廊固凹陷JZ02井地?zé)崽卣鞣治?/h1>
2024-04-08 00:48:28張俊超
中國煤炭地質(zhì) 2024年3期
張俊超
（河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊，河北邯鄲 056000）
0 引言
廊固凹陷位于冀中坳陷北部，京津冀協(xié)同發(fā)展區(qū)腹地，區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源豐富，且對清潔能源需求強(qiáng)烈，淺部地?zé)豳Y源開發(fā)利用廣泛，深部碳酸巖鹽熱儲調(diào)查評價工作相對薄弱［1］。陳墨香等人認(rèn)為華北地區(qū)具有較高的地溫背景值和局部的地?zé)岙惓?，普遍隆起區(qū)熱流值高、坳陷區(qū)低，靠近太行山、燕山一帶，埋藏淺的熱水礦化度低，而埋藏深的熱水礦化度高［2］；張德忠等人認(rèn)為華北平原區(qū)地溫場高低相間帶狀分布，基巖隆起地區(qū)為相對高溫區(qū)，2 000m深地溫＞70℃，許多斷凸區(qū)的高點地溫達(dá)85～100℃；相對低溫區(qū)與斷凹區(qū)對應(yīng)，新生界沉積中心，則往往是最低溫區(qū)所在，同時繪制了冀中坳陷1 000、2 000、3 000m 不同深度地溫等值線［3］。然而對研究區(qū)的地溫場特征未做過實質(zhì)性的工作，只停留在研究階段。本次通過施工JZ02 地?zé)峋瑢裙贪枷莸臒醿μ卣骷疤N(yùn)藏機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，對后續(xù)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用提供了堅實的地質(zhì)基礎(chǔ)。
1 地質(zhì)背景
本次施工地?zé)峋挥诩街雄晗菪焖?文安-安新轉(zhuǎn)換斷裂帶以北的廊固凹陷內(nèi)。冀中坳陷是一個典型的半地塹群，整體可劃分為12 個凹陷和7 個凸起［4］。廊固凹陷是古近系渤海灣盆地冀中坳陷的次級負(fù)向構(gòu)造單元。廊固凹陷的形成與演化受制于冀中坳陷乃至整個渤海灣盆地［5］。西靠大興凸起，東以河西務(wù)東主斷層與武清坳陷相鄰，北與大廠坳陷相接，南鄰牛駝鎮(zhèn)凸起和霸縣坳陷，是冀中坳陷北部一個北東走向的古近系北斷南超、西斷東超的箕狀斷陷。受古構(gòu)造、西部大興凸起、南部牛駝鎮(zhèn)凸起和北部桐柏鎮(zhèn)斷層的影響，形成了東西分帶、南北分區(qū)的構(gòu)造格局，自西向東發(fā)育舊州-固安構(gòu)造帶、柳泉-曹家務(wù)構(gòu)造帶和河西務(wù)構(gòu)造帶等。整個坳陷南北長約90km，東西寬20～40km，區(qū)域面積近2 600km2［6］（圖1）。
圖1 廊固凹陷構(gòu)造單元劃分Figure 1 Structural unit division of Langgu sag
研究區(qū)內(nèi)地層由老至新依次為古元古界、太古界、中新元古界長城系、薊縣系；新元古界青白口系；古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系；中生界侏羅系、白堊系；新生界古近系、新近系、第四系。
根據(jù)地層時代的沉積節(jié)律循環(huán)、熱儲層的發(fā)育狀況和穩(wěn)定隔水層的分布情況以及水文地質(zhì)特征，可以將熱儲層自上而下劃分為兩個部分，即新近系明化鎮(zhèn)組孔隙熱儲層和基巖裂隙巖溶熱儲層?；鶐r裂隙巖溶熱儲包括奧陶系、寒武系、薊縣系霧迷山組、長城系等熱儲，本次地?zé)峋衣兜氖撬E縣系熱儲。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要是新生代巖漿多期活動的產(chǎn)物。通過錄井資料分析，巖性以基性巖為主，均為黑色和墨綠色，巖性致密堅硬，氣孔不發(fā)育，主要以輝綠巖侵入體和水下噴發(fā)巖玄武巖為主要產(chǎn)狀。從錄井資料看石炭系、二疊系碎屑巖基底至下新近系東營組均有巖漿巖分布，顯示了坳陷內(nèi)巖漿活動的多期性。巖漿活動在時間上可劃分為兩個階段：始新世早期（Ek—Es4）和始新世晚期至漸新世（Es3—Ed）［7］。
2 水文地質(zhì)試驗與參數(shù)計數(shù)
JZ02地?zé)峋?019年12月1日完成鉆探工作，累計完成鉆探進(jìn)尺2 456.40m。2 455.00m 溫度達(dá)62.5℃，出口水溫49℃，水量為18m3/h。根據(jù)《理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》GB11615—2010，氟、偏硅酸等達(dá)到了礦水濃度標(biāo)準(zhǔn)，偏硼酸達(dá)到了醫(yī)療價值濃度，因此本井地?zé)崴m宜于供暖、醫(yī)療等項目開發(fā)利用［8］。
本次施工地?zé)峋衣短妓猁}巖熱儲層主要是中元古界薊縣系高于莊組。高于莊組巖性以灰色、灰白色、淺灰色的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，底部為長石石英砂巖；揭露頂板埋深為1 755.80m，底板埋深為2 089.90m，揭露厚度為334.10m。根據(jù)鉆井液消耗量和測井資料綜合分析，確定4 段含水層即1 849.35～1 851.95、1 953.05～1 956.80、1 984.50～1 986.75、2 064.05～2 089.90m。
2.1 水文地質(zhì)試驗
終孔后對地?zé)峋M(jìn)行了抽水試驗和回灌試驗，進(jìn)一步研究熱儲段水文地質(zhì)特征，取得含水層水文地質(zhì)參數(shù)，評價含水層的富水性；同時研究目前技術(shù)條件下的回灌能力，為以后采灌均衡提供技術(shù)依據(jù)。
2.1.1 抽水試驗
本井自2019 年12 月28 日3 時至2019 年12 月30 日1 時進(jìn)行了正式抽水試驗，抽水延續(xù)時間為46h，采用3個降深逆向抽水。通過對含水層富水性分級換算，可以得出該地?zé)峋幍暮畬訂挝挥克繛?.053L/（s·m），富水性為弱富水性。
2.1.2 回灌試驗
回灌試驗采用自然回灌與加壓回灌兩種方法，分別獲取不同壓力下含水層的相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)。由于周邊未有同層位地?zé)峋什捎卯悓踊毓嗉从镁畧鰞?nèi)生產(chǎn)水井對其進(jìn)行回灌，取水層位為第四系砂卵礫石。回灌前對回灌水源井SJ-2 進(jìn)行了水質(zhì)簡分析化驗，分析兩種水混合后不會產(chǎn)生沉淀，不會污染JZ02井水質(zhì)。
自然回灌水量穩(wěn)定在3.595m3/h，水位穩(wěn)定距井口0.03m，穩(wěn)定時間為8h后停泵開始恢復(fù)水位，穩(wěn)定水位為26.54m；加壓回灌試驗采用由大到小的三段加壓方式，壓力值分別為1.40、1.0、0.6MPa，穩(wěn)定段回灌量分別為10.968、8.359、6.354m3/h。經(jīng)計算，該地?zé)峋嗖杀葹?0.28%，回灌能力等級為一般等級，反映出熱儲層巖溶裂隙不發(fā)育。
2.2 水文地質(zhì)參數(shù)計算
2.2.1 滲透率與孔隙度
地層孔隙度和滲透率可以反映含水層情況，根據(jù)測井資料熱儲層孔隙度見圖2，滲透率見表1。
表1 JZ02井熱儲層滲透率統(tǒng)計Table 1 Statistics of permeability of thermal reservoir in JZ02 well
圖2 熱儲層孔隙度隨深度變化特征Figure 2 Characteristics of porosity variation with depth in thermal reservoirs
從表1 可以得知，含水層段的滲透率隨著深度的增加滲透率先增大后減小，說明碳酸鹽巖本身傳導(dǎo)液體的能力由強(qiáng)變?nèi)?，整體巖石滲透能力微弱。從圖2 可以看出，熱儲層段的孔隙度的變化呈現(xiàn)出明顯的差異性，在含水層段孔隙度為7.36%、7.22%、7.32%和7.22%，而在非含水層段則為固定數(shù)值7.11%，含水層段孔隙度比非含水層段高1.55%～3.52%。
2.2.2 地?zé)崴镄詤?shù)
本次對不同深度的巖心進(jìn)行了采樣，對巖石密度、巖石含水率、巖石孔隙率、巖石熱導(dǎo)率、巖石比熱容、巖石熱擴(kuò)散率進(jìn)行了測試，結(jié)果如圖3所示。
圖3 熱物性參數(shù)與井深的關(guān)系Figure 3 Relationship between thermal properties parameters and well depth
從圖3可以看出，巖石密度、導(dǎo)熱率和熱擴(kuò)散率隨深度的增加均呈現(xiàn)增大的趨勢，進(jìn)入熱儲層后呈現(xiàn)明顯的升高狀態(tài)，熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率的數(shù)值則表現(xiàn)的更為突出，數(shù)值是其他地層的2～3倍；巖石含水率、比熱容和孔隙率隨深度的增加呈現(xiàn)降低的趨勢，各類巖石比熱容變化明顯緩于含水率和孔隙率，熱儲中的含水率和孔隙率保持在一個相對穩(wěn)定偏小的數(shù)值，也從側(cè)面解釋了熱儲層巖溶裂隙不發(fā)育即原生巖溶孔洞及后生裂隙發(fā)育較差，總體上熱儲層呈現(xiàn)低孔隙率高熱導(dǎo)率的特征。
2.2.3 地溫梯度
根據(jù)三開近似穩(wěn)態(tài)測溫數(shù)據(jù)計算各巖層地溫梯度，即第三次測溫數(shù)據(jù)，此時泥漿靜止時間已超過72h，地層巖溫與鉆孔內(nèi)泥漿溫度達(dá)到一致。中元古界碳酸巖鹽底界為2 119.45m，溫度為55.19℃；中元古界頂界面溫度為51.54℃。經(jīng)計算得中元古界碳酸巖鹽地層地溫梯度為1.00℃/100m。
2.2.4 大地?zé)崃髦?/p>
鉆孔終孔后，將巖心按照設(shè)計要求分別進(jìn)行采樣送至化驗室分析，根據(jù)熱物理性參數(shù)及地溫梯度，計算熱儲層的大地?zé)崃髦禐?0.71mW/m2。
在松散多孔的巖石中，孔隙度和相關(guān)特性，例如孔隙的尺寸和連通性，以及水含量和填充物性質(zhì)等，會對巖石的熱導(dǎo)率產(chǎn)生一定的影響。在研究地殼內(nèi)部熱狀況時，通常不考慮其他因素如溫度和壓力條件對巖石熱導(dǎo)率的影響。本次測試通過孔隙度實際測量結(jié)果，對巖石的熱導(dǎo)率進(jìn)行了飽和狀態(tài)下的校正，以減少大地?zé)崃髦祵ψ罱K結(jié)果的產(chǎn)生的誤差。計算公式如下：
式中：Ks為巖石骨架熱導(dǎo)率；Kw為流體熱導(dǎo)率；K測為實驗測試熱導(dǎo)率；θ為孔隙度；K空氣＝0.021；Kw＝0.6［9］。
校正后熱儲層大地?zé)崃髦禐?0.78mW/m2。使用加權(quán)平均值測算出JZ02 孔大地?zé)崃髦祬?shù)為54.14mW/m2。
冀中坳陷有較多的熱流測試數(shù)據(jù)，熱流值的分布呈現(xiàn)從牛駝鎮(zhèn)斷凸和容城斷凸到斷凹區(qū)逐漸減小的趨勢，其中牛駝鎮(zhèn)斷凸和容城斷凸的平均熱流值為79.1mW/m2，潛山區(qū)的平均熱流值為65.9mW/m2，而斷凹區(qū)的平均熱流值為53.5mW/m2。JZ02 井位于斷凹區(qū)地表熱流值為54.14mW/m2，比一般值偏大1%左右。
2.3 水化學(xué)特征
根據(jù)本次水樣檢測結(jié)果及天然水礦化度分類表，JZ02 井薊縣系熱儲礦化度為800.75mg/L，屬淡水，水化學(xué)類型為HCO3—Na型［10-11］。
3 地?zé)岢刹胤治?/h2>
地?zé)崽锍刹貦C(jī)制由地?zé)釤嵩?、?dǎo)熱通道、熱儲層、熱儲蓋層、地?zé)崃黧w補(bǔ)徑排條件五個地質(zhì)要素決定，是豐富地?zé)豳Y源成藏的先決地質(zhì)條件。
3.1 熱源條件
通過研究總結(jié)以往地?zé)岬刭|(zhì)成果，并結(jié)合本次鉆探施工過程中獲取的各項物性參數(shù)總結(jié)分析后確定JZ02 井以傳導(dǎo)型地?zé)嵯到y(tǒng)為主、對流型地?zé)嵯到y(tǒng)為輔，地下熱源主要來自于地幔供熱及放射性元素衰變生熱，而后構(gòu)造使上部液體接觸到地層深部熱源返回上部地層而引起的地?zé)岙惓！?/p>
1）地幔供熱。區(qū)域大地?zé)崃魇潜緟^(qū)的恒定熱源，在地殼深部熱流呈平均分布，當(dāng)熱流進(jìn)入地殼上部后，在基巖凸起和坳陷的構(gòu)造限制下，熱量重新分布。在正向構(gòu)造與負(fù)向構(gòu)造的交界處，熱流方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，不再沿著垂直方向傳遞，而是從凹陷區(qū)域轉(zhuǎn)移到凸起區(qū)域（圖4）。
圖4 熱傳導(dǎo)示意Figure 4 Heat conduction diagram
2）放射性元素衰變生熱。變質(zhì)巖構(gòu)成結(jié)晶基底，其放射性元素儲量通常比上覆沉積蓋層更高，而這些放射性元素的衰變會產(chǎn)生熱量，為基底隆起部分提供額外的熱源。另外，古老的結(jié)晶基底致密巖石的導(dǎo)熱性能優(yōu)于低密度的沉積蓋層，這就促使更多的熱流集中于基底抬高部位，反映至地面則形成地?zé)岙惓^(qū)［12］。
3.2 蓋層條件
薊縣系高于莊組熱儲層其蓋層主要由第四系、新近系明化鎮(zhèn)組和古近系東營組、沙河街組構(gòu)成，沉積了較厚的黏土、泥巖夾砂巖為主的河湖相沉積物，厚度大，分布廣泛，結(jié)構(gòu)較為松散，孔隙度大，導(dǎo)熱性能差，具有良好的隔熱保溫作用［13］，是理想的區(qū)域熱儲蓋層。
3.3 熱儲條件
薊縣系高于莊組熱儲層，該井揭露厚度為329m，測井解譯含水層厚度為34.45m，鉆探施工過程中鉆井液消耗量均為正常消耗量。測井解譯該段熱儲層孔隙度為7%左右，孔隙度較小也反映了巖層裂隙等不發(fā)育。
3.4 通道條件
廊固凹陷13條三級以上活動性斷層中，除桐柏鎮(zhèn)斷層走向為北西西向外，其余斷層走向均為北東向；斷層傾向以南東和北西方向為主，早期開始活動的斷層傾向以南東方向為主［14］。斷裂控制著區(qū)內(nèi)的構(gòu)造格局并連通著地殼地幔處深部熱源與上部各熱儲層，為深部熱能向上運(yùn)移提供了良好的傳遞通道［15］。
特別是本次鉆探鉆遇的大興斷層，根據(jù)剖面推斷落差為700m，為一正斷層，成為地球深部地?zé)嵯蛏线\(yùn)移的傳遞通道。
3.5 地?zé)崃黧w補(bǔ)給、徑流、排泄條件
根據(jù)本次JZ02 井水樣氘、氧同位素檢測結(jié)果顯示本區(qū)地?zé)崴疄榇髿饨涤辏鶐r熱儲層補(bǔ)給水來源較多，為封閉型地下水［16］。地下熱水的徑流與排泄受基地構(gòu)造和古地形地貌及各隔水層的控制，徑流相對較快（圖5）。
圖5 薊縣系熱儲模型Figure 5 Jixian reservoir model
4 結(jié)論
1）JZ02 地?zé)峋妓猁}巖熱儲層巖溶裂隙不發(fā)育，水量小，僅18m3/h，井底溫度62.5℃，屬于低溫地?zé)豳Y源中的熱水，主要用途可以為供暖、理療、洗浴和溫室等。巖性以灰色、灰白色、淺灰色的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，表現(xiàn)為低滲透率高熱導(dǎo)率的特征。熱儲層地溫梯度較低，僅為1.00℃/100m。同時，大地?zé)崃髦狄渤尸F(xiàn)出凹陷區(qū)低值的特點。
2）熱儲層含水層厚度為34.45m，共5 層。水化學(xué)類型為HCO3—Na 型，補(bǔ)給區(qū)為西部太行山和北部燕山地區(qū)，大興斷裂帶更是提供了絕佳的補(bǔ)給通道，沒有經(jīng)過長時間的徑流導(dǎo)致地溫較低。
3）地?zé)岢梢驒C(jī)理為太行山和燕山的大氣降水補(bǔ)給徑流后，經(jīng)大興斷裂帶滲入深部地層，受到深部地?zé)岷蛶r石放射性生熱的熱量不斷加熱以及斷裂帶深部熱源地?zé)崃黧w的深循環(huán)提供了通道，碳酸巖鹽熱儲其上覆蓋的新生界砂巖和泥巖形成良好的保溫蓋層，熱量不易流失，最終形成良好的地?zé)豳Y源。
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張俊超
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圖1 廊固凹陷構(gòu)造單元劃分Figure 1 Structural unit division of Langgu sag
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2 水文地質(zhì)試驗與參數(shù)計數(shù)
JZ02地?zé)峋?019年12月1日完成鉆探工作，累計完成鉆探進(jìn)尺2 456.40m。2 455.00m 溫度達(dá)62.5℃，出口水溫49℃，水量為18m3/h。根據(jù)《理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》GB11615—2010，氟、偏硅酸等達(dá)到了礦水濃度標(biāo)準(zhǔn)，偏硼酸達(dá)到了醫(yī)療價值濃度，因此本井地?zé)崴m宜于供暖、醫(yī)療等項目開發(fā)利用［8］。
本次施工地?zé)峋衣短妓猁}巖熱儲層主要是中元古界薊縣系高于莊組。高于莊組巖性以灰色、灰白色、淺灰色的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，底部為長石石英砂巖；揭露頂板埋深為1 755.80m，底板埋深為2 089.90m，揭露厚度為334.10m。根據(jù)鉆井液消耗量和測井資料綜合分析，確定4 段含水層即1 849.35～1 851.95、1 953.05～1 956.80、1 984.50～1 986.75、2 064.05～2 089.90m。
2.1 水文地質(zhì)試驗
終孔后對地?zé)峋M(jìn)行了抽水試驗和回灌試驗，進(jìn)一步研究熱儲段水文地質(zhì)特征，取得含水層水文地質(zhì)參數(shù)，評價含水層的富水性；同時研究目前技術(shù)條件下的回灌能力，為以后采灌均衡提供技術(shù)依據(jù)。
2.1.1 抽水試驗
本井自2019 年12 月28 日3 時至2019 年12 月30 日1 時進(jìn)行了正式抽水試驗，抽水延續(xù)時間為46h，采用3個降深逆向抽水。通過對含水層富水性分級換算，可以得出該地?zé)峋幍暮畬訂挝挥克繛?.053L/（s·m），富水性為弱富水性。
2.1.2 回灌試驗
回灌試驗采用自然回灌與加壓回灌兩種方法，分別獲取不同壓力下含水層的相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)。由于周邊未有同層位地?zé)峋什捎卯悓踊毓嗉从镁畧鰞?nèi)生產(chǎn)水井對其進(jìn)行回灌，取水層位為第四系砂卵礫石。回灌前對回灌水源井SJ-2 進(jìn)行了水質(zhì)簡分析化驗，分析兩種水混合后不會產(chǎn)生沉淀，不會污染JZ02井水質(zhì)。
自然回灌水量穩(wěn)定在3.595m3/h，水位穩(wěn)定距井口0.03m，穩(wěn)定時間為8h后停泵開始恢復(fù)水位，穩(wěn)定水位為26.54m；加壓回灌試驗采用由大到小的三段加壓方式，壓力值分別為1.40、1.0、0.6MPa，穩(wěn)定段回灌量分別為10.968、8.359、6.354m3/h。經(jīng)計算，該地?zé)峋嗖杀葹?0.28%，回灌能力等級為一般等級，反映出熱儲層巖溶裂隙不發(fā)育。
2.2 水文地質(zhì)參數(shù)計算
2.2.1 滲透率與孔隙度
地層孔隙度和滲透率可以反映含水層情況，根據(jù)測井資料熱儲層孔隙度見圖2，滲透率見表1。
表1 JZ02井熱儲層滲透率統(tǒng)計Table 1 Statistics of permeability of thermal reservoir in JZ02 well
圖2 熱儲層孔隙度隨深度變化特征Figure 2 Characteristics of porosity variation with depth in thermal reservoirs
從表1 可以得知，含水層段的滲透率隨著深度的增加滲透率先增大后減小，說明碳酸鹽巖本身傳導(dǎo)液體的能力由強(qiáng)變?nèi)?，整體巖石滲透能力微弱。從圖2 可以看出，熱儲層段的孔隙度的變化呈現(xiàn)出明顯的差異性，在含水層段孔隙度為7.36%、7.22%、7.32%和7.22%，而在非含水層段則為固定數(shù)值7.11%，含水層段孔隙度比非含水層段高1.55%～3.52%。
2.2.2 地?zé)崴镄詤?shù)
本次對不同深度的巖心進(jìn)行了采樣，對巖石密度、巖石含水率、巖石孔隙率、巖石熱導(dǎo)率、巖石比熱容、巖石熱擴(kuò)散率進(jìn)行了測試，結(jié)果如圖3所示。
圖3 熱物性參數(shù)與井深的關(guān)系Figure 3 Relationship between thermal properties parameters and well depth
從圖3可以看出，巖石密度、導(dǎo)熱率和熱擴(kuò)散率隨深度的增加均呈現(xiàn)增大的趨勢，進(jìn)入熱儲層后呈現(xiàn)明顯的升高狀態(tài)，熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率的數(shù)值則表現(xiàn)的更為突出，數(shù)值是其他地層的2～3倍；巖石含水率、比熱容和孔隙率隨深度的增加呈現(xiàn)降低的趨勢，各類巖石比熱容變化明顯緩于含水率和孔隙率，熱儲中的含水率和孔隙率保持在一個相對穩(wěn)定偏小的數(shù)值，也從側(cè)面解釋了熱儲層巖溶裂隙不發(fā)育即原生巖溶孔洞及后生裂隙發(fā)育較差，總體上熱儲層呈現(xiàn)低孔隙率高熱導(dǎo)率的特征。
2.2.3 地溫梯度
根據(jù)三開近似穩(wěn)態(tài)測溫數(shù)據(jù)計算各巖層地溫梯度，即第三次測溫數(shù)據(jù)，此時泥漿靜止時間已超過72h，地層巖溫與鉆孔內(nèi)泥漿溫度達(dá)到一致。中元古界碳酸巖鹽底界為2 119.45m，溫度為55.19℃；中元古界頂界面溫度為51.54℃。經(jīng)計算得中元古界碳酸巖鹽地層地溫梯度為1.00℃/100m。
2.2.4 大地?zé)崃髦?/p>
鉆孔終孔后，將巖心按照設(shè)計要求分別進(jìn)行采樣送至化驗室分析，根據(jù)熱物理性參數(shù)及地溫梯度，計算熱儲層的大地?zé)崃髦禐?0.71mW/m2。
在松散多孔的巖石中，孔隙度和相關(guān)特性，例如孔隙的尺寸和連通性，以及水含量和填充物性質(zhì)等，會對巖石的熱導(dǎo)率產(chǎn)生一定的影響。在研究地殼內(nèi)部熱狀況時，通常不考慮其他因素如溫度和壓力條件對巖石熱導(dǎo)率的影響。本次測試通過孔隙度實際測量結(jié)果，對巖石的熱導(dǎo)率進(jìn)行了飽和狀態(tài)下的校正，以減少大地?zé)崃髦祵ψ罱K結(jié)果的產(chǎn)生的誤差。計算公式如下：
式中：Ks為巖石骨架熱導(dǎo)率；Kw為流體熱導(dǎo)率；K測為實驗測試熱導(dǎo)率；θ為孔隙度；K空氣＝0.021；Kw＝0.6［9］。
校正后熱儲層大地?zé)崃髦禐?0.78mW/m2。使用加權(quán)平均值測算出JZ02 孔大地?zé)崃髦祬?shù)為54.14mW/m2。
冀中坳陷有較多的熱流測試數(shù)據(jù)，熱流值的分布呈現(xiàn)從牛駝鎮(zhèn)斷凸和容城斷凸到斷凹區(qū)逐漸減小的趨勢，其中牛駝鎮(zhèn)斷凸和容城斷凸的平均熱流值為79.1mW/m2，潛山區(qū)的平均熱流值為65.9mW/m2，而斷凹區(qū)的平均熱流值為53.5mW/m2。JZ02 井位于斷凹區(qū)地表熱流值為54.14mW/m2，比一般值偏大1%左右。
2.3 水化學(xué)特征
根據(jù)本次水樣檢測結(jié)果及天然水礦化度分類表，JZ02 井薊縣系熱儲礦化度為800.75mg/L，屬淡水，水化學(xué)類型為HCO3—Na型［10-11］。
3 地?zé)岢刹胤治?/h2>
地?zé)崽锍刹貦C(jī)制由地?zé)釤嵩?、?dǎo)熱通道、熱儲層、熱儲蓋層、地?zé)崃黧w補(bǔ)徑排條件五個地質(zhì)要素決定，是豐富地?zé)豳Y源成藏的先決地質(zhì)條件。
3.1 熱源條件
通過研究總結(jié)以往地?zé)岬刭|(zhì)成果，并結(jié)合本次鉆探施工過程中獲取的各項物性參數(shù)總結(jié)分析后確定JZ02 井以傳導(dǎo)型地?zé)嵯到y(tǒng)為主、對流型地?zé)嵯到y(tǒng)為輔，地下熱源主要來自于地幔供熱及放射性元素衰變生熱，而后構(gòu)造使上部液體接觸到地層深部熱源返回上部地層而引起的地?zé)岙惓！?/p>
1）地幔供熱。區(qū)域大地?zé)崃魇潜緟^(qū)的恒定熱源，在地殼深部熱流呈平均分布，當(dāng)熱流進(jìn)入地殼上部后，在基巖凸起和坳陷的構(gòu)造限制下，熱量重新分布。在正向構(gòu)造與負(fù)向構(gòu)造的交界處，熱流方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，不再沿著垂直方向傳遞，而是從凹陷區(qū)域轉(zhuǎn)移到凸起區(qū)域（圖4）。
圖4 熱傳導(dǎo)示意Figure 4 Heat conduction diagram
2）放射性元素衰變生熱。變質(zhì)巖構(gòu)成結(jié)晶基底，其放射性元素儲量通常比上覆沉積蓋層更高，而這些放射性元素的衰變會產(chǎn)生熱量，為基底隆起部分提供額外的熱源。另外，古老的結(jié)晶基底致密巖石的導(dǎo)熱性能優(yōu)于低密度的沉積蓋層，這就促使更多的熱流集中于基底抬高部位，反映至地面則形成地?zé)岙惓^(qū)［12］。
3.2 蓋層條件
薊縣系高于莊組熱儲層其蓋層主要由第四系、新近系明化鎮(zhèn)組和古近系東營組、沙河街組構(gòu)成，沉積了較厚的黏土、泥巖夾砂巖為主的河湖相沉積物，厚度大，分布廣泛，結(jié)構(gòu)較為松散，孔隙度大，導(dǎo)熱性能差，具有良好的隔熱保溫作用［13］，是理想的區(qū)域熱儲蓋層。
3.3 熱儲條件
薊縣系高于莊組熱儲層，該井揭露厚度為329m，測井解譯含水層厚度為34.45m，鉆探施工過程中鉆井液消耗量均為正常消耗量。測井解譯該段熱儲層孔隙度為7%左右，孔隙度較小也反映了巖層裂隙等不發(fā)育。
3.4 通道條件
廊固凹陷13條三級以上活動性斷層中，除桐柏鎮(zhèn)斷層走向為北西西向外，其余斷層走向均為北東向；斷層傾向以南東和北西方向為主，早期開始活動的斷層傾向以南東方向為主［14］。斷裂控制著區(qū)內(nèi)的構(gòu)造格局并連通著地殼地幔處深部熱源與上部各熱儲層，為深部熱能向上運(yùn)移提供了良好的傳遞通道［15］。
特別是本次鉆探鉆遇的大興斷層，根據(jù)剖面推斷落差為700m，為一正斷層，成為地球深部地?zé)嵯蛏线\(yùn)移的傳遞通道。
3.5 地?zé)崃黧w補(bǔ)給、徑流、排泄條件
根據(jù)本次JZ02 井水樣氘、氧同位素檢測結(jié)果顯示本區(qū)地?zé)崴疄榇髿饨涤辏鶐r熱儲層補(bǔ)給水來源較多，為封閉型地下水［16］。地下熱水的徑流與排泄受基地構(gòu)造和古地形地貌及各隔水層的控制，徑流相對較快（圖5）。
圖5 薊縣系熱儲模型Figure 5 Jixian reservoir model
4 結(jié)論
1）JZ02 地?zé)峋妓猁}巖熱儲層巖溶裂隙不發(fā)育，水量小，僅18m3/h，井底溫度62.5℃，屬于低溫地?zé)豳Y源中的熱水，主要用途可以為供暖、理療、洗浴和溫室等。巖性以灰色、灰白色、淺灰色的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，表現(xiàn)為低滲透率高熱導(dǎo)率的特征。熱儲層地溫梯度較低，僅為1.00℃/100m。同時，大地?zé)崃髦狄渤尸F(xiàn)出凹陷區(qū)低值的特點。
2）熱儲層含水層厚度為34.45m，共5 層。水化學(xué)類型為HCO3—Na 型，補(bǔ)給區(qū)為西部太行山和北部燕山地區(qū)，大興斷裂帶更是提供了絕佳的補(bǔ)給通道，沒有經(jīng)過長時間的徑流導(dǎo)致地溫較低。
3）地?zé)岢梢驒C(jī)理為太行山和燕山的大氣降水補(bǔ)給徑流后，經(jīng)大興斷裂帶滲入深部地層，受到深部地?zé)岷蛶r石放射性生熱的熱量不斷加熱以及斷裂帶深部熱源地?zé)崃黧w的深循環(huán)提供了通道，碳酸巖鹽熱儲其上覆蓋的新生界砂巖和泥巖形成良好的保溫蓋層，熱量不易流失，最終形成良好的地?zé)豳Y源。
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