雄安新区高阳地热田蓟县系热储特征及资源量评估

雄安新区高阳低凸起区钻获华北盆地温度和产能最高的地热井, 揭示雄安新区3000 m以深存在地热开发的第二空间——蓟县系碳酸盐岩热储。高阳低凸起区深部碳酸盐热储规模化开发在服务雄安新区生态文明建设和清洁供暖方面具有重要的意义。本文建立雄安新区范围高阳低凸起热储空间结构, 初步查明了地热田雄安新区范围5000 m深度内的热储分布和性质。结果表明雄安新区高阳地热田深部主要为碳酸盐热储包括蓟县系雾迷山组、高于庄组。蓟县系雾迷山组顶界埋深3000～3500 ｍ, 厚度300～1000 ｍ, 热储温度100～120 ℃, 出水量90～170 m3 /h, 具有温度高、水量大、热储易于回灌的特点; 高于庄组热储顶深3500～4200 m, 一般厚度不低于800 m, 热储温度一般在110~140 ℃, 出水量50~100 m3/h, 可作为新区的后备资源。文章分析了深部碳酸盐热储空间结构, 整个地热田分为三段, 由西向东分别为西部凹陷区、中央隆起区、东部斜坡区。西部凹陷区西向东逐渐覆盖了寒武系、石炭二叠系; 中央隆起区造上为雁翎潜山; 东部斜坡区雾迷山组上部为古近系地层覆盖。本文通过热储法计算了雄安新区高阳地热田蓟县系热储年地热可采资源量折合标准煤86.72万t; 数值法模拟了水位下降不低于150 m, 开采井温度下降小于２ ℃条件下, 蓟县系热储年地热可采资源量折合标准煤89.86万t 热储法与数值法结果相近, 评价结果可为高阳地热资源规划开发提供参考。     

冀中坳陷雄县地热田主控因素及成因模式

雄县地热田基岩埋深浅,储层条件优异,是雄安新区地热开发利用的重点。通过野外观测、岩心、薄片、测井、录井等资料,对雄县地热田主控因素进行了系统的分析,并提出雄县地热田成因模式。研究表明,研究区热源主要为深部地壳热传导及放射热,盖层地温梯度平均为4.54 ℃/100m,蓟县系雾迷山组储层地温梯度平均为0.87 ℃/100m;水源主要为太行山及燕山山脉海拔500 m以上的现代大气降水及古大气降水,循环深度可达3 500 m;地下热水运移通道为保定—徐水断裂、容城断裂、牛东断裂及研究区内缝洞岩溶系统,判断在牛东断裂附近存在一条深部导水断层,地下热水沿断裂向上补充至凸起内部;储—盖组合为雾迷山组白云岩储层及其上覆的第三系、第四系砂泥岩地层,部分地区残存古近系地层,储层受溶蚀及裂缝改造作用明显,盖层保温效果良好,储盖配置条件优异。从“源、通、储、盖”四个角度综合探究雄县地热田主控因素,提出雄县地热田成因模式,为雄县地热田的后续再开发利用提供参考。     

冀中坳陷蠡县斜坡古近系沙一下亚段沉积物源分析*

基于对冀中坳陷饶阳凹陷蠡县斜坡碎屑岩分析化验资料,结合该区古水系与古地貌特征,从岩样的碎屑组分、岩屑类型、重矿物组合与ZTR指数及地震剖面反射特征等方面,对古近系沙河街组一段下亚段(沙一下亚段)沉积的物源方向进行综合研究。结果表明:蠡县斜坡古近系沙一下亚段的沉积物主要来自于斜坡西南部和北部,其中西南部物源区主要位于太行山隆起,沉积物分别由古大沙河经由斜坡南部及古唐河越过高阳低凸起运移进入斜坡,是主要物源;北部物源主要来自牛驼镇低凸起,是次要物源。西南部物源与北部物源交汇于蠡县斜坡东部西柳地区。     

冀中坳陷蠡县斜坡古近系沙一下亚段沉积物源分析

基于对冀中坳陷饶阳凹陷蠡县斜坡碎屑岩分析化验资料,结合该区古水系与古地貌特征,从岩样的碎屑组分、岩屑类型、重矿物组合与ZTR指数及地震剖面反射特征等方面,对古近系沙河街组一段下亚段(沙一下亚段)沉积的物源方向进行综合研究。结果表明:蠡县斜坡古近系沙一下亚段的沉积物主要来自于斜坡西南部和北部,其中西南部物源区主要位于太行山隆起,沉积物分别由古大沙河经由斜坡南部及古唐河越过高阳低凸起运移进入斜坡,是主要物源;北部物源主要来自牛驼镇低凸起,是次要物源。西南部物源与北部物源交汇于蠡县斜坡东部西柳地区。     

雄安新区容城地热田热储空间结构及资源潜力

雄安新区地热条件优越,尤其是牛驼镇凸起和容城凸起具有多年的地热开发历史。容城地热田绝大部分地区适合地热的规模化开发,同时容城地区也是新区建设初期主要的规划开发区,地热资源在服务新区生态文明建设和清洁供暖方面具有重要的意义。容城地热田主要热储层包括新近系明化镇组孔隙型砂岩热储,寒武系、蓟县系以及长城系基岩热储。蓟县系为区域主要的热储层,埋深700～3000 m,厚度500～2000 m,热储温度50～98℃,具有水量大、水质好、储层易于回灌的特点;长城系热储在凸起中心部位仍具有较大的开采潜力,D14钻孔显示长城系热储单位涌水量达到2.6 m~3/h·m,井口水温63.7℃,可作为新区的后备资源。容城地热田按照主要热储层上部覆盖地层构造差异由西向东分别为西部斜坡区、中央隆起区、东部断陷区,由西向东热储开发潜力逐渐变大。本文通过热储法计算了容城地热田年地热可采资源量折合标准煤76.3万t;数值法模拟了水位下降不低于150 m,开采井温度下降小于2℃条件下,年地热可采资源量折合标准煤81.09万t,两者结果相近,评价结果可为容城地热资源规划开发提供参考。     

冀中坳陷前第三系岩溶发育规律及其控制因素

冀中坳陷自蓟县纪杨庄运动以来经历了七次较大规模的构造运动,伴随发育有七期岩溶,但只有最晚的发生于印支—燕山运动的第Ⅶ期岩溶被较多保存下来,它可划分出三个次级岩溶期。从中元古界长城系高于庄组到下古生界奥陶系峰峰组,潜山碳酸盐岩的溶蚀作用发生在多个层位,尤其是蓟县系白云岩和奥陶系灰岩岩溶现象普遍。纵向上可统计出第Ⅶ期岩溶中的全部三期次级岩溶,岩溶层位主要为蓟县系雾迷山组、寒武系及奥陶系。钻井中泥浆漏失现象普遍,其中单井泥浆漏失量最大的层位是雾迷山组,其次是奥陶系,寒武系相对最小。冀中坳陷岩溶的总体展布特征表现为水平岩溶带距古地表的深度由凹陷向凸起变大,而水平岩溶带的厚度总体呈现由凹陷向凸起减小的趋势。构造运动、多层系碳酸盐岩的发育以及多套烃源岩的生烃演化,是影响冀中坳陷岩溶发育的三个主要控制因素。     

大地电磁测深法在冀中坳陷深部碳酸盐岩热储调查评价中的应用

地热资源作为一种清洁能源,在“双碳”背景下,其开发和利用越来越受到重视。为了探查渤海湾盆地的冀中坳陷深部碳酸盐岩的热储条件,笔者等利用3条大地电磁测深剖面,进行了数据处理、分析和反演,获得可靠的二维电阻率模型和电阻率等深度平面图。分析研究区深部电性结构特征及主要断裂构造特征,同时根据基底隆起形成的高阻异常对深部碳酸盐岩分布和埋深进行了推断,并对冀中坳陷深部碳酸盐岩热储进行评价,以圈定地热异常远景区。分析认为：① 研究区电性结构可以被划分为5层,其中第5电性层为高阻标志层,对应深部碳酸盐岩基底;② 据此圈定了3类深部地热远景区：基岩埋深小于4000 m,如高阳低凸起地热远景区、黑龙口低凸起地热远景区（徐水凹陷）和河间潜山地热远景区（饶阳凹陷）,基岩埋深4000~5000 m,如雁翎潜山地热远景区（霸县凹陷）,基岩埋深5000~5500 m,如肃宁潜山地热远景区和留路潜山地热远景区;③ 大地电磁测深方法适用于冀中坳陷深部碳酸盐岩热储远景区的探查。深部热储远景区的圈定,可为后期的地热资源评价和开发利用建立基础。     

综合物化探方法在冀中坳陷深部热储探测中的应用

采用大地电磁测深和土壤氡气测量两种方法,圈定了冀中坳陷北部四级构造单元(大兴凸起、大厂凹陷、廊固凹陷、武清凹陷和杨村斜坡)的分布范围;查明了凹陷内部的五级构造潜山带(凤河营带、河西务带);厘清了控制坳陷内部凹凸结构的四级断裂,分别是大兴断裂、桐柏断裂、河西务断裂和宝坻断裂;控制凹陷内部构造潜山带的凤河营 西集断裂和杨税务断裂。根据冀中坳陷碳酸盐岩热储埋深大的特征和热源形成机制,确定热储探测采用“坳中找凸”和“凹中找潜山”的原则,同时需满足“源、通、储、盖”四个方面,结合大地电磁测深和土壤氡气测量综合成果,认为凤河营潜山带是钻探有利靶区,并有钻孔印证。另外,研究发现大地电磁测深和土壤氡气测量两种方法在反映深大断裂方面基本一致,起到相互印证的作用;大地电磁测深方法对高阻碳酸盐岩热储解释准确,基于一维反演作为初始模型的二维反演方法更适合冀中坳陷的凹凸相间构造格局的解释。     

中国东部超深超高温碳酸盐岩潜山油气藏的发现及关键技术——以渤海湾盆地冀中坳陷牛东1潜山油气藏为例

冀中坳陷霸县凹陷牛东1井于2011年1月钻探发现了超深层蓟县系雾迷山组碳酸盐岩潜山油气藏,油气藏底部钻达深度6027m尚未见油水界面,温度已达201℃,酸压测试获日产油642.9m3和气56.3×104m3,为渤海湾盆地乃至中国东部目前发现的深度最大、温度最高的特高产油气藏.回顾了油气藏初战失利、再战搁浅、重燃希望、重...     

河北献县地热田地热异常的分布特征及成因机制

沉积盆地内地热田地热异常成因机制的定量研究对认识盆地浅部不同构造带之间传热与聚热的差异以及指导盆地中低温地热资源的勘探有着重要的理论与现实意义。河北献县地热田在厚1300~1500m新生界盖层覆盖下发育蓟县系雾迷山组（Jxw）基岩热储，已开发区的井口水温多高达90~95℃，是一个典型的中低温传导型地热资源区。本文基于横穿献县凸起及邻区的地震剖面，运用2D有限元数值模拟技术，定量—半定量地分析了献县凸起带及邻区热传导与热聚焦的差异，并简述了对地热勘探的指导意义。模拟表明，献县凸起带盖层内的地热正异常是高热导率的基岩凸起段所引起的热量快速传递、并在盖层内逐渐累积的结果；献县地热田Jxw组热储顶部的地层温度比饶阳凹陷的同深度地层至少高~20℃，与其近3600m的基岩凸起幅度密切相关。献县凸起带的地温场在纵向上具“非对称镜像”分布特征，且盖层段的平均地温梯度约为热储层段的3倍，表明浅部盖层段的地热正异常越“富集”，则深部基岩热储段的地热负异常越“亏空”。“高导均化深度”代表了基岩凸起段深部与其相邻凹陷区平均地温梯度相等的热传导平衡线位置。有效盖层覆盖下的基岩凸起带是地热勘探的有利区带，基岩热储在凸起段顶部之下的500~800m深度段是浅部地热开发的甜段区，而位于“高导均化深度”之下的深部高温热储勘探需极力避开基岩凸起带，而优选盆地低凸起带或凹陷带的有利储集相带。     

岩溶热储井间连通性的示踪研究

岩溶热储储层的不均匀性强,采灌井之间的连通性不易确定。示踪技术可以将运移参数量化,有效刻画储层流体的特征,研究回灌井和开采井之间的水力联系,包括导水通道,流体流速等信息,对长期回灌可能引起的开采井的冷却进行预测,是岩溶热储井间连通性研究十分有效的技术。本文以华北牛驼镇地热田雄县地区为例,针对蓟县系雾迷山组岩溶热储,采用荧光素钠示踪剂,进行了1口井注入,10口井观测的群井示踪试验。采用裂隙介质溶质运移模型,对示踪试验数据进行了解释,得到优势通道的长度、渗透流速、纵向弥散度、回收率等储层性质,获得了试验区内采灌井之间的连通特征。对调整采灌井布局提出了建议。     

雄安新区地热水的化学场特征及影响因素分析

【研究目的】雄安新区地热水化学场特征及其影响因素对了解区域地热资源聚敛机制具有重要意义。【研究方法】在区内5个主要构造单元（容城凸起、牛驼镇凸起、霸县凹陷、保定凹陷和高阳低凸起）开展地热水水化学采样和测试分析工作。【研究结果】研究区内主要分布有砂岩热储和岩溶热储,水化学类型以Cl-Na型和Cl·HCO₃-Na为主。从浅入深,地热水TDS值呈增大趋势。自西向东,地热水TDS含量表现为增大的趋势,指示着地下水流向。受断裂带导水作用影响,部分深部雾迷山组与馆陶组地热水发生混合现象。雾迷山组岩溶热储地热水的变质系数和脱硫系数低,热储封闭性较好,处于相对还原状态,而馆陶组和明化镇组砂岩热储地热水封闭性相对较差。【结论】区内地下水化学场主要受水岩相互作用程度、断裂、储层封闭性等因素影响。研究成果对于认识雄安新区地热资源、科学合理开发利用地热能,推进北方地区冬季清洁取暖具有重要意义。     

北京城区地热田西北部地热地质特征

自2001年在北京大学成功打成地下热水井后,北京西部隆起区的地热勘探开发受到重视。通过对区域地质背景条件的介绍,根据地热井钻探揭露的地热地质成果,对研究区的热储构造条件、地热地质特征及地下热水地球化学特征进行了分析研究。结果表明,八宝山断裂的性质具有先逆断层后正断层的多期活动性特征;研究区蓟县系雾迷山组白云岩为鼻状背斜凸起型热储构造;深部热流主要沿着黄庄-高丽营断裂的上盘向上传导聚集;浅部古生界碳酸盐岩地层富集强径流冷地下水的作用使青白口系的地温梯度高于北京平原区,纵向地温场坡度较北京平原区大;临近深大断裂构造带导致地下热水具有放射性镭含量高的特征;地下热水的¹⁴C年龄特征反映城区地热田接受西部隆起区地下水的补给很少;地热井水头分布趋势反映雾迷山组白云岩热储地下热水受黄庄-高丽营断裂阻隔后由南向北方向径流。      

北京北部地区深层热水开发对浅层冷水的影响

北京北部有小汤山和沙河2个地热田,呈三角形展布,东部边界为黄庄-高丽营断裂,西部边界为南口-孙河断裂．北部边界为阿苏卫-小汤山断裂。热储层为蓟县系雾迷山组、铁岭组和寒武系-奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层．热储盖层为青白口系页岩、石炭系-二叠系砂页岩和侏罗系火山岩隔水层。该区雨水、浅层基岩冷水和深层基岩热水的H、O同位素组成基本上都落在克雷格降水线上,表明区内冷水与热水均来源于大气降水。热水的^3H值表现出北高南低的特点．说明热水与冷水一样自北向南流动。重点分析了深层热水开采对浅层地震观测井中冷水动态的影响,以及这种影响在不同的水文地质条件、离开采井不同距离和不同测项方面表现出的差异。结果表明,北京北部深层热水开采对浅层冷水动态的影响距离约为5km．对位于导水断裂带附近的观测井的影响最为明显。     

雄安新区雾迷山组岩溶热储特征与有利区

为了深化对雄安新区中深层地热资源的规模化开发利用,以露头、岩心、薄片、钻井资料与地震测线解释成果为基础,分析雄安新区中元古界蓟县系雾迷山组热储岩石学和储集空间特征,研究了雾迷山组热储沉积相模式、岩相古地理和孔隙度、渗透率分布特征;结合构造演化和热储成岩作用类型,分析雾迷山组热储岩溶发育期次、岩溶作用、岩溶古地貌分布特征,针对岩溶主要发育层,厘清控制因素,明确雄安新区雾迷山组岩溶热储特征;综合上述特征,结合雄安新区地温梯度、断裂分布及水动力等因素,优选出该区雾迷山组岩溶热储有利勘探靶区。研究结果表明：雄安新区蓟县系雾迷山组热储有利岩性主要为叠层石白云岩、藻凝块白云岩、颗粒白云岩,藻云坪微相、滩微相易发育各类溶蚀作用,云坪易发育裂缝,储集空间类型为孔隙、溶洞和裂缝3大系统。岩溶作用类型可分为同生—准同生岩溶、表生岩溶和埋藏岩溶,自雾迷山组沉积后主要发育于芹峪期、印支期和燕山期的表生岩溶和晚喜山期的埋藏溶蚀,对雾迷山组储层有着建设性作用,燕山—早喜马拉雅期对岩溶热储的形成演化起决定作用;同期主要伴随3期高角度裂缝发育,这些高角度缝增加了储集空间与输导体系,促进期后的相关溶蚀作用;裂缝在白云岩中最发育, 灰质云岩次之,泥质云岩最不发育。孔隙度和渗透率区域上分布有3个高值区。岩溶古地貌在印支期前北低南高,在印支期及以后,地貌北高南低,北部岩溶作用强烈,南部次高地也发育岩溶带。溶蚀相为最有利的成岩相区,溶蚀—泥质充填相为较有利的成岩相区。研究区雾迷山组岩溶储集层分布主要受岩性（包括组分、结构、厚度）、成岩相带、构造（包括断裂、裂缝、不整合面）和古地貌等方面因素的控制,地热勘探最有利靶区位于大王镇西部及南部、容城—八于、雄县—赵北口镇西部、大营镇、高深1井—高阳等区带。     

河北雄县地热田钻井地温测量及地温场特征

根据研究区22口井的实测井温资料及前人的研究成果,开展了雄县地区地温场分析,对雄县地热田地温场的特点取得了以下认识：雄县地热田的盖层以传导热传递方式为主,热储层中源于供暖期热水生产和回灌引起的地下水受迫对流的影响,以对流热传递为主,不同静井时间的重复测温结果显示,静井时间的长短和井内流体的运移方式（抽水或回灌）控制了井内温度的分布及井内温度的动态变化：静井时间增加则测得的温度在中性点上下呈反向变化,生产井和回灌井的测温曲线存在明显不同,雄县热田第四系底部的温度为32.8 ℃～48 ℃,容城凸起为28 ℃～35 ℃,雄县热田第三系底部温度为64.5 ℃～81.3 ℃,容城凸起为45 ℃～60 ℃。雄县地热田盖层内的地温梯度为43.9～72.2 ℃/km之间,平均为51 ℃/km,容城凸起的井地温梯度为31.4～41.1 ℃/km,平均为37.1 ℃/km。雄县地热田内盖层导热流值变化为80.61～113.86 mW/m² 的范围。     

北京天竺地热田东坝凹陷南部地区地下热水富集的地热地质条件分析

以北京地区地热流体中温度和矿物质含量较高的东坝凹陷南部地区作为实例,在完整的地热钻孔及相关地质资料基础上,通过对研究区断裂构造、热储层、热储盖层、地温场、流体水化学特性和富水性等地热地质条件进行分析,研究造成该区地热流体中温度、矿物质含量升高的主要原因。研究表明：受太阳宫断裂北段、良乡—前门断裂和楼梓庄断裂的切割作用,东坝凹陷南部地区热储层下落近千米,形成了一个较为封闭的“黑箱子”区域。这种独特的地质结构导致东坝凹陷南部地区接受东南城区地热田侧向补给较少,长期处于较为封闭的还原环境;太阳宫断裂北段存在深部的热源通道,地层深部的高温热流顺断裂上涌在东坝凹陷南部地区的热储层富集,因此该区地热流体表现出温度高、矿物质含量高、富水性差的特征,该研究对我国今后地热资源的开发具有积极的借鉴意义。     

天津附近奥陶系地热流体成因与补排分析

天津市区附近奥陶系地热流体TDS变化较大, 存在东、西差异, 且在西南部形成TDS与F- 浓度高异常区, TDS最大值为418 mg/L。通过δD-δ18O及流体动力场分析, 认为奥陶系流体均为大气降水, 来自北部燕山地区, 并向西向南排泄。高TDS异常区与蓟县系雾迷山组储层流体液面位势异常区重合, 且雾迷山组储层流体液面位势高于奥陶系流体液面位势23.21～26.96 m, 存在雾迷山组流体向奥陶系顶托补给的动力条件。李七庄断裂通过本异常区, 是雾迷山组热流体向奥陶系补给通道; 奥陶系地层中存在有1%的硫铁矿, 该类矿物在氧化分解作用下, 使SO₄2- 离子提高, 从而在西区形成 TDS与F- 浓度异常。     

天津岩溶地热田热储特征研究

从天津大地构造特征和地层分布入手，综合分析了岩溶热储特征.认为天津地区主要大地构造格局从西北向东南依次为冀中拗陷、沧县隆起和黄骅拗陷，主要断裂有北东向的沧东断裂、天津断裂以及北西向的宁河-宝坻断裂.岩溶地热田主要分布在沧县隆起上，发育了王草庄、大城、潘庄、双窑和小韩庄凸起等地热田.研究认为蓟县系雾迷山组在天津全境普遍分布，岩性为深灰色粗晶白云岩、隧石条带状白云岩，裂缝岩溶发育，孔渗性较好，是主要热储层.寒武系、奥陶系热储在沧县隆起核部大面积缺失，在其他地区广泛分布，是主要热储层之一.沧县隆起的热流值较周围地区高，地热水的来源主要为北部蓟县山区，热水运移的最重要通道是大断裂以及不整合面.