基于多源地質(zhì)信息的紅層覆蓋區(qū)深部地?zé)豳Y源勘查

摘要：白羊山位于儀征市劉集鎮(zhèn)西南部，上覆厚層白堊系浦口組紅色陸源碎屑巖。為了勘探白羊山深部地?zé)豳Y源，本研究基于區(qū)域地質(zhì)、周邊鉆井、地球物理勘探等多源信息，從源、通、儲、蓋等方面分析地?zé)岬刭|(zhì)條件，在有利構(gòu)造部位部署地?zé)崽骄衣顿_系象山群孔隙-裂隙型熱儲。XF01井完井深度為2 550 m，涌水量為317 m3/d，水溫為47 ℃，經(jīng)計算，可采資源量為299 m3/d。實踐證明，基于多源地質(zhì)信息，在紅層覆蓋區(qū)的儲層中，優(yōu)選有利匯水構(gòu)造部署地?zé)崽骄?，可有效獲取深部地?zé)豳Y源。

關(guān)鍵詞：地?zé)豳Y源勘查；紅層；地球物理勘探；地?zé)崽骄?；白羊?/p>

中圖分類號：P631.325 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）08-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.017

Exploration of Deep Geothermal Resources in Red Bedded Areas Based on Multisource Geological Information

——Taking Baiyang Mountain in Yizheng City as an Example

XU Aimin1，3， SONG Tao1，3， WU Jianfeng1，3， JIN Guanghua2，3， LU Jun2，3

（1. Jiangsu East China 814 Geophysical Exploration Co.， Ltd.; 2. Nanjing Exploration Engineering Co.， Ltd.， Nanjing 210007， China;

3. Jiangsu Geological Bureau， Nanjing 210001， China）

Abstract： Baiyang Mountain is located in the southwest of Liuji Town， Yizheng City， overlying a thick layer of red terrigenous clastic rocks from the Pukou Formation of the Cretaceous System. In order to explore the deep geothermal resources in Baiyang Mountain， based on multisource information such as regional geology， surrounding drilling， and geophysical exploration， this study analyzes the geothermal geological conditions from the perspectives of heat sources， channels， reservoirs， and caprocks， and deploys geothermal exploration wells in favorable structural areas to reveal the pore-fracture type thermal reservoirs of the Jurassic Xiangshan Group. The completion depth of XF01 well is 2 550 m， with a water inflow of 317 m3/d and a water temperature of 47 ℃， after calculation， the recoverable resource is 299 m3/d. Practice has proven that based on multisource geological information， selecting favorable catchment structures to deploy geothermal exploration wells in reservoirs of red bedded areas can effectively obtain deep geothermal resources.

Keywords： geothermal resource exploration; red beds; geophysical exploration; geothermal exploration well; Baiyang Mountain

高質(zhì)量發(fā)展是中國未來發(fā)展的主題，構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效的能源體系是能源高質(zhì)量發(fā)展的本質(zhì)要求。地?zé)崮苁且环N綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源，高度契合國家當(dāng)代能源需求[1-2]。地?zé)豳Y源具有分布廣泛、儲量巨大的優(yōu)點，同時也在資源類型和資源量、熱儲介質(zhì)和賦存深度、利用需求和開發(fā)難度等方面表現(xiàn)出明顯的地域性差異。目前，江蘇省主要開發(fā)1 500 m以深（盆地傳導(dǎo)型）的水熱型地?zé)豳Y源，溫度多在40～80 ℃，下?lián)P子凹陷區(qū)淺部常見數(shù)百米厚的紅層，勘查開發(fā)難度較大。以需求為導(dǎo)向，結(jié)合當(dāng)?shù)氐責(zé)豳Y源特點，基于區(qū)域地質(zhì)、周邊已有勘探孔、地球物理勘探成果等多源地質(zhì)信息，評價地?zé)豳Y源，優(yōu)選靶區(qū)，布設(shè)地?zé)崽骄衣厄炞C，可以提高地?zé)豳Y源勘查成功率。本文以儀征市白羊山地?zé)豳Y源勘查為例，基于多源地質(zhì)信息，從源、通、儲、蓋等方面分析地?zé)岬刭|(zhì)條件，開展鉆井選址和鉆探驗證工作，計算資源儲量，為地?zé)豳Y源的評價和開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3-5]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于儀征市劉集鎮(zhèn)西南部，構(gòu)造位置屬下?lián)P子凹陷區(qū)通揚隆起的江都凸起西北部，北接高郵凹陷，南鄰儀征凹陷。揚子地層區(qū)地層發(fā)育齊全，在中元古界海州群、張八嶺群淺變質(zhì)巖基底上發(fā)育兩大套蓋層，分別是以海相沉積為主的震旦系-三疊系碳酸鹽巖-碎屑巖和以陸相沉積為主的侏羅系-新近系碎屑巖。其中，白堊系內(nèi)陸盆地堆積的紅色碎屑巖廣泛分布于下?lián)P子地區(qū)，厚度普遍達到數(shù)百米[6-7]。研究區(qū)地表第四系廣泛覆蓋，根據(jù)周緣地表地質(zhì)與鉆井揭露，中新生界侏羅系、白堊系、新近系陸相沉積層發(fā)育較全，白堊系浦口組（K2 p）出露于劉集鎮(zhèn)西南部，新近系玄武巖（N）在謝家集-馬集鎮(zhèn)一帶零星出露，如圖1所示[7]。

2 地?zé)岬刭|(zhì)特征

2.1 區(qū)域熱背景

傳導(dǎo)型地?zé)豳Y源的熱量大多來自地球內(nèi)熱向地表的直接傳導(dǎo)。儀征市地處下?lián)P子凹陷區(qū)通揚隆起與蘇北盆地的相接部位，大地?zé)崃髦荡笥?0 mW/m2，地溫梯度為25～30 ℃/km，顯示良好的熱源基礎(chǔ)條件。基于重力密度界面反演計算的莫霍面深度為30～32 km，居里面埋深則在28～32 km，反映了儀征市不僅處于地幔隆升區(qū)附近，也位于較淺的居里面位置，深部的熱流易向淺部傳導(dǎo)，具備較好的熱異常條件[8-9]。新生代以來的火山活動也反映了區(qū)域熱活動的形跡，馬家集鎮(zhèn)一帶大量的玄武巖零星出露以及謝家集附近的玄武巖火山機構(gòu)均是新近紀(jì)的巖漿活動。江都凸起南北的兩條東西向邊界斷層主要表現(xiàn)為儀征凹陷和高郵凹陷的同沉積斷層，與凸起內(nèi)一系列近南北向的斷層共同構(gòu)成了研究區(qū)的斷裂體系，具有一定的導(dǎo)熱導(dǎo)水作用（見圖1）。

2.2 地?zé)豳Y源賦存條件

水熱型地?zé)豳Y源勘探的關(guān)鍵是確定適宜深度的含水層或含水構(gòu)造。分析區(qū)域水文地質(zhì)資料，根據(jù)地下水在介質(zhì)中的賦存特征，可將儀征市地下水分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖巖溶裂隙水三類。松散巖類孔隙水主要分布于淺部約650 m以內(nèi)的新近系-第四系地層中，碎屑巖類孔隙裂隙水主要賦存于深650～2 500 m的白堊系浦口組（K2 p）砂巖及侏羅系象山群（J1-2x）砂礫巖中，碳酸鹽巖巖溶裂隙水主要賦存于深2 500 m以下的寒武系-奧陶系（?-O）碳酸鹽巖地層中。鑒于含水層埋深和地?zé)豳Y源商業(yè)價值，碎屑巖類孔隙裂隙水的溫度和埋深對于商業(yè)開發(fā)最為經(jīng)濟，碳酸鹽巖巖溶裂隙水次之。

已有鉆井資料表明，研究區(qū)周邊新近系到第四系（N-Q）厚度小，古近系（E）在本區(qū)范圍缺失，中生界厚度變化較大。區(qū)域布格重力剖面和同線解譯地質(zhì)剖面（忽略薄層N-Q）如圖2所示，布格重力顯示中部高、南北兩端低的特征，大致反映奧陶系頂面的展布特征，中部重力高反映江都凸起，南、北部重力降低分別反映儀征凹陷和高郵凹陷。值得注意的是，18井及其南部發(fā)育白堊系浦口組和侏羅系象山群，而古參1井及其北白堊系浦口組地層直接不整合于奧陶系之上，未見有侏羅系象山群地層發(fā)育。經(jīng)鉆井揭露，浦口組之下是古生界地層倒轉(zhuǎn)或疊瓦狀逆沖，未見象山群地層發(fā)育[10]，也印證了江都凸起南、北兩側(cè)沉積地層的重要差異。

3 地?zé)徙@井選址與驗證

3.1 重力-電磁聯(lián)合勘探鉆井選址

通過可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）、大地電磁測深（MT）以及重力勘探，了解研究區(qū)內(nèi)地?zé)醿?、蓋層以及含水構(gòu)造的空間展布特征。CSAMT與重力勘探同線布置7條，線長為2.5 km，點距為50 m；MT測線有4條，線長為2 km，點距為250 m。另外，部署古參1井和18井，獲得井旁大地電磁測深，以提供電性參數(shù)。以可控源大地電磁測深與重力勘探的處理反演結(jié)果為依據(jù)，以古參1井和18井的井旁大地電磁測深反演電阻率和實測密度數(shù)據(jù)為橋梁（見表1），聯(lián)合解譯研究區(qū)深部地質(zhì)特征。

測線L9基于MT校正的CSAMT反演斷面及同線重力上延區(qū)域場、重力水平總梯度剖面如圖3所示。電法反演斷面顯示，自表層至底部-4 km，電阻率呈低-高-低-高的變化特征，分別代表N-Q、K2 p、J1-2x和O地層；重力上延區(qū)域場顯示奧陶系頂面南淺北深，重力水平總梯度在斷面中段存在明顯的高值異常，這是斷層的顯示。經(jīng)重力-電磁聯(lián)合解譯，確定以侏羅系象山群低阻地層為主的地?zé)醿优c有利構(gòu)造斷層位置，了解上覆浦口組紅層地?zé)嵘w層規(guī)模，選定地?zé)崽骄甔F01，目標(biāo)熱儲層（構(gòu)造）侏羅系象山群砂礫巖含水層深度為1.2～2.0 km，預(yù)測奧陶系碳酸鹽巖主體深度在2.5 km以深。

3.2 驗證結(jié)果

XF01井完井深度為2 550 m，終孔地層巖性為侏羅系象山群砂礫巖，揭露的地層從第四系至侏羅系象山群均與選址預(yù)測一致，鉆遇地層深度與預(yù)測深度的差值在50～190 m。測井解譯揭露含水層有39層，經(jīng)射孔取水9層，取水段深度為1.0～1.6 km，涌水量為317 m3/d，水溫為47 ℃。

3.3 地?zé)豳Y源評價

根據(jù)三次降深抽水試驗結(jié)果繪制降深曲線，與《水文地質(zhì)手冊》[11]中的管井涌水量經(jīng)驗公式表對照，選擇最優(yōu)函數(shù)預(yù)測不同降深的涌水量，如式（1）所示。為保護地下水資源，保障可持續(xù)開采，依據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T 11615—2010），取水位降深為40 m時的涌水量（299 m3/d）作為XF01井可采資源量。

Q=248.53×S 0.050 3（1）

式中：Q為涌水量，m3/d；S為水位降深，m。

根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，XF01井地?zé)崃黧w礦化度為17 496 mg/L，pH為7.40，總硬度為241 mg/L，水化學(xué)類型為HCO3-Na型。地?zé)峋谒疁貫?7 ℃，按地?zé)豳Y源溫度分級，它屬于溫?zé)崴偷蜏氐責(zé)豳Y源。

4 結(jié)論

充分利用已有區(qū)域地質(zhì)、物探、水文以及鉆孔資料，分析區(qū)域地?zé)岜尘昂偷責(zé)醿影l(fā)育特征，根據(jù)研究目的選擇重點熱儲層進行進一步勘探，這是合理可行的?；谥亓?電磁聯(lián)合地球物理勘探方法，分析研究區(qū)熱儲層及熱儲構(gòu)造的空間展布特征，了解地?zé)嵘w層厚度，科學(xué)設(shè)計地?zé)崽骄堑責(zé)豳Y源勘查的關(guān)鍵。實踐證明，基于多源地質(zhì)信息勘探紅層覆蓋區(qū)深部的地?zé)豳Y源，可以取得良好效果，為同類工作提供借鑒。

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