擇時(shí)，應(yīng)充分考慮研究區(qū)新近系熱儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)及基底斷裂構(gòu)造的空間展布情況，故研究區(qū)的地?zé)峁┡瘜?duì)井系統(tǒng)中，直井一般作為開采井，完井位置選擇在新近系館陶組與下覆古近系東營(yíng)組的不整合接觸面，以盡可能增加地?zé)崃黧w開采量；定向井一般作為回灌井，完井位置在到達(dá)新近系館陶組與下覆古近系東營(yíng)組的不整合接觸面的同時(shí)應(yīng)盡量靠近斷裂構(gòu)造的破碎帶，以進(jìn)一步增大回灌量.

如地?zé)岬刭|(zhì)剖面圖（圖6）所示，研究區(qū)內(nèi)某小區(qū)地?zé)峁┡瘜?duì)井系統(tǒng)中，直井為開采井，深度為1988 m，井口最大出水量為120 m3/h，降深為8.7 m；定向井為回灌井，完井位置靠近新鄉(xiāng)—商丘斷裂（F3），垂直深度為1970 m，井口最大出水量為125 m3/h，略大于開采井，降深為8.4 m. 根據(jù)回灌監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，該小區(qū)地?zé)峁┡到y(tǒng)的回灌量與開采量基本相同，約為115 m3/h，系統(tǒng)穩(wěn)定壓力水柱高約為18 m，在回灌方面略優(yōu)于某社區(qū)地?zé)峁┡到y(tǒng)（該供暖系統(tǒng)的對(duì)井距離斷裂構(gòu)造較遠(yuǎn)，系統(tǒng)對(duì)井深度均在1980 m左右，根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)，穩(wěn)定時(shí)其最大回灌量為114.8 m3/h，系統(tǒng)穩(wěn)定壓力水柱高19.65 m）. 由此可知，研究區(qū)的地?zé)峋跐M足垂向深度的同時(shí)，完井位置應(yīng)盡量靠近基底斷裂構(gòu)造，這樣可進(jìn)一步增大井口出水量并獲得良好的回灌效果.

圖6 研究區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)剖面圖Fig.6 Geothermal geological profile of the study area

3.4 地?zé)崃黧w回灌能力分析

由于研究區(qū)內(nèi)地?zé)峁┡拈_采層位以新近系館陶組為主，因此本研究?jī)H對(duì)該熱儲(chǔ)層進(jìn)行回灌能力分析. 對(duì)研究區(qū)內(nèi)某社區(qū)的一對(duì)采、灌對(duì)井（熱儲(chǔ)層均為新近系館陶組，井深均為1980 m）分別進(jìn)行了大、小兩組不同灌量的加壓回灌試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，小灌量加壓回灌試驗(yàn)穩(wěn)定時(shí)的回灌量為78.5 m3/h，回灌系統(tǒng)穩(wěn)定壓力水柱高17.58 m，試驗(yàn)動(dòng)態(tài)觀測(cè)曲線見圖7；大灌量加壓回灌試驗(yàn)穩(wěn)定時(shí)的回灌量為114.8 m3/h，回灌系統(tǒng)穩(wěn)定壓力水柱高19.65 m，試驗(yàn)動(dòng)態(tài)觀測(cè)曲線見圖8. 以上結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)新近系館陶組熱儲(chǔ)層具有良好的回灌能力.

圖7 小灌量加壓回灌試驗(yàn)動(dòng)態(tài)觀測(cè)曲線Fig.7 Dynamic observation curve of small volume pressurized reinjection experiment

圖8 大灌量加壓回灌試驗(yàn)動(dòng)態(tài)觀測(cè)曲線Fig.8 Dynamic observation curve of large volume pressurized reinjection experiment

因?yàn)檠芯繀^(qū)新近系館陶組與下部古近系東營(yíng)組的接觸面存在一層透水性良好的砂礫巖，且根據(jù)研究區(qū)基底斷裂構(gòu)造的空間展布可知，有部分?jǐn)鄬忧腥胄陆叼^陶組，所以研究區(qū)地?zé)崃黧w的開采和回灌具備了良好的地質(zhì)條件. 此外，在加壓回灌試驗(yàn)中，若將回灌系統(tǒng)壓力提升12%（即回灌系統(tǒng)壓力水柱高提升12%），則回灌系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的回灌量可增大45%，也就是說(shuō)當(dāng)回灌系統(tǒng)提升了少量壓力后，回灌系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的回灌量會(huì)顯著增大，回灌效率也會(huì)明顯提高，這進(jìn)一步證明了研究區(qū)內(nèi)新近系館陶組熱儲(chǔ)層的回灌能力良好.

3.5 地?zé)豳Y源量初步評(píng)價(jià)

3.5.1 地?zé)豳Y源儲(chǔ)量 采用熱儲(chǔ)法［18］計(jì)算研究區(qū)內(nèi)2000 m以淺的新近系熱儲(chǔ)層中的地?zé)豳Y源儲(chǔ)量. 經(jīng)計(jì)算，研究區(qū)內(nèi)新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層地?zé)醽唴^(qū)Ⅰ～Ⅳ區(qū)中的地?zé)豳Y源儲(chǔ)量分別為2.22×1018、9.09×1017、9.23×1017、1.07×1018J；新近系館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)醽唴^(qū)Ⅰ～Ⅳ區(qū)中的地?zé)豳Y源儲(chǔ)量分別為6.75×1018、3.47×1018、3.01×1018、3.31×1018J；研究區(qū)內(nèi)新近系熱儲(chǔ)層中總的地?zé)豳Y源儲(chǔ)量為2.166 2×1019J.

3.5.2 地?zé)崃黧w可開采量 由于研究區(qū)內(nèi)不同熱儲(chǔ)層的地?zé)豳Y源開發(fā)利用方式存在差異（即新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w主要用于洗浴、理療，尾水基本不回灌；新近系館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w主要用于城鎮(zhèn)供暖，尾水必須同層回灌），因此對(duì)新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w可開采量的計(jì)算采用最大降深法，對(duì)新近系館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w可開采量的計(jì)算采用地?zé)峄毓鄺l件下單井開采權(quán)益保護(hù)半徑法［19］. 經(jīng)計(jì)算，新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層中的地?zé)崃黧w可開采量為47 016.35 m3/d，其中地?zé)醽唴^(qū)Ⅰ～Ⅳ區(qū)中的地?zé)崃黧w可開采量分別為15 555.76、11 299.54、9 629.79、10 531.26 m3/d；新近系館陶組熱儲(chǔ)層中的地?zé)崃黧w可開采量為246 759.27 m3/d，其中地?zé)醽唴^(qū)Ⅰ～Ⅳ區(qū)中的地?zé)崃黧w可開采量分別為109 039.59、54 613.35、39 694.62、43 411.71 m3/d；研究區(qū)內(nèi)新近系熱儲(chǔ)層中的地?zé)崃黧w可開總采量為293 775.62 m3/d.

3.5.3 地?zé)峥砷_采熱能及地?zé)崽镆?guī)模 一般來(lái)講，地?zé)峥砷_采熱能大于50 MW就歸屬于大型地?zé)崽? 經(jīng)計(jì)算，研究區(qū)新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層地?zé)醽唴^(qū)Ⅰ～Ⅳ區(qū)的地?zé)峥砷_采熱能分別為20.83、12.88、9.84、10.82 MW，合計(jì)54.37 MW，屬于大型地?zé)崽?；新近系館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)醽唴^(qū)Ⅰ～Ⅳ區(qū)的地?zé)峥砷_采熱能分別為411.02、173.12、199.38、215.62 MW，合計(jì)999.14 MW，屬于大型地?zé)崽?

3.6 地?zé)衢_發(fā)適宜性評(píng)價(jià)

依據(jù)地?zé)峋責(zé)崃黧w單位涌水量的大小對(duì)研究區(qū)新近系熱儲(chǔ)層的地?zé)衢_發(fā)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：①極適宜開發(fā)：地?zé)峋責(zé)崃黧w單位涌水量大于100 m3/（d·m）；②適宜開發(fā)：地?zé)峋責(zé)崃黧w單位涌水量在50～100 m3/（d·m）之間；③較適宜開發(fā)：地?zé)峋責(zé)崃黧w單位涌水量在5～50 m3/（d·m）之間；④不適宜開發(fā)：地?zé)峋責(zé)崃黧w單位涌水量小于5 m3/（d·m）. 根據(jù)此評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)研究區(qū)新近系熱儲(chǔ)層的地?zé)衢_發(fā)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表4. 由表4可知，研究區(qū)新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層適宜進(jìn)行地?zé)衢_發(fā)，研究區(qū)新近系館陶組熱儲(chǔ)層極適宜進(jìn)行地?zé)衢_發(fā).

表4 研究區(qū)新近系熱儲(chǔ)層地?zé)衢_發(fā)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.4 Thermal reservoir suitability evaluation in various thermal sub regions

4 地?zé)豳Y源開發(fā)利用分析

4.1 地?zé)豳Y源開發(fā)利用經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

本研究?jī)H對(duì)具有供暖意義的新近系館陶組熱儲(chǔ)層進(jìn)行地?zé)豳Y源開發(fā)利用經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià). 根據(jù)資料可知，研究區(qū)2000 m以淺的地層巖性主要以泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉細(xì)砂巖及含礫細(xì)砂巖為主，地層穩(wěn)定，鉆井施工難度較小，施工成本相對(duì)較低；研究區(qū)新近系館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w溫度高、水量大且回灌條件良好. 綜上可知，對(duì)研究區(qū)內(nèi)新近系館陶組熱儲(chǔ)層的地?zé)豳Y源進(jìn)行開發(fā)具有良好的經(jīng)濟(jì)性.

4.2 地?zé)豳Y源開發(fā)利用方向分析

根據(jù)資料可知，研究區(qū)新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w中的氟和偏硼酸的含量均達(dá)到了醫(yī)療價(jià)值濃度，偏硅酸的含量達(dá)到了礦水濃度，具有較高的理療價(jià)值，故新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w可直接作為理療熱礦水；研究區(qū)新近系館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w中的溴、碘、鋰、偏硅酸、偏硼酸的含量均達(dá)到了礦水濃度，鍶的含量達(dá)到了命名礦水濃度，可命名為鍶型熱水，但由于新近系館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w的礦化度較高（質(zhì)量濃度一般在13 921.91～14 836.05 mg/L之間），故其不適宜直接作為理療熱礦水.

根據(jù)資料可知，研究區(qū)新近系熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w中的溶解性總固體含量較高，其中新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w中的溶解性總固體的質(zhì)量濃度在1 380.2～1 896.71 mg/L 之間；新近系館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w中的溶解性總固體的質(zhì)量濃度在13 921.91～15 091.55 mg/L之間，因此研究區(qū)新近系熱儲(chǔ)層中的地?zé)崃黧w如用于城鎮(zhèn)供暖，應(yīng)做好管道的防腐措施，并且地?zé)嵛菜仨氝M(jìn)行回灌［20］.

5 結(jié)論

1）研究區(qū)內(nèi)地?zé)犷愋蛯俪练e盆地傳導(dǎo)型和地質(zhì)構(gòu)造型，其地?zé)豳x存特征由地層結(jié)構(gòu)和基底斷裂構(gòu)造共同決定.

2）隨著深度增加，研究區(qū)內(nèi)新近系熱儲(chǔ)層的成巖性及密度逐漸增大，故研究區(qū)新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層的地溫梯度大于新近系館陶組熱儲(chǔ)層. 研究區(qū)新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層與館陶組熱儲(chǔ)層的壓力水頭、水化學(xué)特征等均存在較大差異，為相互獨(dú)立的熱儲(chǔ)層，二者之間無(wú)明顯的水力聯(lián)系.

3）根據(jù)研究區(qū)內(nèi)基底斷裂構(gòu)造的空間展布情況，將其分為了四個(gè)地?zé)醽唴^(qū)，各地?zé)醽唴^(qū)內(nèi)新近系熱儲(chǔ)層的富水性總體良好，但受基底斷裂構(gòu)造的影響，在平面上，新近系館陶組熱儲(chǔ)層的富水性存在一定的差異.

4）綜合研究區(qū)的熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及基底斷裂構(gòu)造的空間展布情況，建議研究區(qū)地?zé)峁┡到y(tǒng)應(yīng)優(yōu)先采用直井+定向井的對(duì)井組合，且直井一般為開采井，定向井一般為回灌井，當(dāng)供暖對(duì)井靠近斷裂構(gòu)造時(shí)，可進(jìn)一步增大開采量并獲得良好的回灌效果. 根據(jù)加壓回灌試驗(yàn)結(jié)果可知，回灌系統(tǒng)加壓后，回灌系統(tǒng)的回灌效率可得到明顯提升.

5）經(jīng)計(jì)算，研究區(qū)新近系熱儲(chǔ)層中總的地?zé)豳Y源儲(chǔ)量為2.662×1019J，地?zé)崃黧w可開采總量為293 775.62 m3/d.經(jīng)綜合分析可知，研究區(qū)內(nèi)新近系熱儲(chǔ)層的地?zé)豳Y源適宜開發(fā)且具有良好的經(jīng)濟(jì)性.