王浩，張震宇，楊建華

(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253015)

地?zé)豳Y源集熱能與水資源為一體,由于其溫度適宜且富含多種對(duì)人體有益的礦物質(zhì)，在采暖、洗浴、工業(yè)、醫(yī)療、養(yǎng)殖業(yè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，是繼太陽能和風(fēng)能之后的一種重要的綠色能源[1]。位于山東省禹城市城區(qū)東營(yíng)組熱儲(chǔ)層，分布廣泛，地?zé)岢傻V地質(zhì)條件有利，熱儲(chǔ)層埋深適當(dāng)，水量較大、水溫較高，對(duì)保護(hù)環(huán)境、保持經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展及改善人民生活質(zhì)量都具有重要意義。

1 地質(zhì)背景

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域基底構(gòu)造發(fā)育，活動(dòng)強(qiáng)度較大，主要受新華夏構(gòu)造體系的影響，斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要構(gòu)造線為NEE向，斷裂構(gòu)造隱伏于新近系之下。對(duì)工作區(qū)有影響的斷裂按斷裂帶的規(guī)模大小可分為一、二級(jí)，一級(jí)斷裂主要有齊河-廣饒斷裂，是三、四級(jí)構(gòu)造單元的分界斷裂，對(duì)隆起和拗陷區(qū)的沉積起控制作用；二級(jí)斷裂有臨邑-惠民斷裂、臨南斷裂，是五級(jí)構(gòu)造單元背斜與洼陷的分界斷裂。

1.2 地層

工作區(qū)位于濟(jì)陽坳陷區(qū)內(nèi)，該區(qū)地層發(fā)育齊全，根據(jù)石油鉆探和大極距電測(cè)深解譯資料在3000m深度范圍內(nèi)的地層主要有：古近紀(jì)東營(yíng)組和沙河街組、新近紀(jì)明化鎮(zhèn)組和館陶組、第四紀(jì)平原組[3]。

2 地?zé)豳Y源類型及地?zé)岬刭|(zhì)特征

2.1 地?zé)豳Y源類型及蓋層

區(qū)內(nèi)地下熱水賦存于古近紀(jì)碎屑沉積巖中，屬層狀孔隙-裂隙型熱儲(chǔ)，地表無熱流顯示，地?zé)豳Y源類型屬熱傳導(dǎo)型。熱儲(chǔ)蓋層為第四系和新近紀(jì)明化鎮(zhèn)組、館陶組，前者主要為粉砂質(zhì)粘土和粘土質(zhì)粉砂組成，后者主要由粘土巖、粉砂巖互層構(gòu)成，熱導(dǎo)率低，粘土或粘土巖單層厚度大，一般在2.0～50m左右，是良好的隔水層和不透水層，使熱能得以保存和儲(chǔ)集[4]。視開采層段的不同可單獨(dú)也可共同構(gòu)成熱儲(chǔ)層的蓋層。該區(qū)第四系和新近系總厚度1278～1500m。

2.2 熱儲(chǔ)層巖性與埋藏分布特征

東營(yíng)組熱儲(chǔ)頂界與上覆館陶組熱儲(chǔ)呈平行不整合接觸，其地層巖性以紫紅、棕黃、灰綠色泥巖為主，夾灰白色、淺灰色細(xì)砂、粉細(xì)砂巖，一般具有自下而上紅色增多的特點(diǎn)。頂板埋深1278～1500m，地層厚度變化較大，一般為528～942m。其分布特征主要受基底起伏和區(qū)域構(gòu)造的控制，總趨勢(shì)是由東南向西北逐步變薄。

2.3 熱儲(chǔ)層水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)東營(yíng)組砂巖以細(xì)砂、粉細(xì)砂為主，呈泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，礦物成分以石英為主，長(zhǎng)石次之，分選較好，呈次圓狀，結(jié)構(gòu)較致密，單厚2～16m，總厚度150～190m，厚度占地層厚度的17.4%～26.0%，其分布規(guī)律與地層基本一致?？傮w來說，東營(yíng)組含水砂巖在空間上分布較為連續(xù)。據(jù)區(qū)內(nèi)DR2井及R8井抽水試驗(yàn)資料，東營(yíng)組熱儲(chǔ)水位標(biāo)高0.48～8.34m，單井出水量30～54m3/h(20m降深時(shí))，礦化度13.2～15.1g/L，水化學(xué)類型為Cl-Na型，井口水溫59～70℃，屬低溫地?zé)豳Y源中的溫?zé)崴?、熱水型地?zé)豳Y源。

2.4 傳熱導(dǎo)水通道

禹城市城區(qū)處于地震強(qiáng)度Ⅶ度區(qū)，齊河-廣饒斷裂在該地?zé)崽锬喜客ㄟ^。該斷裂西起聊城-蘭考斷裂交匯處，沿NEE向經(jīng)禹城南、濟(jì)陽北至廣饒南，向東延伸與益都斷裂相交，呈弧形展布，是Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)構(gòu)造單元的分界斷裂。走向NEE，傾向NW，傾角60°～80°，斷距為1200～2000m，為南盤上升、北盤下降的正斷層，北盤沉積了巨厚的新生界，南盤則缺失古近紀(jì)地層。該斷裂形成于中生代以前，新生代活動(dòng)性增強(qiáng)，沿?cái)嗔褞в虚g歇性的基性巖漿活動(dòng),是規(guī)模較大的斷層,且區(qū)域上還有臨邑-惠民斷裂、臨南斷裂等較大斷裂存在，是地下水的良好儲(chǔ)集場(chǎng)所及地下水運(yùn)移的良好通道。

2.5 熱儲(chǔ)模型

該區(qū)屬層控型低溫地?zé)崽?該地?zé)崽锓秶鷱V大，在垂向上將新近紀(jì)館陶組、古近紀(jì)東營(yíng)組和沙河街組視為獨(dú)立的，上下均為隔水層、水平方向上無限延伸的儲(chǔ)熱層(組)，呈多層狀；熱儲(chǔ)蓋層分別為其上伏地層；熱源主要為地球內(nèi)部的傳導(dǎo)熱流；地?zé)崴难a(bǔ)給源為大氣降水在周邊山區(qū)形成的地表徑流的一部分通過山前斷裂構(gòu)造向深部地層滲透，成為深部含水層的補(bǔ)給源。其熱儲(chǔ)模型如圖1所示。

圖1 熱儲(chǔ)概念模型圖1—第四系；2—新近紀(jì)明化鎮(zhèn)組；3—新近紀(jì)館陶組；4—古近紀(jì)東營(yíng)組；5—古近紀(jì)沙河街組；6—側(cè)向補(bǔ)給水源；7—深循環(huán)上升熱流；8—均一背景熱流；9—地層不整合線；10—區(qū)內(nèi)地?zé)峋?/p>

2.6 地?zé)崴畡?dòng)態(tài)特征

區(qū)內(nèi)東營(yíng)組熱儲(chǔ)埋藏深，上覆厚達(dá)1278～1500m的松散碎屑沉積物，與大氣降水沒有聯(lián)系。地?zé)崴畯搅鳂O其緩慢，補(bǔ)給強(qiáng)度微弱，在天然狀態(tài)下基本上處于靜止?fàn)顟B(tài)，人工開采是影響地?zé)崴畡?dòng)態(tài)變化的主要因素。

根據(jù)DR1井水位監(jiān)測(cè)資料[注]山東省魯北地質(zhì)工程勘察院,山東省禹城市城區(qū)東營(yíng)組熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告，2012年。，自2011年2月至2011年11月，水位標(biāo)高供暖時(shí)在-38.81～-36.92m，受抽取水量影響變化幅度較大。停止供暖后(3月15日)水位逐漸恢復(fù)，最后穩(wěn)定在-1.50m左右；DR2井自成井后水位標(biāo)高在0.50m左右，基本沒有變化(圖2)。說明區(qū)內(nèi)東營(yíng)組熱儲(chǔ)水位不受大氣降水及季節(jié)變化的影響。

圖2 DR1，DR2井水位動(dòng)態(tài)變化曲線

3 地?zé)崃黧w化學(xué)特征

3.1 化學(xué)特征

3.2 地?zé)崃黧w的年齡及成因

地?zé)崃黧w各組分之間的比例系數(shù)可以用來判斷地?zé)崃黧w的成因，常用的比例系數(shù)有γCl/γBr，γNa/γCl等。經(jīng)計(jì)算區(qū)內(nèi)地?zé)崃黧wγCl/γBr=1951.4～2029.5，γNa/γCl=0.85～0.86，這些系數(shù)都大于海水(γCl/γBr=300，γNa/γCl=0.85)，說明該區(qū)的地?zé)崃黧w具有大陸溶濾水的特征。

據(jù)同位素分析測(cè)試結(jié)果，區(qū)內(nèi)東營(yíng)組地?zé)崴笑腄×10-3平均含量為-70～-64；δ18O×10-3平均含量為-8.9～-8.7；其D，18O關(guān)系點(diǎn)位于世界雨水線附近(δD=8δ18O+10)(圖3)，說明區(qū)內(nèi)東營(yíng)組地?zé)崴鹪从诖髿饨邓甗5]，后來在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中，接受下部地層中蒸汽的稀釋作用。

區(qū)內(nèi)東營(yíng)組地?zé)崴?4C年齡為1.636～1.802萬年。由于14C分析水樣的采集過程或多或少地要與現(xiàn)代大氣接觸，現(xiàn)代大氣中的CO2進(jìn)入所采集的水樣中，使所測(cè)年齡要遠(yuǎn)小于地下水的實(shí)際形成年齡。由此可見，區(qū)內(nèi)東營(yíng)組地?zé)崴男纬赡甏眠h(yuǎn)，其補(bǔ)給途徑長(zhǎng)，徑流速度緩慢。

圖3 東營(yíng)組地?zé)崴蠨，18O同位素關(guān)系圖

3.3 地?zé)崃黧w質(zhì)量評(píng)價(jià)

經(jīng)采用拉申指數(shù)法與腐蝕系數(shù)法對(duì)區(qū)內(nèi)東營(yíng)組地?zé)崴M(jìn)行評(píng)價(jià)分析[6]，禹城市城區(qū)東營(yíng)組地?zé)崴畬?duì)金屬具強(qiáng)腐蝕性，對(duì)混凝土無分解性與結(jié)晶性侵蝕；地?zé)崴疅o碳酸鈣、硫酸鈣垢與硅酸鹽水垢；熱水含有多種對(duì)人體健康有益的微量元素，其中溴、鋰、偏硅酸達(dá)到礦水濃度，鍶達(dá)到命名濃度，屬鍶理療熱礦水。

4 結(jié)語

(2)該區(qū)東營(yíng)組熱儲(chǔ)屬層控型低溫地?zé)崽铮瑹醿?chǔ)蓋層為第四系和新近紀(jì)明化鎮(zhèn)組、館陶組，井口水溫59～70℃。

(3)該區(qū)地?zé)崴畬俅髿獬梢?，具有大陸溶濾水的特征，主要接受大氣降水補(bǔ)給。其補(bǔ)給源除一部分為盆地沉積物形成時(shí)保存下來的沉積水和封存水外；另一部分為沉積物形成后，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期中，由遠(yuǎn)近山區(qū)的大氣降水補(bǔ)給。

(4)區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源豐富。地下熱水礦化度在10～15g/L之間，該區(qū)地下熱水普遍屬于Cl-Na型水。

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