山前岩溶热储聚热与富水机理：以济南北岩溶热储为例

岩溶热储是中国北方两大主力供暖热储之一。山前岩溶热储主要位于岩溶地下水流系统下游埋藏型岩溶分布区,属深循环、弱开放、径流滞缓的区域地下水流系统之排泄区。本文以济南北岩溶热储为例,基于地质构造、同位素和水文地球化学特征,揭示了地热水起源及其运移演化和富集机理：地热水一小部分来自于泰山北翼火成岩、变质岩分布区的大气降水入渗补给,大部分来源于寒武纪长清群和寒武纪—奥陶纪九龙群碳酸盐岩岩溶裂隙含水岩组分布区岩溶地下水的深循环径流补给;地热水主要循环富集于层间岩溶与断裂破碎带复合处、层间岩溶与岩体接触带复合处。根据地温场空间分布特征揭示的热源及其传递和聚集特征,提出了热储四元聚热机制：一元是大地热流毯状传导聚热、二元是凸起区高热导率分流聚热、三元是导热断裂或岩体接触带带状对流聚热、四元是地下水运移传导 对流聚热。在热储聚热与富水成因机理研究基础上,建立了基于水源、热源及热储赋存规律的岩溶热储地热田成矿模式,构建了如何寻找地热水富集区和热流聚集区的找矿模型,揭示了地热成矿规律,为地热资源探测找矿提供了依据。     

岩溶热储地热水可更新能力及采灌均衡可持续开采量:以菏泽潜凸起地热田为例

地热水可更新能力及采灌均衡可持续开采量计算评价是地热能可持续开采的关键核心问题.为更科学地开展评价研究,以菏泽潜凸起岩溶热储地热田为例,以地热水循环富集、开采动态、水化学条件、同位素特征等为主控评价因子,建立评价指标体系,综合评价岩溶热储地热资源可更新能力;提出了地热水采灌均衡——保证地热水量均衡和热能均衡条件下可持续开采量的计算方法,评价了地热田集中开采区采灌均衡条件下地热水的可持续开采量.菏泽潜凸起地热田地热水可更新能力分为强、较强、较差和差4个区.强区分布于地热田东北部靠近梁山和嘉祥补给山区一带;差区分布于地热田中南部定陶-菏泽城区地热水排泄区一带;补给区和断裂带附近裂隙岩溶发育、富水性较好,远离补给区和断裂带的则岩溶发育度程度差、热储富水性差.集中开采区岩溶地热水采灌均衡条件下可持续开采量为122 600 m³/d,是自然条件下的2.49倍.     

华北盆地梁村古潜山岩溶热储聚热机制及资源潜力

地热是一种绿色低碳的清洁能源,其规模化开发利用对减少碳排放量与改善大气环境意义重大,为促进中低温水热型地热流体发电技术在实现“双碳”目标中的应用,本文在揭示梁村古潜山潜凸起岩溶热储聚热机制、评价资源潜力的基础上,对10 MW地热电站示范工程的资源保证能力进行了论证.通过地温梯度、大地热流值与构造格架、岩石热导率相关性对比分析,岩溶发育特征、热储富水性与构造、岩性、水动力条件组合关系研究,揭示了梁村古潜山潜凸起岩溶热储的四元聚热机制：一元为华北克拉通破坏、岩石圈减薄导致的高大地热流传导聚热,二元为凸起区高热导率分流聚热,三元为深大断裂带对流聚热,四元为成岩压密水对流聚热;计算出梁村古潜山潜凸起寒武系-奥陶系裂隙岩溶热储中蕴藏的可利用热资源量为2.218 3×10¹⁹ J、地热水资源量为6.34×10⁹ m³.在四元聚热驱动下,形成了梁村古潜山潜凸起高地温梯度岩溶热储地热田,其热能量与地热流体资源量满足10 MW地热电站建设需求.     

沧县隆起中段献县凸起和阜城凹陷岩溶型地热资源特征

为探究华北平原的岩溶热储分布规律,以及如何高效开发利用献县凸起和阜城凹陷地热田的地热资源,结合前人研究成果与已有地热井的测井、地震、水化学等资料,分析了岩溶热储分布规律以及献县凸起和阜城凹陷地热田的四大要素即“源、储、通、盖”等地热地质条件,建立了地热田概念模型,并精细评价了地热资源量。研究表明地热田是形成于渤海湾盆地新生代伸展断陷背景下的受深大断裂控制的传导型地热田,主要以大气降水为补给水源,深大断裂和岩溶不整合面为水运移通道。来自太行山和燕山的水再补给、汇聚,在献县凸起及阜城凹陷岩溶热储中富集,形成中-低温传导型地热系统,具有良好的盖层以及高达3.63~5.31 ℃/100 m的地温梯度。蓟县系岩溶热储顶板埋深1 400~1 500 m,有效厚度累计336.1 m;奥陶系岩溶热储顶板埋深2 000~2 500 m,有效厚度累计55.3 m。献县凸起地热田蓟县系岩溶热储可采资源量3.75×10⁹ GJ,折合标煤1.28×10⁸ t,年开采地热资源量可满足供暖面积4 523×10⁴ m²;阜城凹陷奥陶系岩溶储可采资源量0.80×10⁹ GJ,折合标煤0.27×10⁸ t,年开采地热资源量可满足供暖面积954×10⁴ m²。献县凸起及阜城凹陷地热田开发潜力巨大。     

渤海湾盆地南乐地热田特征及其成因分析

为探究渤海湾盆地南乐地热田的岩溶热储特征及地热田成因机制,基于物探和地质资料,对渤海湾盆地南乐次凸地热田的热储展布规律、水化学特征、运移通道以及地温场等因素进行了剖析,构建了地热田成因概念模型。研究表明:南乐次凸地热田存在加里东、印支-海西、燕山、喜山4期奥陶系风化壳岩溶热储,顶板埋深1 427～2 135 m,有效厚度累计46.2～91.7 m;具有良好的盖层,地温梯度高达3.04～3.24℃/hm,地下水类型为SO_4+Cl-Na+Ca-B型;地热田形成于较高的大地热流、渤海湾陆内裂陷盆地-东濮凹陷西斜坡带背景下,受西部太行山区和东部鲁西南山区裸露基岩大气降水的共同补给,进入基岩的冷水深部循环受到热流的"热折射""热流再分配"效应以及兰聊断裂摩擦生热等的共同加热、增温,沿区域内不整合面以及断裂向上运移、富集,最终形成了以奥陶系为热储的传导型地热田系统。南乐次凸地热田奥陶系岩溶热储可采地热资源量为1.02×10~9 GJ,折合标煤3.50×10~7 t,可满足供暖面积12.37×10~4万m~2,具有良好的开发市场前景。研究成果对南乐地热田乃至渤海湾盆地的岩溶热储开发利用具有较好的指导意义。     

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.      

雄安新区高阳地热田东北部深部古潜山聚热机制

为查明雄安新区深部碳酸盐岩热储的赋存特征与聚热机制,中国地质调查局近两年组织实施的雄安新区地热清洁能源调查评价工作,综合地温场背景、深部地质结构、凹凸相间构造格局、深浅断裂系统控热导热、地球物理场特征、区域水动力场、水化学场与温度场的多场耦合指示等综合探测手段,分析总结了高阳地热田东北部深部古潜山地热资源的最新勘查成果,阐述了雄安新区深部高温古潜山热田的聚热机制:(1)受太平洋板块向西俯冲影响,华北克拉通东部破坏明显,岩石圈、地壳厚度大嵋减薄,有利于幔源热向浅部的传导;(2)区域马西断层等深大走滑断裂切穿了岩石圈,有利于深部的幔源热物质和深部岩浆上侵入地壳;(3)热流由低热导率的凹陷区向高热导率的凸起区聚集,地下水沿断裂的深循环对流加热,区域岩溶地下水的汇流区等也有一定的聚热效应。在雄安新区深部碳酸盐岩热储聚热机制理论指导下,在高阳地热田东北部古潜山布设施工了两眼高温、高产地热井,井口水温分别达到109.2℃,123.4℃,揭示验证了雄安新区深部存在地热开发的第二空间——蓟县系碳酸盐岩热储,深部碳酸盐岩地热水温度高、流量大、开发潜力巨大。研究成果对雄安新区乃至华北盆地高温、高产地热井位的布设与深部碳酸盐岩热储开发利用的科学部署具有很好的示范与指导意义。     

河北武城凸起地热田地热地质特征

在“雄县模式”和环境压力的双重驱动下,河北地区已形成我国最大的地热供暖城市群。因此,研究武城凸起地热田地热地质特征,对河北省故城县地热开发具有重要的指导意义。本文通过测井、地震和区域地质资料,结合水化学特征、同位素测试结果的分析,系统分析了地热田的不同类型热储展布、储集层物性、地下热水补给来源和循环路径特征,并精细评价了地热资源量。结果表明武城凸起地热田热储类型主要为馆陶组砂岩热储和奥陶系岩溶热储。砂岩热储区域稳定分布,主要产水层为下馆陶组,底板埋深1 200~1 600 m,单井出水量79~123 m³/h, 井口水温52~54 ℃;岩溶热储有利区带主要分布在寒武—三叠系卷入的背斜核部,呈南北向带状展布,主要产水层为上马家沟组、下马家沟组和亮甲山组,顶板埋深2 100~2 900 m,单井出水量75~98 m³/h,井口水温82~85 ℃。地下热水来源为西部太行山脉和北部燕山山脉,热水沿着NE-SW向断裂破碎带和岩溶不整合面向上水平运移进入浅层热储,通过沧县隆起和邢衡隆起在武城凸起汇集,形成中低温地热田。地下热水质类型为Cl-Na型,最大循环深度为2 822.5~3 032.5 m,¹⁴C测年表明砂岩热储和岩溶热储年龄分别为21 ka和32 ka。明化镇组和石炭—二叠系分别为两套热储的直接盖层。武城凸起地热田地热资源量分层精细评价结果表明,热储地热资源量合计4.86×10¹⁰ GJ,折合标煤16.6×10⁸ t。年可开采地热资源量可满足供暖面积1.1×10⁸ m²,市场开发潜力巨大。     

章丘市枣园桃花山地热田地质特征分析

章丘市枣园桃花山地区蕴藏着丰富的地热资源。根据煤矿勘探和地热普查成果,对桃花山地热田的地质背景、热储特征、地球物理化学特征等进行综合分析,认为桃花山地热田属于典型的带状兼层状、对流兼传导型地热田,热储层为奥陶纪马家沟组灰岩,该区地温梯度主要受断裂控制,断裂导热是形成该地温场的一个重要因素,地热水水源主要为渗入的溶滤水。     

青海省西宁地热田成因分析及资源评价

笔者通过对西宁地热田已有钻探资料和区域地热地质资料,结合近几年的勘查项目研究成果,分析了西宁地热田的埋藏条件、补径排条件、地温场及水文地球化学的特征,阐述了西宁地热田主要以大地热流为热源—低热导率岩层聚热—深循环逐渐加热受迫对流机制—构成控水控热,具有以盆地传导型面状热储为主,兼有断裂对流型带状热储特征.同时,采用热储法对西宁地热田地热资源量进行了评价,该地热田内热储中储存的热量9.343×1014kJ,利用平均布井法计算出该地热田每年开采热量为1.12×1012kJ,折合标准煤3.78×104t,按地热田规模分级为中型低温地热田.初步摸清了西宁地热田分布规律以及资源量,为西宁地热田地热资源合理开发利用提供了重要依据.     

山东省菏泽凸起地热田岩溶地热水水化学水平演化特征

在前人研究成果的基础上,选择A-A′和B-B′两条路径,采用Piper三线图解、Schoeller图解、Na－K－Mg平衡图解、饱和指数计算评价等方法,研究山东菏泽凸起地热田地热水沿路径上的循环演化特征。结果表明:沿A-A′、B-B′剖面岩溶冷水→岩溶热水,水化学类型由SO4.HCO3－Ca.Mg.Na或SO4.HCO3－Ca.Mg向SO4－Ca.Na或SO4－Ca演化,矿化度逐渐增大,HCO3-浓度逐渐减少,SO42-、Ca2+、K+浓度逐渐增大,反映出岩溶冷水向岩溶热水演化的补给特征;水化学三线图上岩溶冷水、热水处在不同的区域,显示岩溶冷水向岩溶热水演化补给;距补给区由近到远,水岩作用程度逐步提高,饱和指数逐渐增大,岩溶地热水溶滤作用增强。      

河北平原地热流体可采量计算方法及岩溶热储分布规律研究

随着能源供需矛盾的加剧,河北省地热资源开发利用呈快速增长态势,对地热流体可采量及其计算方法的研究亟待加深。通过实例,采用热储法、解析法、统计分析法和数值模拟4种方法对河北平原区层状热储地热流体可开采量进行了评价和对比; 分析了岩涪热储及资源现状。研究认为: 热储法和解析法适合勘查程度较低、无地热井或仅有少量地热开采井和产能试验数据的地热田,其计算精度较低; 统计分析法和数值模拟法适用于勘查程度较高、已开发利用多年、具有多年动态监测资料的地热田,计算结果可靠程度较高; 地热流体中岩溶热储具有温度高、易回灌、可持续性好等特点,主要赋存于古生界和中新元古界地层中; 岩溶热储被新生界地层覆盖,有利于储集层的聚热和保温; 在基岩隆起带(古潜山)岩溶裂隙发育,构成深部热水储集层,可形成有重要开发利用价值的地热田,是下一步地热勘查和开发的主要热储类型。     

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。     

模糊数学在岩溶储层地热资源勘探风险评价中的应用——以重庆山地型岩溶热储为例

重庆市岩溶储层地热资源丰富,开发利用历史悠久,但地热资源勘探风险较大。本文利用模糊综合评价法建立了风险评价模型,该模型中包含了热储构造开启程度、热储构造部位、沟谷切割程度、物探效果、热储埋深、热储厚度、热储岩层倾角、热异常情况、热储层位9个风险因子,每个因子划分为风险小、风险中等、风险大3级,并对其进行量化处理。最后对全市23个高隆起背斜两翼46个相对独立的山地型高隆起岩溶地热田共79个地热单元进行了地热资源勘探风险模糊数学综合评判。结果表明,有18个单元为风险小,42个单元为风险中等,19个单元为风险大。风险小的地热田一般热储汇水面积较大、补给径流循环条件好、热储顶板埋深1000-1800 m、热储厚度≥300 m、热储岩层倾角25-40°、深部裂隙较发育;风险大的地热田热储汇水面积较小、补给径流循环条件差、热储顶板埋深≥2500 m、热储厚度〈200 m、热储岩倾角〈20°176;或≥40°176;、深部裂隙不发育;风险中等地热田的地质特征则介于二者之间。评价结果较好地反映出了重庆市岩溶热储地热资源勘探风险状况。     

重庆市主城岩溶区地热资源可再生性评价

重庆主城岩溶区的地热资源主要分布在5大背斜的层状热储构造中,地热田主要分布在背斜两翼和背斜南（或北）倾没端。热储层为三叠系嘉陵江组灰岩,盏层为须家河和侏罗系地层,下部隔热层为三叠系飞仙关组泥灰岩地层。随着地热经济的发展和工程建设的加大,重庆市地热水资源可再生性受到影响。本文基于重庆市多年的地热资源勘查、监测资料,将主城岩溶区5个背斜的地热资源分为温泉出露和背斜翼部中深埋藏两类,并利用综合指数法对主城岩溶区地热资源的可再生性进行分区评价。结果显示,主城岩溶区地热资源属强可再生性的有5个,较强的有10个,中等和弱的分别为8和7个,其分布面积所占比例分别为12.95%、32.2%、32.15%和22.7%,可再生性总体呈较强-中等;其中温泉出露型的资源可再生性以较强和中等为主,分布面积分别占温泉出露区总面积的33.6%和33.95%;中深埋藏型以较强和强可再生性为主,其分布面积分别占中深埋藏区总面积的25.9%和30.8%。较强和强可再生性地热主要位于背斜北段,中等-弱可再生性地热则分布于背斜中段和南段。中深埋藏型地热资源的可再生性总体较温泉出露型的强。由此,建议加强背斜两翼中深埋藏区北段地热水资源的勘查开发力度,同时控制中-弱可再生性地热资源区,包括背斜两翼中深埋藏区中南段和部分温泉出露区的开采规模,以确保地热资源的可持续利用。     

北京市平原区北部孙河断裂的地热地质特征

依据北京孙河断裂区的重力、电阻率测深及可控源音频大地电磁测深(CSAMT)等勘查资料的推断解释,结合多眼地热井钻探揭露的地热地质成果,认为孙河断裂是一条宽3 km左右的断裂带。地热地质构造剖面揭示孙河断裂具有多期活动性,晚侏罗世以来至少发生过两期先逆后张性质的构造活动。剖析了孙河断裂对后沙峪地热田侏罗系火山岩构造裂隙热储地热地质条件的控制作用,进一步分析了孙河断裂带区域的地热地质条件,认为后沙峪地热田西南部是构造凸起型储热构造,北西向延伸的孙河断裂带区域是后沙峪地热田的地热资源富集区。     

武汉西部蔡甸地区中深层地热资源主控因素分析

武汉西部蔡甸地区拥有丰富的地热资源,其热源为地球内部传导热,主要热储层为古生界碳酸盐岩。鉴于武汉中心城区各类地球物理勘查手段受限,充分利用前期江汉油田的石油勘探和水文资料勘探成果,结合2021年4月成功钻探的索河1地热井资料,分析后认为蔡甸地区储热储水构造主要为背斜构造,导热导水通道则主要为断裂;蔡甸地区地热资源主控因素为断裂和古生界碳酸盐岩溶储层,且岩溶储层埋深适中,具备很好的地热资源开发前景;蔡甸地区有利地热资源勘查目标是与深大断裂相伴的各类背斜构造。     

甘肃省地热资源赋存特征及潜力评价

甘肃省地热资源丰富,其地热资源的开发利用具有较大的潜力。本文介绍了甘肃省地热资源分布概况,结合地区构造、地热水化学特征、地热资源量及开发利用现状探讨了甘肃隆起山地对流型与沉积盆地传导型地热资源的赋存特征,并对两种类型地热资源潜力进行了分析评价。结果表明,沉积盆地地热资源分布于河西、陇西及陇东盆地等,热储类型为裂隙型和孔隙型,热储层自元古宙至新生代均有发育,岩性以砂岩为主;隆起山地型地热资源主要分布于祁连山和西秦岭造山带,热储类型为断裂破碎带,岩性以花岗岩为主;通过潜力计算得知,全省热量开采系数≥0.4的仅占29.17%,表明目前甘肃地热资源开采程度较低,开采潜力较大。     

山东临沂地区古生代复合热储成矿模式研究

山东临沂地区地热资源丰富,前人对于临沂地区沂沭断裂带成热模式存在诸多争议。通过对研究区地热地质条件、地球物理特征和地热井数据进行综合研究,从地热产生的源、通、储、盖四要素进行分析,研究结果表明研究区地热成矿模式为古生代层状和带状复合热储地热成矿模式,断裂带为带状热储,断裂带周边稳定区域为层状热储。研究区热储为古生代砂岩,同时张性、张扭性断裂发育,导致热储为层状和带状的复合热储,较单一成因热储要复杂。对地热井数据归一化处理分析表明,盖层岩性及厚度对深部地热水温度存在较大影响,并且热储厚度对水温也存在影响,表现为表层有第四系覆盖的地热水温度,较无第四系覆盖的要高;盖层厚度越大,水温越高,热储厚度越大,水温也越高。这为进一步地热勘查与开采提供了理论指导。