李嫄嫄，唐永香，龐菊梅，曾梅香，陳瑞軍

（1.天津地熱勘查開發(fā)設計院，天津 300250;2.中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029）

天津武清凹陷東營組地熱地質(zhì)條件及開發(fā)利用前景淺析

李嫄嫄1，唐永香1，龐菊梅2，曾梅香1，陳瑞軍1

（1.天津地熱勘查開發(fā)設計院，天津 300250;2.中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029）

通過對武清凹陷內(nèi)的地質(zhì)構造特征的分析，并結合東營組地熱井的勘探成果，對東營組地層特征及熱儲特征進行分析，計算了熱儲的開采潛力，評價了熱流體的利用前景。分析結果表明：該區(qū)東營組熱儲層埋深較淺、滲透率較大、地熱流體溫度高達93℃、水質(zhì)優(yōu)良，并具有極高的理療醫(yī)用價值。如果在此以東營組地熱資源為依托，建立溫泉理療項目，既響應了天津市建設“中國溫泉之都”的號召，促進節(jié)能減排和生態(tài)城市建設進程，又在提高了市民的生活品質(zhì)的同時，帶來可觀的經(jīng)濟效益。

地熱流體；楊村斜坡；開發(fā)利用；醫(yī)療用途

地熱資源作為一種可再生的清潔能源，具有綠色、環(huán)保、健康、穩(wěn)定的特點，并以其富含礦物質(zhì)、利用價值高等得天獨厚的優(yōu)勢而備受關注?？碧匠晒@示：天津市武清區(qū)賦存有極為豐富的地熱資源，是我市較早開發(fā)利用地熱能的地區(qū)之一。區(qū)內(nèi)主要以開采新近系館陶組地熱資源為主，全區(qū)共有13眼館陶組地熱開采井，年開采量約130×104m3[3]。由于多年持續(xù)開采，熱儲壓力已開始逐年下降，地熱井水位埋深、年降幅均較大。由動態(tài)監(jiān)測可知：2007年該區(qū)最大動水位埋深超過130m、2010年已達到138m，降幅達2.4m/a[5]。因此在天津市兩輪地熱資源開發(fā)利用規(guī)劃中，均把武清中心城區(qū)館陶組熱儲層劃為了限制開采區(qū)，但該區(qū)經(jīng)濟發(fā)展勢頭強勁，能源需求巨大，因此，在充分調(diào)查論證的基礎上，積極尋找、勘查并客觀評價可供開發(fā)利用的新能源已成為當務之急。

武清區(qū)古近系東營組發(fā)育穩(wěn)定、埋深適中、具備形成地熱資源的沉積環(huán)境和地質(zhì)條件。近年來在行政主管部門的支持和社會資金的配合下，武清區(qū)已開始了對該熱儲層的初步勘查，并成功開鑿了一眼東營組熱儲層地熱勘探井——YR15井。完井資料表明：該區(qū)東營組地熱流體溫度高、水量適中、水質(zhì)優(yōu)良，具有極高的利用價值。本文結合YR15井有關資料，對武清凹陷古近系東營組地熱資源開發(fā)利用前景作一簡要分析。

1 地熱地質(zhì)條件

1.1 地質(zhì)構造特征

天津地處Ⅰ級構造單元華北地臺北緣，武清區(qū)位于寶坻斷裂以南Ⅱ級構造華北斷坳區(qū)內(nèi)的Ⅲ級構造冀中坳陷東北部，武清凹陷為冀中坳陷內(nèi)的Ⅳ級構造，YR15井就位于武清凹陷Ⅴ級構造單元楊村斜坡帶上（見圖1）。

圖1 武清凹陷構造及東營組厚度等值線圖

冀中坳陷：位于河北省中部及京津地區(qū),呈北東—南西向展布，屬于中、新生代斷坳盆地。北與燕山隆起區(qū)相鄰、西以太行山斷裂為界與山西隆起相鄰、南止邢衡隆起、東到滄縣隆起，面積約3×104km2，是在中生代華北地臺隆起的背景上因拉張斷陷而成。冀中坳陷內(nèi)部在北北東向斷裂主控下，與早期發(fā)育的北西西向斷裂組成東西分帶、南北分塊的構造格局。鉆孔揭露潛山最高部位在牛坨鎮(zhèn)凸起、基巖埋深約800m左右；物探資料證實，新生帶沉積中心在廊固斷陷，最大沉積厚度達11000m。

武清凹陷：位于冀中坳陷的東北部，總面積約2000km2，是西斷東超的新生界箕狀凹陷。北以寶坻斷裂為界、西以河西務潛山斷裂帶與廊固凹陷相分隔、西南以鞍部與霸縣凹陷相鄰，東南以楊村斜坡帶與滄縣隆起相接。自中生代以來，長期處于沉降狀態(tài)，形成了巨厚的新生界沉積物。根據(jù)地震勘探成果，武清凹陷沉降中心在大孟莊附近，新生界最大厚度約7000m。區(qū)內(nèi)主要次級構造單元有：大孟莊洼槽、大口屯洼槽、孫孝莊洼槽和楊村斜坡[1]。

楊村斜坡帶：是武清凹陷的主體構造，總體呈北東走向。東南以古近系缺失線為界、西南延伸至文安斜坡帶。自東向西分為外帶和內(nèi)帶，外帶西邊緣在武清縣城—葛漁城一線，坡度較緩，基底以中生界為主；內(nèi)帶西邊緣在泗村店—大良—大黃鋪連線附近，坡度相對較陡。YR15井位于楊村斜坡帶內(nèi)側帶中心，新生界厚度較大[1]（見圖2）。

圖2 武清凹陷地質(zhì)剖面示意圖

區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要斷裂構造為河西務潛山斷裂帶和小高莊斷裂。其中河西務潛山斷裂帶北起河西務、南到雄縣，由數(shù)條雁列展布斷裂組成，斷裂總體走向北北東、傾向南東東，正斷層，是武清凹陷與廊固凹陷的分界線；小高莊斷裂位于武清區(qū)的東南部，走向北北東、傾向北西西，屬新生界正斷層，是武清凹陷的內(nèi)部斷層（見圖3）。

圖3 武清凹陷東營組頂板埋深等值線圖

1.2 東營組地層特征

在武清凹陷內(nèi)東營組，為一完整沉積旋回。下部砂泥巖互層，砂巖顆粒粗，顏色紅，泥巖為灰色、棕紅色，致密、堅硬，固結程度高；中間砂泥巖互層，但砂巖顆粒細，顏色綠為其特征；上部以灰綠色、灰色、綠灰色、少量棕紅色的泥巖為主，泥巖質(zhì)純性軟，少量性脆，夾有薄層的細砂巖和粉砂巖，整體可鉆性差。在楊村斜坡帶上東營組為一套河道沖洪積、洪泛平原相沉積，頂板埋深2000～2600m，底板埋深3050m以淺，厚度小于450m。

YR15井揭露東營組厚度為348.3m（2500～2848.3m），其上部以灰綠色、灰色、綠灰色，少量棕紅色泥巖為主，泥巖質(zhì)純者性軟，少量性脆，夾有薄層的細砂巖和粉砂巖，可鉆性差：

下部泥巖灰色、棕紅色，致密、堅硬，固結程度更高，局部發(fā)育有不成熟的頁理構造，可鉆性極差，其中，2700m以后出現(xiàn)3層較厚的砂礫巖，從上到下礫石成分有逐漸增多的趨勢，砂礫巖呈現(xiàn)以棕黃色、灰白色為主的雜色，主要礦物成分為石英、燧石、玉髓，夾有較多的玄武巖、火山碎屑等暗色礦物組成的礫石，多為隱晶質(zhì)結構，礫徑不均勻，成分雜亂，為一套山前沖洪積扇沉積物。

1.3 東營組熱儲特征

鉆探資料表明：武清凹陷古近系東營組頂板埋深2500m左右，熱儲巖性為灰綠、綠色泥巖與灰白、淺灰色砂巖互層，砂巖呈反旋回序列。YR15井取水段2566.57～2810m、熱儲層有效厚度88.45 m。測井資料分析：熱儲層孔隙度21.16%～32.57%、滲透率150×10-3～1130×10-3μm2，泥質(zhì)含量6.51%～19.64%。抽水試驗得出的水文地質(zhì)參數(shù)為：靜水位埋深16.6m、地熱井穩(wěn)定流溫93℃、單位涌水量0.33m3/h·m、導水系數(shù)11.06m2/d、滲透系數(shù)0.125m/d。水質(zhì)分析成果表明：地熱流體礦化度1175.9mg/L、硬度12.0mg/l（以CaCO3計）、pH值為7.99，為HCO3-Na型水[3]。

表1 YR15井地熱流體主要化學組分含量表

1.4 地熱井開采潛力分析

依據(jù)天津地區(qū)市地熱井資源評價的相關規(guī)范要求，由YR15地熱井抽水試驗資料通過相關計算可知：地熱單井的可采量為17m3/h，如果開采期按50a考慮，每年365d，開采所排放的總熱量為2.31×1012kJ, 相當于3.96×103kW、5.53×1011kcal。地熱井開采利用熱儲層單位面積開采的熱儲存量為3.17×106kJ/m2，合理布井間距為964m。YR15井的熱流體儲存量為5.58×106m3。

2 熱儲流體開發(fā)利用前景分析

由YR15井流體14C分析可知，武清凹陷古近系東營組地熱流體屬大氣降水成因，其年齡超過3萬年，具有典型的滲入-溶濾特征。依礦泉水檢測結果看：熱流體中主要陽離子為Na+、含量313.7mg/L，主要陰離子為HCO3-、含量671.2mg/L，屬于無腐蝕、碳酸鈣中等結垢熱流體，依據(jù)舒卡列夫分為HC03-Na型水；礦化度為1175.9mg/l，按礦化度分類為淡水；pH值為7.99，按酸堿度分類為弱堿性水；總硬度（CaCO3計）12.0mg/L，按硬度分類為中等硬度水。

對比分析武清區(qū)各熱儲層水質(zhì)分析結果（表1），本區(qū)各層地熱流體及淺層第四系地下水在垂向上有較大變化：新近系明化鎮(zhèn)組熱流體和第四系地下水之間化學特征相仿，表明兩者之間存在一定的水力聯(lián)系；新近系館陶組熱流體與古近系東營組熱流體化學特征相近，表明兩者為同源水或者存在著一定的水力聯(lián)系[4]。

2.1 地熱流體利用方向

對照《國家生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-85）：YR15井地熱流體的色度和渾濁度指標未達到生活飲用水標準，錳離子、氟化物、砷離子含量超標，因而不宜直接作為飲用水水源，只可作為生活洗浴用水。

依照《天然礦泉水地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T13727-92）：YR15井地熱流體中偏硼酸的含量達到醫(yī)療礦水濃度，氟、偏硅酸的含量均達到命名濃度，并可命名為高溫氟水、高溫硅水。其中偏硅酸洗浴能改善血管擴張，降低心血管病發(fā)病率，可以治療皮膚病、婦科病、糖尿病，對皮膚病及粘膜有潔凈、洗滌消毒消炎作用，可治療皮膚粘膜傷口及潰瘍等，有較高的醫(yī)療價值；氟水洗浴能消除褐色斑、使皮膚變白，對銀屑病療效最佳，其療效與水中氟含量成正比；但是地熱流體中酚的含量（1.0mg/L）超出洗浴用水指標（＜0.05mg/L），可加入ClO2去除酚后直接用于理療和生活洗浴。另外，該熱礦水溫度高達91℃，可實行37～42℃水溫的溫熱浴和水溫＞42℃的高溫浴，具有促進血液循環(huán)和淋巴循環(huán)等作用，而且熱礦水的相對密度比淡水高，人體在其中所受到的浮力也比淡水大，使得肢體重量在水中變輕，運動較容易，有利于運動障礙的肢體運動，促進血壓循環(huán)。對關節(jié)功能障礙、骨折后遺癥、神經(jīng)麻痹均有利于功能恢復。如浴時胸圍及四肢都因靜水壓力而縮減，加強了呼吸運動和氣體交換，對呼吸器官有利[2]。

對比《國家飲用天然礦泉水標準》（GB8537-1995）可知：YR15井地熱流體感官指標中色度和渾濁度都超標；界限指標只有鍶、碘化物和偏硅酸達標，其他都沒有達標；限量指標碘化物、砷和氟化物含量超標；污染指標亞硝酸鹽含量超標，不能作為飲用天然礦泉水。

2.2 地熱資源開發(fā)利用環(huán)境經(jīng)濟效益分析

地熱流體用于理療、生活熱水，代替鍋爐、燃氣供熱等常規(guī)熱源，減少了廢棄物的排放，節(jié)約了污染的治理費用，有效的保護了生態(tài)環(huán)境，對于以“健康”、“綠色”等主題的井權單位——天獅天津國際健康產(chǎn)業(yè)園區(qū)，有著十分深遠的崇尚自然和環(huán)保意義。

如果按YR15井可采量17m3/h計算，地熱單井開采一年的熱資源量為5.53×1011kcal，可節(jié)省燃煤7.91×104t，折合人民幣3.95×107元。

3 結論

華北斷坳區(qū)冀中坳陷武清凹陷楊村斜坡帶古近系東營組熱儲層埋深適中、滲透率較大、熱儲流體靜水位較高、流溫高達93℃，熱儲條件優(yōu)越，是開采前景較理想的后備能源。且地熱流體水質(zhì)較好，屬于高溫、微咸的氟水、硅水，極宜適用于康復理療保健。隨著現(xiàn)代社會藥物的副作用和藥源性疾病給醫(yī)療帶來的種種困擾，開發(fā)無毒副作用而又具有廣泛臨床療效的熱礦水理療，充分利用熱礦水的溫度、浮力、壓力等物理作用，以及熱礦流體水質(zhì)成分的藥物化學性能和所含放射性元素對機體各系統(tǒng)器官功能調(diào)節(jié)的綜合作用，有利于提高身體素質(zhì)，也合乎人類越來越強烈的“回歸自然”的心愿，必將會受到社會各界的廣泛關注和歡迎，開發(fā)利用前景十分誘人。

本文的分析只是在單一地熱井勘探成果和地熱流體質(zhì)量檢測結果的基礎上進行的。如果在該區(qū)要對古近系東營組熱儲層開展大規(guī)模開發(fā)和利用，還需進一步投入相關針對性的物探工作、地溫場調(diào)查及地熱地質(zhì)勘查工作，更深入的了解本區(qū)地質(zhì)構造、地層基本情況及熱儲水文地質(zhì)參數(shù)。正式用于康復醫(yī)療之前，也需要經(jīng)過有檢驗資質(zhì)的專業(yè)部門進行專項化驗和評價。

[1] 袁選俊, 靳久強, 孟慶仁等．冀中坳陷楊村斜坡結構成因及油氣成藏模式[J]．石油學報，2004,30(4)：12～17．

[2] 李 奇．醫(yī)療礦水及其利用[J]．四川地質(zhì)學報，2000，20（4）：311～316.

[3] 田光輝，宋美鈺.天津地熱資源動態(tài)監(jiān)測年報[R].天津：天津地熱勘查開發(fā)設計院，2010年.

[4]張百鳴，林 黎，趙蘇民.天津地區(qū)地熱形成機理分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2006，33（2）：28～107.

[5]田光輝，曾梅香，阮傳俠.天津地熱資源開發(fā)利用動態(tài)特征淺析[J].地下水，2008，30（5）：28～31.

Analysis on Geological Conditions and Utilization Prospect of Dongying Geothermal Fluids in Wuqing Depression, Tianjin

LI Yuanyuan1，TANG Yongxiang1，PANG Jumei2，ZENG Meixiang1，CHEN Ruijun1

（1.Tianjin Institute of Geothermal Expioration and Development Design, Tianjin 300250；2.Institute of Geology and Geophysics in Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100029）

Based on the analysis of the structural characteristics in Wuqing depression and the achievement of Dongying geothermal well drilling, we analysis the characteristics of Dongying Formation and reservoir. We also calculated the exploitation potentiality and evaluated the utilization prospect of Dongying geothermal water. The analysis result shows that: the burial depth of Dongying Reservoir is shallower and the permeability is larger in this area. The temperature is up to 93℃. The fl uid quality is fi ne and has a good value of physiotherapeutic and medical utilization. If some thermal spring medical projects is launched based on the Dongying geothermal here, it will not only respond to the call of Building Tianjin to be the Hot Spring Metropolis in China—to promote energy conservation and emission reduction and the process of building ecological city, but also advance residents quality of life and bring considerable economic bene fi ts.

Geothermal fl uids；Yangcun slope；Exploration and utilization；Medical utilization

P314.1 ,F407.1

A

1007-1903（2013）03-0022-04

天津市地熱資源規(guī)劃（2011-2015年）

李嫄嫄（1982- ），女，水工環(huán)工程師，工程碩士在讀，主要從事地熱資源勘查評價工作，E-mail：tj-lyy@126.com。