河北省衡水區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)特征研究

摘" 要：在國家治霧減霾號(hào)召的驅(qū)動(dòng)下，河北地區(qū)已形成較大的地?zé)峁┡鞘腥?，研究衡水區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)特征，將有利于推動(dòng)衡水低碳環(huán)保道路的進(jìn)程。該文通過對(duì)地質(zhì)、構(gòu)造、物探、水質(zhì)及鉆孔等資料的系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)衡水地?zé)豳Y源豐富，主要賦存館陶組砂巖和奧陶系基巖2套熱儲(chǔ)，地下熱水主要源于古降水補(bǔ)給，可采地?zé)豳Y源量2 741×1016 J，可滿足6.62×106萬m2供暖面積，市場(chǎng)開發(fā)潛力巨大。此外，為發(fā)揮本區(qū)資源優(yōu)勢(shì)、減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提出合理化建議，為衡水區(qū)域地?zé)豳Y源下一步勘探開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：衡水區(qū)域；地?zé)豳Y源；砂巖熱儲(chǔ)；基巖熱儲(chǔ)；地質(zhì)特征

中圖分類號(hào)：P694""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""""""""" 文章編號(hào)：2095-2945（2025）04-0094-04

Abstract： Driven by the national call for haze control， Hebei has formed a large geothermal heating urban agglomeration. Studying the geothermal geological characteristics of Hengshui area， will be beneficial to promote the process of the road for low-carbon and environmental protection in Hengshui. It is found that Hengshui is rich in geothermal resources， based on the systematic analysis of geology， tectonic， geophysical prospecting， water quality and drillhole. There are mainly two sets of thermal reservoirs in Guantao formation sandstone and Ordovician karst. The groundwater is mainly supplied by ancient precipitation. The amount of produced geothermal resources is 2 741×1016 J， satisfying the heating needs of 6.62×1010 m2. Moreover， this paper puts forward reasonable suggestions， in order to give full play to the advantages of resources， reduce the risk of development and provide scientific basis for the next exploration and development of geothermal resources in Hengshui area.

Keywords： hengshui district; geothermal resources; sandstone thermal reservoir; karstic thermal reservoir; geological characteristics

近年來，常規(guī)資源枯竭、全球氣候變暖、霧霾不斷加劇等現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得能源供給與環(huán)境保護(hù)已成為當(dāng)今社會(huì)面臨的主要問題[1]。地?zé)豳Y源以其資源儲(chǔ)量巨大、分布廣泛、開發(fā)利用穩(wěn)定、安全、清潔、高效和可再生的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)革命、緩解環(huán)境壓力的戰(zhàn)略性資源[2]。

衡水區(qū)域地?zé)豳Y源較豐富，全市新生界平均地溫梯度值3.16 ℃/100 m，初步查明地?zé)崽锛暗責(zé)岙惓^(qū)9處，分別為：安平-深州地?zé)崽?、街關(guān)-護(hù)駕遲地?zé)崽?、武?qiáng)-武邑地?zé)崽铩⑼跫揖責(zé)崽?、阜城地?zé)崽?、桃城區(qū)地?zé)崽?、碼頭李-官道李地?zé)岙惓^(qū)、棗強(qiáng)地?zé)崽锖凸食堑責(zé)崽?，總面積4 504.20 km2，占全區(qū)總面積的51.1%[3]。但是，該區(qū)域地處華北平原東部，地?zé)岬刭|(zhì)條件較為復(fù)雜，地?zé)岵町愝^大。

本文擬通過在收集地質(zhì)、構(gòu)造、物探、水質(zhì)及地?zé)峋@孔資料的基礎(chǔ)上，揭示河北省衡水市地?zé)豳Y源分布規(guī)律，查明主要熱儲(chǔ)層地?zé)岬刭|(zhì)條件，充分發(fā)揮本區(qū)資源優(yōu)勢(shì)、減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，為衡水區(qū)域地?zé)豳Y源下一步勘探開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1" 區(qū)域地質(zhì)特征

衡水區(qū)域位于渤海灣盆地中西部，跨越冀中坳陷、滄縣隆起和臨清坳陷3個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元，10個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元（圖1）。無極-衡水?dāng)嗔褭M跨整個(gè)區(qū)域，西起曲陽、行唐以西，向東經(jīng)無極、衡水，于德州以南延入山東，呈北西西向展布，傾向NE，傾角39～55°，正斷層，總體上西段活動(dòng)性較強(qiáng)，中段沿線地?zé)岙惓＜春馑畢^(qū)域[4]。

受地質(zhì)歷史時(shí)期地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)的影響，衡水區(qū)域發(fā)生了多次不均勻升降，呈現(xiàn)出坳中有凸、隆中有凹的凹凸相間的構(gòu)造格局；接受了間斷性沉積及巖漿侵入，在太古界-下元古界變質(zhì)巖性的基礎(chǔ)上，沉積了中上元古界、古生界、中生界和新生界，局部分布輝長巖、閃長巖等侵入巖類[5]。

2" 熱儲(chǔ)特征

衡水區(qū)域熱儲(chǔ)屬于平原區(qū)圈閉型熱儲(chǔ)，依據(jù)熱水的賦存空間及熱水通道的不同分為2種類型：一種是以熱傳導(dǎo)為主的大地?zé)崃骺刂谱饔孟滦纬傻闹械蜏責(zé)醿?chǔ)，即新近系熱儲(chǔ)；另一種是在熱傳導(dǎo)與熱對(duì)流共同作用下形成的深構(gòu)造裂隙巖溶型熱儲(chǔ)，即基巖熱儲(chǔ)[6]。通過收集該區(qū)已有地質(zhì)、鉆井等資料，將本區(qū)熱儲(chǔ)層自上而下主要?jiǎng)澐譃轲^陶組砂巖熱儲(chǔ)層和奧陶系基巖熱儲(chǔ)層。

2.1" 館陶組砂巖熱儲(chǔ)

館陶組孔隙型砂巖熱儲(chǔ)層除滄縣隆起部分地區(qū)缺失外，其他地區(qū)均有發(fā)育，呈層狀分布，巖性穩(wěn)定，具有埋藏淺、水溫較低、出水量較大等特點(diǎn)。館陶組頂界埋深在700～2 000 m，饒陽縣城區(qū)域最深，2 000 m左右，阜城縣西南側(cè)、冀州區(qū)管道李-小寨區(qū)域、故城縣南側(cè)、棗強(qiáng)縣城、李寺村一帶埋藏較淺，小于1 000 m（圖2）；底板埋深900～2 400 m，沉積厚度一般200～500 m，最厚可達(dá)880 m。熱儲(chǔ)巖性以砂巖、含礫砂巖、砂礫巖、礫巖為主，夾粉砂巖。熱儲(chǔ)厚度一般50～450 m，深州市清輝頭熱儲(chǔ)厚度最大，達(dá)350～450 m；冀州市碼頭李、棗強(qiáng)縣城、婁子一帶熱儲(chǔ)厚度較薄，小于50 m，與館陶組頂界埋深平面變化趨勢(shì)大體一致。單層厚度一般10～20 m，最厚達(dá)72 m。砂厚比一般為33%～60%，最大達(dá)75%，孔隙度16%～32%，滲透率一般93～500 mD。單井出水量50～90 m3/h，最大達(dá)116.67 m3/h（安熱1井）。井口水溫主要分布于50～55 ℃，其中西北區(qū)域深州、安平、饒陽、武強(qiáng)高達(dá)70～80 ℃。

2.2" 奧陶系基巖熱儲(chǔ)

奧陶系裂隙型巖溶熱儲(chǔ)層除饒陽縣東北部分區(qū)域缺失外，其他區(qū)域均有發(fā)育，呈帶狀分布，非均質(zhì)性較強(qiáng)，巖溶裂隙發(fā)育不一，受斷裂控制明顯[7]。中生代發(fā)育的無極-衡水隱伏大，斷裂橫跨整個(gè)區(qū)域，是控制區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)展和熱田形成的重要斷裂。奧陶系頂面埋深在2 000～4 600 m，中南大部分區(qū)域分布在2 800 m以淺，深州區(qū)域最深，高達(dá)4 600 m（圖3）；熱儲(chǔ)厚度600～800 m；熱儲(chǔ)巖性主要為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖。根據(jù)地?zé)峋畬?shí)鉆資料表明，奧陶系熱儲(chǔ)層遭受風(fēng)化巖溶作用強(qiáng)度不一，裂隙率、有效熱儲(chǔ)層厚度差異較大，主要受構(gòu)造部位、相應(yīng)蓋層影響，一般凸起部位風(fēng)化作用較強(qiáng)，富水性較好，單蓋層同樣可為下伏基巖經(jīng)歷較長時(shí)間淋濾作用創(chuàng)造條件。3 000 m以淺基巖熱儲(chǔ)，據(jù)地溫梯度推測(cè)，水溫一般高于70 ℃，屬中-高溫地?zé)崴?/p>

3" 地?zé)崴卣?/p>

3.1" 水化學(xué)特征

衡水區(qū)域地下熱水中溶解性總固體（TDS）分布具有差異性，北部較低，為1～3 g/L，中南部較高，為5～9 g/L，屬咸水。水化學(xué)特征在水平上分為兩大水化學(xué)類型區(qū)，呈條帶狀分布，西北區(qū)以氯化物·硫酸-鈉型水為主，東南部以重碳酸·氯化物型-鈉型水為主，具有沖積扇型水化學(xué)分布規(guī)律（圖4）。pH在7.0～8.7之間，屬弱堿性。

3.2" 氫氧同位素特征

地下水主要起源于大氣降水和各種地表水的滲入補(bǔ)給，氫氧穩(wěn)定同位素特征在確定地下水來源和演化等方面具有重要意義[8]?？死赘窠邓€可用于判斷地下水補(bǔ)給來源的依據(jù)，該區(qū)域雨水、地表水及第四系地下水氫氧同位素水樣點(diǎn)均落在克雷格降水線上，館陶組砂巖熱儲(chǔ)和奧陶系基巖熱儲(chǔ)地下水的氫氧同位素分布點(diǎn)落在克雷格降水線右側(cè)（圖5），表明熱儲(chǔ)層中的地下熱水主要來源于古降水，且由于地?zé)崴疁囟雀摺搅骶嚯x遠(yuǎn)，與圍巖發(fā)生水-巖交互作用，產(chǎn)生了氧漂移。

4" 地?zé)豳Y源量計(jì)算

根據(jù)衡水區(qū)域地?zé)岢梢驒C(jī)制分析，該區(qū)域?yàn)槌练e盆地傳導(dǎo)型，采用GB/T 11615—2010《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》中“熱儲(chǔ)體積法”分別估算衡水地區(qū)館陶組砂巖熱儲(chǔ)和奧陶系基巖熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源量[9]。

依據(jù)DZ 40—1985《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法》規(guī)定，對(duì)大型沉積盆地的新生代砂巖，當(dāng)孔隙度大于20％時(shí)，熱儲(chǔ)回收率定為25%；碳酸鹽巖裂隙熱儲(chǔ)定為15%。通過可采資源量公式計(jì)算，衡水地區(qū)館陶組砂巖熱儲(chǔ)可采資源量1 755×1016 J，折合標(biāo)煤6.03×108 t；奧陶系基巖熱儲(chǔ)可采資源量986×1016 J，折合標(biāo)煤3.37×108 t（表1）。按照開發(fā)利用年限100年計(jì)算，年可采地?zé)豳Y源量折合標(biāo)煤為9.40×106 t。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，按照每平米每采暖季消耗熱量相當(dāng)于0.014 2 t標(biāo)煤（熱指標(biāo)40 W/m2）計(jì)算，衡水地區(qū)地?zé)豳Y源量可滿足供暖面積6.62×104萬m2。

5" 結(jié)論及建議

衡水區(qū)域地?zé)豳Y源豐富，主要有館陶組砂巖和奧陶系基巖2套熱儲(chǔ)層。館陶組熱儲(chǔ)富水性較好，但由于埋藏較淺，水溫偏低；奧陶系熱儲(chǔ)水溫較高，但風(fēng)化巖溶作用不一，富水差異較大[10]。結(jié)合實(shí)際情況，可以考慮館陶組熱儲(chǔ)層與奧陶系熱儲(chǔ)層混合開采，以獲得更高的水溫、水量，提高地?zé)崴谩?/p>

為實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源可持續(xù)開發(fā)利用，避免熱突破，要合理設(shè)置井間距，科學(xué)規(guī)劃、合理布局。

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