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.      

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。     

地热规模化开发断层滑动概率评估——以雄安新区深部岩溶热储为例

雄安新区地热资源丰富，具有广阔的规模化开发利用前景，对于实现"绿色雄安"具有重要意义。许多学者的研究集中在地质结构探测、地热资源量评价、地壳稳定性等方面，关于深部岩溶热储规模化开发可能引起的断层滑动研究薄弱。本文在地热地质综合调查的基础上，基于地质力学理论，采用蒙特卡罗随机模拟方法，评价雄安新区主要断层特征（走向、倾角、滑动摩擦系数等）、地应力分布（孔隙压力、最大/最小/垂直主应力大小及方向等），量化雄安新区天然断层在规模化开发利用情况下的激活可能性，结果显示已探明断层在天然、规模化回灌和水力压裂条件下的最大滑动趋势分别为0.26、0.27和0.40，地热开发不会引起断层激活。本研究树立了地热规模化开发的信心，可为雄安新区地热资源安全利用提供支撑。     

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。     

雄安新区地热水化学特征及其指示意义

地热流体水文地球化学研究是认识地热资源形成机制、赋存环境以及循环机理的有效手段.以我国华北平原典型的中低温地热系统——河北雄安新区为研究对象, 基于不同热储层和浅层地下冷水的水化学及同位素特征, 探讨地热流体中主要组分的地球化学起源, 评估深部地热流体的热储温度, 指示地热系统的深部热源及其成因机制.大气降水入渗、热储高温条件下的流体-岩石相互作用是雄安新区地热流体中主要组分的物质来源, 其中深层雾迷山组地热水中部分组分可能源于古沉积水蒸发浓缩过程中形成的蒸发岩盐的溶滤.雾迷山组地热水适宜利用Ca-Mg温标和石英温标计算其热储温度, 温度范围为76.4~90.6℃, 馆陶组地热水运用石英温标更为合理, 热储温度为66.2~71.3℃.雄安新区地热异常是深部放射性元素衰变热在特定的大地构造背景下聚集而形成.      

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。     

雄安新区深部地热资源形成条件与有利区预测

热源、通道、储层、盖层、流体等是中低温对流型地热资源聚集的要素。本文从雄安新区深部地热资源的形成条件出发,分析了热源、储盖、通道的特征。在此基础上结合地温场的分布特点,确定了影响研究区地热资源的重要因素并进行了有利区的预测。结果表明,雄安新区新生界盖层与元古宇碳酸盐岩构成的储盖组合,凹凸相间的构造格局,流体活动等因素共同影响了深部地热资源的赋存。研究区地热资源易富集在断裂控制的凸起构造或者构造低凸起的元古宇热储中。大地热流高值区、具有高渗透储层和区域连续性盖层的凸起构造是地热开发的有利区。     

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。     

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...     

碳储深孔超声成像测井系统设计与应用

京津冀地区和雄安新区地热资源分布广泛,以深部碳酸盐岩热储层为主要特征。为了实现热储稳产、增产,采用超声波成像测井技术对储层裂缝参数进行检测、评价,分析地下岩体构造裂缝的分布规律,是非常有效的手段。本文针对深部碳酸盐岩热储层高温、高压的应用环境,研发了超声成像测井系统,满足了井深在4 000 m以深、井径150～500 mm、温度达到110℃以上、连续工作时间12 h以上、每米井段像点数大于5万点的使用要求。整装设备在雄安新区D22井进行了测井试验,结果表明：所研制的超声成像测井系统成像效果清晰、裂缝识别度高,各项性能指标均达到国外同类先进设备水平,能够为深部碳酸盐岩热储层的裂缝、破碎带识别以及产状分析提供一种高效的技术手段。     

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。     

雄安新区航磁推断的三维基底构造特征

雄安新区地处平原厚覆盖区,前新生界岩性基底结构与构造是城市规划与开发的重要依据。本文依据1988年在雄安新区及周边开展航空磁测及伽马能谱测量成果,重新整理了岩矿石物性、磁场及推断岩性构造图等资料,分析了基底构造及油气分布区特征,给出了三维岩性构造图。分析认为该地区的区域地壳深部结构相对稳定。     

雄安新区雾迷山组岩溶热储成储机制及发育模式

雄安新区雾迷山组地热资源丰富,研究其岩溶热储特征及其形成机理对于雄安新区清洁地热资源的开发利用具有重要的理论意义和实用价值。前人已经对该区雾迷山组油气储集层的分布、古岩溶、成岩作用、储集空间等特征做过一定的研究,但对于该区雾迷山组地热资源的成储机制、特别是3期岩溶等成岩特征尚缺乏系统性的研究。充分利用野外露头、岩心、薄片和测录井等地质及地球物理资料,并结合区域地质背景的分析,对雄安新区雾迷山组的岩石学特征、成岩作用、岩溶热储的成储机制进行了深入研究,并建立了雄安新区雾迷山组岩溶热储的发育模式。结果表明：(1)雄安新区雾迷山组主要岩性为白云岩,主要的储集空间为次生孔隙和构造缝—构造溶蚀缝,热储孔渗变化较大;(2)雄安新区最主要的建设性成岩作用是3种溶蚀作用,包括同生—准同生溶蚀、表生溶蚀和埋藏溶蚀,主要破坏性成岩作用是压实作用和胶结作用;(3)根据构造演化、岩心及测井资料,将表生溶蚀作用划分为3期,分别是芹峪期、印支期和燕山—喜山期。芹峪期雾迷山组局部出露遭受淋滤,形成的溶孔经后期改造后不易识别;印支期大部分区域抬升并遭受淋滤,形成高孔渗储集层,后期遭受了进一步改造;燕山—喜山期是雄安新...     

雄安新区自然资源与环境-生态地质条件分析

提要:自然资源、环境本底及生态地质条件调查是城市地质调查的基础,可为城市国土空间规划、建设及精细化管理提供有效的基础地质支撑.随着雄安新区城市进程的加快,使得其自然资源与生态环境发生了翻天覆地的变化.本文基于雄安新区综合地质调查成果,明确了雄安新区自然资源与生态环境本底条件,分析了建设周期内自然资源变化趋势,探讨了未来...     

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^-3μm²;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 m³/h,单井供暖潜力达38.5万m²,为目前发现的雄安新区范围内产能最大地热井。     

雄安新区地层及主要热储空间结构特征与地热水资源潜力

雄安新区中深层白云岩热储地热资源丰富,为了提高对该区主要热储白云岩热储特征及地热水资源潜力的认识程度,指导新区中深层白云岩热储地热水资源的规模化开发,基于钻井、地震、地质等资料,研究了该区白云岩热储的地层空间分布、构造特征、储集空间特征和主建设区白云岩热储地热水资源潜力。研究表明：雄安新区主要热储雾迷山组、高于庄组除在断裂面部分地区外基本全区分布;雾迷山组埋深在容城凸起、牛驼镇凸起相对较浅,在高阳低凸起相对较深;高于庄组有类似的分布特征,总体埋深更深,温度更高;其它地层除第四系、新近系明化镇组外分布都比较局限;区内发育众多以NNE向为主的正断层,与少数其它方向断裂交会,将深部地热通过流体传输到浅部,并造就断裂两侧大量的裂缝和控制岩溶发育方向及规模,形成众多溶蚀孔洞;同时构造演化中雾迷山组古地貌中高地貌部分,在喜山期大多剥蚀与新生界形成不整合面,共同构成本区重要的输导通道和储集空间,岩溶孔洞和裂缝结合型复合空间是本区雾迷山组主要热储空间,单独的裂缝、孔洞是次要热储空间,大型溶洞一旦发育往往是主力产水层;新区主建设区顶面在5 000 m(底部埋深可达6 000 m)及以浅的白云岩岩溶裂缝热...     

雄安新区地热地质模型探究：来自地球物理的证据

雄安新区内地热资源丰富，区内有牛驼镇地热田、容城地热田和高阳地热田，地热资源开发利用较早，但是对其深部热源机制仍未形成统一观点。为了研究雄安新区内地热田深部热源机制，在新区及外围进行了深反射地震和长周期大地电磁探测，对取得的同剖面的深反射地震和大地电磁数据进行处理和综合解释，探明了研究区从地表至莫霍面范围内地质构造和电性结构。下地壳结构在深反射地震剖面与大地电磁剖面上有很好的对应关系。电阻率低值区对应着在深反射地震剖面上存在一系列反射同相轴，且同相轴可以延续到莫霍面，电阻率高值区对应着在深反射地震剖面上无明显连续反射同相轴，尤其是在莫霍面之上呈现地震反射近似"空白区"。结合区域地热资料构建了研究区深部地热地质模型，对新区内深部地热机制进行了解释。该模型为"二元"生热模型，其热源包含两个部分，深部地幔热源和地壳放射性元素衰变生热。放射性元素衰变生热占地表热流的接近30%，而幔源热流在地表热流中的占比可达约70%。在牛驼镇下方，莫霍面以上，由于地幔热物质上涌造成下地壳上隆，幔源岩浆底侵作用于下地壳形成了局部热异常，该热异常具有低速高导的地球物理特征，认为是牛驼镇地热田和容城地热田的深部热源；以区域断裂为热通道，大地热流由深部向上传导、扩散到牛驼镇凸起和容城凸起顶部，对碳酸盐岩储水层进行加热，形成地热储层；上覆新近系沉积地层是良好的热盖层。     

雄安新区地热资源综合利用研究

雄安新区赋存有丰富的浅层地热能、中深层地热能及干热岩等地热资源,通过分析研究区地温场及各热储在区内赋存、分布特征认为本区地热资源属沉积盆地传导型成因,在研究目前地热资源开发利用现状及存在的问题基础上,提出了本区地热资源勘查、综合利用规划及科学管理的建议。     

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。     

雄安新区附近主要隐伏断裂第四纪活动性研究

雄安新区建设是调整优化京津冀城市布局和空间结构的重大举措,雄安及邻区内主要隐伏断裂活动性研究对保障新区的规划、建设具有重大意义。通过可控源音频大地电磁测深、浅层地震、高密度电阻率法综合地球物理探测,结合钻孔地层剖面记录,基本查清雄安新区外围保定—石家庄断裂及徐水—大城断裂的几何分布特征与第四纪活动性。结果表明:1)保定—石家庄断裂为走向NE–SW,倾向SE,倾角45°～75°的正断层; 2)徐水—大城断裂为走向WNW–ESE,倾向S,倾角约70°的正断层; 3)保定—石家庄断裂第四纪以来不活动,徐水—大城断裂晚更新世以来不活动,雄安新区整体处于构造稳定区。