山東省定陶縣城區(qū)地熱資源分析及開發(fā)利用

馮超臣，馬 龍，張 旭

（山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東兗州 272100）

定陶縣位于山東省西南部，地處魯西南黃泛平原。近期地熱勘查發(fā)現(xiàn)，定陶縣城區(qū)中低溫地熱資源豐富，具有良好的開發(fā)前景。

1 區(qū)域地質(zhì)條件

1.1 地層

本區(qū)地層有古生界的奧陶系、石炭系及二疊系，新生界的古近系、新近系及第四系。其中與地熱資源有關(guān)的地層主要為：

（1）奧陶系馬家溝組：為厚層灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r，推測區(qū)內(nèi)該組厚度800m左右。

（2）新近系明化鎮(zhèn)組：下部為棕紅色泥巖夾粉細砂巖，上部巖性為黃色泥巖、粉細砂巖互層，總厚410m。

1.2 構(gòu)造

山東省定陶縣城區(qū)位于中朝準地臺（Ⅰ）魯西斷?。á颍斘鲾鄩K隆起（Ⅲ）菏澤凸起地段。區(qū)域斷裂有近東西向和近南北向兩組（圖1）。

（1）南北向斷裂

①聊考斷裂：為一條區(qū)域性近南北向斷裂，是華北斷拗與魯西斷隆和東濮凹陷與菏澤凸起分界斷裂。聊考斷裂自中生代到古近紀活動強烈，在聊城一帶斷距3000～4000m；新近紀繼續(xù)活動，斷距達600～1200m；第四紀仍有活動顯示[1]。該斷裂具有一定的透水及控熱作用。

②曹縣斷裂：為菏澤凸起和鄆城凹陷的分界線。北段走向近南北，傾向西；南段走向西南，傾向東南。該斷裂于定陶縣東南部，垂直斷距大于1500m。古近紀斷裂整體活動，以曹縣—成武段活動較強。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造綱要圖

（2）東西向斷裂

①菏澤斷裂：位于菏澤凸起的中南部，橫貫整個凸起。全長約64km，縣內(nèi)長度6km，為正斷層。據(jù)有關(guān)資料，菏澤斷裂左行錯斷奧陶系。

②鳧山斷裂：走向83°，傾向南，傾角70°，長度180km，落差2000m；為壓性斷裂，主要活動時期為燕山期。

2 地熱地質(zhì)條件和地溫場特征

2.1 地熱熱源補給

根據(jù)物探資料推斷，本區(qū)莫霍面埋深在30～33km，是莫霍面的相對隆起區(qū)，熱源主要來自地殼深層正常的熱流傳導。本區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，地殼深部的熱能可通過斷裂及巖漿巖侵入兩側(cè)的破碎帶傳導輸送至熱儲層。上覆巨厚的碎屑巖和松散巖蓋層使熱能儲存下來。

地熱水的主要補給來源為大氣降水的垂直入滲，其次是側(cè)向徑流。

2.2 地熱蓋層

地熱蓋層是指熱儲的覆蓋層，它是地熱形成的重要條件，可防止熱儲層中的熱能大量散失。對于不同的熱儲層有不同的蓋層系統(tǒng)。就本區(qū)而言，奧陶系石灰?guī)r熱儲層的蓋層由第四系、新近系和石炭—二疊系構(gòu)成。

新近系底板埋深在800～1000m，其中第四系厚度200m左右。第四系主要是沖洪積黃色粘土、粉質(zhì)粘土夾不等粒之砂層；新近系主要為棕色為主的粘土巖夾粉質(zhì)粘土巖和粉、細砂巖。石炭-二疊系厚度經(jīng)揭露為60.40m，巖性為泥巖、頁巖、砂巖及少量灰?guī)r和煤層。新近系巨厚的粉質(zhì)粘土、粘土、泥巖不透水層，切斷了含水層間地下水的垂向運移，防止地下熱能的擴散，形成了本區(qū)地熱田良好的蓋層。

2.3 地熱儲層

本區(qū)的熱儲層有上部新近系砂巖和下部奧陶系石灰?guī)r。

（1）新近系砂巖熱儲層：屬層狀裂隙—孔隙型熱儲。其巖性以灰色、紫紅色中細砂巖與粉砂巖為主，局部夾有淺紫紅色粘土巖，厚度500m左右，底板埋深700m左右。新近系上部熱儲層溫度不高，開發(fā)利用價值小。

（2）奧陶系石灰?guī)r層熱儲層：屬灰?guī)r類裂隙—巖溶型熱儲。根據(jù)以往物探視電阻率電測深資料顯示，本區(qū)有一明顯的低阻帶，為北西向的斷裂破碎帶，是裂隙巖溶、巖石破碎的發(fā)育區(qū)，地熱水富集，埋深在1300m左右，具有開發(fā)地熱水的良好條件。

2.4 控熱和導水構(gòu)造

控熱和導水構(gòu)造是地熱形成的必備條件。定陶縣西部為聊考斷裂，南部靠近常樂集斷裂和曹縣斷裂的交匯部位，這三條斷裂分別為菏澤凸起的西部、南部和東部邊界。斷裂切割深度大，是本區(qū)主要的控熱構(gòu)造。鳧山斷裂通過本區(qū)南部，可能成為熱儲層與地內(nèi)熱庫間傳輸通道。

2.5 地溫場特征

本區(qū)地溫場特征主要受地質(zhì)構(gòu)造的控制，也受蓋層及巖性影響。在常溫帶下，地溫隨深度增加而增高。經(jīng)井溫資料統(tǒng)計分析，確定該地常溫帶深度為20m，常溫帶值選用當?shù)啬昶骄鶜鉁?4.8℃。經(jīng)計算該區(qū)蓋層平均地溫梯度在3.6～4.5℃/100m（圖2）。

圖2 定陶縣城區(qū)地溫梯度等值線圖

3 奧陶系熱水水質(zhì)特征

奧陶系熱儲層地熱水中氯離子和硫酸根離子含量較高，對金屬有強腐蝕性。地熱水可形成硫酸鈣垢和硅酸鹽垢。該區(qū)地熱水具有強腐蝕性，結(jié)垢較多，應(yīng)采用間接供暖方式（換熱技術(shù)），梯級利用，設(shè)計回水溫度以40℃為宜。

地熱水中各有害成分含量均未超出“最高允許排放濃度”的要求，但因其水中總硬度、氟、硫酸根、氯化物和礦化度常高于當?shù)氐牡乇硭偷叵滤?，其棄水排放對環(huán)境會產(chǎn)生一定不良影響。

4 地熱資源可開采量初步估算

（1）地熱資源熱儲概念模型

本區(qū)屬層控裂隙巖溶型層狀熱儲中低溫地熱田，發(fā)育于新生代巨厚層之下，熱儲層主要為奧陶系石灰?guī)r。其熱儲概念模型見圖3。

圖3 定陶縣城區(qū)地熱資源熱儲概念模型

本區(qū)地熱田主要是聊考、曹縣和常樂集斷裂形成，能從地球深部獲得源源不斷的熱能。其地層上部有巨厚的第四系、新近系蓋層，有利于地熱田形成。

（2）奧陶系熱儲層地熱水可開采量估算

經(jīng)初步估算，地下熱水靜儲量為23.27×108 m3，熱水靜儲資源量為4.26×1017J，折合標準煤14.52×106t。用平均布井法計算地熱水可采資源量，得可布井數(shù)112眼。

5 地熱資源開發(fā)利用與保護建議

為了做到計劃、合理開發(fā)利用和保護地熱水資源，提出如下建議。

（1）該地區(qū)缺少規(guī)范的地熱資源勘查評價，政府有關(guān)部門應(yīng)加強這方面的工作。

（2）制定地熱資源開發(fā)利用和保護方案。

（3）建立地熱資源信息數(shù)據(jù)庫和管理系統(tǒng)，為科學規(guī)劃與指導地熱資源勘查開發(fā)提供基礎(chǔ)資料。

6 結(jié)論與建議

（1）定陶縣城區(qū)位于中朝準地臺魯西斷塊菏澤凸起的南部，有良好的地熱地質(zhì)條件。

（2）該區(qū)可利用的主要熱儲層有新近系上部明化鎮(zhèn)組和寒武—奧陶系灰?guī)r。其中奧陶系灰?guī)r熱儲層具有較好的開發(fā)利用價值。

（3）地熱水類型為偏硅酸、偏硼酸熱礦水，含有多種對人體有益的微量元素。

（4）應(yīng)進行地熱水動態(tài)監(jiān)測，保證地熱資源的合理和可持續(xù)利用。

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