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。     

基于钻孔测温的地球化学温度计适宜性评价：以雄安新区为例

地球化学温度计是估算深部热储温度的常用方法,在没有钻孔或钻孔深度未达到地热储层时被广泛使用.但是过去地球化学温度计的计算结果主要用于与井口温度进行对比,而与钻孔实测温度之间的对比研究工作相对较少,这不利于温度计计算结果的可靠性评估.为此,本文选择勘探相对成熟的华北平原冀中坳陷雄安新区的12口地热井开展工作,通过现场水温测定、钻孔地温测量、地热水采集与测试的手段,在水岩相互作用程度判定和矿物化学热力学平衡模拟基础上,利用地球化学温度计估算地热水的热储温度,对比钻孔实测温度和温度计计算结果的误差,进而给出研究区不同热储的最适温度计方法.研究结果表明：(1)研究区内井口温度<70℃时,井口温度落在热储层顶底板钻孔实际温度的区间范围内.但井口温度超过100℃时,受降温、减压、相分离、CO₂脱气、SiO₂沉淀等因素影响,井口温度明显低于热储层顶板温度,更低于热储层底板温度,在地球化学温度计可靠性评估时需格外注意.(2)蓟县系岩溶热储地热水未达到水岩平衡,阳离子温度计不适用,新近系砂岩热储馆陶组地热水达到部分平衡,阳离子、SiO₂     

雄安新区容城凸起区地热可采资源量动态预测

雄安新区地热资源丰富,其中容城凸起区是雄安新区地热资源赋存条件最好的地区之一。通过分析容城凸起区地质构造背景、地热形成机理,建立了容城凸起区热储的地质模型和数学模型。基于COMSOL Multiphysics软件,对区域内主要热储层的地热资源开采进行了数值模拟,计算结果与监测数据拟合较好。在此基础上,通过在各开采区内合理布置开采和回灌井,评价容城东部地区采灌均衡条件下的地热资源量。本研究模拟了不同采灌量(100 m~3/h、150 m~3/h和200 m~3/h)对可采地热资源量的影响,结果表明:当开采量为100 m~3/h满足评价标准:①10年地下水位下降小于5 m;②单井地下水位不低于150 m;③开采井100年水温下降2℃时,年可开采热量8.53×10~(14)J/a,可供暖面积240.9万m~2。模型中开采井、回灌井分区布置,不仅可以避免热突破,且在对于渗透性良好的储层地热尾水可快速补给至开采区,能有效维持热储压力。本文初步摸清了雄安新区容城东部片区可开采地热资源量,为今后整个雄安新区地热资源合理开发利用提供了重要的依据。     

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。     

地热与热液型铀矿成因联系：研究现状及解决方法

地热能作为一种清洁可再生能源已被广泛应用于发电、供暖等领域，放射性产热是地球内热的主要来源。目前，关于放射性产热的研究主要集中于高放射性花岗岩在干热岩资源探测和潜力评价中的应用，而同样作为放射性产热源的热液型铀矿与地热研究不足，二者的成因联系尚缺乏深入研究。为加强对地热与热液型铀矿成因联系的研究，本文收集和整理了国内外大量文献和相关资料，分析了目前的研究进展及存在的问题，创新性地提出了解决二者成因联系的研究方法。可望丰富地热地质理论，为地热与热液型铀矿床的成因联系提供新方法和新参考，同时，为深部地热、干热岩和固体矿产综合找矿，即“热矿共采”提供一定的理论依据。     

河北省马头营干热岩的成因机制及其示范意义

马头营干热岩的发现说明渤海湾盆地具有较好的干热岩勘查开发潜力。通过对马头营所处区域壳幔结构、深大断裂与新构造活动、岩浆活动、热源与流体源、凹凸相间的构造格局等控热要素的综合分析,初步阐述了深部热物质的上涌过程及地球内外力地质作用对地球浅部地热场的塑造与热异常制约这一关键科学问题。在此基础上,总结了马头营干热岩的成因机制:①华北克拉通东部破坏,区域岩石圈的明显减薄,有利于热传导与深部热物质上涌,使马头营凸起处于高热流背景区;②切穿至岩石圈的深大走滑断裂带、地壳内低速高导体及各级壳内断层,构成了深部热物质上涌的流体通道网;③凹凸相间的构造格局下,在"热折射"效应、深大断裂带流体热对流、凹陷中心压实热流体向周边凸起流动等因素综合作用下,有利于热流向浅埋的马头营凸起区聚集。马头营干热岩的成因机制对类似地质条件的干热岩勘查具有很好的示范意义,渤海西岸黄骅坳陷、济阳坳陷内的一些凸起,在4 000～6 000m的范围内具有寻找干热岩的良好前景。     

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。     

雄安新区深部储热构造探测研究与地热井优选技术

为了给雄安新区下步高温、高产地热井的探测提供借鉴, 需要归纳总结雄安新区高阳地热田雁翎潜山高温、高产地热井的成热地质规律。本文系统分析了雁翎潜山地热田地热地质条件与地温场背景, 通过对莫霍面上隆、深大断裂、凹凸相间构造格局、深浅断裂系统的控热、导热作用的综合研究, 总结归纳了地球物理场、区域水动力场、水化学场与温度场的多场耦合指示等探测评价技术对地温场的指示作用。在此基础上, 确定了研究区高温、高产地热井的主要优选布设依据: ①雁翎潜山是距饶阳、霸县深凹陷较近的低凸起, 深凹陷的莫霍面相对上隆使其底部形成相对较高的温度, 热流自深凹陷底部向与凹陷相邻的低凸起汇聚, 有利于形成深部高温异常; (2)雁翎潜山距区域深大走滑断裂——马西断层较近, 马西断层河间段气藏为R/Ra>1的幔源氦异常区, 指示马西断层有可能导通深部幔源热; 潜山东侧的出岸断裂等断裂岩溶发育, 利于碳酸盐岩地下水的深循环对流加热后上涌; (3)雁翎潜山距太行山相对较远, 且未处于与太行山补给区水力联系较密切的安新—文安构造变换带, 受补给区冷水影响较小; 距区域深部岩溶地下水汇流区较近, 有利于热流的集聚。雁翎潜山井口水温123.4°C、109.2°C地热井的成功实施, 说明了深部碳酸盐岩地热井位优选探测技术的科学有效性, 对雄安新区乃至华北盆地深部高温、高产地热井位的优选具有很好的示范意义。