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.     

盆地潜凸起岩溶热储地热田成因机理：以菏泽潜凸起为例

盆地潜凸起岩溶热储地热田是我国主要供暖用热储之一,具有分布面积广、水温高、水量大等特点,是北方清洁供暖的重要可再生热源。本文以菏泽潜凸起岩溶热储地热田为例,通过地质构造、岩溶发育特征、同位素和水文地球化学特征、地温场空间分布规律、地热水动力场的系统分析,揭示地热田岩溶地热水补给源、运移途径和富集机理：地热水来源于东北部梁山、东部嘉祥一带基岩山区大气降水入渗补给,主要循环富集于层间岩溶与断裂破碎带复合处。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。在热储富集和聚热成因机理研究基础上,构建了基于水源、热源及深部岩溶发育特征的地热田成因机理模型,揭示了地热能富集规律。     

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.     

东濮凹陷西斜坡带优质砂岩热储特征研究

东濮凹陷西斜坡带新近系明化镇组砂岩热储地热井, 存在出砂严重和回灌困难的问题. 为了弄清东濮凹陷西斜坡带优质砂岩热储层地热地质特征, 综合考虑构造、储层和地温情况, 开展区域构造、地温场分布规律及热储精细解剖研究, 优化探井设计. 研究表明, 东濮凹陷西斜坡带新近系构造稳定, 馆陶组底板埋深2 000~2 200 m, 优质砂体发育在馆陶组下部1 800~2 200 m, 温度65℃以上, 热储物性较好, 具备地热资源开发潜力. 东濮凹陷西斜坡带长垣地区优化部署的馆陶组砂岩热储地热井试水结果与预测一致, 进一步证实了东濮凹陷西部斜坡带的地热勘探开发潜力.     

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。     

歧口凹陷区新近系馆陶组热储特征及成因机制

渤海湾盆地黄骅坳陷歧口凹陷内赋存极为丰富的地热资源,其中新近系馆陶组热储最具开采价值,开展馆陶组热储地温场、孔渗条件、地热水循环规律和成因模式研究对认识馆陶组地热资源属性,合理开发地热资源具有重要意义。通过分析该区钻探、物探、测温、开发数据等资料,确定歧口凹陷内馆陶组热储为沉积盆地传导型地热系统,深部地幔热流和地壳内放射性生热以热传导方式传热,地热异常分布受基岩起伏的控制,在沧东断裂、滨海断裂附近出现高温地热异常,地温梯度可达5.0℃/hm以上。馆陶组热储的孔渗条件南北两侧较高、中部较低,热储孔隙率整体在26%以上,渗透率在390×10^-3μm²以上,单井涌水量平均60 m³/h,是优质热储。地热水主要来源于古大气降水,由北部燕山补给,沿地层深循环,吸取岩石热量后形成地热水。歧口凹陷区馆陶组热储地热资源量为41.81×10¹⁸ J,尤以天津滨海新区和河北黄骅市分布最广,占总资源量的95%,资源与需求匹配度高,具有良好的开发利用前景。     

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。     

贵阳地区中二叠统热储含水层地热水资源浅析

贵阳市乌当区奶牛场地热井勘查目的层为中二叠统栖霞组-茅口组,对地热水水化学成分进行了水-岩平衡状态判断,并根据判定结果选择玉髓地热温标计算出热储温度约为85.2℃左右。并利用钻井测井井温资料,得出该钻井地温梯度变化在9.2-39.8℃/km,平均为19.85℃/km,最后估算出区内地热水循环深度约为3550 m。为今后贵阳地区以中二叠统栖霞组、茅口组热储含水层为目的层的地热找水活动提供了科学依据。     

德州市城区地热水动态与开采量关系

德州市城区多年来因地热水大量开采,地热水位持续下降,并形成了以德州市城区为中心的地热水降落漏斗。根据区内馆陶组热储多年地热水动态与开采量进行分析研究,查明了区内地热水动态与开采量的相互关系,进一步揭示了人为活动的影响,建立了区内地热水动态与开采量相关方程,并通过方程曲线态势分析,提出了区内地热集中开采区馆陶组热储地热水预警开采量,为区内地热资源的可持续开发利用提供了科学依据。     

基于Modflow软件的德州市城区馆陶组热储数值模拟研究

德州市位于山东省西北部,区内地热资源丰富,城区已有地热井75眼,地热资源大量开发,对地热资源的管理提出了新的要求,本文以德州市城区为研究区,充分收集资料,采用Modflow软件建立德州市城区馆陶组热储模型,对馆陶组热储的埋藏分布规律及城区地热田的地热水储量进行计算评价,将馆陶组热储概化为平面上无限延伸且顶、底板为隔水层的均质含水层。采用非稳定流抽水试验求取的水文地质参数对模型进行识别,利用两眼长期监测孔的水位动态观测数据及历年来地热资源的开采情况对模型进行校正。校正过程中发现与热储砂岩互层分布的泥岩压密释水是热储地热水的主要来源之一。以地热水水位降幅2 m/a为限制条件,德城区馆陶组热储地热水的允许开采量为532万m~3/a。     

孤岛油田馆陶组热储地热资源开发利用分析

孤岛油田蕴藏丰富的中、低温地热资源,对其进行合理的开发利用,对推进该区新、旧热能转换,促进地方经济发展具有重要意义。在总结以往勘探成果的基础上,查明了孤岛油田为大地热流高值异常区,平均值为72.62 mW/m²。重点研究馆陶组热储地热地质条件,查明了馆陶组下段热储厚度为106~145 m,平均孔隙度约为30%,热储温度为75.5~82 ℃,单位降深涌水量为3.71~10.55 m³/(h·m),是地热资源开发的有利目标热储。采用热储法估算区内馆陶组下段热储中蕴藏的地热资源量为3.745×10¹⁸ J,折合标准煤量1.28亿t,地热水储存量约为60.87×10⁸ m³; 采用开采强度法估算的该区地热水允许开采量约为253万m³/a,可支持供暖面积约100万m²。     

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。      

辽宁盘锦新近系馆陶组地下热水分布特征及成因分析

辽宁盘锦新近系馆陶组地下热水埋藏较深,开发历史较早,但利用率较低。研究认为,该区地温场变化主要受地幔隆起相对程度控制;东西两侧幔隆带部位,地壳的厚度相对较薄,结晶岩基底埋藏浅,深部热能传导到储热层消耗能量少,地温及地温梯度值相对较高;中部幔凹带地温以中凸起最高,凹陷区相对较低。在地幔隆起的控制下,区内馆陶组地下水水温受储热层埋藏深度的影响,储热层的埋藏深度大,降低了热能向地表的散失速度,所以水温相对较高;反之,水温相对较低。地下水水温变化规律为：西部的谷坡区,受地下水径流影响,水温一般25℃～28℃,而凹陷区则为30℃～35℃;到中部隆起区水温升高到35℃～50℃;东部凹陷区为31℃～38℃,谷坡为29℃。深部上地幔幔源热源（岩浆热）构成本区生热层,经构造导热作用传输到储热层。最后指出,中央凸起区是该区馆陶组地下热水勘查开发的有利地区,重点开发应在温热水（I区）。     

黄骅坳陷北部马头营凸起馆陶组砂体成因及展布特征

综合运用钻井岩心、测井、三维高分辨率地震等资料,对渤海湾盆地黄骅坳陷北部马头营凸起馆陶组砂体成因及展布特征进行了系统的研究。结果表明:馆陶组沉积前期发育2条规模大、延伸较远,呈近NS、NNW—SSE展布的沟槽,指示物源主要来源于北部燕山褶皱带。馆陶组为冲积扇-辫状河-曲流河沉积序列;馆三下段为冲积扇扇中辫状河道和河道间漫流相,发育扇中辫状河道成因砂体;馆三上段为辫状河道和泛滥平原相,发育河床滞留沉积和心滩成因砂体;馆二段和馆一段为曲流河沉积,河床滞留沉积、边滩、决口扇和天然堤是主要的砂体成因类型。馆陶组可划分为3个长期旋回,7个中期旋回,16~19个短期旋回;以短期旋回为单元,建立了馆二段等时地层对比的高分辨层序地层格架;层序格架控制着砂体的分布模式,馆二段短期旋回的下部砂岩发育,是主要的储集层。层控测井约束反演提高了馆二段薄互层河道砂体预测的精度,馆二段各砂层组反演预测平面砂地比反映河道砂体呈NE—SW向的展布特征。     

济南北部地热资源区划研究

济南北部地热资源较丰富,且多以可直接利用的中低温地热资源为主,开发潜力巨大。济南北部地热资源按地温梯度、地质构造条件及热储类型的不同,可规划为优先开发地热区、较优先开发区、次优先开发地热区、一般开发地热区4个大区。从经济型地热资源考虑,区内地热资源的综合勘查与优先开发的目的层是馆陶组热储和古生代寒武—奥陶纪碳酸盐岩热储。按先易后难、深浅结合的原则,齐—广断裂以北应以勘查开发新近纪馆陶组热水为主;齐—广断裂以南地区,可勘查开发寒武—奥陶纪灰岩热储。     

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。     

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。