宋會香，鄧振興，趙目軍

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州450053;2.北京斯羅柯資源技術(shù)有限公司，北京 100005)

1 區(qū)域地熱地質(zhì)條件

本區(qū)位于中朝準地臺華北坳陷南部，西部屬內(nèi)黃凸起，東部屬東濮凹陷。古老結(jié)晶基底由太古界泰山群花崗、片麻巖組成。早古生代時期，本區(qū)受到廣泛的海侵，沉積了以碳酸鹽巖為主的寒武系、中下奧陶統(tǒng)，在長期的抬升作用之后，華北地臺整體下沉，在中奧陶統(tǒng)的侵蝕面之上沉積了海陸交互相的中上石炭統(tǒng)和陸相沉積的上下二疊統(tǒng)。燕山運動之后，華北盆地開始形成，沉積了巨厚的新生界地層，其中古近系為裂谷型沉積，厚約 7 000 m，新近系為盆地沉積，厚約1 300 m。受河、湖沖湖積作用的影響，第四系平原組松散沉積十分發(fā)育，厚約300 m，廣泛覆蓋于新近系之上。

濮陽市位于內(nèi)黃隆起和東濮凹陷之間的接合部位，在2 000 m深度內(nèi)存在古生界和新生界地層。其中古生界地層有下、中奧陶統(tǒng)，中、上石炭統(tǒng)和二疊系，新生界地層主要有沙河街組、東營組、館陶組和明化鎮(zhèn)組，以及第四系平原組。受隆起構(gòu)造的影響，前新生界基巖頂面由西到東其埋深由1 100 m逐漸增大到2 000 m，呈斜坡狀。在濮陽市的東部及其鄰區(qū)東濮凹陷，斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，主要受北北東和北東走向的構(gòu)造系統(tǒng)所控制，有3條隱伏的深大斷裂通過。

濮陽市區(qū)第四系是本區(qū)最新的沉積蓋層，覆蓋于整個凹陷區(qū)，厚300 m左右，下部為灰黃色含礫砂層;中部為褐黃色粘土層和粉砂質(zhì)粘土層;上部為褐黃、灰黃色粘土層與灰色粉、細砂層組成下粗上細的韻律層;頂部為淺褐黃色表土層。

本區(qū)所在地熱田為濮(陽)東(明)地熱田，西界為湯東斷裂，東以聊蘭斷裂為界，北以磁(縣)大(名)斷裂為界，南界為新商斷裂。地下熱水的形成主要受地層及構(gòu)造控制。

1.1 地層巖性

地層巖性是控制深層地下熱水很重要的條件。一方面通常巖層的熱導率是隨地質(zhì)年齡的增加而增加的，而熱阻率卻與此相反。即古老的結(jié)晶基底及較古老的致密巖層其熱導率高于上覆較新的沉積層，特別是新生界半固結(jié)或松散沉積物。另一方面，不同的地層巖性，導水性能和含水性能有很大的差異。第四系的松散巖類，具有良好的導水性能和含水性能，尤其是砂層(中細砂、中粗砂)更具有良好的導水性能，但是由于圖1濮陽地熱田區(qū)域地熱地質(zhì)構(gòu)造圖其導水性能強，地下水在其間流速較大，因此，熱量易散失，不易形成較好的熱儲。而上第三系的砂巖層(尤其是半膠結(jié)的砂巖層)，既有一定的導水性，且其上覆的泥巖層又是良好的隔熱蓋層，在有利的地質(zhì)構(gòu)造條件下，易形成一定規(guī)模的熱儲。

深層地下水的溫度，在一定程度上取決于基巖的埋深和基巖頂部蓋層的導水性能和熱傳導性能的差異，同時也取決于基巖和蓋層空間分布的形態(tài)。一般來說，基巖頂部蓋層的導水性能和熱傳導性能差別越大，基巖起伏幅度(即蓋層厚度的差別)越大，其溫差也越大。濮陽市一帶前新生界基巖頂面埋深，西部皇甫村一帶僅1 100 m左右，而東部柳屯一帶卻超過2 500 m;下第三系在馬頰河以西基本上已被剝蝕，向東逐漸加深加厚，但由于其巖性復雜，含水層薄而少，且為本區(qū)的主要生油層之一，對地熱田的形成意義不大;而上第三系則不同，在本區(qū)的分布較為穩(wěn)定，厚度1 000 m左右，主要由厚層的砂巖和泥巖所組成。砂巖中裂隙相當發(fā)育，上覆第四系厚度320～400 m，其中的粘性土具有很強的隔熱保溫作用。由此可以看出，濮陽市具備地下熱水形成與發(fā)展的地層巖性條件。

1.2 構(gòu)造控制

構(gòu)造往往是影響地熱田形成與發(fā)展的一個十分重要的條件。一方面在地殼隆起區(qū)，基巖埋深淺，地球內(nèi)部的熱能容易通過高熱導率的剛性巖層向上傳導。另一方面在隆起區(qū)的邊緣，在歷次的構(gòu)造運動中巖層遭受破壞，形成一系列的構(gòu)造斷裂和破碎帶。此外在巖層中發(fā)育有大量的孔、洞、縫，后者使其具有良好的儲水條件，前者則是補充其地熱流體的通道。

濮陽市西部為內(nèi)黃隆起區(qū)，而東部柳屯一帶則屬隆起的邊緣地帶，其中有切穿深達上地幔的深大張性斷裂——長垣斷裂通過。由于該斷裂是一條東降西升的張性正斷層，據(jù)有關(guān)資料分析，其主干斷裂切穿地殼，越過莫霍面進入上地幔，能溝通深部的熱源，起導通熱流體的作用。

2 熱儲層水文地質(zhì)特征

根據(jù)資料分析，區(qū)內(nèi)地熱水(即水溫大于25℃的地下水)主要賦存于深度320～450 m以下的含水層中。本區(qū)2 000 m深度內(nèi)存在多層熱儲層。

2.1 明化鎮(zhèn)組孔隙裂隙熱儲層

該熱儲層遍布整個工作區(qū)，其厚度較為均勻，東部略厚于西部。頂板埋深約為300 m左右，底板埋深西部約1 000 m，向東逐漸深至1 080 m，由多層含水層組成，含水層巖性為中、細砂巖，頂部隔水層巖性為第四系粘土層和粉質(zhì)粘土層，底部隔水層巖性為厚層粘土巖。

2.2 館陶組孔隙裂隙熱儲層

據(jù)地震勘探資料、物探資料和鉆孔資料綜合分析，該熱儲層主要分布于王助—胡村一線以東地區(qū)，其厚度由西部的幾十米向東增至300 m左右，局部大于400 m，其底板埋深由西部的1 080 m向東增至1 377 m。熱儲層呈多層結(jié)構(gòu)，含水層巖性為厚層狀砂巖。

2.3 奧陶系巖溶裂隙熱儲層

熱儲層主要為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。據(jù)地震勘探資料和測深資料分析，本區(qū)2 000 m深度內(nèi)奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r的分布，在王助—胡村以西地區(qū)，其頂板埋深約為1 000～1 100 m，厚度超過1 000 m，上覆地層為上第三系和第四系;而該線以東地區(qū)埋深逐漸增大，至市區(qū)中部頂板埋深超過2 000 m，其上覆地層有石炭系、二疊系、上第三系和第四系。奧陶系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r歷經(jīng)多次構(gòu)造運動，其內(nèi)部裂隙錯綜復雜，并經(jīng)后期巖溶作用，溶洞溶隙發(fā)育，孔隙度在6.0% ～14.0%之間。

從已掌握的地層資料來看，溫水儲層之上為巨厚的第四系，其下部為多層厚層的粘土和粉質(zhì)粘土，不但具有良好的保溫作用，同時阻隔了溫水儲層與上部第四系中淺層含水層的水力聯(lián)系;溫水儲層與溫熱水儲層之間(為明化鎮(zhèn)組的下部)，具有多層厚層的泥巖，其極差的透水性，阻隔了溫熱水儲層與上部溫水儲層之間的水力聯(lián)系;熱水儲層之上為館陶組底部、二疊系和石炭系，館陶組底部由泥質(zhì)膠結(jié)、結(jié)構(gòu)較致密的雜色礫巖組成，透水性較差，而二疊系和石炭系中含有多層泥巖和頁巖，這些地層條件使得熱水儲層與上部溫熱水儲層之間發(fā)生水力聯(lián)系的可能性很小。

3 地熱流體化學特征

3.1 溫水熱儲層水化學特征

本區(qū)溫水熱儲層水化學類型為 Cl·SO4—Na型水，溫水的 pH 值6.8～6.95，為中性水，總硬度(以 CaCO3計)186～298 mg/L 為微硬水，礦化度 1.130 ～1.267g/L，屬微咸水。

3.2 溫熱水熱儲層水化學特征

溫熱水熱儲層，據(jù)本次采取的三個水分析及收集到的4個水分析資料，水化學類型分為二種:SO4·Cl—Na型和Cl·SO4—Na型水，其中，濮陽縣北關(guān)(PC09)附近水化學類型為Cl·SO4—Na型，其它為 SO4·Cl—Na型水。礦化度 1.51～2.15 g/L，屬微咸水，pH 值 6.4 ～ 6.8，屬中性水，總硬度為 81～287 mg/L，屬軟水～微硬水。溫熱水的館陶組熱儲。

3.3 熱水熱儲層水化學特征

本區(qū)熱水熱儲層為奧陶系地層，水化學類型為HCO3－K·Ca或 Ca·K及 HCO3·Cl－Ca型。溶解性總固體為4 086.12 ～4 857.8 mg/L，總硬度(以 CaCO3計)在 1 140.5～1 766 mg/L，pH 值為 6.32 ～6.90，屬中性極硬咸水。

據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，在開采條件下，相同熱儲層在不同取樣時間的化學成份沒有明顯的變化，說明各熱儲層的水化學成份基本不隨開采時間發(fā)生變化，同時也表明逐年開采后各熱儲層仍維持開采前的水化學平衡狀態(tài)，即開采過程中各熱儲層間沒有接受近期大氣降水的補給，地熱水的水質(zhì)是比較穩(wěn)定的。

同時，區(qū)內(nèi)同一熱儲層之間水化學成份變化不大，也說明該區(qū)熱儲層水平方向上的水力聯(lián)系密切。

4 地熱資源開發(fā)利用與保護

4.1 地熱資源開發(fā)利用可行性評價

在現(xiàn)有工作和認識的基礎(chǔ)上，選擇有利的熱儲分布區(qū)和開采地段，本著經(jīng)濟、便利、投資風險小等原則，堅持“探采結(jié)合、以探促采、滾動開發(fā)”的思路進行下一步的勘探開發(fā)。根據(jù)當前地熱資源開采技術(shù)的可能性及經(jīng)濟的合理性，對其開發(fā)的可行性做出評價。

(1)地熱井成井深度為300～2 000 m，地熱資源開采屬經(jīng)濟型。

(2)依據(jù)區(qū)內(nèi)目前已有地熱井資料，地熱水單位產(chǎn)量為15.82 m3/d·m，表明區(qū)內(nèi)為適宜開采地區(qū)。

(3)依據(jù)地熱水溫度在50℃ ～70℃之間及水質(zhì)質(zhì)量，地熱水可用于醫(yī)療、洗浴、采暖、溫室等。其利用的方向和方式主要為以下兩種:

①綜合利用地熱流體資源，該區(qū)的地熱流體，既是熱資源，又是具有醫(yī)療價值的礦水資源，應有效地利用其“熱、礦水”的綜合作用。

②地熱水開發(fā)利用及排放，熱水經(jīng)水質(zhì)處理后，可直接供暖，建立溫泉入戶管網(wǎng);供暖后的尾水 用于洗浴、醫(yī)療、游泳;爾后可進一步開發(fā)用于熱帶魚養(yǎng)殖及溫棚種植業(yè)等綜合開發(fā)利用。

4.2 地熱資源開發(fā)利用保護

(1)做好地質(zhì)勘查評價工作，加強地熱資源勘查與開發(fā)利用技術(shù)研究。防止無限度開采和浪費資源。兼顧各方利益，保證可持續(xù)發(fā)展的要求。

(2)地熱資源開發(fā)應大力推廣新技術(shù)，依靠科學手段，做好地熱水的綜合利用，提高資源利用效率，實現(xiàn)資源利用最大化。

(3)在地熱資源開發(fā)的同時，應進行“開采與回灌”聯(lián)合調(diào)度運行模式，保護好生態(tài)環(huán)境，杜絕一切污染源。預防隨著開采量的增大可能引起的地面局部沉降等地熱地質(zhì)災害的發(fā)生。

(4)對已開發(fā)的地熱資源進行布局優(yōu)化。對既有地熱井存在布局不合理、地熱生產(chǎn)井密度過大等問題，要有計劃地進行技術(shù)改造和結(jié)構(gòu)調(diào)整，不斷地進行布局優(yōu)化，以很小的改造費用，換取最大的效益。對于布局不合理，不進行回灌的地熱井，應根據(jù)實際情況，因地制宜地進行改造。

5 結(jié)語

地熱研究的目的在于利用，堅持合理開發(fā)、綜合利用、注重效益和開發(fā)與保護并重的原則，對地熱資源進行有計劃的勘查、開發(fā)和評價，避免地熱資源的開發(fā)利用陷入一種混亂、無序的狀態(tài)，達到低消耗、降(無)污染、高產(chǎn)出、高收益的社會經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

建立區(qū)域地熱資源監(jiān)測管理系統(tǒng)，可在地熱資源開發(fā)利用過程中進一步工作區(qū)域地熱系統(tǒng)，對已建立的地熱資源概念模型、開發(fā)管理模型進行分析、驗證和改進，實時調(diào)整地熱資源開發(fā)利用計劃，對地熱資源開發(fā)利用過程中出現(xiàn)的環(huán)境地質(zhì)問題及時做出對策。