張海嬌

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 4500001）

內(nèi)黃隆起地處華北盆地邊緣，具有較高的地?zé)崃髦岛偷販靥荻?，巨厚的新生界沉積及其覆蓋下的下古生界奧陶系、寒武系形成良好的地下水熱儲(chǔ)層，地?zé)豳Y源豐富。

近年來，隨著中原城市群的崛起及人民群眾生活質(zhì)量的提升，該區(qū)對(duì)地?zé)豳Y源的需求迅速上升。目前該區(qū)已有地?zé)峋?0余眼,主要用于供暖、洗浴和理療，帶來積極的社會(huì)、環(huán)境效益。但由于該區(qū)未進(jìn)行系統(tǒng)的地?zé)豳Y源量、地?zé)衢_發(fā)潛力評(píng)價(jià)，地?zé)豳Y源的開發(fā)、管理具有盲目性，導(dǎo)致局部地區(qū)開采過于集中,熱儲(chǔ)壓力下降較快,已形成局部的降落漏斗，嚴(yán)重影響地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用。因此，進(jìn)行地?zé)豳Y源量計(jì)算及開發(fā)潛力評(píng)價(jià)，對(duì)于地?zé)豳Y源可持續(xù)開發(fā)利用意義重大。本文以內(nèi)黃隆起地?zé)崽餅檠芯繉?duì)象，采用熱儲(chǔ)法、最大允許降深法及熱量開采系數(shù)法分別進(jìn)行地下熱水資源評(píng)價(jià)和開采潛力分析。

1 工作區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造特征

內(nèi)黃隆起位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)南部的華北坳陷，為一中生代—新生代早期斷塊隆起。

研究區(qū)屬華北地層大區(qū)，華北平原地層分區(qū)豫北小區(qū)，地層具有明顯變質(zhì)巖基底和沉積巖蓋層，為典型的臺(tái)型沉積。地表廣為第四系覆蓋，其余地層為隱伏地層或零星出露。地層自下而上分布有太古界、元古界、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、白堊系、古近系、新近系、第四系等。

研究區(qū)邊緣為斷裂所圍限，湯東斷裂、長(zhǎng)垣大斷裂、焦作—商丘深斷裂共同控制著地層分布。研究區(qū)內(nèi)斷裂不發(fā)育，地溫場(chǎng)主要受地殼深部結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性結(jié)構(gòu)控制。

1.2 熱儲(chǔ)層特征

內(nèi)黃隆起地?zé)犷愋椭饕獮閭鲗?dǎo)型，熱儲(chǔ)類型為層狀熱儲(chǔ)。區(qū)內(nèi)主要熱儲(chǔ)層為新近系碎屑巖孔隙熱儲(chǔ)層、古近系碎屑巖孔隙裂隙熱儲(chǔ)層和古生界碳酸鹽巖巖溶裂隙熱儲(chǔ)層。第四系埋深淺、水溫低，形成熱儲(chǔ)蓋層。

新近系熱儲(chǔ)遍布全區(qū)，在?？h火龍崗一帶直接出露地表，其余地區(qū)均隱伏于第四系之下，其頂?shù)装迓裆睢⒑穸扔陕∑鸷瞬肯驏|、南北方向逐漸加大?？杉?xì)分為明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)和館陶組熱儲(chǔ)，熱儲(chǔ)巖性主要為粉砂巖、細(xì)砂巖等，局部地區(qū)下部為含礫巖或砂礫巖。越往下部，儲(chǔ)層物性越好，儲(chǔ)層泥質(zhì)含量一般低于10%，孔隙度一般在12.7%～31.6%之間；涌水量一般 840 m3/d～2600 m3/d，地下水類型以 SO4·Cl—Na、Cl·SO4—Na為主，總?cè)芄桃话?.8 g/L～4.2 g/L。

古近系系熱儲(chǔ)區(qū)內(nèi)僅局部存在，主要為一組河湖相沉積含油泥砂巖建造，巖層一般膠結(jié)較好，且泥質(zhì)巖石層較多，砂巖層較少，熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w富集性較差。因此，在目前情況下，不具有很大的開發(fā)利用價(jià)值。

下古生界寒武-奧陶系溶隙型熱儲(chǔ)在隆起區(qū)核部及內(nèi)黃縣北部缺失，其余地區(qū)均有分布?？？h局部直接出露于地表，其余地帶埋藏在新生界或上古生界地層之下。埋藏型熱儲(chǔ)頂板埋深781 m～2170 m不等，最大揭露厚度597 m，其埋深、厚度由隆起區(qū)核部向東、東南方向變深變厚，至東南部長(zhǎng)垣一帶大于3000 m。熱儲(chǔ)巖性以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、質(zhì)灰?guī)r為主，由于受構(gòu)造控制，其裂隙、溶隙、溶洞發(fā)育程度不等，富水性不均，在構(gòu)造帶附近，裂隙、溶隙發(fā)育，富水性較好。統(tǒng)（圖1）。對(duì)于資料稀少的下古生界熱儲(chǔ)，將其簡(jiǎn)化為一水平向無限延伸、平均深度2000 m、平均厚度為400 m的層狀巖溶體。

根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T11615-2010），地?zé)醿?chǔ)存資源評(píng)價(jià)采用熱儲(chǔ)法；地?zé)崃黧w可開采量評(píng)價(jià)，新生界采用最大允許降深法，開采年限限定為100年，最大允許降深為150 m；下古生界寒武-奧陶系巖溶熱儲(chǔ)采用可回采系數(shù)法。

在計(jì)算參數(shù)選用方面：地?zé)岱謪^(qū)面積根據(jù)矢量圖實(shí)際量取得；熱儲(chǔ)層含水介質(zhì)厚度根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔資源統(tǒng)計(jì)得出；熱儲(chǔ)孔隙度依據(jù)華北地區(qū)鉆孔巖心資料建立的新近系砂巖孔隙度-深度統(tǒng)計(jì)曲線確定；熱儲(chǔ)溫度根據(jù)熱儲(chǔ)平均深度及平均地溫梯度值計(jì)算取得；巖石及水的比熱容根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T11615—2010）確定，最大允許降深取 150 m，設(shè)計(jì)開采年限為100年；彈性釋水系數(shù)綜合前人研究成果確定；下古生界地?zé)峄夭上禂?shù)根據(jù)規(guī)范取0.2，具體選用參數(shù)見表1。

圖1 新生界地?zé)豳Y源計(jì)算分區(qū)圖

2 地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)及開采潛力分析

2.1 地?zé)豳Y源計(jì)算及評(píng)價(jià)

2.1.1 熱儲(chǔ)模型、評(píng)價(jià)方法及參數(shù)選用

根據(jù)新近系、古近系砂巖層與泥巖層頻繁交互疊置的復(fù)雜沉積結(jié)構(gòu)特征將新生界新近系、古近系熱儲(chǔ)簡(jiǎn)化為如下概念模型：分為6個(gè)地?zé)嵝^(qū)，各區(qū)在平面上無限伸展，垂向上為3～4個(gè)主要含水砂層，其上、下為相對(duì)隔水的泥巖層所組成的多層結(jié)構(gòu)系

2.1.2 資源量計(jì)算與評(píng)價(jià)

依據(jù)前述的計(jì)算方法對(duì)內(nèi)黃隆起地?zé)崽锏責(zé)豳Y源進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 地?zé)豳Y源計(jì)算選用參數(shù)一覽表

表2 新近系、古近系地?zé)岱e存資源量計(jì)算表

由表2可知，隆起區(qū)新近系熱儲(chǔ)儲(chǔ)存的熱水量、熱能量及熱水可開采量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于古近系熱儲(chǔ)的量，隆起區(qū)新生界熱儲(chǔ)以新近系熱儲(chǔ)為主。隆起區(qū)下古生界碳酸鹽巖儲(chǔ)層中地?zé)崃黧w可采量為4391.2萬m3/a，大于新生界熱儲(chǔ)總的可開采量2713.79萬m3/a，可見隆起區(qū)下古生界熱儲(chǔ)極具開采前景。

2.2 地?zé)豳Y源開采潛力評(píng)價(jià)

2.2.1 地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀

內(nèi)黃隆起屬沉積盆地型地?zé)崽?，地?zé)衢_發(fā)利用方式主要為井采，地?zé)衢_采主要層位為新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組熱儲(chǔ)，下古生界寒武-奧陶系僅在極個(gè)別地段有少量開采。目前，區(qū)內(nèi)有不同深度的地?zé)衢_采井76眼，主要集中在南樂、清豐、濮陽(yáng)市、長(zhǎng)垣等縣市的城區(qū)范圍內(nèi)。其中濮陽(yáng)市、南樂縣、清豐縣3地有部分地?zé)峋糜谛^(qū)供暖，有尾水回灌設(shè)備，其余地?zé)峋饕獮橄丛　⑨t(yī)療、游泳所用，尾水直接排放。

全區(qū)地?zé)崴_采總量為734.55萬m3/a（見表3），其中新近系明化鎮(zhèn)組地?zé)崴_采量為472.13萬m3/a，下古生界寒武奧陶系地?zé)崴_采量262.42萬m3/a。

表3 內(nèi)黃隆起區(qū)地?zé)崴_發(fā)利用情況統(tǒng)計(jì)表

2.2.2 地?zé)豳Y源開發(fā)利用潛力

地?zé)岬責(zé)豳Y源開發(fā)利用潛力受可開采量限制,根據(jù)前述的地?zé)崃黧w可開采量,計(jì)算工作區(qū)各熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w剩余可采資源量見表4。

表4 研究區(qū)地?zé)崃黧w剩余可采資源量一覽表

由表4可知，研究區(qū)新近系地?zé)崃黧w熱量剩余開采量總計(jì)為1854.71萬m3/a，古近系地?zé)崃黧w熱量剩余開采量總計(jì)為541.15萬m3/a，寒武奧陶系剩余開采量為4324.89萬m3/a，除南樂、濮陽(yáng)、清豐、浚縣等城區(qū)地帶部分熱儲(chǔ)層開采量較大外，其余地帶仍有巨大的開發(fā)利用空間。

2.2.3 地?zé)豳Y源開發(fā)利用潛力區(qū)劃

根據(jù)工作區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀及其賦存分布特征，本次選取地?zé)崃黧w熱量開采系數(shù)指標(biāo)作為地?zé)豳Y源開采潛力分區(qū)依據(jù)。具體公式如下：

式中：CE為地?zé)崃黧w熱量開采系數(shù)；Ek為地?zé)崃黧w已開采熱能，kJ/a；Ey為地?zé)崃黧w允許開采熱能，kJ/a。

采用地?zé)崃黧w熱量開采系數(shù)來劃分，分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5 地?zé)崃黧w熱量開采系數(shù)分區(qū)表

據(jù)此，對(duì)工作區(qū)新近系、寒武-奧陶系地?zé)崃黧w熱量開采系數(shù)熱量進(jìn)行了計(jì)算（見表6），并進(jìn)行了相應(yīng)的地?zé)豳Y源開發(fā)潛力分區(qū)（見圖2、圖3）。

表6 工作區(qū)地?zé)豳Y源熱量開采系數(shù)表

圖2 新近系地?zé)豳Y源開采潛力分區(qū)圖

由表6、圖2可知，新近系地?zé)崃黧w熱量開采指數(shù)除南樂、濮陽(yáng)、長(zhǎng)垣、清豐、延津等城區(qū)，均小于40%，表明廣大地區(qū)新近系熱儲(chǔ)仍極具開采潛力。其中南樂、濮陽(yáng)、長(zhǎng)垣3地為超采區(qū)，展布面積約136.18 km2，占全區(qū)面積的1.98%，該區(qū)應(yīng)合理調(diào)配地?zé)峋植几窬?，關(guān)閉部分地?zé)峋越档偷責(zé)豳Y源的開采數(shù)量；清豐縣城為采補(bǔ)平衡區(qū)，面積28 km2，約占全區(qū)面積的0.4%，該區(qū)地?zé)崴_采量已達(dá)到其開采極限，政府部門應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格管控，控制地?zé)峋當(dāng)?shù)量及開采量維持在現(xiàn)有水平上不再進(jìn)一步增大；延津?yàn)榫哂幸欢ㄩ_采潛力區(qū)，面積60.78 km2，約占全區(qū)面積的0.9%，該區(qū)可在進(jìn)一步論證基礎(chǔ)上，適度的擴(kuò)大開采；滑縣-長(zhǎng)垣一帶的農(nóng)村為極具開采潛力區(qū)，面積2507.44 km2，約占全區(qū)面積的30.46%，可繼續(xù)積極提倡當(dāng)?shù)剡M(jìn)行地?zé)豳Y源的開發(fā)利用；其余新近系熱儲(chǔ)分布地帶僅有零散的地?zé)峋植?，開采潛力巨大。

圖3 寒武-奧陶系地?zé)豳Y源開采潛力分區(qū)圖

由表6、圖3可知，工作區(qū)寒武-奧陶系熱儲(chǔ)層開發(fā)利用較少，僅在清豐、濮陽(yáng)、?？h3地有開采。其中清豐、?？h城區(qū)為超采區(qū)，濮陽(yáng)市區(qū)雖對(duì)該層位有所開發(fā)利用，但熱量開采系數(shù)僅14.12%，為極具開采潛力區(qū)；其余廣大地帶尚未開發(fā)利用該層熱儲(chǔ)，為極具開采潛力區(qū)，可大力提倡當(dāng)?shù)剡M(jìn)行該層地?zé)豳Y源的開發(fā)利用。

總體來看，工作區(qū)地?zé)豳Y源量比較豐富，現(xiàn)有開發(fā)只涉及很小的范圍，總體開發(fā)利用水平較低。因而，地?zé)衢_發(fā)市場(chǎng)廣闊，前景看好。

3 結(jié)論

（1）內(nèi)黃隆起地?zé)崽飳俪练e盆地型地?zé)崽?，熱源供給為大地?zé)崃鱾鲗?dǎo)。區(qū)內(nèi)主要熱儲(chǔ)層為新近系碎屑巖孔隙熱儲(chǔ)層和古生界碳酸鹽巖巖溶裂隙熱儲(chǔ)層。

（2）地?zé)崽锏責(zé)豳Y源積存量12117.66億m3，地?zé)崃黧w可開采總量7104.99萬m3/a。其中新生界地?zé)豳Y源積存量11898.10億m3，地?zé)崃黧w可采量2713.79萬m3/a；古生界碳酸鹽巖儲(chǔ)層積存熱水量219.56億m3，地?zé)崃黧w可采量4391.2萬m3/a。

（3）全區(qū)地?zé)崴傞_采量734.55萬m3/a，其中新近系開采量472.13萬m3/a，下古生界寒武奧陶系開采量262.42萬m3/a。剩余可開采總量6720.75萬m3/a，仍有巨大的開發(fā)利用潛力。

（4）開采潛力分區(qū)顯示工作區(qū)地?zé)衢_采潛力巨大。其中新近系地?zé)豳Y源南樂、濮陽(yáng)、長(zhǎng)垣三地為超采區(qū)，清豐為采補(bǔ)平衡區(qū)、延津?yàn)榫哂幸欢ㄩ_采潛力區(qū)，其余地帶為極具開采潛力區(qū)；寒武-奧陶系熱儲(chǔ)除清豐、浚縣兩地城區(qū)屬超采區(qū)外，其余地帶均為極具開采潛力區(qū)。