孫彭光 汪新偉 隋少強 毛 翔 祁久紅 朱咸濤

(1.中國石化集團新星石油公司新能源研究院， 鄭州 450000； 2.中國石化江漢油田分公司荊州采油廠， 湖北 荊州 434100)

合理開發(fā)和利用地熱資源，有助于緩解區(qū)域能源供應壓力，有利于保護生態(tài)環(huán)境。對地熱資源的合理開發(fā)，首先需要科學評價地熱儲量及其分布規(guī)律。江漢油田礦區(qū)所屬的江漢盆地潛江凹陷王(場)廣(華)浩(口)斷裂帶，地熱資源豐富[1-3]。本次研究，主要通過分析潛江凹陷廣華寺組熱儲層結構、地熱地質特征，獲取砂巖厚度、孔隙度、熱儲溫度等評價參數，然后運用熱儲法計算評價廣華寺組的地熱資源。

1 區(qū)域構造特征

潛江凹陷位于江漢盆地中部，凹陷面積2 550 km2。其北部以潛北控凹斷層為界，分別與荊門、漢水凹陷及樂鄉(xiāng)關斷壘、永隆河隆起相鄰；其南部以通海口斷層分界，與通?？谕蛊鹣嘟樱粬|西兩側分別與岳口低凸起和丫角新溝低凸起相接。新生代以來，潛江凹陷經歷了裂陷期、斷陷期、拗陷期等不同的構造演化階段[4]，形成了巨厚的碎屑巖沉積。江漢油田礦區(qū)位于江漢盆地潛江凹陷北部的王廣斷裂帶。新近系坳陷期，廣華寺組構造相對簡單，整體比較平坦，斷層不發(fā)育。古近紀末期，潛江凹陷整體進入斷拗轉化期，凹陷北部控凹邊界斷層基本停止活動，在凹陷內部沉積層中發(fā)育了大量淺層斷層，使凹陷內部的沉降中心發(fā)生分散，斷陷鼎盛時期凸洼相間的構造格局被破壞，地勢相對平坦。

2 礦區(qū)的地熱地質特征

江漢盆地潛江凹陷在第三系基底上發(fā)育了巨厚的新生界沉積，凹陷內砂巖熱儲分布廣泛，新溝嘴組(Ex)、荊沙組(Ej)、潛江組(Eq)、荊河鎮(zhèn)組(Ejh)和廣華寺組(Ng)的砂巖熱儲，都賦存豐富的熱鹵水資源。鹽湖盆地深層地下熱水礦化度高，受斷層切割的斷塊限制，熱水徑流范圍小、產水量小，地熱開發(fā)利用存在諸多不利因素。本次研究，主要對埋藏淺、水量大、礦化度低的新近系廣華寺組的地熱資源進行精細評價。

2.1 廣華寺組的熱儲特征

根據精細構造解釋，新近系廣華寺組在三維地震工區(qū)范圍內構造形態(tài)上呈現東西兩個局部高點，油田礦區(qū)位于兩個局部高點中間的構造低洼帶，容易獲得東西兩側地下熱水的徑流補給。

新近系廣華寺組是盆地坳陷期發(fā)育的一套河流相-洪泛平原相碎屑巖沉積地層，巖性是以灰黃色為主體的成巖度較差的雜色黏土巖、砂巖和砂礫巖互層。儲層上部和下部巖石顆粒較細，中部顆粒較粗，發(fā)育平行層理、槽狀交錯層理等；河道主體砂體、河道邊緣砂體是地下熱水主要儲集層。廣華寺組沉積厚度500～900 m，埋深100～1 000 m。依據巖心、錄井、測井、地震資料，根據基準面沉積旋回，將廣華寺組劃分為廣三段、廣二段和廣一段。廣二段埋深在450～900 m，主要發(fā)育4套河道砂體，砂體有效厚度在150～200 m(見圖1)；多為高孔高滲儲層，孔隙度為24.9%～43.8%，滲透率為(295～21 050)×10-3μm2。廣二段砂體埋藏淺、孔滲性好、有效蓋層厚，是理想的熱儲層。廣三段以曲流河沉積為主，泛濫平原相泥巖發(fā)育，砂體分布連續(xù)性差，不能成為有效熱儲層。

在礦區(qū)范圍內，開展廣華寺組精細地層對比。廣二段砂巖發(fā)育層厚度在150 m以上，廣三段砂巖層厚在30 m左右。根據研究區(qū)的鉆探、物探資料及礦區(qū)內的42口地熱井和油井測井數據，對比分析廣華寺組砂巖，建立了研究區(qū)三維地質結構模型和廣華寺組的巖性剖面。

根據礦區(qū)常規(guī)地震屬性分析，利用地震譜分解及吸收系數計算技術，開展疊后砂泥巖薄儲層流體識別研究。瞬時譜時頻分析表明，運用匹配追蹤算法分辨率精度更高，在水井井點處含水砂巖儲層位于波谷中，高頻衰減-低頻增加現象突出。在聯絡測線原始地震和衰減梯(高頻和低頻)疊加圖中可以看出，廣二段底部含水砂巖儲層物性好、富水性強，熱儲層具有埋藏淺、分布面積較廣、熱儲厚度穩(wěn)定的特點(見圖2)。

圖2 聯絡測線858原始地震和衰減梯(高頻)疊后流體識別圖

運用地震沉積演化方法，可以得出廣華寺組的物源來自西北方向的荊門凹陷和漢水凹陷，向東南發(fā)育辮狀河道砂巖沉積。廣華寺組砂體受構造和沉積控制明顯，從殘留地層厚度來看，東部的王場高陡構造控制了砂體沉積。

通過頻譜分解與吸收衰減屬性分析，優(yōu)選出5種儲層敏感參數(高頻衰減梯度、低頻衰減梯度、瞬時峰值振幅、振幅差值、振幅衰減截距)，能較好地刻畫儲層平面展布特征，各種屬性指示的多個潛力目標均較一致，獲得的含水情況與工區(qū)東部實鉆地熱井情況吻合。廣華寺組砂體受古地貌及凸起區(qū)與凹陷區(qū)差異的影響，洼陷區(qū)砂巖沉積較厚，表現為振幅較強；邊緣凸起區(qū)較薄，表現為振幅較弱。

2.2 地溫場特征

利用江漢盆地油氣勘探過程中取得的地層測試、試油測溫等數據，計算各測溫井點地溫梯度。江漢盆地區(qū)域熱流值在41.9～66.4 MWm2，平均值為53.2 MWm2，略低于我國大陸地區(qū)的平均地熱流(61 MWm2)[5]。潛江凹陷的地溫梯度在2.8～3.9 ℃hm，平均為3.36 ℃hm，其地溫場具有垂向分帶、平面分區(qū)的特征。礦區(qū)內的新溝嘴組和潛江組是由1 000 m以上厚度的鹽巖、膏巖、軟泥巖等含鹽巖石組成的地層。巖石導熱率較高，使得地層地溫梯度會發(fā)生較大的變化。礦區(qū)內的鹽構造是導致區(qū)域高地溫異常的重要因素。新生代粗屑砂層和泥巖交互疊置的沉積構造，為地下熱水的儲集和積熱保溫提供了良好的地質環(huán)境。江漢盆地的恒溫帶深度為26 m，溫度是21 ℃。由此估算，廣華寺組主力層廣二段的溫度為35 ℃左右。

2.3 地下水特征

根據測試數據，新近系廣三段地熱水屬于Cl-Ca型地下熱水，其礦化度為2.1～2.4 gL，pH為6.8～7.4；廣二段地熱水屬于SO4-Na型，其礦化度為0.7～1.0 gL，pH為8.0～8.2，屬中性偏弱堿性水。廣二段的地層流體礦化度明顯低于廣三段，說明廣二段儲層可能存在江漢平原西北部山區(qū)的地下水徑流補給和大氣水滲入；廣三段可能受斷裂系統(tǒng)影響，溝通了下部潛江組地層，以盆地沉積埋藏水為主，存在少量地上徑流或大氣水滲入。江漢盆地北部有大洪山，古長江與漢江水系貫穿整個江漢盆地，地表有長湖和洪湖。綜合分析認為，廣華寺組地下水補給來自3個方面：北部大洪山區(qū)的大氣降水、古長江與漢江水系通道和地表湖泊徑流。

2.4 蓋層特征

研究區(qū)的蓋層主要為第四系松散沉積物。新近系熱儲層之上的第四系地層，巖性多為黏性土和砂性土，結構松散，孔隙度大，密度小，導熱性能差，是理想的蓋層。

3 地熱資源量計算

3.1 地熱儲量

熱儲體積法計算公式：

(1)

式中：QR—— 地熱資源總量，J；

A—— 計算區(qū)熱儲面積，m2；

H—— 熱儲厚度，m；

Tr—— 熱儲溫度，℃；

Tj—— 基準溫度，℃；

礦區(qū)熱儲面積(A)取值49.87 km2，廣華寺組的熱儲厚度(H)取值117 m。根據多年的地溫監(jiān)測資料確定，江漢礦區(qū)恒溫帶深度為25 m，基準溫度(Tj)取值14.9 ℃，廣華寺組熱儲水溫(Tr)為33 ℃左右。

(2)

式中：ρc—— 熱儲層巖石的密度，kgm3；

ρw—— 熱儲層水的密度，kgm3；

Cc—— 熱儲層巖石的比熱容，J(kg·℃)；

Cw—— 熱儲層水的比熱容，J(kg·℃)；

φ—— 熱儲層平均孔隙度，%。

新近系砂巖的密度(ρc)取值為2 600 kgm3，地熱水的密度(ρw)取值為972.7 kgm3；砂巖的比熱容(Cc)取值為878 J(kg·℃)；地熱水的比熱容(Cw)取值為4 185.4 J(kg·℃)，廣華寺組砂巖平均孔隙度(φ)取值為36.5%。

計算結果，潛江凹陷廣華寺組地熱儲量為75.77×106GJ，約合2.68×108t標準煤，地熱資源開發(fā)潛力巨大。

3.2 可開采量

地熱資源可開采量的計算公式：

Q可采=RE·QR

(3)

式中：Q可采—— 可回收地熱資源量(從井口得到的熱量)，J；

RE—— 熱能回收率，%。

計算結果，潛江凹陷廣華寺組的地熱資源可開采量為18.94×106GJ，約合0.67×108t標準煤。

4 結 語

潛江凹陷廣華寺組熱儲層，以辮狀河沉積砂體為主。受古地貌影響，廣華寺組砂巖沉積具有洼陷區(qū)較厚、邊緣凸起區(qū)較薄的特點。王場高陡背斜構造附近的熱儲地溫梯度較高，低洼區(qū)地溫梯度較低。利用三維地質模型刻畫廣華寺組辮狀河砂體儲層，運用熱儲法計算地熱儲量，得到礦區(qū)廣華寺組地熱資源量為75.77×106GJ，相當于2.68×108t標準煤；可采地熱資源量為18.94×106GJ，相當于0.67×108t標準煤。