雄安新区容东片区地热资源赋存特征及潜力评价

雄安新区容东片区是新区规划建设的第一个安置区, 具有较好的地热资源赋存潜力。查明该地区地热地质条件, 准确评估其地热资源量, 可为雄安新区地热资源的开发利用、能源结构转型提供理论支撑。本文综合分析深部地质结构、断裂分布、地温场与水化学场等, 揭示了容东片区地热资源赋存特征和形成机理, 采用采灌均衡法综合评价了蓟县系碳酸盐岩热储地热资源量。主要结论: (1)本区的主要热储层包括新近系明化镇组孔隙型砂岩热储、蓟县系雾迷山组及高于庄组碳酸盐岩热储、长城系碳酸盐岩热储; 其中, 蓟县系热储为地热勘查开发主要目标层段, 其水温约为50 ℃, 储厚比为20%~40%, 储层最大孔隙度为11.3%。(2)西北部太行山地区大气降水是本区地热资源的补给水源, 地下水沿断裂经深循环被深部热源加热, 而后沿导水断裂带运移至凸起处强岩溶裂隙发育区, 形成水热型地热系统。(3)容东片区蓟县系碳酸盐岩热储在采灌均衡条件下热储地热流体可开采量为1.33×104 m3/a, 地热流体可开采热量为0.95×1015 J/a, 折合标准煤3.23万吨/年。以上研究助力构建雄安新区清洁低碳、安全高效的能源体系。     

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。     

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。     

河北容城凸起区热储层新层系——高于庄组热储特征研究

河北省平原区地热资源丰富,碳酸盐岩热储在区内沿构造单元规律沉积,其中中上元古界热储(蓟县—长城系)以容城凸起、牛驼镇凸起、献县凸起等地分布广泛,潜力巨大。容城凸起位于冀中台陷中部,北北东向分布,是雄安新区地热资源赋存条件最好的地区之一。以往的勘查和开发利用的层位主要是1 800 m以浅的蓟县系上部岩溶热储层,探测地热开发的第二空间是雄安新区清洁能源勘查的目的之一,本文以进入高于庄组热储的D16地热勘探孔为依托,通过抽水试验、岩心测试分析研究高于庄热储岩溶热储的热储特征、主要参数等。     

综合物探技术在深部碳酸盐岩热储探测中的应用研究——以雄安新区为例

雄安新区地热资源潜力大,碳酸盐岩是雄安新区深部地热资源的有利储层,综合地球物理勘查方法是查明深部构造与碳酸盐岩热储特征地层结构的有效途径。本文针对深部碳酸盐岩热储勘查目标,提出了“面—线—点”分层次渐进式地球物理探测模式,先利用高精度重力和航磁资料研究碳酸盐岩分布范围及地层厚度、深大断裂分布、基岩起伏等信息,然后利用大地电磁开展热储地层低阻异常特征分析,再利用二维地震剖面精细刻画热储地层,分析地热田异常区速度结构和区域构造特征。根据重力、航磁、大地电磁、地震等地球物理方法在地热资源勘查的不同阶段勘探的精度及可靠性,以及施工成本、施工效率等因素,开展了地球物理方法探测深部岩溶热储经济适用性分析,并建议在碳酸盐岩地热勘探采用“重力+磁法+大地电磁”的地球物理勘探技术组合方式。     

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。     

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。     

雄安牛驼镇地热田岩溶热储层地热深井井身结构优化设计

雄安新区牛驼镇地热田主要储层为岩溶热储型,地层破碎、裂隙发育,钻进时多失返性漏失。以往的开发主要集中于1800m以浅,岩溶热储段长为300-500m,裸眼段较短,钻进施工较简单。为了加强对深部地热资源的探测,满足雄安新区规划建设的需求,开展了深部地热资源调查工作,主要目的层为雾迷山组和高于庄组,其存在的难点主要有岩溶热储层裸眼段长、地层破碎、长段漏失、上部地层稳定性差等。本文根据深部热储勘探井施工过程中钻遇问题及难点分析,对岩溶热储层深井钻进关键技术进行总结,提出了优化建议,具有一定的参考意义。     

西安市地下水开发利用中的环境问题及对策

对西安市地下水开发利用中的环境问题进行了分析,指出地下漏斗、地面沉降、地裂缝以及地下水质污染是西安市存在的主要问题,地下水超采是引起以上问题最主要的因素,最后提出了回补地下水,充分利用非传统水资源,加强地下水开发利用规划等五项防治对策。     

雄安新区高阳低凸起区雾迷山组热储特征与高产能地热井参数研究

雄安新区范围内高阳低凸起地热资源条件优越,以往对高阳低凸起勘查开发利用较少。目前利用热储主要为浅部馆陶组砂岩,对于雄安新区规划建设迫切需要探测高阳低凸起深部热储,寻找高品质地热资源。本文以位于高阳地热田中北部的D35孔为依托,通过抽水试验、水样测试分析,研究雾迷山组热储岩溶热储的热储特征、主要参数等。主要结论为:①D35孔蓟县系雾迷山组裂隙岩溶热储,岩性主要为白云岩、泥质白云岩。裂隙(水层)总厚度43m,占地层总厚度的19.68%(裂隙率),孔隙度平均值为3.93%,渗透率平均值为3.16×10~(-3)μm~2;②D35孔在3600～3850 m深度共发育10个岩溶裂隙带,岩溶裂隙总厚度250 m,D35孔孔口水温106.6℃,孔底最高温度116℃;③D35孔抽水试验曲线具有水-汽二相混合特征,完井抽水流量170 m~3/h,单井供暖潜力达38.5万m~2,为目前发现的雄安新区范围内产能最大地热井。     

山东孤岛潜山凸起区裂隙岩溶热储资源综合评价与发电潜力研究

山东孤岛潜山凸起区是以古生界为基底的披覆背斜,发育巨厚的寒武纪—奥陶纪碳酸盐岩,具备形成大型裂隙岩溶热储的条件。为研究该区热储的开发利用前景及发电潜力,在深入分析该区地质背景的基础上,以Gg2孔为例,查明寒武系—奥陶系以碳酸盐岩为主,其中奥陶纪八陡组、五阳山组、北庵庄组,寒武纪—奥陶纪三山子组及寒武纪张夏组以灰岩和白云岩为主,可形成良好的裂隙岩溶热储,累计厚度约480 m。以热储中点处温度为平均温度,以中、低温双循环地热发电为利用方向,下限温度按70 ℃估算,该区裂隙岩溶热储可供发电的热量为804×10¹⁶ J,当服务年限设为30 a、热效率系数设为7%时,估算的发电潜力为595 MW,为大型地热田。     

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。     

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。     

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。     

华北平原典型地段地面沉降演化特征与机理研究

华北平原是世界上最大的地下水系统之一,地面沉降问题突出。由于沉积环境变化多样、地质条件差异性显著和人类开采活动强烈,使得该地区地面沉降成因机理复杂。本文采用卫星对地观测技术与传统手段相结合,监测地面沉降灾变过程,分析华北平原地面沉降发展历史和现状。结合应力-应变图解法及土工实验研究地面沉降差异性特征及滞后变形成因机理。取得了以下关键认识:(1)华北平原地面沉降空间分布差异性明显,沉降主要分布在平原区第四纪沉积凹陷,呈现东西分带、南北分段特点。地面沉降空间发展部分受到北东向和北西向构造控制。在沧县隆起区,地面沉降也比较发育,主要原因是沧县隆起在第四纪时期构造运动相对不活跃,沉积了较厚的第四系;存在与构造走向一致的3期古河道,该地区赋存丰富的地下水资源并被大量开采。(2)地面沉降发生发展与地下水开采历史密切相关,沉降主要压缩贡献层随地下水开采层位变化而变化。北京平原100 m以深地层对地面沉降贡献呈增加趋势。天津平原目前地面沉降的主要贡献层来自300 m以下地层。(3)气候干旱导致地下水补给量减少,同时增加了地下水的开采,因而是引起地面沉降的重要间接驱动因素。高层建筑荷载、基坑降排水、地热开采对地面沉降的影响应引起足够重视。(4)地面沉降具有很强的滞后性,最大滞后时间可达25年。除了渗透固结成因以外,土体蠕变是另外一个重要原因。更新世地层在不同荷载下,蠕变特征明显。沧县隆起晚更新世地层次固结可达到总变形28.3%。(5)土的物理性质、地下水位变化模式对土层变形特征具有重要影响。不同埋深地层在地下水位变化条件下的变形特征存在较大的差异(弹性、黏弹性、黏弹塑性)。浅部含水组呈现以弹性为主的变形特征。     

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。     

基于"区域分解"思想的苏锡常地区地面沉降相关预测模型研究

本文在系统分析苏锡常地区地下水开采与地面沉降发展动态及相互关系的基础上,从“区域分解”的思想出发,将研究区按第四纪土层结构进行了合理分区,并分别在各亚区建立地面沉降量与地下水水位相关预测模型。实践表明,该模型符合现阶段苏锡常地区地面沉降研究现状,具有一定的实用价值。     

深层地热能开发及其对地热水流场的影响

为了研究深层地热能开发对热储层流场造成的影响,选取兰考县深层地热能开发为研究对象,分析研究区新生代以来的地质结构和区域构造特征,调查地区地热开采情况及存在的问题。根据地热能类型分析了第四系Q、新近系明化镇组N₂、新近系馆陶组N₁等3个热储层特征,利用可控源音频大地电磁测深查明区内的断裂分布、热储层发育、隔水边界等条件,通过现场试验与测试手段查明不同部位热储层的参数指标,分区计算各层的地热资源量。根据开采方式、边界条件、水文地质参数建立数学模型,通过数值模拟预测出2023年Q热储层流场将恢复到原始流场模式,N₂热储层流场漏斗效应持续减弱,N₁热储层流场漏斗效应明显且分布不规则,为控制地热资源开发对环境造成的影响,提出封闭循环利用地热、同层加压回灌的开采方式及合理布局开采井、综合利用多层地热等措施,为本地及周边地区地热资源开发及环境保护提供参考。      

京津冀地区国土资源环境地质条件分析

统计分析了京津冀地区土地资源、地下水、湿地、矿产、地热和地质景观等资源条件分布,结果显示,平原区土壤质量总体良好,良好及以上等级土壤分布面积约占平原区面积的80.89%,适宜种植绿色农产品的面积为96363 km~2,富硒耕(园)地面积为1894 km~2;地下水可开采资源总量为188亿m~3/a,但呈现空间分布不均的特征;衡水湖等五大湿地分布面积约为614 km~2,近30年来减少了35.57%;金属矿产和非金属矿产资源丰富,例如铁矿资源储量98.4亿t,铜矿资源量111.50万t,石油地质储量249635.02万t;地热资源丰富,开发利用地热资源可替代3.43亿t标准煤;地质遗迹资源丰富,约有300余处可纳入环首都国家公园规划建设。同时,分析了活动断裂与地震、地面沉降、地裂缝、崩滑流和地面塌陷、地下水污染和湿地退化等主要环境地质问题现状;在此基础上,针对城镇发展和重要基础设施建设、湿地保护与修复、地下水资源开发利用、优质耕地资源保护和地质遗迹资开发利用等方面提出了地学建议,为区域规划建设提供地质安全保障和资源保障。     

河间潜山地热资源开发方案数值模拟

古潜山地热资源具备岩溶孔隙发育程度高、热储面积厚度大、地热水储量大的优点。冀中坳陷内古潜山分布密集且地热资源丰富, 河间潜山位于冀中坳陷饶阳凹陷中东部, 具有良好的地热地质条件, 开发潜力巨大。本文基于河间潜山及其周缘地区测井资料、岩石热物性并进行了计算, 发现其地温梯度为29.8 ℃/km到44.5 ℃/km之间, 平均值为40.7 ℃/km。大地热流值介于64.8~80.6 mW/m2之间, 平均值为 73.4 mW/m2。通过水热耦合模拟方法模拟选定的地热资源有利区的温度变化, 结果发现河间潜山合理的开采井距为800 m, 合理开采量为60 L/s, 回灌温度为35 ℃, 总可开采量为6.32×1016 J, 单年可开采量为 6.32×1014 J, 可供暖面积为1.22×106 m2, 对于冀中坳陷潜山地热资源的开发利用具有一定的指导意义。