河南省濮陽(yáng)市區(qū)地?zé)豳Y源形成條件與開(kāi)發(fā)利用研究

宋會(huì)香，鄧振興，趙目軍

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)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?zé)岬刭|(zhì)條件

本區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)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(shí)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(zhǎng)期的抬升作用之后，華北地臺(tái)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(yùn)動(dòng)之后，華北盆地開(kāi)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(yáng)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(yíng)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?tīng)睢Ｔ阱ш?yáng)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(guò)。

濮陽(yáng)市區(qū)第四系是本區(qū)最新的沉積蓋層，覆蓋于整個(gè)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(xì)砂層組成下粗上細(xì)的韻律層;頂部為淺褐黃色表土層。

本區(qū)所在地?zé)崽餅殄?陽(yáng))東(明)地?zé)崽?，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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)水性能和含水性能，尤其是砂層(中細(xì)砂、中粗砂)更具有良好的導(dǎo)水性能，但是由于圖1濮陽(yáng)地?zé)崽飬^(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)構(gòu)造圖其導(dǎo)水性能強(qiáng)，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(chǔ)。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(dǎo)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(chǔ)。

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(dǎo)水性能和熱傳導(dǎo)性能的差異，同時(shí)也取決于基巖和蓋層空間分布的形態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，基巖頂部蓋層的導(dǎo)水性能和熱傳導(dǎo)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(yáng)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(guò)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(fù)雜，含水層薄而少，且為本區(qū)的主要生油層之一，對(duì)地?zé)崽锏男纬梢饬x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(dāng)發(fā)育，上覆第四系厚度320～400 m，其中的粘性土具有很強(qiáng)的隔熱保溫作用。由此可以看出，濮陽(yáng)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?zé)崽镄纬膳c發(fā)展的一個(gè)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(guò)高熱導(dǎo)率的剛性巖層向上傳導(dǎo)。另一方面在隆起區(qū)的邊緣，在歷次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)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(chǔ)水條件，前者則是補(bǔ)充其地?zé)崃黧w的通道。

濮陽(yáng)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(dá)上地幔的深大張性斷裂——長(zhǎng)垣斷裂通過(guò)。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(guò)莫霍面進(jìn)入上地幔，能溝通深部的熱源，起導(dǎo)通熱流體的作用。

2 熱儲(chǔ)層水文地質(zhì)特征

根據(jù)資料分析，區(qū)內(nèi)地?zé)崴?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(chǔ)層。

2.1 明化鎮(zhèn)組孔隙裂隙熱儲(chǔ)層

該熱儲(chǔ)層遍布整個(gè)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(xì)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)層

熱儲(chǔ)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(cè)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(guò)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(guò)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(yùn)動(dòng)，其內(nèi)部裂隙錯(cuò)綜復(fù)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(lái)看，溫水儲(chǔ)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(shí)阻隔了溫水儲(chǔ)層與上部第四系中淺層含水層的水力聯(lián)系;溫水儲(chǔ)層與溫?zé)崴畠?chǔ)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?zé)崴畠?chǔ)層與上部溫水儲(chǔ)層之間的水力聯(lián)系;熱水儲(chǔ)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(yè)巖，這些地層條件使得熱水儲(chǔ)層與上部溫?zé)崴畠?chǔ)層之間發(fā)生水力聯(lián)系的可能性很小。

3 地?zé)崃黧w化學(xué)特征

3.1 溫水熱儲(chǔ)層水化學(xué)特征

本區(qū)溫水熱儲(chǔ)層水化學(xué)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(jì))186～298 mg/L 為微硬水，礦化度 1.130 ～1.267g/L，屬微咸水。

3.2 溫?zé)崴疅醿?chǔ)層水化學(xué)特征

溫?zé)崴疅醿?chǔ)層，據(jù)本次采取的三個(gè)水分析及收集到的4個(gè)水分析資料，水化學(xué)類型分為二種:SO4·Cl—Na型和Cl·SO4—Na型水，其中，濮陽(yáng)縣北關(guān)(PC09)附近水化學(xué)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?zé)崴酿^陶組熱儲(chǔ)。

3.3 熱水熱儲(chǔ)層水化學(xué)特征

本區(qū)熱水熱儲(chǔ)層為奧陶系地層，水化學(xué)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(jì))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(kāi)采條件下，相同熱儲(chǔ)層在不同取樣時(shí)間的化學(xué)成份沒(méi)有明顯的變化，說(shuō)明各熱儲(chǔ)層的水化學(xué)成份基本不隨開(kāi)采時(shí)間發(fā)生變化，同時(shí)也表明逐年開(kāi)采后各熱儲(chǔ)層仍維持開(kāi)采前的水化學(xué)平衡狀態(tài)，即開(kāi)采過(guò)程中各熱儲(chǔ)層間沒(méi)有接受近期大氣降水的補(bǔ)給，地?zé)崴乃|(zhì)是比較穩(wěn)定的。

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

4 地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)

4.1 地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用可行性評(píng)價(jià)

在現(xiàn)有工作和認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，選擇有利的熱儲(chǔ)分布區(qū)和開(kāi)采地段，本著經(jīng)濟(jì)、便利、投資風(fēng)險(xiǎn)小等原則，堅(jiān)持“探采結(jié)合、以探促采、滾動(dòng)開(kāi)發(fā)”的思路進(jìn)行下一步的勘探開(kāi)發(fā)。根據(jù)當(dāng)前地?zé)豳Y源開(kāi)采技術(shù)的可能性及經(jīng)濟(jì)的合理性，對(duì)其開(kāi)發(fā)的可行性做出評(píng)價(jià)。

(1)地?zé)峋删疃葹?00～2 000 m，地?zé)豳Y源開(kāi)采屬經(jīng)濟(jì)型。

(2)依據(jù)區(qū)內(nèi)目前已有地?zé)峋Y料，地?zé)崴畣挝划a(chǎn)量為15.82 m3/d·m，表明區(qū)內(nèi)為適宜開(kāi)采地區(qū)。

(3)依據(jù)地?zé)崴疁囟仍?0℃ ～70℃之間及水質(zhì)質(zhì)量，地?zé)崴捎糜卺t(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?zé)崃黧w資源，該區(qū)的地?zé)崃黧w，既是熱資源，又是具有醫(yī)療價(jià)值的礦水資源，應(yīng)有效地利用其“熱、礦水”的綜合作用。

②地?zé)崴_(kāi)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(jìn)一步開(kāi)發(fā)用于熱帶魚(yú)養(yǎng)殖及溫棚種植業(yè)等綜合開(kāi)發(fā)利用。

4.2 地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用保護(hù)

(1)做好地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)工作，加強(qiáng)地?zé)豳Y源勘查與開(kāi)發(fā)利用技術(shù)研究。防止無(wú)限度開(kāi)采和浪費(fèi)資源。兼顧各方利益，保證可持續(xù)發(fā)展的要求。

(2)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)應(yīng)大力推廣新技術(shù)，依靠科學(xué)手段，做好地?zé)崴木C合利用，提高資源利用效率，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。

(3)在地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的同時(shí)，應(yīng)進(jìn)行“開(kāi)采與回灌”聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行模式，保護(hù)好生態(tài)環(huán)境，杜絕一切污染源。預(yù)防隨著開(kāi)采量的增大可能引起的地面局部沉降等地?zé)岬刭|(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

(4)對(duì)已開(kāi)發(fā)的地?zé)豳Y源進(jìn)行布局優(yōu)化。對(duì)既有地?zé)峋嬖诓季植缓侠?、地?zé)嵘a(chǎn)井密度過(guò)大等問(wèn)題，要有計(jì)劃地進(jìn)行技術(shù)改造和結(jié)構(gòu)調(diào)整，不斷地進(jìn)行布局優(yōu)化，以很小的改造費(fèi)用，換取最大的效益。對(duì)于布局不合理，不進(jìn)行回灌的地?zé)峋瑧?yīng)根據(jù)實(shí)際情況，因地制宜地進(jìn)行改造。

5 結(jié)語(yǔ)

地?zé)嵫芯康哪康脑谟诶?，?jiān)持合理開(kāi)發(fā)、綜合利用、注重效益和開(kāi)發(fā)與保護(hù)并重的原則，對(duì)地?zé)豳Y源進(jìn)行有計(jì)劃的勘查、開(kāi)發(fā)和評(píng)價(jià)，避免地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用陷入一種混亂、無(wú)序的狀態(tài)，達(dá)到低消耗、降(無(wú))污染、高產(chǎn)出、高收益的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

建立區(qū)域地?zé)豳Y源監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，可在地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中進(jìn)一步工作區(qū)域地?zé)嵯到y(tǒng)，對(duì)已建立的地?zé)豳Y源概念模型、開(kāi)發(fā)管理模型進(jìn)行分析、驗(yàn)證和改進(jìn)，實(shí)時(shí)調(diào)整地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用計(jì)劃，對(duì)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中出現(xiàn)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題及時(shí)做出對(duì)策。