雄安新区地热资源潜力评价

分析地热资源的形成、准确评估地热资源量是实现雄安新区地热资源可持续开发利用、推进碳中和的重要途径之一.本文通过研究雄安新区26口地热勘探井及水质分析、试采试验等数据,对地热田内馆陶组、寒武系、蓟县系雾迷山组、高于庄组热储的空间分布范围及热储特征进行了分析,采用可采系数法和采灌均衡法评价了雄安新区地热资源量.结果表明,采灌均衡法计算的可采资源量和热量远大于开采系数法.采灌均衡法更贴近实际开发条件,且可靠性经过了比拟法验证.采灌均衡条件下全区地热流体可开采资源量为401.77×10⁶ m³/a,地热流体可开采热量为1 013.2×10¹⁴ J/a,折合标准煤346.99×10⁴ t/a.以上研究可优化新区地热资源区划,推动“碳达峰、碳中和”目标实现.     

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。     

采灌均衡条件下地热资源潜力评价方法探讨——以雄安新区碳酸盐岩热储为例

回灌是保障地热资源可持续开发利用的关键手段,而采灌均衡条件下地热资源潜力评价方法研究对地热资源的可持续开发利用具有重要意义。本文通过引入热突破和考虑回灌条件下单井开采权益保护半径的概念,提出了回灌条件下地热资源可开采量的评价方法,并以雄安新区雾迷山组碳酸盐岩热储层为例,分别计算了未考虑回灌条件和考虑回灌条件下的地热流体可开采量、可开采热量及折合标煤量。结果显示采用开采系数法计算的未考虑回灌条件下的可开采量要远小于考虑回灌条件下的可开采量;考虑回灌条件下三种方法的结果对比为：热突破法＞考虑回灌条件下单井开采权益保护半径(消耗15%)＞考虑回灌条件下单井开采权益保护半径(热储温度下降2℃),考虑地热资源的可持续性以及对热储环境严格保护要求,按照考虑回灌条件下单井开采权益保护半径方法计算的雄安新区雾迷山组热储地热开采量更为适宜。目前全国各地陆续出台相关政策要求实施地热回灌,该方法的提出为科学评价各地回灌条件下的地热可开采量提供了技术支撑。     

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5000 m（底部埋深可达6000 m）及以浅的白云岩岩溶裂缝热储地热水资源,按100年采用总热水储量的50%及500 m井距“三采两灌”原则单井产量110 m³/h计,最适宜生产井布井数目233口,主建设区现阶段可满足每年4787×10⁴ m²的供暖面积,占实际需求的30.1%。结论认为：雾迷山组埋深较浅,在当前经济技术条件下目前是主力热储,高于庄组埋深较深是最重要的备用热储,今后20年内会被大规模开发利用,但即便现在同时开发它们也不能满足雄安新区主建设区的清洁能源需求,需要发展“多能互补”系统,域外的过剩地热资源能否向域内目标区集输受经济成本和环境成本风险制约。

     

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 m³/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。     

雄安新区深部岩溶热储探测与高产能地热井参数研究

河北雄安新区地热资源条件优越,以往的勘查开发层位主要在1 800 m以浅,探测深部岩溶热储,寻找高品质地热资源是支撑服务新区规划建设的迫切需要。本文以位于容城—牛驼镇地热田中南部的D18孔为依托,阐明了3 500 m深度的岩溶热储探测方法、重要发现和主要参数。主要结论为:(1)容城—牛驼镇地热田中南部地质构造复杂,是地热资源勘查开发的有利目标区,深部岩溶热储由蓟县系雾迷山组含燧石条带、巨厚叠层石白云岩组成;(2)D18孔在2 120~3 500 m深度共发育115个岩溶裂隙带,岩溶裂隙总厚度353 m,孔隙率3.44%~39.8%,其中2 120~2 300 m为主要出水层,平均孔隙率12.9%;(3)D18孔孔口水温93.1℃,孔内实测最高温度95.05℃,温度峰值出现在高孔隙率发育的2 120~2 300 m孔段,推测由深部热对流机制造成;(4)D18孔抽水试验曲线具有水-汽二相混合特征,完井抽水流量140 m3/h,单井供暖潜力达20万m2,为目前发现的雄安新区范围内产能最大地热井。     

雄安新区地温场特征及其控制因素

雄安新区地热资源丰富,本文通过对地热井资料的收集分析,并对单井地温梯度值进行计算,结合区域资料,编制本区盖层地温梯度等值线图,并分析了地温梯度值纵横向变化规律及影响因素。本区地温梯度值基本上都在3.0℃/100m以上,局部达到6.0℃/100m;平面上,地温梯度值总体特征是北高南低、中间高两侧低的特点;纵向上,盖层地温梯度值高,热储层内部地温梯度值低;其地温场的变化主要受地质构造、地层岩性、盖层、水文地质条件等因素控制,其中由于地质构造的影响,加上岩石热导率之间的差异,造成来自地幔的热量向上传递过程中重新分配,向背斜核部集中,导致盖层局部地温梯度值高。     

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。     

雄安新区地上地下工程建设适宜性一体化评价

为支撑雄安新区总体规划编制,2017年6月至8月,中国地质调查局在雄安新区组织实施了大规模工程地质勘察工作。以典型示范区为例,探索了地上地下工程建设适宜性一体化评价方法,并利用该方法对雄安新区全区进行了评价。结果显示:雄安新区建设场地稳定性较好,稳定场地和基本稳定场地占89.5%;雄安新区工程建设适宜性好,全区均适宜或较适宜工程建设,平均深度15~20 m、35~45 m、55~70 m的3段地层土体承载力普遍较高,可优先作为多层、高层、超高层建筑物复合地基或桩基的桩端持力层;雄安新区起步区地下空间开发利用条件优越,建议将70 m以浅地下空间分3层进行规模化开发利用,充分开发利用30 m以浅的浅层地下空间,适度开发利用30~50 m次深层地下空间,超前规划利用50~70 m深层地下空间;建议加强地下空间开发与浅层地热能开发利用的统筹协调。局部存在地面沉降、地裂缝、砂土液化、软弱土等不良工程地质问题,在控制性详细规划和岩土工程勘察中应加以重视。     

雄安新区D03地热勘探井钻探施工实践

D03地热勘探井部署在雄安新区雄县牛驼镇凸起的轴部,设计井深2500 m,完钻井深2511.10 m。实施的目的是为探明蓟县系碳酸盐岩热储的地质结构和分布,获取碳酸盐岩热储地热—水文地质参数,计算地热资源潜力。本文主要介绍了D03地热勘探井的钻探施工情况,开展了螺杆马达单点定向顶漏侧钻绕障作业,解决了失返性漏失段定向侧钻难题,探索了失返性漏失段水泥固井工艺,获取了标志层杨庄组的岩屑和岩心,区分开了雾迷山组白云岩和高于庄组白云岩,实现了勘探的目的。通过钻探施工、取心、岩屑录井、薄片鉴定等工作,基本查明了D03井区的地质结构及主要岩性特征。通过抽水试验,获取了水文地质参数,评价了可开采资源量。     

XD-40型钻机在雄安新区地热勘探井施工中的应用

深部矿产资源勘查技术装备XD-40型钻机应用于雄安新区地热勘探井施工,圆满完成了D13井钻探任务,完钻井深2506.14 m,完钻口径152.4 mm。本文主要从工程概况、设备特点、施工情况、事故处理等方面,介绍D13井的施工情况,总结了XD-40型钻机的总体性能、事故处理、多工艺性、能耗等方面的表现。验证了XD-40型钻机的能力及安全可靠、智能控制、节能环保方面的优越性,可应用于井深2500~2800 m的地热井施工。     

雄安多要素城市地质标准体系研究

雄安新区作为多要素城市地质调查试点城市,急需建立城市地质标准,为高水平现代化城市管理提供全方位技术支撑。从城市地质与现代城市行政管理有机融合的角度角度出发,通过分析我国城市地质标准现状和雄安新区规划建设需求,研究提出雄安多要素城市地质标准体系。研究表明:高起点规划、高标准建设雄安新区,需要建立一套系统的、完整的、先进的多要素城市地质标准体系;标准体系应该包括空间、资源、环境和灾害等子体系:空间涵盖全域、重点区、特色小镇、工程建设场地等四方面,资源涵盖地热、矿泉水、地下水等三方面,环境涵盖土壤质量、地下水质量、湿地质量等三方面,灾害涵盖地面沉降、地裂缝、地震、砂土液化、地面塌陷等五方面。与雄安新区规划、建设、运行等不同阶段城市管理密切结合,需要研制30项城市地质技术标准,包括空间标准6项、资源标准9项、环境标准7项、灾害标准8项。     

雄安新区城市地下空间探测技术研究

近年来随着我国城镇化进程的加快推进,对城市地下空间开发利用的需求愈发迫切,城市地下空间探测技术也取得了较大发展,但对特定区域的探测技术方法仍存在适用性问题,尤其是0–200 m地下空间结构精细划分和异常识别.本文基于雄安新区工程地质钻孔物性资料统计分析,建立了雄安新区地下空间地层物性柱子,指导地球物理数据解释.结合实际地球物理探测结果,对地球物理探测技术解决问题的能力和分辨率进行了分析、评价,并基于评价结果建立了适用于雄安新区地下空间结构精细成像的探测技术体系.     

Fracture Characteristics and Heat Accumulation of Jixianian Carbonate Reservoirs in the Rongcheng Geothermal Field, Xiong’an New Area

Geothermal energy plays an important role in urban construction of the Xiong’an New Area. Geothermal reservoir fracture distribution of the Mesoproterozoic Jixianian Wumishan Formation (Fm.) carbonate reservoir in the Rongcheng geothermal field are evaluated based on FMI log from Wells D19 and D21. The results show carbonate reservoir fracture density of Well D19 is 15.2/100 m, greater than that of Well D21 with a value of 9.2/100 m. Reservoir porosity and permeability of Well D19 are better than that of Well D21, and the water saturation is bimodally distributed. The movable fluid volume ratio (BVM) of Well D19 is 2% to 8% with some zones exceeding 20%, while the value of Well D21 is less than 4%. Therefore, reservoir fractures in Well D19 are more conducive to fluid flow. Reservoir fractures have a similar occurrence to normal faults, indicating that the tensile stress field controlled the formation of such fractures. Developed reservoir fractures provide a good channel for groundwater convection. The circulation of regional groundwater and the heat exchange between water and rock and the multiple heat accumulation patterns form a stable and high potential heat reservoir in the Rongcheng geothermal field.