■ 郭冬梅

（遼寧省工程勘察設計院，錦州 121000）

海外河地區(qū)位于遼寧省中南部，下遼河的最南端，為遼河油田主要的石油開發(fā)地區(qū)，是遼河油田采油基地和水源基地，地熱資源豐富，有上第三系熱儲層，館陶組砂礫巖層，下第三系熱儲層，包括東營組、沙河街組砂巖層。由于受油氣分布影響，下第三系熱儲層研究程度較低，地熱資源沒有得到充分開發(fā)利用。

1 區(qū)域地質(zhì)條件

1.1 地層

研究區(qū)處于下遼河南部凹陷區(qū)的中央凸起部位，前新生代地層屬華北地層區(qū)，本區(qū)塊基底以中生界（Mz）和太古界（Ar）為主，在其之上發(fā)育了新生界第三系和第四系巨厚沉積，地表大面積為第四系松散堆積物覆蓋。由老到新的順序依次是：下第三系房身泡組（E1-2f），下第三系沙河街組（E2s）四段、三段、二段、一段，下第三系東營組（E3d），上第三系館陶組（Ng）、明化鎮(zhèn)組（Nm）和第四系平原組（Qp）。

1.2 構造

盤錦市海外河地區(qū)大地構造單元屬華北陸塊之華北斷坳，次級構造單元為下遼河斷陷中央凸起的南端，劃分為六個二級構造帶，南部自西向東依次為：西部凸起帶、西部凹陷帶、中央凸起帶、東部凹陷帶、東部凸起帶，整體上為“洼中隆”的特點。法庫-盤山斷層和二界溝-黃沙坨斷層構成中央凸起的邊界。

中生代以前的構造運動以地臺型穩(wěn)定的整體升降為主，中生代后期，構造運動比較活躍，老的格局開始解體，構造線方向由東西轉(zhuǎn)為北東向，初步形成了凹凸相間的基本構造格局。對地熱田地下熱能的分配起到了重要的控制作用，加之第三系的河湖相沉積對熱能起到很好的阻隔作用，中上元古界、古生界構成了該區(qū)中新生界覆蓋下的潛山基底，是典型的斷塊控制含水巖組特征的地區(qū)。潛山頂面是受中—新生代以來的裂谷斷裂分割的大型鼻狀構造，潛山內(nèi)幕由于被中生代不同期次逆沖斷層切割，成疊瓦狀排列。下遼河盆地區(qū)域地質(zhì)構造，見圖1。潛山頂面埋深一般1600-1800m，最淺處1430m。［1-3］

2 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)地下水賦存在第四系松散巖類孔隙、第三系裂隙-孔隙含水層之中。淡水層位為上第三系館陶組 含水巖組，咸水、微咸水層位為第四系、上第三系明化鎮(zhèn)組含水巖組。

第四系松散巖類孔隙水遍布全區(qū)，含水層由沖海積、海積砂、砂含礫構成，含水層一般分選磨圓較好，顆粒均勻，結構松散，地下水豐富，單井涌水量600-2000m3/d，礦化度大于1g/L，氯化鈉型水，為潛水-微承壓水。地下水補給來源為大氣降水入滲、河水滲入及鄰區(qū)地下水逕流補給，排泄方式為人工開采、地下潛水蒸發(fā)。

上第三系地下水分為明化鎮(zhèn)組、館陶組兩個含水巖組，地下水賦存于砂巖、砂礫巖之中，間夾2-5層泥巖。明化鎮(zhèn)組地下水單井涌水量500-1500m3/d，局部小于500m3/d，礦化度大于1.0g/L，重碳酸鈉型、重碳酸鈉鈣型水；館陶組地下水單井涌水量1000-2500m3/d，礦化度0.5-0.7g/L，重碳酸鈣鈉型水。地下水補給來源主要為區(qū)外同層位地下水逕流補給，人工開采是唯一排泄方式。

下第三系地下水分為東營組、沙河街一段、沙河街二段三個含水巖組，地下水處于封閉-半封閉狀態(tài)，據(jù)收集油田資料推測東營組自流量小于500m3/d,礦化度一般介于1.0-10g/L，PH值8-9，屬重碳酸鈉型咸水、微咸水，基本無補給來源，排泄方式為石油開采時油水混合排泄。［3］

3 地熱地質(zhì)條件

據(jù)區(qū)域資料初步分析認為，受深大斷裂的影響和控制，老基底隆起的頂部是幔源熱向上傳導聚集熱能的部位，該部位是形成區(qū)域下第三系熱儲層熱能的直接供給區(qū)。另外，老基底上部發(fā)育的斷裂構造，特別是早第三紀時期形成的分布相對密集的中小型斷層，進一步溝通了下第三系熱儲層與基底隆起區(qū)的聯(lián)系，而使深部幔源熱經(jīng)由老基底隆起的頂部，源源不斷供給基底上部的下第三系儲熱層。

工作區(qū)從中生代開始，華北陸塊縱向增生，巖石圈歷經(jīng)旋回式伸展-收縮過程，并最后轉(zhuǎn)向巖石圈減薄，對應產(chǎn)生北北東向走滑正斷層體系，斷裂切割前新生代地層及基底斷塊產(chǎn)生差異沉陷，形成下遼河斷陷盆地，新生代裂谷開始發(fā)育，下遼河裂谷演化過程，見圖2。

新生代經(jīng)歷了伸展斷陷裂谷初成及均衡調(diào)整二個階段，演化成目前區(qū)內(nèi)地層總體連續(xù)，谷坡地帶明顯超覆總體坳陷的盆地特征。同時，我國北方坳陷盆地內(nèi)地溫的分布主要受地質(zhì)構造的影響，地溫的高低與區(qū)域構造一致，基底的起伏常與地溫的高低成正向關系。地殼相對隆起區(qū)地溫高是深部熱從導熱率高的地層向?qū)崧实偷膸r層傳導而導致熱量的重新分配，在隆起基底巖層頂部積聚，使地溫相對較高。海外河地區(qū)位于地殼相對隆起的中央凸起地帶，根據(jù)遼河油田地質(zhì)資料，工作區(qū)北部發(fā)育有兩條近東西向正斷層F1、F2，西南部發(fā)育一條北東向正斷層F3，斷層均穿透東營組頂?shù)装濉?/p>

4 地下熱水賦存特征

4.1 蓋層特征

工件區(qū)內(nèi)蓋層主要為第四系和上第三系明化鎮(zhèn)組地層，特別是明化鎮(zhèn)組下段發(fā)育一段穩(wěn)定且較厚的泥巖層，它們覆蓋在館陶組地層之上，導熱性差，蓋層總厚度500-1400m，地溫梯度一般較高，最高可達3.39℃/100m。

4.2 熱儲層特征

本區(qū)沉積有巨厚的第三系地層，已證實幾乎所有的地層段都有含水層，且地下熱水賦存的層位連續(xù)、厚度穩(wěn)定，構成層狀熱儲層。盆地熱能來源以幔源熱 向熱儲層傳導方式為主，深大斷裂也是重要的熱能上升通道。熱傳導型地熱田熱儲層一般埋藏較深，多在800m以下。受盆地內(nèi)斷裂控制，地熱田兼具層狀和帶狀特征，一般通過鉆探揭露，地表無顯示。盆地內(nèi)的斷層和內(nèi)部的凹陷、凸起控制著地溫的分布，在下遼河平原中央凸起和其東西兩個凹陷控制性斷層地帶，同樣深度地溫明顯高于凹陷內(nèi)部。按地層時代從新到老可分為二個熱儲系統(tǒng)，即上部為上第三系熱儲系統(tǒng)、中部為下第三系熱儲系統(tǒng)。

上第三系熱儲層，為館陶組，是一套沖積、洪積地層，分布廣，工作區(qū)內(nèi)皆有分布，巖性以淺灰、灰白色厚層狀塊狀含漂礫砂巖、砂礫巖為主，沉積物分選、磨圓差，泥質(zhì)膠結疏松。埋深415-1397m，層狀富水，厚度180-418m。物性好，有效孔隙度25-30%，井口水溫可達50℃。富水性好，單井涌水量一般在3000m3／d左右，地下水頭標高－7-－33m。礦化度在0.4-0.9g/l，硬度小于20德國度，PH值在8.0-9.0，水化學類型為HCO3-Na型，屬淡水－微咸水。

下第三系熱儲層，包括東營組、沙河街組砂巖層，為一套內(nèi)陸湖相碎屑沉積。東營組地層厚600-1622米，巖性由下至上顯示為，下部為長石砂礫巖、砂巖、砂礫巖夾泥巖；中部為砂巖、砂礫巖與泥巖互層；上部為泥巖、粉砂巖夾砂礫巖、泥巖。沙河街組含水層主要由沙一段和沙二段組成，地層總厚598-1895m，巖性下部以泥巖為主，局部夾玄武巖；上部主要為粉砂巖、砂巖夾礫巖，局部夾火山巖。平面上區(qū)內(nèi)皆有分布，但在斜坡部位沙二段缺失。層狀富水，其中水層總厚88-312.5m。因受上覆地層較強的壓實作用，成巖性好，物性差?？紫抖?、滲透性較差，富水性較好，含水層處于封閉或半封閉狀態(tài)，埋深大，產(chǎn)量低，單井涌水量一般較低，為150-1100m3／d，平均溫度大于50℃。礦化度一般介于1.0-10g/l，屬微咸水－咸水，硬度一般為20-40德國度，PH值8-9，屬弱堿性水，水化學類型為HCO3-Na型。［4］

4.3 地溫場特征

本區(qū)地處下遼河盆地南部，為下第三系地溫梯度高值區(qū)，地溫來源于大地熱流，由地幔熱流和地殼熱流組成，主要熱源為地幔熱流。地溫在平面分布上變化不大，但相對地溫高值區(qū)多沿斷裂或基底隆起區(qū)分布，說明地溫在平面上受古地形地貌的控制，基本上不受上部地下水活動的影響。地溫在垂向上可分為變溫帶、常溫帶及增溫帶。據(jù)已有資料，下遼河盆地的常溫帶深度為30-70m，常溫帶基準溫度11.5℃?？v向上，館陶組的地溫梯度偏低，在本區(qū)地溫梯度值為2.7-3.58℃/100m，東營組的地溫梯度略高，在本區(qū)地溫梯度值為3.32-4.17℃/100m。［4］

5 地熱儲量計算

5.1 地熱儲量的計算。

地熱儲量的計算采用熱儲法，估計地熱田地熱資源的潛力，計算公式如下：

(1)熱儲法計算公式：

式中：Q——熱儲中儲存的熱量，單位為焦（J）；

Qr——巖石中儲存的熱量，單位為焦（J）；

QL——熱儲中儲存的水量，單位為立方米（m3）；

Q1——截止到計算時刻，熱儲孔隙中熱水的靜儲量，單位為立方米（m3）；

Q2——水位降低到目前取水能力極限深度時熱儲所釋放的水量，單位為立方米（m3）；

Qw——水中儲存的熱量，單位為焦（J）；

A——計算區(qū)面積，單位為立方米（m3）；

d—熱儲厚度，單位為立方米（m3）；

ρr——熱儲巖石密度，單位為千克每立方米（kg/m3）；

cr——熱儲巖石比熱，單位為焦每千克攝氏度[J/kg·℃]；

φ—熱儲巖石的孔隙度，無量綱；

tr—熱儲溫度，單位為攝氏度（℃）；

t0—當?shù)啬昶骄鶜鉁兀瑔挝粸閿z氏度（℃）；

ρw—地熱水密度，單位為千克每立方米（kg/m3）

S—彈性釋水系數(shù)，無量綱；

H—計算起始點以上高度，單位為米（m）

cw—水的比熱，單位為焦每千克攝氏度[J/kg·℃]

(2)計算參數(shù)的確定

①熱儲面積、厚度及熱儲層溫度的確定

面積取100km2，根據(jù)對鉆孔資料研究計算，館陶組熱儲層平均厚度為250m，熱儲層平均溫度為50℃；東營組熱儲層平均厚度為150m，熱儲層平均溫度為70℃，當?shù)啬昶骄鶜鉁?.4℃。館陶組熱儲層頂板算起的水頭高度45m，東營組熱儲層頂板算起的水頭高度取油面距井口高度約100m，得出計算起始點以上高度館陶組1019m,東營組1341m。

②熱儲的孔隙度和彈性釋水系數(shù)

根據(jù)遼寧省下遼河平原南部上第三系地下水勘察報告，館陶組砂巖孔隙度選25%，彈性釋水系數(shù)0.0145。根據(jù)遼河斷陷地熱資源研究，東營組砂巖孔隙度選27%，因沒有實測值，考慮泥巖層位壓榨釋水，東營組彈性釋水系數(shù)，取0.005。

③比熱和密度

熱儲巖石的比熱、密度參照《地熱資源地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB/T11615-2010）確定。水的比熱確定為4180J/kg·℃，水的密度取1000kg/m3，砂巖比熱取878J/ kg℃,砂巖密度取1956kg/m3。

(3)計算結果如下:

館陶組地熱資源量為2.68×1018J，東營組地熱資源量為2.38×1018J，海外河地區(qū)地熱資源總量為5.06×1018J，相當于1.73×108噸標準煤燃燒的熱量值，地熱資源豐富。

5.2 地熱流體存儲量及可開采量

地下熱水屬承壓水，存儲量為容積存儲量與彈性存儲量之和。

(1)計算公式

Q總=Q彈+Q容

Q彈=A·S*·H

Q容=A·S·Hm

式中：

Q總—熱水總存儲量（m3）

Q彈—彈性儲存量（m3）

Q容—容積儲存量（m3）

S*—含水巖組彈性釋水系數(shù)，無量綱

S—含水巖組重力給水度，無量綱

A—計算區(qū)面積（m2）

H—含水層頂板算起的水頭高度（m）

Hm—含水巖組厚度（m）

(2)計算參數(shù)的確定（參見表1）

館陶組地熱流體的可開采量參照海水103井，取1500m3/d，東營組水量在150-1100m3／d之間，考慮可持續(xù)開采，取400m3/d。開采深度依據(jù)《地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T11615—2010）8.3.4條年壓力下降值不大于0.02MPa，即最大為204m（或取200m）。

表1 計算參數(shù)確定一覽表

(3)計算結果

經(jīng)計算工作區(qū)館陶組熱水總資源量為77.28×108m3，其中彈性存儲量為14.78×108m3；東營組熱水總資源量為47.21×108m3，其中彈性存儲量為6.71×108m3。

6 結論

(1)區(qū)內(nèi)地下水較為豐富，為中低溫水熱系統(tǒng)。

(2)該地熱田類型為熱傳導型，上第三系明化鎮(zhèn)組地層和第四紀地層為蓋層，巖性主要為第三系的泥巖、砂巖和砂礫巖；下第三系沙河街組及東營組的砂巖、砂礫巖為中部熱儲層，富水性相對較好；上第三系館陶組砂巖為上部熱儲層，富水性好。

(3)本區(qū)地熱資源量較為豐富，可采量大。館陶組砂巖厚度大，透水性好，孔隙發(fā)育，埋藏淺，水量豐富，單井涌水量可達3000m3/d，含水層埋深900-1400 m，水溫可達50℃，水質(zhì)好，礦化度低，熱水不經(jīng)處理即可直接利用，是經(jīng)濟型地熱資源。東營組熱儲層砂巖物性變差，水量在150-1100m3/d之間，礦化度高，水溫可達70℃，達微咸水-咸水，一般位于油層下面，是亞經(jīng)濟型地熱資源，可以利用油田條件較好的報廢井和核銷井開采地熱。

[1]孫維義,高明久,等.遼寧省盤錦市上第三系地熱及礦泉水資源調(diào)查評價報告[R].錦州:遼寧工程勘察院,1997.

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[4]遼寧省盤錦市興隆臺地區(qū)下第三系地熱資源調(diào)查評價[R].盤錦:盤錦市科海石油技術發(fā)展有限公司,2011.

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