太行山-雄安新区蓟县系含水层水文地球化学特征及意义

雄安新区蓟县系雾迷山组热储层中具有丰富的中低温地热资源,研究其地热流体水文地球化学特征可分析地热资源的形成机制,对推动雄安新区深部地热资源有效开发利用具有重要意义.太行山区雾迷山组为基岩裸露区,雄安新区雾迷山组基底埋藏较深,两个系统的地热流体经历不同的水岩相互作用,导致水化学特征有一定差异.通过对保定以西太行山区-雄安新区共26组蓟县系雾迷山组地热流体样品的水化学及同位素数据进行分析,研究地热流体的补给来源及经历的深部地热循环过程.太行山区雾迷山组流体水化学类型以HCO₃-Ca·Mg型为主,雄安新区以Cl·HCO₃-Na型为主.地热流体均来源于大气降水,通过断裂、裂隙等通道入渗,在长距离运移过程中伴随有矿物的沉淀和溶解现象,水岩相互作用逐渐增强.深部热循环深度为2 880.26~4 143.42 m,均值为3 700 m,深部热储温度为160℃左右;地热流体在深部通过断裂上升过程中,由于传导冷却、冷水混入及深部热源通过结晶基底的热传导作用,在750~2 100 m的凸起处雾迷山组碳酸盐岩地层中封闭聚集形成热储层,热储平均温度为70℃左右,属于对流-传导型地热系统.      

高阳地热田及邻区地热资源形成机制

临近雄安新区的高阳地热田处于渤海湾盆地冀中坳陷,区内发育以中元古界长城系、蓟县系及下伏的太古界为主的潜山地层,其中蓟县系雾迷山组为地热田主要热储层,地热资源丰富。以岩溶热储顶面埋深3600 m线作为高阳地热田的边界,地热田主体位于高阳低凸起、蠡县斜坡内,并涵盖保定凹陷、饶阳凹陷的少量地区。高阳地热田位于区域岩溶顶板温度较高地区,其中高阳低凸起中北部及其西侧边界、蠡县斜坡与饶阳凹陷交界处为温度最高区域,可达120 ℃左右,地热田南部、中东部属蠡县斜坡区域温度低于100 ℃。潜山热储温度等值线整体呈椭圆形态,长轴为NNE向。蓟县系雾迷山组地热水在博野地区水化学类型为Cl-Na型,溶解性总固体约5 000 mg.L-1,Cl-（约2 300 mg.L-1）含量明显高于雄县、容城等其它地区,SO42-含量（123~133 mg.L-1）高于同属冀中坳陷的雄县、容城、霸州地区,但低于天津地热田和良乡地热田,表明冀中坳陷与天津、良乡地区分属不同的地热系统。高阳地热田形成的概念模式为来自西部太行山地区的大气降水作为地下水的补给水源,太行山前断裂沟通了地表水与深部基岩地层,大气降水在基岩内经衡水断裂、安国断裂、百尺断裂、出岸断裂及不整合面向东侧渤海湾盆内运移,经断层与基岩发生热对流被加热,随着水动力条件减弱,在高阳低凸起、蠡县斜坡、深泽低凸起等区域聚集形成具有勘探开发价值的高阳地热田。      

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。      

北京市朝阳区平房地区热储层研究

蓟县系雾迷山组是北京地区地热田的主要取水层位。平房乡位于北京市区东部,属于天竺地热田范围,经地热勘查显示,该地区主要热储层为蓟县系雾迷山组、杨庄组,长城系高于庄组。本文基于平房地区及周边已有地热井资料,对该地区热储层蓟县系雾迷山组、蓟县系杨庄组及长城系高于庄组有了新的认识。结论显示:平房地区主要储层为蓟县系雾迷山组、杨庄组和长城系高于庄组,其中蓟县系雾迷山组揭露较浅,剩余热储层含水性好,具备开采价值,地热资源丰富。     

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。     

聊城西部地热田地热资源赋存特征研究

山东省聊城西部地热田位于临清拗陷内的莘县凹陷的南部,面积约1280km^2。通过已有钻探资料及近年的勘查项目研究成果,对聊城市西部地热田的地热资源的地质背景、水文地质特征、地球物理化学特征等进行了综合研究分析,认为聊城西部地热田属于层控型低温地热田,热储层主要为新近纪明化镇组下部、馆陶组、古近纪东营组地层,该区的地温梯度主要受构造控制,断裂导热是形成本区的一个重要因素,地下热水矿化度较小,成因主要为大气降水。     

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。     

云南石林盆地地热地质特征及成因分析

结合石林盆地地热异常及地热钻孔资料,对石林盆地地热田的热储构造条件、地热地质特征及地下水化学特征进行研究,该地热田热储层为元古界震旦系白云岩、白云质灰岩,热水径流特征和地温场特征受九乡石垭口断裂、牛头山古陆控制。钻孔资料显示,地温梯度为(1.5~4.8)℃/100 m,地热类型为深循环层状地热田,地下热水水化学类型为HCO3-Ca。从水文地质条件看,地下热水补给有限,应控制地热水的开发利用。     

渭河盆地地温场分布规律及其控制因素

本文以渭河盆地地温场为研究对象,在收集补充新地热井资料及分析测试样品的基础上,通过盆地深部结构、构造特征、地温场特征、热储层特征、地热资源量等分析,建立了盆地不同岩性岩石热导率与深度关系图版,确定了盆地地温场变化规律及地热田控制因素,提出了渭河盆地地热田形成模式。评价了盆地地热资源有利区,为盆地后续的开发利用提供了理论支持。研究认为渭河盆地热地温梯度分布在2.34～5.85℃/100m之间,平均地温梯度为3.50℃/100m,代表性大地热流68.33mw/m~2,地温梯度及不同深度地层温度具有东高西低、南高北低的特点。热导率总体上具有随深度的增加,逐渐增大的规律,热导率随深度增加主要受压实程度增强控制。相同深度条件下泥岩热导率最低,砂岩热导率居中、白云岩热导率最高。渭河盆地主要为层状地热田,盆地内地热通过热传导及热对流两种方式进行传递,以热传导为主。渭河盆地地热资源丰富,热储层可分为三种类型:①新生界砂岩孔隙型;②下古生界碳酸盐岩岩溶型;③断裂型。渭河盆地地热资源有利区主要分布于西安凹陷、固市凹陷。盆地地温场及地热田分布与莫霍面、软流圈上隆、岩石圈厚度减薄的深部背景密切相关,主要受地热传导和深大断裂热对流控制,是岩石圈深部结构、盆地构造、基底岩性、储盖组合等多因素共同作用下形成的。最后结合当前渭河盆地地热资源开发利用现状及存在问题,提出了地热开发利用建议。     

天津地区雾迷山组水位降落漏斗演化特征及合理开发利用探讨

雾迷山组是天津地区地热资源开发利用的主要热储层,连续32年的开采已形成较大规模的水位降落漏斗,热储压力下降形势严峻。本文通过对多年的雾迷山组热储水位监测数据进行系统整理、分析,对漏斗的形成和演化规律做了初步总结,提出雾迷山组水位降落漏斗在人为开采和地热地质条件共同影响下,目前仍以4～6 m/a的下降速率向深部扩展;同时从水均衡的角度提出资源合理开发利用的建议,认为降低地热流体的消耗量是缓解乃至解决雾迷山组热储压力下降、实现资源可持续开发利用的唯一途径。     

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。     

北京地区碳酸盐岩热储渗透性研究

为了从整体上了解北京地区雾迷山组热储的渗透性,首先对采自野外露头和井下热储的34件岩心的孔隙度和渗透率进行了研究和对比,结果显示井下岩心与野外露头岩心渗透率的变化范围分别为（0.0001158～0.33333）10-3m2 和（0.0088～0.334）10-3m2,平均值分别为0.062232110-3m2和0.38531610-3m2。所有岩心的孔隙度在0.25% ～3.00%之间。110眼地热井的抽水试验结果显示,热储渗透率介于（13.74～104474.00）10-3m2之间,平均值为4797.5810-3m2。渗透率在（100～1000）10-3m2之间的累积百分数超过了75%,渗透率小于10010-3m2的样本数仅占13.64%,还有0.91%的样本渗透率超过了10000010-3m2。为表现顶板不同埋深条件与热储渗透率的关系,将顶板埋深分为小于500m、500～1000m、1000～1500m、1500～2000m、2000～2500m、2500～3000m、3000～3500m 7个层段。结果显示热储平均渗透率随热储顶板平均埋深的增大以指数形式减小。     

太原盆地岩溶热储地热资源评价

太原盆地断裂构造发育,地热资源丰富,是我国具有代表性的中低温地热田,故太原盆地地热资源的整体评价对其大规模的开发利用具有重要意义。以太原盆地构造演化分析、地震和电法等剖面解释、最新钻井测井解释成果为研究基础,以盆地二级构造单元为划分依据,采用“热储体积法”将太原盆地划分为8个地热田并作为评价单元。针对8个评价单元的寒武-奥陶系碳酸盐岩岩溶热储进行了精细评价。综合评价得出太原盆地碳酸盐岩岩溶热储具有热储盖层稳定、埋深浅、储集层段多、储量大等特点。表现为岩溶热储上覆盖层厚度400~2 000 m,储集层从老至新依次发育了奥陶系峰峰组、上马家沟组、下马家沟组、亮甲山组和寒武系凤山组、长山组6套主力含水层段。地温梯度一般为3~4 ℃/100 m之间,热储温度为30~80 ℃。在此基础上,根据地热田热储面积和厚度、热储温度、孔隙度、比热容和密度等参数,计算西温庄地热田地热资源量,得出太原盆地可采资源量13.84×10⁸ GJ,折合标煤4 721.9×10⁴ t,初步摸清了太原盆地的地热资源分布规律以及资源量。     

雄安新区起步区及周边地热资源特征与影响因素

本文综合分析了雄安新区起步区及周边地区构造、沉积、地温梯度、储盖组合、热储成岩与孔隙演化史等地质特征,总结了研究区地热资源成藏模式与影响因素：中-上元古界碳酸盐岩热储沉积期物质基础的差异性、后期的燕山-喜山构造运动演化特征控制了研究区热储、盖层和通道组合特征;特别是研究区断裂构造作用是决定研究区碳酸盐岩地层抬升、剥蚀并使其遭受岩溶作用的主导因素,其控制了本区岩溶发育区的分布和岩溶古地貌的总体格局;中-上元古界碳酸盐岩岩相以发育藻礁滩和藻坪为特征;岩溶作用类型主要有准同生岩溶、层间岩溶、潜山岩溶和断层相关岩溶等,其横向分布受古剥蚀地貌高地的控制,纵向上受潜水面的控制具有分带性特征;对热储起建设性的成岩作用主要有溶蚀作用、构造破裂作用等;本区雾迷山组热储井口水温多在50 ℃～60 ℃、热水出水量多在80～120 m³/h、矿化度多在1 900～3 100 mg/L之间。主要来自太行山麓的大气降水经断裂及不整合运移至研究区凸起、古潜山等正向构造单元的中-上元古界碳酸盐岩地层有利沉积相带处,在运移和储集过程中经正常热流背景下的深部来源的热持续加热,在凸起、古潜山等正向构造单元处特别是断裂发育带聚集成藏,形成具有勘探开发价值的地热田。     

砂岩孔隙热储地温场水化学场特征及地热水富集机理——鲁北馆陶组热储典型案例

鲁北平原不同构造单元,具有不同温度、矿化度、特殊化学成分、富水性的地热资源。其中馆陶组热储是区内资源最丰富、开采利用程度最高、规模最大,为最具经济开采价值的热储。正确认识其地温场、水化学场特征及地热水富集机理,成为目前人们最为关心的问题。本文根据对馆陶组热储盖层地温梯度、热储温度变化特征的分析,结合地质构造条件,揭示了地温场温度受断裂构造影响,高温区主要分布在武城-高唐-陵县、宁津-庆云、沾化-孤岛、高青-博兴等凸起区与断裂交汇部位。区内馆陶组地热水化学类型以Cl-Na为主,其次为Cl·SO_4-Na及SO_4·Cl-Na型,矿化度4.07～18.52g/L,pH值7.14～8.1,地热水中含有大量人体健康所需的微量元素。分析认为,区内馆陶组地热水成因为大气降水,蒙脱石向绿泥石转变是地热水中贫钾、贫镁原因,馆陶组热储地热水总体流向为西南流向东北,在各县市城区地热水由四周向城区漏斗中心运移。本文根据地热钻探揭露馆陶组底砾岩深度、厚度及地热井水位、单井涌水量等大量数据的分析,揭示了鲁北平原馆陶组地热水古沉积相环境,并划分出两个大的古河道带:即临清—武城—德州—陵县一线古河道带和沾化—河口—仙河一线古河道带。前者后期受南部高唐凸起和东部埕子口-宁津潜断隆控制,在德州—陵县一带形成了范围较大、岩性颗粒较粗、厚度较大的冲洪积扇区;后者主要受西北部刁口潜凸起、义和庄潜凸起与南部无棣潜凸起控制,在河口—孤岛—仙河一带形成了较大范围岩性颗粒较粗、厚度较大的冲洪积扇区。在下游受陈庄凸起、青坨凸起影响,将古河道带分叉为两部分,南部古河道带分布在利津—东营一带。地热水富水规律与古河道带一致,富水区主要分布在两个古河道带区域,单井涌水量一般大于85m~3/h,且距古河道带越近,含水层砂砾岩埋藏越深,颗粒越粗,富水条件越好;反之,富水条件越差。在古河道带冲洪积扇部位富水条件最好。     

太原盆地西温庄地热田的成因机制

地热田成因机制的研究是地热田资源量精细评价与有效开发的依据.在综合前人研究成果与最新地热钻井资料的基础上,通过对太原盆地岩溶热储地热系统的"源、储、通、盖"主要因素分析,建立了西温庄地热田形成的概念模型,并精细评价了地热资源量.西温庄地热田是一个在非对称性裂谷盆地的高大地热流值背景下,来自东、西山奥陶系岩溶储层裸露区的大气降水,沿着岩溶不整合面和断裂这个运移通道,从东山和西山双向补给,经盆地边界断裂进入盆地深部热储,吸热、增温后逐步在盆地中部西温庄隆起的碳酸盐岩岩溶储集层中富集、承压而形成的中低温传导型地热系统.西温庄地热田的岩溶地热系统具有封盖性能好、主力储集层段多、补给速度较快、盖层地温梯度较高等特征.表现为奥陶系岩溶热储上覆盖层包括石炭系、二叠系、三叠系与第四系,顶面埋深800~1 700 m;从上至下依次发育了峰峰组下段-上马家沟组上段、上马家沟组下段、下马家沟组上段和亮甲山组4套主力含水层段,热储层平均有效厚度累计184.6 m;地热水从补给区至盆地承压区的运移时间约2 000 a;奥陶系热储上覆岩层的平均地温梯度为3.0~4.0℃/100 m,地热水温度范围为55~75℃.西温庄地热田奥陶系岩溶热储的地热资源量精细评价结果表明,热储总量合计33.53×108 GJ,折合标煤1.14×108 t.年开采地热资源量可满足607×104m2的供暖面积,开发潜力巨大.