開封凹陷區(qū)深層地熱資源地質條件分析

孫軍勝，李 波，白何領

(1.河南省金屬礦產深孔鉆探工程技術研究中心，河南 鄭州 450000；2.河南省地質礦產勘查開發(fā)局 第三地質勘查院，河南 鄭州 450000)

開封市作為河南省重要城市，其處于開封凹陷區(qū)的核心部位和中心區(qū)域，地熱井分布密度大，地熱研究程度高，地熱供暖有一定的基礎，作為城市集中供暖對象研究，具有較強的代表性和示范作用[1-5]。為此，以開封市區(qū)為例，分析了開封凹陷區(qū)深層地熱資源地質條件，研究為后期地熱資源的開采提供了技術支持。

1 區(qū)域地質概述

1.1 地形地貌

開封市地處豫東平原，黃河下游沖積平原，地表為第四系全新統(tǒng)沖積物，地形平坦而廣闊，呈西北向東南傾斜，土層深厚，土質良好，結構穩(wěn)定，其土壤成因為黃河沖積物，土質疏松。境內無山，地形西北高東南低，坡降1/2 000～1/4 000，黃河大堤以北河漫灘灘區(qū)地勢偏高，最高海拔+90 m；大堤以南，地面高程+70～+78 m。區(qū)域地貌處于黃河沖積平原沖積扇的軸部，現狀地貌主要是黃河歷次泛濫改道所留下的遺跡，按形態(tài)劃分為4類(圖1)。

(1)黃河漫灘區(qū)(Ⅰ)。分布于黃河大堤以北地區(qū)，地面高程+78～+85 m，地面微向黃河傾斜，灘面一般高出水面2～3 m，比大堤南側高出6～8 m，東部有半固定沙丘。

(2)背河洼地區(qū)(Ⅱ)。沿黃河大堤南側呈東西向帶狀分布，寬1～3 km，地面高程+70～+77 m。其特征是地勢低洼，流水不暢，易澇堿。在黃河側滲補給下，使地下水位抬升，部分地區(qū)形成了大片的積水洼地。

(3)沙丘分布微起伏地區(qū)(Ⅲ)。分布于研究區(qū)中部。地面高程為+70～+78 m，坡降為1/2 000～1/3 000。其主要特征是水系發(fā)育，灌渠縱橫。西部沙丘、沙崗較多，沙丘一般高出地面2～4 m，沙崗多呈近南北向延伸。

(4)泛流平地(Ⅳ)。該區(qū)總體地形較平坦，地勢由西北向東南微傾，自然坡降為0.15/1 000～0.1/1 000，高程為+64～+75 m，地表巖性以粉土為主。

1.2 區(qū)域水文地質條件

該區(qū)含水層為松散巖類孔隙含水巖(組)，現分別對淺層潛水和深層承壓水的水文地質條件進行簡述。

(1)潛水含水層及其富水性。淺層水是指50 m深度以內含水層中的潛水或微承壓水。含水層主要由全新統(tǒng)黃河沖積層構成，沉積物呈現上細下粗典型的“二元結構”和粗、細相間的“多元結構”特征，巖性主要為細砂、粉砂，局部有中砂，頂板埋深為0.8～5.5 m，底板埋深為40～50 m，砂層累計厚度為20～30 m。直接接受大氣降水、河渠滲入補給，排泄為蒸發(fā)和人工開采，為典型的滲入—蒸發(fā)、開采型。富水區(qū)單井涌水量為1 000～3 000 m3/d，中富水區(qū)單井涌水量為500～1 000 m3/d，水化學類型主要為HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca·Na，礦化度一般小于1 g/L。

(2)承壓含水層特征及其富水性。承壓含水層主要分為淺層承壓含水層和地熱水含水層2部分：①淺層承壓含水層是指50～300 m深度內含水層中的承壓水。含水層由上更新統(tǒng)至下更新統(tǒng)的沖洪積、冰湖積層構成，巖性以細砂、粉砂為主，砂層與粉質黏土、黏土呈互層狀，頂板埋深50～70 m，底板埋深280～400 m，砂層累計厚度100～140 m。主要接受上游徑流補給，以人工開采方式排泄，為徑流—開采型。極富水區(qū)單井涌水量3 000～5 000 m3/d，富水區(qū)單井涌水量1 000～3 000 m3/d，水化學類型主要為HCO3-Na·Mg，礦化度一般小于1 g/L。②地熱水含水層是指300 m以下深度含水層中的承壓水。含水層主要由新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組和古近系細砂、中細砂、粉砂構成，中間由黏土層或者泥巖隔開。主要接受上游徑流補給，以人工開采方式排泄，為開采型。極富水區(qū)單井涌水量3 000～5 000 m3/d，富水區(qū)單井涌水量1 000～3 000 m3/d，水化學類型主要為HCO3-Na到Cl-Na型，溶解性總固體含量為363.0～17 421.7 mg/L。

2 研究區(qū)熱儲層埋藏條件及劃分

研究區(qū)包含開封次凹陷的東南部和通許凸起西北部，地熱類型屬沉積盆地傳導型，熱儲類型為層狀熱儲，熱儲結構完整，熱儲層、蓋層齊全。熱源供給主要為大地熱流傳導，深部古近系熱儲層存在沿斷裂通道對流的熱傳導形式[6-9]。

2.1 蓋層及熱源

區(qū)內熱源為來自地球深部的熱能，傳導方式主要是巖石的熱傳導，巖體的熱量再傳輸給深埋的地下水，形成地熱流體。

2.2 熱儲層垂向劃分

根據超低頻電磁探測解譯結果，對于研究區(qū)內大于5 m的含水層和隔水層進行了劃分，結合地熱井成井資料和區(qū)域地質及水文地質條件綜合分析，對解譯結果進行修正后，最終將研究區(qū)400～3 000 m埋深范圍內熱儲分為3大熱儲層，即新近系明化鎮(zhèn)組熱儲層、新近系館陶組熱儲層和古近系熱儲層，此次研究重點為新近系熱儲層，新近系熱儲層劃分信息見表1。

表1 研究區(qū)新近系熱儲層信息Tab.1 Neogene thermal reservoir information in the study area

3 研究區(qū)地球物理特征

地球物理測量主要是查明研究區(qū)隱伏深大斷裂、活動性斷裂、控熱斷裂和導熱斷裂的空間展布和產狀、影響寬度，確定地層巖性、熱儲結構等，此次研究就是利用物探方法查明研究區(qū)的地質構造條件、熱儲特征、對研究區(qū)內400～3 000 m深度范圍內地質構造、地層及熱儲層埋藏深度進行探測和劃分，并根據物探解譯結果圈定地溫異常范圍。根據項目設計需要，此次研究以超長電磁波測量為主要物探測量方法，大地電磁法(MT)方法為輔助工作方法[10-12]。此次超長電磁波測量使用BD-7型超低頻電磁探測儀，根據場地的地質和地形特征共布設5條探測剖面線，分別是WT001線、WT004線、WT005線、WT006線及WT008線，BD-7型儀器探測了120個點，網密度13 km×2 km。大地電磁法(MT)驗證完成測點27個，質量檢測點2個，全長34.8 km。

3.1 物探解譯標志

(1)超低頻電磁探測地層劃分標志。結合研究區(qū)鉆孔資料，根據“由已知到未知”的原則，為建立解譯標志，特別在地質鉆孔開參1井、開參2、開參3井附近布設有探測點，以這3個鉆孔的已知地層深度對應探測曲線深度的特征，建立了地層解譯標志。地層的解釋劃分主要依據超低頻電磁波曲線形態(tài)特征，即幅值、均勻度、平穩(wěn)度、疏密程度、平均幅值、幅值變化幅度等基本要素。其中，曲線幅值是進行地質解譯的重要物理量。該研究區(qū)地層的探測曲線特征是隨著深度、壓力、密度增加而幅值增加，不同的地層探測曲線也有不同的特征。第四系地層比較松散，探測曲線幅值最低的探測曲線幅值高。

(2)大地電磁測深地層劃分標志。地層的解釋劃分主要依據電阻率剖面變化形態(tài)特征的基本要素，研究區(qū)地層的電阻率特征是隨著深度增加而增加，不同的地層探測電阻率也有不同的特征。第四系(Q)地層比較松散，含水性較好，新近系(N)地層未成巖，所以其在電阻率表現形式為低阻。古近系(E)主要有紅色(棕、棕紅、紫紅)泥巖和灰白色、灰綠色、棕色砂巖和粉砂巖組成，電阻率呈現中阻。二疊系P位于古近系底部，表現為中高阻。研究區(qū)最底部高阻為石炭系和奧陶系表現。MT視電阻率檢查對比如圖2所示。

圖2 MT視電阻率檢查對比Fig.2 Inspection comparison of MT apparent resistivity

(3)砂層的解釋劃分標志。研究區(qū)不同的地層探測曲線有不同的特征，主要依據和相鄰曲線幅值作對比，探測曲線幅值相對較高區(qū)間解釋為砂層。為了更準確地建立砂層的解譯標準，把和超低頻電磁探測點相近的地熱井測井曲線砂層解釋結果和超低頻電磁探測曲線解釋結果進行統(tǒng)計對比，結果見表2，平均誤差為11.6%。

表2 超低頻電磁探測曲線與測井曲線砂層解釋對比 Tab.2 Comparison of sand interpretation between ultra-low frequency electromagnetic detection curve and logging curve sand layer

(4)地溫異常的解譯標志。關于BD-7型超低頻電磁探測儀在地熱異常探測中的解譯標志特征，根據在魯山堿場溫泉地熱井、下湯溫泉鎮(zhèn)政府、南京小湯山、鎮(zhèn)江鐵礦、嵩縣湯池溝、招遠金礦、西寧南郊地熱井等已知地熱井(泉)附近進行過超低頻電磁波探測成果。建立了地熱異常解譯標志，同類地層探測曲線相對異常升高和地溫升高有關系。

3.2 地層及構造綜合解譯

3.2.1 超低頻電磁探測地層及構造解譯

(1)地層解譯劃分。依據該區(qū)域曲線類型及特征，結合附近已知鉆孔資料研究區(qū)地層可劃分為5段。從上到下依次為：①第1段第四系(Q)。該段探測曲線幅值整體較低，跳躍較小。推測為第四系(Q)，主要由黃土、卵石、砂土、亞砂土層、砂質黏土及沖積礫石組成，該地層覆蓋全區(qū)，由西、南向東、北厚度逐漸增大，厚度180～320 m。②第2段新生界新近系(N)。探測曲線幅值較低，整體比第四系(Q)探測曲線高，推測為新生界新近系(N)。主要有紅色(棕、棕紅、紫紅)和灰綠色厚層黏土及棕黃色厚層中細砂，夾有亞黏土和少量亞砂土、砂巖、黏土巖組成。該地層覆蓋全區(qū)，由西南向東北厚度逐漸增大，厚度900～2 100 m。③第3段古近系(E)，依據曲線特征及類型，推測解譯為主要有砂巖、黏土巖組成。厚度變化很大，探測區(qū)南部缺失，往北越來越厚。④第4段三疊系(T)。在探測區(qū)西南角部分點探測到該地層。⑤第5段二疊系(P)、石炭系(C)、奧陶系(O)、寒武系(∈)。在探測區(qū)南部探測到該地層。中部和北部埋深大于3 000 m。

(2)地質構造綜合解譯。開封凹陷處于南華北盆地北西向構造帶和華北盆地北東向構造帶的交叉疊合部位，構造作用強裂，斷層比較發(fā)育，其走向主要有3組：北西向、北東向和東西向，控制著凹陷的形成及中、新生界地層的發(fā)育。地質構造解譯主要是通過和其他相鄰探測點的探測曲線對比分析，解釋相鄰探測點之間是否存在斷層(圖3)。該探測區(qū)內構造運動基本上是在新生界形成以前發(fā)生的，所以在新生界大部分區(qū)域沒有斷層反應，在新生界底部有異常反應。

圖3 53號和54號探測點地層及構造解譯Fig.3 Stratigraphic and tectonic interpretation of No.53 and No.54 exploration sets

從探測曲線上分析和參考其他已知資料推測，發(fā)現有8個埋深3 000 m以淺的隱伏斷層位置：①43—44號點，正斷層，斷距約230 m，走向東北，傾向西北；②45—46號點，正斷層，斷距約105 m，走向東北，傾向西北；③46—47號點，正斷層，斷距約160 m，走向東北，傾向西北；④67—68號點，正斷層，斷距約385 m，走向東北，傾向西北；⑤53—54號點間，正斷層，斷距約205 m，走向東北，傾向西北；⑥74—75號點，正斷層，斷距約250 m，走向東北，傾向西北；⑦96—98號點，正斷層，斷距約660 m，走向西北，傾向東北；⑧111—112號點，正斷層，斷距約660 m，走向西北，傾向北東。

3.2.2 大地電磁測深地層及構造解譯

本區(qū)第四系主要巖性為細砂、粉細砂、中砂、黏土及粉土，電阻率一般為低阻，總體上表現為電性不均；新近系分為明化鎮(zhèn)組和館陶組，巖性主要為細砂、中砂、砂礫、黏土及砂質黏土，電阻率也表現為低阻，所以明化鎮(zhèn)組與第四系之間的電性界線并不清楚，跟館陶組電性差異也極小，很難單獨劃分出一層來，故以Q+N來代表第四系到館陶組。古近系以砂巖、泥巖為主，古近系電阻率表現為中低阻，相對較容易劃分同上部地層的邊界。

大地電磁測深剖面上各段的地層結構及電阻率有一定的規(guī)律性變化。結合電阻率反演剖面圖來說，橫向代表探測點號，縱向代表探測深度，電阻率從低到高，分別以藍綠黃紅進行區(qū)分表達(圖4)。

圖4 大地電磁測深剖面解譯Fig.4 Interpretation of magnetotelluric sounding profiles

研究區(qū)內大地電磁測深剖面總體呈南北向，北起柳園口鄉(xiāng)，經開封市區(qū)、范村鄉(xiāng)、萬隆鄉(xiāng)，至研究區(qū)南部邊界，全長34.8 km。從剖面上可見，67號和68號點存在一斷層，斷層位置在埋深2 500～3 000 m。整體上區(qū)域地層分層表現突出，從上到下依次為第四系、新近系、古近系、二疊系、石炭系和奧陶系。2 200 m以淺地層為第四系和新近系，橫向上分析，第四系和新近系覆蓋全區(qū)，沿測線方向(近北南向)呈現厚度逐漸減小，南部新近系的底部在1 500 m左右；古近系地層在探測線北部巨厚，南部缺失；二疊系、石炭系和奧陶系在北部的埋深在3 000 m以深，南部埋深在3 000 m以淺，在局部存在斷層的區(qū)域，存在電阻率下凹，符合地質規(guī)律。通過對比大地電磁測深與超長電磁波解譯結果，二者在地層劃分及對斷層的探測上基本相符。

3.3 地質分區(qū)

結合研究區(qū)構造和物探解譯構造結果，研究區(qū)內存在的開封斷裂和祥符—劉店斷裂把研究區(qū)切割為4個區(qū)塊，各區(qū)塊內含水層厚度、埋藏條件明顯不同，故將研究區(qū)分為4個區(qū)塊進行研究。研究區(qū)地質分區(qū)見表3。

表3 地質分區(qū)Tab.3 Geological division

3.4 地熱異常解譯

本次地熱異常解譯(圖5)根據探測點曲線上是否出現明顯變化來確定是否存在地熱異常，然后再由點到線，最后結合研究區(qū)地熱增溫率3.2～3.9 ℃/hm等值線圈定地熱異常區(qū)域。以69號、70號、71號3個相鄰的探測點為例，71號點的探測曲線幅值變化由低到高，解釋為地層受壓力的影響密度由低到高，屬于正常地層。69號點探測曲線從深度804～925 m、1 140～1 500 m、1 726～2 446 m探測曲線幅值異常升高，解釋為地溫異常升高影響出現異常高幅值曲線。70號點探測曲線在深度1 240～1 391 m、1 641～1 741 m、2 060～2 088 m出現局部異常高幅值曲線，解釋為局部地層有高溫異常，也可以解釋為地層高溫異常邊沿。

圖5 研究區(qū)超長電波物探解譯地熱異常Fig.5 Interpretation of geothermal anomalies by ultra-long radio wave geophysical exploration in the study area

WT001剖面：58號—69號點在深度800～1 200 m和1 400～2 600 m有地熱異常。WT004剖面：112號和116號點地熱異常不明顯，其他探測點在深度800～2 600 m有地熱異常。WT005剖面：33號至46號點和48號、49號點在深度1 200～2 600 m有地熱異常。WT006剖面：86號和87號點地熱異常不明顯，其他探測點在深度800～2 600 m有地熱異常。WT008剖面：1號至33號點在深度600～2 800 m有地熱異常。從地熱異常圖上明顯看出研究區(qū)地熱異常區(qū)域主要分布在開封市至陳留鎮(zhèn)一帶，地熱異常高區(qū)域在研究區(qū)西北部，即開封市城區(qū)一帶，西南區(qū)域未發(fā)現明顯地熱高異常區(qū)域。

4 地溫場特征

4.1 恒溫帶深度及溫度

地球表面的熱源主要來源于2個方面：①太陽的輻射熱;②地球內部的巨大內熱。這2種反向傳輸的熱量在不同地區(qū)和不同部位，存在著不同的平衡關系，這種平衡關系決定了各地區(qū)地殼淺部熱儲溫度場的特征。盡管各地區(qū)熱儲溫度場特征有所不同，但從地表向下大致可以分為3個帶：變溫帶、恒溫帶、增溫帶。由于受高度、緯度、巖性、地表水，植被及小氣候等諸多因素影響，各地恒溫帶深度及溫度不一，同一地區(qū)不同部位也略有差異。此次恒溫帶深度及溫度主要依據淺層地下水垂向水溫測量數據確定。共測量井點57眼，測溫318點次，自上而下進行垂向測溫，最大測量深度44.2 m，垂向溫度測量間距4～5 m，后期根據工作需要對重點井進行補測，垂向溫度測量間距為1 m。

通過實際機民井測溫并結合區(qū)域地熱地質調查結果表明，研究區(qū)地表淺層由變溫帶→恒溫帶→增溫帶，淺層地下水溫冬季測量數據由淺至深為小→恒定→大的規(guī)律，夏季為大→恒定→大的規(guī)律，據此確定本區(qū)的恒溫帶溫度及深度。

4.2 地溫梯度

自恒溫帶以下，深度每增加1 m(或100 m)，溫度增加的度數稱為地熱增溫率，即地溫梯度。根據確定的恒溫帶溫度、深度及取水段平均深度，取水段實測抽水溫度，利用式(1)計算地溫梯度值。

G=100×(T-T0)/(Z-Z0)

(1)

式中，G為地溫梯度值；T為地熱井出水溫度；T0為恒溫帶溫度；Z為水段平均深度；Z0為恒溫帶深度。

(1)平面分布規(guī)律。根據地溫梯度計算結果，繪制成新生界地溫梯度等值線如圖6所示。由圖6可知，研究區(qū)新生界地溫梯度為3.2～3.9 ℃/hm，不同區(qū)域存在一定差異，總體具有市區(qū)大、外圍小的分布特征。區(qū)內地溫場和區(qū)域規(guī)律基本一致。

圖6 新生界地溫梯度等值線Fig.6 Cenozoic geothermal gradient contour

開封市區(qū)的地溫梯度范圍為3.2～3.9 ℃/hm，平均3.5 ℃/hm，大于3.50 ℃/hm的范圍主要集中在城區(qū)至范村鄉(xiāng)一帶；研究區(qū)東部、東南部地溫梯度偏低，在3.2～3.5 ℃/hm，平均3.35 ℃/hm，研究區(qū)北部，即開封市城區(qū)區(qū)域，地溫梯度較高，最高可達3.9 ℃/hm，祥符區(qū)地溫梯度值為3.5～3.7 ℃/hm。地溫梯度的這種平面分布規(guī)律主要與地球物理場的差異及基底起伏、斷裂構造、基巖裂隙的發(fā)育程度有關。

(2)垂向變化。3 000 m以淺地溫梯度總體隨深度增加略有減少趨勢，深度1 800 m地溫梯度突然增加，深度800～1 200 m地溫梯度值在3.2～3.9 ℃/hm，深度1 200～1 600 m地溫梯度值為3.0～3.6 ℃/hm；深度1 600～2 200 m的地溫梯度值為3.3～3.9 ℃/hm。地溫隨深度的增加而升高是一普遍規(guī)律。但由于不同地區(qū)的地質構造條件、深部地殼結構及地下水活動等等因素的影響，其表現的形式則有很大不同。研究區(qū)地溫梯度值隨深度增加而降低的規(guī)律，主要是由于隨著埋深的加深，下部地層在上覆地層的重力作用下，逐漸壓密，孔隙率變低，熱滲透率變強，熱傳遞較好的緣故。然而，在排除地下水的干擾影響后，從一定的深度開始，地溫仍隨深度而正常增長。

4.3 熱儲層溫度分布規(guī)律

(1)熱儲溫度平面分布。研究區(qū)內的不同深度的熱儲溫度在區(qū)域上也存在差異，為研究深層地熱水在不同埋深熱儲層的分布規(guī)律，本次工作對研究區(qū)不同熱儲層的地熱水水溫進行了測量、收集和統(tǒng)計，并據此繪制了明化鎮(zhèn)組上段熱儲層、明化鎮(zhèn)組下段熱儲層、館陶組上段熱儲層及館陶組下段熱儲層地熱水溫度平面等值線，其中明化鎮(zhèn)組上段和下段熱儲溫度等值線如圖7所示。

圖7 明化鎮(zhèn)組上段和下段熱儲溫度等值線Fig.7 Contours of thermal storage temperature in the upper and lower sections of Minghuazhen formation

根據圖7，研究區(qū)不同深度熱儲層地溫其平面分布存在一定差異，明化鎮(zhèn)組上段熱儲溫度為36～46 ℃，明化鎮(zhèn)組下段熱儲溫度為48～56 ℃。明化鎮(zhèn)組上段熱儲溫度大于34 ℃的高溫區(qū)及明化鎮(zhèn)組下段熱儲溫度大于56 ℃的高溫區(qū)主要分布在開封市城區(qū)及城區(qū)東北部一帶。低溫區(qū)主要分布在祥符區(qū)的南部及研究區(qū)的東北部。造成研究區(qū)地溫區(qū)域分布的差異主要原因是地質構造影響。研究區(qū)南部靠近通許隆起，新近系熱儲層在研究區(qū)南部埋藏深度較淺，北部靠近凹陷中心，新近系熱儲層埋藏較深，更易接受深部熱量傳導。

(2)熱儲溫度垂向分布。根據地熱井抽水溫度調查，地溫垂向上隨地層深度的增加而增大。深度400～800m熱儲層溫度為32～45℃；深度800～1 200 m熱儲層溫度為48～56 ℃；深度1 200～1 600 m熱儲層溫度為52～67 ℃；深度1 600～2 200 m熱儲層溫度為63～82 ℃；推算深度2 200～3 000 m熱儲層溫度達95 ℃左右。

4.4 地溫場形成影響因素

(1)蓋層的性質。蓋層的隔熱性能對地溫的分布有重要的影響，隔熱性能越好，同等埋深同等熱源條件下地溫越高。研究區(qū)蓋層厚度平均為400 m，且黏土層總厚度占蓋層總厚度的60%，黏土層具有較低的熱導性，其隔熱性能較好，有利于地熱溫度的存儲。

(2)區(qū)域構造影響。研究區(qū)處于開封次凹陷南部，緊鄰通許隆起，區(qū)域上為一較大規(guī)模的凹—凸構造形態(tài)。構造單元之間斷裂構造較發(fā)育，研究區(qū)南北部沉降幅度相差大，開封市地區(qū)古近系底板埋深超過3 000 m，南部靠近通許隆起地區(qū)古近系底板埋深在1 700 m左右，南北部地層埋深相差1 000 m以上。

(3)地下水活動影響。地下水(地熱流體)易于流動，是熱能的良好載體，通過吸收和釋放熱量，對圍巖地溫場有明顯的影響。區(qū)內地熱流體大部為隨地層沉積保存下來的封閉水，或為沉積形成后，經漫長的地質年代、通過各種途徑入滲至熱儲層中的大氣降水，具有徑流途徑深遠、滯緩、具承壓的特點，水巖溫度達到平衡，溫度基本相當。因為地下熱水為流動性的彈性體，可動態(tài)儲熱，一旦富集，可增加地熱資源儲量。

5 地熱流體補、徑、排特征及其動態(tài)特征

5.1 地熱流體補、徑、排特征

(1)地熱流體的補給。研究區(qū)地熱流體主要補給源為大氣降水，大部分為隨地層沉積時形成的封閉水，部分為沉積形成后，經漫長的地質年代，在長期開采作用影響下，存在微弱的側向徑流補給。

(2)地熱流體的徑流。天然條件下，地熱流體由西向東或由西北向東南徑流。在20世紀80年代中期開采深部地熱流體，地下水位高出地表十余米，處于承壓自流狀態(tài)；20世紀90年代以來的大規(guī)模開發(fā)，導致深層和超深層地下水位持續(xù)下降，在漏斗區(qū)北部和東南部分水嶺地帶以外的廣大地區(qū)，地下水向東、東南徑流排出區(qū)外。

(3)地熱流體的排泄。研究區(qū)內地熱流體的排泄方式目前主要是人工(工業(yè)、生活用水)開采；其次為側向徑流排泄到區(qū)外。

5.2 地熱流體動態(tài)特征

此次工作對研究區(qū)內地熱流體的水位和溫度進行了收集整理和監(jiān)測，然后根據部分地熱井成井時資料及此次調查結果，對研究區(qū)內地熱流體進行水溫、水位動態(tài)分析。明化鎮(zhèn)組地熱井兩口，分別是圣地水務地熱井，井深1 000 m;宋都賓館地熱井，井深1 000.7 m。館陶組地熱井兩口，分別是九鼎頌園地熱井，井深1 350 m;興合熱力地熱井，井深1 600 m。

(1)水溫動態(tài)。①明化鎮(zhèn)組熱儲層。研究區(qū)內1 200 m以淺的地熱井自成井以來水溫一般變化較大，溫度下降比較明顯，圣地水務地熱井，成井時間2009年，成井水溫48 ℃，2018年實測抽水溫度37.2 ℃，溫度下降11.2 ℃；宋都賓館地熱井，成井時間1996年，成井水溫51 ℃，2018年實測抽水溫度40 ℃，溫度下降10 ℃。地熱井年內動態(tài)較穩(wěn)定但有下降趨勢，變幅為±1 ℃。②館陶組熱儲層。1 200～2 200 m以深地熱井，目前水溫和成井時相比下降2～3 ℃，但本次調查期間水溫相對穩(wěn)定。如九鼎頌園地熱井，1995年成井水溫為55 ℃，本次調查水溫為52.8 ℃(圖8(a))，較成井時下降約2.2 ℃；興合熱力地熱井2009年成井水溫為60 ℃，本次調查水溫為(57±0.3) ℃，較成井時下降約3 ℃。地熱井年內動態(tài)較穩(wěn)定，變幅±1℃。

圖8 地熱井年內水溫和水位動態(tài)曲線Fig.8 Dynamic curve of water temperature and water level in geothermal wells

(2)水位動態(tài)。區(qū)內地熱流體埋藏較深，具承壓性，水位動態(tài)主要受開采影響，動態(tài)類型為開采型。資料表明，地熱流體水位總體呈下降趨勢。①明化鎮(zhèn)組熱儲層。圣地水務地熱井2009年7月靜水位埋深為50 m，2018年5月靜水位埋深為110 m，9年時間水位下降約60 m；宋都賓館地熱井2009年6月靜水位埋深為27.9 m，2018年5月為89 m，9年時間水位下降約61.1 m?？梢娒骰?zhèn)組熱儲層地下水水位下降比較明顯，年下降水位約6.7 m。②館陶組熱儲層。興合熱力地熱井2009年5月成井時靜水位埋深為40 m，2018年5月興合熱力地熱井靜水位埋深為100 m；九鼎頌園地熱井成井時靜水位埋深為42 m，2018年6月地熱井靜水位埋深下降至102 m。根據上述地熱井本次水位監(jiān)測資料，研究區(qū)內館陶組熱儲層地下水水位下降約60 m。地熱流體年內水位受開采影響變化0.5～4.3 m，冬季開采量較大，水位表現為下降(圖8(b))。

6 結論

(1)研究區(qū)地處開封凹陷內，為河南省地熱地質條件較好的地區(qū)，地熱資源類型為沉降盆地轉導型。熱儲分布廣，呈層狀展布，主要有新生界新近系松散巖類孔隙熱儲層和古近系熱儲層。新近系熱儲厚度大，自上而下分為明化鎮(zhèn)組和館陶組兩個熱儲層。明化鎮(zhèn)組和館陶組上段為目前區(qū)內地熱資源主要開采層，明化鎮(zhèn)組熱儲埋藏深度400～1 200 m，地熱流體屬溫水，主要開采449～1 200 m熱儲段；館陶組熱儲埋藏深度1 200～2 200 m，地熱流體屬溫熱水，主要開采1 048～2 120 m熱儲段；古近系熱儲層埋藏深度2 200～3 000 m，地熱流體屬熱水。

(2)通過對研究區(qū)地球物理特征的研究，研究區(qū)地熱異常區(qū)域主要分布在開封市至陳留鎮(zhèn)一帶，地熱異常高區(qū)域在研究區(qū)西北部，即開封市城區(qū)一帶，西南區(qū)域沒發(fā)現明顯地熱高異常區(qū)域。

(3)區(qū)內恒溫帶深度23 m，恒溫帶溫度16.0 ℃。開封市區(qū)地溫梯度為3.2～3.9 ℃/hm，平均3.5 ℃/hm，地溫梯度大于3.50 ℃/hm的范圍為條帶狀，呈近南北向展布；東西向地溫梯度偏低，在3.3～3.5 ℃/hm，平均3.4 ℃/hm，地溫梯度大于3.50 ℃/hm的范圍較小。開封市北部區(qū)域地溫梯度較高，可達3.9 ℃/hm，祥符區(qū)地溫梯度為3.2～3.7 ℃/hm。影響本區(qū)地溫場形成的主要因素為基底斷裂構造、裂隙發(fā)育程度、地下水活動及巖層性質等。