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.     

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?HCO...     

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。     

菏泽凸起北部兰聊断裂分段特征及其对岩溶热储的控制

基于地震、钻测录井及其他生产测试资料,采用定性分析和定量研究相结合的方式对菏泽凸起北部兰聊断裂生长过程进行反演,并探讨其对岩溶热储的控制作用.研究表明,菏泽凸起北部兰聊断裂在演化过程中呈现三段式结构,具有早期分段-晚期连锁的特征.沙河街组沉积初期,断层分段特征初见雏形;到沙三段沉积期,各个断层分段明显,具有独立正断层位移分布特征;至沙二段—东营组沉积期,各个断层侧向生长最终连接为一条大断裂.断层分段特征的差异性对研究区岩溶热储的空间展布、热传递差异和产能具有重要的控制作用.断层演化过程中,中部2号断裂系总垂直位移相对于南部1号断裂系和北部3号断裂系更大,剖面上为顺向排列的滚动半地堑构造组合样式,菏泽凸起隆升更明显,局部基岩剥蚀严重.该部位岩溶热储具有埋藏浅、岩溶裂缝发育、盖层平均地温梯度高、产能较好的特点,是地热勘探开发的最有利区域.     

天津岩溶地热田热储特征研究

从天津大地构造特征和地层分布入手,综合分析了岩溶热储特征.认为天津地区主要大地构造格局从西北向东南依次为冀中拗陷、沧县隆起和黄骅拗陷,主要断裂有北东向的沧东断裂、天津断裂以及北西向的宁河-宝坻断裂.岩溶地热田主要分布在沧县隆起上,发育了王草庄、大城、潘庄、双窑和小韩庄凸起等地热田.研究认为蓟县系雾迷山组在天津全境普遍分布,岩性为深灰色粗晶白云岩、隧石条带状白云岩,裂缝岩溶发育,孔渗性较好,是主要热储层.寒武系、奥陶系热储在沧县隆起核部大面积缺失,在其他地区广泛分布,是主要热储层之一.沧县隆起的热流值较周围地区高,地热水的来源主要为北部蓟县山区,热水运移的最重要通道是大断裂以及不整合面.     

天津岩溶地热田热储特征研究

从天津大地构造特征和地层分布入手，综合分析了岩溶热储特征.认为天津地区主要大地构造格局从西北向东南依次为冀中拗陷、沧县隆起和黄骅拗陷，主要断裂有北东向的沧东断裂、天津断裂以及北西向的宁河-宝坻断裂.岩溶地热田主要分布在沧县隆起上，发育了王草庄、大城、潘庄、双窑和小韩庄凸起等地热田.研究认为蓟县系雾迷山组在天津全境普遍分布，岩性为深灰色粗晶白云岩、隧石条带状白云岩，裂缝岩溶发育，孔渗性较好，是主要热储层.寒武系、奥陶系热储在沧县隆起核部大面积缺失，在其他地区广泛分布，是主要热储层之一.沧县隆起的热流值较周围地区高，地热水的来源主要为北部蓟县山区，热水运移的最重要通道是大断裂以及不整合面.     

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.     

太原盆地岩溶热储地热资源评价

太原盆地断裂构造发育,地热资源丰富,是我国具有代表性的中低温地热田,故太原盆地地热资源的整体评价对其大规模的开发利用具有重要意义。以太原盆地构造演化分析、地震和电法等剖面解释、最新钻井测井解释成果为研究基础,以盆地二级构造单元为划分依据,采用"热储体积法"将太原盆地划分为8个地热田并作为评价单元。针对8个评价单元的寒武-奥陶系碳酸盐岩岩溶热储进行了精细评价。综合评价得出太原盆地碳酸盐岩岩溶热储具有热储盖层稳定、埋深浅、储集层段多、储量大等特点。表现为岩溶热储上覆盖层厚度400～2 000 m,储集层从老至新依次发育了奥陶系峰峰组、上马家沟组、下马家沟组、亮甲山组和寒武系凤山组、长山组6套主力含水层段。地温梯度一般为3～4℃/100 m之间,热储温度为30～80℃。在此基础上,根据地热田热储面积和厚度、热储温度、孔隙度、比热容和密度等参数,计算西温庄地热田地热资源量,得出太原盆地可采资源量13.84×10⁸ GJ,折合标煤4 721.9×10⁴ t,初步摸清了太原盆地的地热资源分布规律以及资源量。     

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。     

岩溶热储高矿化度地热流体成因机制研究——以巴东县盐场河地热田为例

岩溶热储中地热流体多为中低温低矿化度热水,而岩溶热储中出现高矿化度地热水多与岩溶含水层矿物溶解有关。然而,湖北省巴东县盐场河地热田中地热水TDS高达12 477.7 mg·L⁻¹,水温约34 ℃,含水层矿物溶解并不足以解释其成因。文章在野外调查和地热钻探的基础上,对4个地热钻孔、1个温泉及附近4个冷泉进行了水文地球化学采样和测试。研究结果表明：盐场河地热田地热水化学类型为Cl-Na型,单位涌水量最大可达1 767 m³·d⁻¹,出水口温度在30.2~34.5 ℃。对比钻孔测温和SiO₂温度计分析,热储温度为59.1 ℃,循环深度为1 923 m。Phreeqc水化学模拟揭示含水层中的水–岩相互作用（主要是含水层矿物溶解）为地热水化学组分提供了部分贡献,主要来源于径流过程中咸化潮坪泻湖相盐岩的溶解。水文地质条件和氢氧同位素指示地热水的大气降水来源,但季节性的冷水混入控制了水−岩相互作用的平衡。可见,巴东县盐场河岩溶热储高矿化度地热水主要是径流过程中盐岩的溶解提供了水化学组分,但是出露过程中受到季节性的冷水混合影响。     

鲁中隆起北缘地热区岩溶热储水化学特征及形成机理

通过研究鲁中隆起北缘岩溶热储地热水水化学特征,分析岩溶热储地热水的形成机理。以鲁中隆起北缘地热区内32个地热井为研究对象,采用Piper图解、Schoeller图解、离子组分比率特征、同位素特征、Na−K−Mg平衡图解、矿物饱和指数计算与评价等方法,研究地热水的补给来源、水岩作用过程、运移途径、循环演化特征和形成机理。结果表明：在岩溶地下水向地热田径流方向上,岩溶地下水的水化学类型与地热水的明显不同,岩溶水的TDS含量呈增加趋势,而${\rm{HCO}}_3^{-}$含量百分比呈现降低趋势;同一地热田区段的地热水水化学成分相似、水化学类型相同。研究区地下热水中微量组分F、Li、Sr、偏硅酸等含量表现出增加的趋势。通过使用玉髓地热温标计算的地热区岩溶热储温度为39~70 ℃,地热水的循环深度为856~1 877 m,结合测温曲线特征分析,确定研究区地热系统为对流−传导型。水文地球化学演化、离子组分比率、同位素等多种分析方法,揭示出岩溶热储地热水的补给来源为地热区南部泰山北麓山区晚更新世寒冷气候条件下古大气降水的入渗;大气降水入渗补给岩溶含水层后,经地下水深循环径流运移,在大地热流、地下水运移传导−对流加热作用下形成地热水。     

高阳地热田及邻区地热资源形成机制

临近雄安新区的高阳地热田处于渤海湾盆地冀中坳陷,区内发育以中元古界长城系、蓟县系及下伏的太古界为主的潜山地层,其中蓟县系雾迷山组为地热田主要热储层,地热资源丰富。以岩溶热储顶面埋深3600 m线作为高阳地热田的边界,地热田主体位于高阳低凸起、蠡县斜坡内,并涵盖保定凹陷、饶阳凹陷的少量地区。高阳地热田位于区域岩溶顶板温度较高地区,其中高阳低凸起中北部及其西侧边界、蠡县斜坡与饶阳凹陷交界处为温度最高区域,可达120 ℃左右,地热田南部、中东部属蠡县斜坡区域温度低于100 ℃。潜山热储温度等值线整体呈椭圆形态,长轴为NNE向。蓟县系雾迷山组地热水在博野地区水化学类型为Cl-Na型,溶解性总固体约5 000 mg.L-1,Cl-（约2 300 mg.L-1）含量明显高于雄县、容城等其它地区,SO42-含量（123~133 mg.L-1）高于同属冀中坳陷的雄县、容城、霸州地区,但低于天津地热田和良乡地热田,表明冀中坳陷与天津、良乡地区分属不同的地热系统。高阳地热田形成的概念模式为来自西部太行山地区的大气降水作为地下水的补给水源,太行山前断裂沟通了地表水与深部基岩地层,大气降水在基岩内经衡水断裂、安国断裂、百尺断裂、出岸断裂及不整合面向东侧渤海湾盆内运移,经断层与基岩发生热对流被加热,随着水动力条件减弱,在高阳低凸起、蠡县斜坡、深泽低凸起等区域聚集形成具有勘探开发价值的高阳地热田。     

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。     

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。     

天津东丽湖深部岩溶热储探测与储层参数研究及其开发利用潜力分析

【研究目的】天津市地热资源储量丰富、开发利用程度高,蓟县系雾迷山组三、四段白云岩热储是目前的主力开采层位,随着开发强度不断增大,部分地区开采潜力已达极限。探测深部地热资源、增加可开采资源量,成为保障天津地区地热可持续开发的有效途径之一。【研究方法】本次研究以东丽湖为重点研究区,开展深部热储地球物理探测,实施地热科学钻探CGSD-01井。【研究结果】主要结果包括：（1）CGSD-01井在3715m钻遇雾迷山组二段,上覆雾迷山组三段底部发育一套紫红色泥质白云岩夹浅灰色细晶白云岩,厚度约73m,裂隙不发育,具有隔水-弱透水性质;（2）CGSD-01井成井深度4051.68m,孔底温度105℃,单位涌水量1.53m³/h·m,渗透系数0.40m/d,导水系数48.69m²/d;（3）雾迷山组二段地热水类型为Cl·SO₄·HCO₃-Na型,矿化度1.7g/L,初步推断地热水来源于大气降水,主要发生混合、阳离子交替吸附、碳酸盐岩溶解、硫酸盐还原等作用,且未达到平衡;（4）蓟县系雾迷山组二段单井最大涌水量可达130m³/h,出水温度100℃,单井可满足约30万m2建筑物供暖需求。【结论】在天津地区深部热储第二空间首次探获高产能雾迷山组二段新储层,探明了热储结构和主要参数,显示出良好的资源前景。     

热储特征对砂岩热储采灌井距的影响

水热型地热资源的回灌式开采是公认的地热可持续开采方式,而采灌井距是地热项目中需要着重关注的问题,以避免开采井中的热突破现象。回灌水在热储中的运移取决于热储特征,也就是储层的透水能力,主要指热储的孔隙度、渗透率及砂泥岩组合关系等参数。基于济阳坳陷典型地热田的储层数据,采用Tough2为核心的Petrasim软件建立数值模型,系统研究了储层孔隙度、渗透率及单砂体厚度对热储中回灌水的运移以及温度场的影响。模拟结果显示：（1）储层孔隙度对回灌压力与采灌井距几乎没有影响;（2）储层渗透率对采灌率和采灌压力影响较大,控制着热储的回灌能力,但对采灌井距没有影响;（3）多次叠置的薄砂层热储中的泥岩隔层影响回灌水运移,在多层薄砂叠置的热储中回灌水水平运移距离远,温度影响范围更大,应扩大采灌井距。该研究对地热开发项目的可持续运行具有指导意义。