濟(jì)南市孔隙裂隙地?zé)崽餆醿?chǔ)特征及開(kāi)發(fā)利用模式探討

尹秀貞,胡松濤,潘春光,寇薇,陸凱,趙輝

(1.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院,山東 濟(jì)南 250013；2.山東省地礦工程勘察院,山東 濟(jì)南 250014；3.濟(jì)南市國(guó)土資源局，山東 濟(jì)南 250099)

0 引言

濟(jì)南市孔隙裂隙熱儲(chǔ)屬于魯西北地?zé)崽锏囊徊糠?，分布于商河、?jì)陽(yáng)兩縣，是環(huán)渤海開(kāi)發(fā)和濟(jì)南市“北跨”規(guī)劃的主要戰(zhàn)略地。北從濟(jì)南市界，南至齊河-廣饒斷裂及聊城-蘭考斷裂。地質(zhì)構(gòu)造上位于齊河-廣饒斷裂以北的濟(jì)陽(yáng)斷坳之惠民潛陷。地?zé)釁^(qū)面積1750km2。

該文以濟(jì)南市孔隙裂隙地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)條件為背景，結(jié)合多年地?zé)豳Y源勘查資料，論述了濟(jì)南市孔隙裂隙地?zé)崽餆醿?chǔ)特征，指出了地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)可持續(xù)應(yīng)用方向，對(duì)濟(jì)南市孔隙裂隙地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用以及地?zé)釁^(qū)遠(yuǎn)景規(guī)劃具有一定意義。

1 區(qū)域地質(zhì)條件及地?zé)岢梢?/h2>

濟(jì)南地區(qū)在大地構(gòu)造上橫跨新華夏第Ⅱ隆起帶的魯西隆起及新華夏第Ⅱ沉降帶的魯西北坳陷區(qū)。以EW向的齊河-廣饒斷裂為界，南部是一個(gè)以古生代地層為主體的N傾單斜構(gòu)造，分布碳酸鹽巖類(lèi)巖溶裂隙熱儲(chǔ)，熱儲(chǔ)層為寒武—奧陶紀(jì)的灰?guī)r、白云巖夾頁(yè)巖，蓋層為第四系、石炭—二疊系等；北部則是沉積了厚度較大的新生界松散堆積物的凹陷區(qū)，分布碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙熱儲(chǔ)，熱儲(chǔ)層主要為新近紀(jì)館陶組、古近紀(jì)東營(yíng)組熱儲(chǔ)，巖性以砂巖為主，蓋層為第四系及新近紀(jì)明化鎮(zhèn)組，巖性為粘土及粉質(zhì)粘土層。

濟(jì)南孔隙裂隙熱儲(chǔ)區(qū)在大地構(gòu)造單元上位于齊河-廣饒斷裂以北的華北板塊(Ⅰ級(jí))—華北坳陷(Ⅱ級(jí))—濟(jì)陽(yáng)斷陷(Ⅲ級(jí))—惠民潛陷(Ⅳ級(jí))和(Ⅳ級(jí))埕寧潛隆(Ⅳ級(jí))，大部分位于惠民潛陷區(qū)內(nèi)。在惠民潛陷區(qū)內(nèi)，以臨邑-惠民斷裂為界，以北屬惠民潛凹(Ⅴ級(jí))，以南屬臨邑潛凹(Ⅴ級(jí))和王判潛凸(Ⅴ級(jí))區(qū)。

濟(jì)南市孔隙裂隙地?zé)崽餆醿?chǔ)呈層狀分布，熱流為來(lái)自地殼深處及上地幔的傳導(dǎo)熱流，是以熱傳導(dǎo)為主的大地?zé)崃髯饔脵C(jī)制下形成的溫?zé)崴偷責(zé)豳Y源。該地?zé)崽锬壳肮灿?1眼地?zé)徙@孔，孔深一般在1300～1556m，井口水溫54～67℃，大多分布在商河縣城區(qū)內(nèi)及周?chē)貐^(qū)、濟(jì)陽(yáng)縣北部新—古近系碎屑巖區(qū)。

2 孔隙裂隙熱儲(chǔ)特征

據(jù)放射性及同位素分析研究，區(qū)內(nèi)地?zé)崴畬俅髿饨邓霛B成因，補(bǔ)給來(lái)源區(qū)主要是西部的太行山區(qū)，屬長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離的地下徑流補(bǔ)給，但是徑流速度緩慢，補(bǔ)給條件差，開(kāi)采時(shí)主要消耗彈性儲(chǔ)存量。在2000m經(jīng)濟(jì)深度內(nèi)，熱儲(chǔ)層主要為新近紀(jì)館陶組，另有古近紀(jì)東營(yíng)組、沙河街組和孔店組,目前揭露的含水層組主要為館陶組和東營(yíng)組。

2.1 新近紀(jì)館陶組熱儲(chǔ)

館陶組熱儲(chǔ)廣泛分布于齊廣斷裂以北、陵縣-老黃河口斷裂以南區(qū)域，僅在寧津潛凸區(qū)缺失。熱儲(chǔ)頂界埋深一般在750～1200m，底界埋深1100～1400m，厚度200～300m，自商河縣北部、東南部往中部及西南部埋深及厚度逐漸增大。館陶組熱儲(chǔ)含水層巖性主要為灰色、灰白色粗砂巖和砂礫巖，垂向上呈上細(xì)下粗的正旋回沉積，底礫巖明顯，礫石成分以石英為主，含少量黑色燧石及暗色礦物，礫石直徑1～10mm不等，呈次棱角—次圓狀，磨圓度中等，分選性一般，泥質(zhì)膠結(jié)，砂礫巖成巖性差，呈疏松狀?？紫抖却?，一般為20%～30%，具有良好的儲(chǔ)水空間。熱儲(chǔ)的含水砂層累計(jì)厚度50～108.8m，約占地層厚度的17.63%～38.74%[1]。

按富水性分為3個(gè)區(qū)，富水性較強(qiáng)的區(qū)分布在縣城、賈莊、龍桑寺一帶，大體沿S316省道呈NE—SW向條帶狀展布，東西長(zhǎng)約36.5km，南北11.2km，面積411.62km2，占熱儲(chǔ)區(qū)面積的23.5%。含水砂層較發(fā)育，在合理降深20m時(shí)，單井出水量1000～2000m3/d。熱水含水層厚度86m左右，占熱儲(chǔ)總厚度的38.74%左右，上下熱對(duì)流較強(qiáng)，其地溫梯度較低，一般在1.32～1.57℃/100m。已有24眼地?zé)峋?包括開(kāi)采井、回灌井)。該區(qū)的兩側(cè)為富水性中等區(qū)，含水砂層發(fā)育一般，總面積480.44km2，占熱儲(chǔ)區(qū)面積的27.5%。合理水位降深20m時(shí)，推斷單井出水量500～1000m3/d。含水層上下熱對(duì)流較弱，其地溫梯度較高，一般在1.57℃～1.82℃/100m，目前該區(qū)分布有玉皇廟鎮(zhèn)4眼地?zé)峋?。富水性較差區(qū)位于商河縣東北部、東南部及濟(jì)陽(yáng)縣北半部，面積826.36km2，占熱儲(chǔ)總面積的47.3%，合理水位降深20m時(shí)，推斷該區(qū)單井出水量小于500m3/d，井口水溫為53～58℃(表1)。

館陶組熱儲(chǔ)埋深適中，富水性較強(qiáng)，屬于中低溫?zé)醿?chǔ)，是濟(jì)南市孔隙裂隙熱儲(chǔ)層區(qū)最為適宜的開(kāi)采層。

表1 濟(jì)南市孔隙裂隙水文地質(zhì)資料

2.2 古近紀(jì)東營(yíng)組熱儲(chǔ)

東營(yíng)組熱儲(chǔ)在工作區(qū)分布較為廣泛，局部地區(qū)缺失。熱儲(chǔ)頂界埋深1100～2000m，厚度為50～500m?？傮w上，熱儲(chǔ)頂界埋深及厚度自北部和東南部往中部及西南部有增大趨勢(shì)。在北部寧津潛凸區(qū)、陵縣-老黃河口斷裂南側(cè)的惠民潛陷斜坡地帶、東南部的陡河以南至齊廣斷裂一帶和縣城附近，東營(yíng)組缺失。目前濟(jì)南市沒(méi)有東營(yíng)組熱儲(chǔ)單獨(dú)成井的地?zé)峋?，僅有商熱1號(hào)和洼里王地?zé)峋疄轲^陶組與東營(yíng)組熱儲(chǔ)混合成井，洼里王主要開(kāi)采東營(yíng)組熱儲(chǔ)。

東營(yíng)組熱儲(chǔ)層頂界埋深為1100～1412m，推測(cè)底界埋深為1500～1600m，平均孔隙度為26.0%。洼里王地?zé)峋@探1478.26m，揭露東營(yíng)組厚度366.26m，未揭穿。熱儲(chǔ)含水層厚50～80m，利用熱儲(chǔ)含水層厚度為63m左右，占揭露熱儲(chǔ)層厚度的17.2%，含水層有8層，單層厚度5～10m。商熱1號(hào)井終孔深度內(nèi)(1566m)揭露中東營(yíng)組厚度154m，含水層總厚度16m。含水層巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，其富水性較差，在合理降深20m時(shí)，普遍小于300m3/d，地溫梯度在1.81℃/100m左右。礦化度較高，東營(yíng)組熱儲(chǔ)溫度為50～67℃。

東營(yíng)組熱儲(chǔ)層埋藏較深且分布不穩(wěn)定，部分地區(qū)缺失，富水性較差，目前單獨(dú)成井開(kāi)采適宜性較差。

3 水質(zhì)評(píng)價(jià)

根據(jù)孔隙裂隙地?zé)崴|(zhì)分析資料，地?zé)崴宄和该?、無(wú)異味、微咸，無(wú)肉眼可見(jiàn)物，水化學(xué)類(lèi)型Cl-Na型，礦化度6.458～11.296g/L，屬于咸水-鹽水。根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GBT11615Cl-2010)附錄C《理療熱礦泉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，孔隙裂隙地?zé)崴J含量已達(dá)命名濃度，偏硅酸、偏硼酸、溴、碘含量達(dá)到了礦水濃度，可命名為富含多種微量元素的鍶型理療熱礦水(表2)。

表2 地?zé)崴|(zhì)評(píng)價(jià)

4 地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用模式探討

濟(jì)南市的孔隙裂隙熱儲(chǔ)主要分布于北部商河、濟(jì)陽(yáng)兩地，與該市的“北跨”戰(zhàn)略城市發(fā)展戰(zhàn)略相契合，城市發(fā)展可以促進(jìn)地?zé)嵯嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。全市的孔隙裂熱儲(chǔ)埋藏深度適中、屬于中低溫?zé)崴?，可以直接用于地?zé)峁┡?、養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)溫室種植、工業(yè)生產(chǎn)等方面。由于水中富含人體有益微量元素，可用于醫(yī)療保健、洗浴和旅游度假等開(kāi)發(fā)。

(1)地?zé)峁┡Ｊ?。地?zé)崮苁蔷G色清潔能源，暖工程地?zé)峁┡哂虚_(kāi)發(fā)周期短、成本低廉、供熱溫度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，若處理好地?zé)峁┡菜毓鄦?wèn)題，僅取地?zé)嶂械摹盁崃俊保玫責(zé)峁┡粫?huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生任何污染。據(jù)統(tǒng)計(jì),全國(guó)地?zé)峁┡娣e以每年19%的速度增長(zhǎng)[2]，北京、天津、西安、鄭州、鞍山等城市均開(kāi)采較大規(guī)模地?zé)嵊脕?lái)供暖，其中天津市地?zé)峁┡娣e較大，約占全國(guó)地?zé)峁┡偯娣e的一半，地?zé)峁┡?jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著。

(2)醫(yī)療保健和溫泉旅游度假模式。地?zé)崃黧w中含有溴、碘、偏硅酸、偏硼酸以及微量的放射性元素氡等成分，溫泉療養(yǎng)可以利用地?zé)崴M(jìn)行水療、氣療和泥療等方式，對(duì)人體起到一定的醫(yī)療保健作用。溫泉度假村等地?zé)崧糜雾?xiàng)目在全世界發(fā)展炙熱，目前國(guó)內(nèi)溫泉旅游度假比重占地?zé)嶂苯永玫?1%[3]。

(3)農(nóng)業(yè)溫室種植及水產(chǎn)養(yǎng)殖模式。地?zé)豳Y源可應(yīng)用于生物的反季節(jié)、異地養(yǎng)殖與種植。冬季利用地?zé)崴畬?duì)溫室大棚進(jìn)行供暖，種植較高檔的花卉和蔬菜瓜果等，不僅節(jié)約常規(guī)能源，而且可保證北方地區(qū)冬季蔬菜的供應(yīng)。另外，地?zé)峥蓱?yīng)用于魚(yú)苗培養(yǎng)及熱帶魚(yú)類(lèi)越冬。

(4)工業(yè)生產(chǎn)模式。地?zé)徇€可以在工業(yè)方面用于紡織印染、化工提煉、皮革加工、食品加工、農(nóng)業(yè)干燥、造紙等。

5 開(kāi)發(fā)利用建議

濟(jì)南市孔隙裂隙地?zé)豳Y源豐富且開(kāi)發(fā)較早，利用地?zé)峁┡?、洗浴、養(yǎng)殖已經(jīng)為當(dāng)?shù)貛?lái)了一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，但同時(shí)也存在地?zé)豳Y源利用率不高、開(kāi)采量控制不合理、地?zé)釛壦畞y排放等現(xiàn)象，結(jié)合《濟(jì)南市地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃》，提出以下3個(gè)方面的建議。

(1)地?zé)豳Y源綜合梯級(jí)利用。地?zé)豳Y源的高效綜合利用已成國(guó)內(nèi)外關(guān)注的話題，國(guó)內(nèi)天津、北京、河北等地均開(kāi)展了示范項(xiàng)目的建設(shè)，取得了顯著成效[4]。濟(jì)南市應(yīng)結(jié)合全市需求，開(kāi)發(fā)出一套符合該市的地?zé)豳Y源綜合梯級(jí)綜合利用集成系統(tǒng),讓地?zé)徇@一寶貴的清潔能源得以高效利用,用好資源的同時(shí)也大大節(jié)約了資源。

(2)地?zé)嵛菜M(jìn)行回灌。地?zé)嵛菜幕毓嗫梢詼p少地?zé)崴南模茄娱L(zhǎng)地?zé)崽锏拈_(kāi)采壽命、確保地?zé)豳Y源的永續(xù)利用的根本途徑，同時(shí)也可解決地?zé)嵛菜馀艑?duì)環(huán)境造成的熱污染和化學(xué)污染問(wèn)題[5]。建議根據(jù)孔隙裂隙地?zé)豳Y源實(shí)際情況，在地?zé)崽飪?nèi)開(kāi)展回灌試驗(yàn)和示蹤試驗(yàn)，對(duì)回灌模式和機(jī)理展開(kāi)研究，保證科學(xué)合理的實(shí)施回灌。

(3)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的規(guī)范化管理。按照“有序有償、供需平衡、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、集約高效”的總方針，根據(jù)《中華人民共和國(guó)礦產(chǎn)資源法》及相關(guān)的法律法規(guī)，健全各項(xiàng)規(guī)章制度，實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的科學(xué)化、規(guī)范化管理。

同時(shí)加強(qiáng)地?zé)豳Y源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控各個(gè)地?zé)峋\(yùn)行情況數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確掌握資源動(dòng)態(tài)，科學(xué)規(guī)劃和調(diào)控地?zé)豳Y源。

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