閔 望，喻永祥，陸 燕，顧雪良

（江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇·南京 210049）

蘇北盆地地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)與區(qū)劃

閔 望，喻永祥，陸 燕，顧雪良

（江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇·南京 210049）

蘇北盆地是江蘇省地?zé)豳Y源最為豐富的地區(qū)。本文基于蘇北盆地地?zé)岬刭|(zhì)條件，系統(tǒng)總結(jié)研究區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的分布特征，首次對(duì)該區(qū)的地?zé)豳Y源量、地?zé)豳Y源可開(kāi)采量及地?zé)崃黧w可開(kāi)采量進(jìn)行分層分溫度范圍的定量評(píng)價(jià)?；谘芯繀^(qū)地?zé)崴乃瘜W(xué)特征、水溫分布特征等綜合分析，對(duì)該區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用進(jìn)行了區(qū)劃。研究成果表明，蘇北盆地的地?zé)豳Y源儲(chǔ)量豐富，地?zé)豳Y源量總計(jì)約為229.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，地?zé)崃黧w年可采量約為197000萬(wàn)m3，地?zé)崃黧w年可采熱量約為618萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。熱儲(chǔ)層中的地?zé)崴懑焹r(jià)值高，開(kāi)發(fā)利用前景廣闊。

地?zé)?；資源評(píng)價(jià)；資源量計(jì)算；開(kāi)發(fā)利用區(qū)劃；蘇北盆地

化石能源逐漸枯竭、環(huán)境不斷惡化是現(xiàn)代人類(lèi)所面臨的兩大突出問(wèn)題，開(kāi)發(fā)利用可再生能源和清潔能源是緩解能源與環(huán)境問(wèn)題的重要途徑之一。地?zé)崮苁且环N清潔能源，它的開(kāi)發(fā)利用能帶來(lái)巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益[1～6]。

蘇北盆地是江蘇省地溫梯度最高的區(qū)域，平均地溫梯度達(dá)3℃/100m，是省內(nèi)傳導(dǎo)型地?zé)豳Y源最為豐富的區(qū)域。蘇北盆地第三系沉積巨厚，在深坳區(qū)厚達(dá)4000m，是較好的儲(chǔ)水層。蘇北盆地內(nèi)的地?zé)豳Y源是江蘇省最主要的地?zé)豳Y源，其形成及分布特征對(duì)于未來(lái)的開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃具有一定的指導(dǎo)意義。

前人在蘇北盆地做過(guò)很多基礎(chǔ)性工作，但主要工作集中在地?zé)峋c(diǎn)上，對(duì)于整個(gè)蘇北盆地內(nèi)的資源未做過(guò)面上的定量分析與評(píng)價(jià)。本文通過(guò)收集截至2013年底的蘇北盆地55口地?zé)峋笆途臏y(cè)溫資料，對(duì)蘇北盆地的地溫場(chǎng)特征進(jìn)行刻劃，勾畫(huà)蘇北盆地地溫梯度等值線。并通過(guò)搜集盆地內(nèi)的深鉆資料100余份，首次對(duì)蘇北盆地各熱儲(chǔ)層的空間分布進(jìn)行分析，并對(duì)其溫度范圍進(jìn)行分區(qū)。

此外，本文在分析蘇北盆地地?zé)岬刭|(zhì)條件、熱儲(chǔ)分布情況及水質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，首次定量計(jì)算了蘇北盆地內(nèi)主要熱儲(chǔ)層不同溫度范圍的地?zé)豳Y源量、地?zé)豳Y源可開(kāi)采量、地?zé)崃黧w儲(chǔ)存量及地?zé)崃黧w可開(kāi)采量，并對(duì)盆地內(nèi)地?zé)豳Y源進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)利用區(qū)劃，為蘇北盆地內(nèi)進(jìn)一步開(kāi)展地?zé)岬刭|(zhì)工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 蘇北盆地地?zé)岬刭|(zhì)條件

1.1 區(qū)域構(gòu)造

蘇北盆地屬于下?lián)P子區(qū)海相古生界盆地，是東西向構(gòu)造與北東向構(gòu)造共同作用的復(fù)合型盆地[7]，它發(fā)育在燕山晚期開(kāi)始生成的北東向與東西向隆起所限制的框架內(nèi)，盆地內(nèi)兩個(gè)方向構(gòu)造線都有代表，在兩個(gè)方向的負(fù)向構(gòu)造相互迭置時(shí)，沉積厚度達(dá)數(shù)千米。

蘇北盆地由洪澤斷陷、濱海斷隆、阜寧—東臺(tái)斷坳三部分組成（圖1），阜寧—東臺(tái)斷坳又由南北兩個(gè)次級(jí)坳陷，即阜寧凹陷與東臺(tái)凹陷和介于其間的建湖斷凸幾部分組成，位于淮陰—響水口斷裂以南。在凹陷中又有一系列凸起、凹陷相間，多數(shù)呈北東方向排列的構(gòu)造格局[8,9]。凹陷中沉積了白堊系、下第三系（泰州組、阜寧群、戴南組、三垛組）、上第三系（鹽城組）。由于燕山末期、喜馬拉雅期運(yùn)動(dòng)的影響，造成泰州組與赤山組之間、戴南組與阜寧群之間、鹽城群與三垛組之間的不整合接觸。

圖1 蘇北盆地構(gòu)造分區(qū)Fig.1 The structural partition in North Jiangsu Basin

1.2 地溫場(chǎng)特征

通過(guò)搜集并計(jì)算截止2013年55個(gè)地?zé)徙@孔的地溫梯度[10～21]，首次精細(xì)勾畫(huà)了蘇北盆地地溫梯度等值線（圖2）。在江蘇省范圍內(nèi)，蘇北盆地內(nèi)的地溫梯度高于全省平均值，約為3℃/100m[10]。盆地內(nèi)部，在東臺(tái)凹陷中的泰州、高郵、鹽城地區(qū)，存在地溫梯度高值區(qū)。泰州北部興化地區(qū)的地溫梯度最高可達(dá)4℃/100m，而泰州南部姜堰地區(qū)的地溫梯度最高可達(dá)4.5℃/100m，鹽城地區(qū)的地溫梯度最高為4℃/100m。泰州南部、北部的地溫梯度異常，推斷是由于其存在較高的大地?zé)崃髦?；鹽城地區(qū)的地溫梯度異常，推斷和斷裂有關(guān)；至于高郵地區(qū)地溫梯度較高推斷是由于本段計(jì)算地溫梯度都是利用阜寧組地層數(shù)據(jù)，而阜寧組的地溫梯度高于上覆各層。

圖2 蘇北盆地地溫梯度等值線Fig.2 The geothermal gradient contour in North Jiangsu Basin

1.3 主要熱儲(chǔ)類(lèi)型及分布特征

蘇北盆地內(nèi)主要為孔隙型熱儲(chǔ)[22]，這一類(lèi)型的熱儲(chǔ)在蘇北盆地廣泛分布，除部分構(gòu)造隆起區(qū)，基本全覆蓋。揭露的熱儲(chǔ)層主要為新近系鹽城組N及古近系三垛組E3s（表1），水溫大部分集中在40～60℃。推測(cè)古近系戴南組E2d亦有可能成為熱儲(chǔ)。其中，鹽城組熱儲(chǔ)（N）底板埋深在200～1800m不等，厚度大部分在400～1000m之間，孔隙度高，儲(chǔ)水性好，區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)為鹽城組的地?zé)峋隹谒疁卦?6～55℃之間，導(dǎo)水系數(shù)在1.4～159.6m3/d不等，儲(chǔ)厚比平均在15%～35%不等，蘇北盆地大部分地?zé)峋疅醿?chǔ)均為鹽城組。蘇北盆地內(nèi)三垛組E3s地層頂板埋深在80～1560m之間，厚度0～1356m。區(qū)內(nèi)分布熱儲(chǔ)為三垛組的地?zé)峋隹谒疁卦?0～73℃不等，導(dǎo)水系數(shù)22～75m3/d。本區(qū)地?zé)峥孜匆?jiàn)完全揭露，揭露部分三垛組厚度在200～300m，揭露部分儲(chǔ)厚比在22%～30%之間。戴南組厚度在0～1051m之間。在部分隆起區(qū)亦有揭露寒武奧陶的碳酸鹽巖熱儲(chǔ)，一般而言單位降深的涌水量較大，分布范圍有限，主要分布在淮安馬棚一帶，泰州市的姜堰市、海陵區(qū)以及揚(yáng)州市的江都區(qū)。

表1 蘇北盆地各熱儲(chǔ)層地質(zhì)特征Table 1 The geological features of thermal reservoir in North Jiangsu Basin

2 蘇北盆地地?zé)豳Y源量計(jì)算

首次對(duì)蘇北盆地地?zé)豳Y源量、地?zé)豳Y源可開(kāi)采量、地?zé)崃黧w年可開(kāi)采量及可開(kāi)采熱量分溫度范圍分別進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法采用“全國(guó)地?zé)豳Y源現(xiàn)狀調(diào)查評(píng)價(jià)與區(qū)劃”項(xiàng)目的技術(shù)要求提供的方法。

2.1 地?zé)豳Y源量

采用熱儲(chǔ)法[23]計(jì)算，表達(dá)式為：

式中：Q—地?zé)豳Y源量，kJ；Cr，Cw—分別為熱儲(chǔ)巖石比熱和水的比熱，kJ/kg·℃；ρr，ρw—分別為熱儲(chǔ)巖石密度和水的密度，kg/m3；Φ—熱儲(chǔ)巖石孔隙率（或裂隙率）；qw—流體儲(chǔ)量，包括靜儲(chǔ)量和彈性儲(chǔ)量，m3；T1—熱儲(chǔ)溫度，℃；T0—恒溫層溫度，℃；V—熱儲(chǔ)體積，m3。

2.2 地?zé)豳Y源可開(kāi)采量

采用回收率法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：Qwh—地?zé)豳Y源可開(kāi)采量，kJ；RE—回收率；Q—地?zé)豳Y源量，kJ。

對(duì)于蘇北沉積盆地的新生代砂巖，當(dāng)孔隙度大于20%，熱儲(chǔ)回收率定為0.25，碳酸鹽巖裂隙熱儲(chǔ)定為0.15；中生代砂巖則根據(jù)裂隙發(fā)育情況定為0.05～0.1。

2.3 地?zé)崃黧w可開(kāi)采量

采用開(kāi)采系數(shù)法計(jì)算，開(kāi)采系數(shù)取決于熱儲(chǔ)巖性、孔隙裂隙發(fā)育情況以及補(bǔ)給情況。

式中：Q儲(chǔ)—地?zé)崃黧w存儲(chǔ)量，m3；X—可采量系數(shù)，其中：①孔隙型熱儲(chǔ)層，X取值3%～5%（100年），即0.0003～0.0005（每年）；②巖溶型熱儲(chǔ)層，X取值5%（100年），即0.0005（每年）。

2.4 地?zé)崃黧w可開(kāi)采熱量

在計(jì)算獲得地?zé)崃黧w可開(kāi)采量的基礎(chǔ)上，地?zé)崃黧w可開(kāi)采熱量可用下式計(jì)算：

式中：QP—地?zé)崃黧w可開(kāi)采熱量，kJ/a；Cw—地?zé)崃黧w的比熱，kJ/kg·℃；ρw—地?zé)崃黧w的密度，kg/m3；T1—熱儲(chǔ)溫度，℃；T0—恒溫層溫度，℃。

對(duì)蘇北盆地地?zé)豳Y源計(jì)算結(jié)果，分熱儲(chǔ)層與溫度范圍進(jìn)行匯總（表2），地?zé)豳Y源總計(jì)約為229.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，地?zé)崃黧w年可采量約為197000萬(wàn)m3，地?zé)崃黧w年可采熱量約為618萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

表2 蘇北盆地?zé)醿?chǔ)不同溫度范圍地?zé)豳Y源量Table 2 The geothermal resources of the geothermal reservoirs at different temperature range in North Jiangsu Basin

3 蘇北盆地地?zé)崃黧w質(zhì)量及可開(kāi)發(fā)利用方向概述

蘇北盆地共計(jì)40個(gè)地?zé)崴蓸狱c(diǎn)。其中，鹽城組熱儲(chǔ)中的水微量元素達(dá)到理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[23]的主要有偏硅酸、氟、鍶、偏硼酸，少量水樣的鐵、鋰含量達(dá)到理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。部分地?zé)峋擅?、鍶水、偏硅酸水、鐵水。這一熱儲(chǔ)層地?zé)崴邴}城市區(qū)一些較淺的地?zé)峋袧M足漁業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，該層水不結(jié)垢或結(jié)垢輕微，為非腐蝕性水。主要可用于旅游療養(yǎng)、工業(yè)利用、溫室種植以及養(yǎng)殖。

蘇北盆地三垛組熱儲(chǔ)揭露的地?zé)峋^少，僅就本次項(xiàng)目所采水樣獲得的檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，達(dá)到理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的主要有偏硼酸及偏硅酸，未達(dá)命名礦水濃度。這一熱儲(chǔ)層地?zé)崴唤Y(jié)垢或結(jié)垢輕微，為非腐蝕性水。主要可用于旅游療養(yǎng)、溫室種植以及地?zé)峁┡?/p>

蘇北盆地戴南組熱儲(chǔ)未有地?zé)峋衣丁８鶕?jù)地?zé)崃黧w推測(cè)溫度分布，推斷這一熱儲(chǔ)地?zé)崴饕捎糜诼糜委燄B(yǎng)、溫室種植及地?zé)峁┡?/p>

蘇北盆地碳酸鹽巖熱儲(chǔ)水微量元素達(dá)到理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的主要有偏硅酸、氟、鋰、鍶、偏硼酸。地?zé)峋擅㈡J水、偏硅酸水、鋰水。該層水結(jié)垢中等或結(jié)垢輕微，為非腐蝕性水。主要可用于旅游療養(yǎng)、溫室種植以及地?zé)峁┡?/p>

4 蘇北盆地地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用方案區(qū)劃

地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用方案區(qū)劃（表3），基于溫度等級(jí)區(qū)劃及流體水化學(xué)特征區(qū)劃，并結(jié)合以往的開(kāi)發(fā)利用情況、地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，充分考慮梯級(jí)開(kāi)發(fā)利用技術(shù)等確定其合理開(kāi)發(fā)利用方向及各方向百分比。主要開(kāi)發(fā)利用方向包括：地?zé)岚l(fā)電、地?zé)峁┡?、醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)利用等。具體開(kāi)發(fā)利用原則如下：

（1）根據(jù)主要熱儲(chǔ)代表性溫度可以將地?zé)豳Y源梯級(jí)利用劃分成I、II、III、IV、V五個(gè)利用級(jí)別。

I級(jí)：主要用于發(fā)電、烘干等工業(yè)利用和采暖，流體溫度大于150℃。

I I級(jí)：主要用于烘干、發(fā)電和采暖等，溫度在90～150℃。

III級(jí)：主要用于采暖、醫(yī)療、洗浴、溫室種植，溫度在60～90℃。

IV級(jí)：主要用于醫(yī)療、休閑洗浴、采暖、溫室種植和養(yǎng)殖，溫度在40～60℃。

V級(jí)：主要為洗浴、溫室種植、養(yǎng)殖、農(nóng)灌和采用熱泵技術(shù)的制冷供熱，溫度在25～40℃

（2）在開(kāi)發(fā)利用時(shí)，從I級(jí)至V級(jí)逐級(jí)進(jìn)行考慮。上一級(jí)利用的出口溫度即為下一級(jí)利用的入口溫度。

（3）對(duì)于醫(yī)療、農(nóng)灌和養(yǎng)殖等用途，考慮地?zé)崃黧w質(zhì)量。滿足理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)方可用于醫(yī)療，而用于農(nóng)業(yè)灌溉和養(yǎng)殖用途應(yīng)分別符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084-2005）[24]和《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 11607-1989）[25]的要求方可利用。

（4）綜合考慮地區(qū)以往的開(kāi)發(fā)利用情況、地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r以及場(chǎng)地限制。

根據(jù)以上原則，對(duì)蘇北盆地地?zé)豳Y源分熱儲(chǔ)層進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用方案區(qū)劃，根據(jù)不同的開(kāi)發(fā)利用方式分配地?zé)崃黧w開(kāi)發(fā)利用方向及利用量比重。

表3 蘇北盆地各熱儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)利用方案區(qū)劃Table 3 The geothermal reservoirs' development and utilization plan divisions in North Jiangsu Basin

蘇北盆地鹽城組分區(qū)范圍見(jiàn)圖3，鹽城組熱儲(chǔ)溫度較低，一般分布在25～60℃之間，不考慮梯級(jí)利用。

三垛組熱儲(chǔ)分區(qū)范圍見(jiàn)圖4，三垛組熱儲(chǔ)溫度較鹽城組高，一般分布在25～90℃之間，考慮梯級(jí)利用，根據(jù)不同的開(kāi)發(fā)利用方式分配流體利用量比重。主要將地?zé)崴扔糜诘責(zé)峁┡?，水溫降?0℃以下之后用于旅游療養(yǎng)、溫室種植等方面。

戴南組熱儲(chǔ)分區(qū)范圍見(jiàn)圖5。戴南組熱儲(chǔ)溫度較三垛組高，溫度跨度大，一般分布在25～100℃之間，考慮梯級(jí)利用，根據(jù)不同的開(kāi)發(fā)利用方式分配流體利用量比重。主要將地?zé)崴扔糜诘責(zé)峁┡疁亟档?0℃以下之后用于旅游療養(yǎng)、溫室種植等方面。

蘇北盆地碳酸鹽巖熱儲(chǔ)分區(qū)范圍見(jiàn)圖6，蘇北盆地碳酸鹽巖熱儲(chǔ)溫度分布在40～90℃區(qū)間內(nèi)，考慮梯級(jí)利用，根據(jù)不同的開(kāi)發(fā)利用方式分配流體利用量比重。主要將地?zé)崴扔糜诘責(zé)峁┡?，水溫降?0℃以下之后用于旅游療養(yǎng)、溫室種植等方面。

總體而言，蘇北盆地地?zé)豳Y源有地?zé)峁┡?、溫室種植、醫(yī)療洗浴、養(yǎng)殖、工業(yè)利用等多種利用方式。

圖3 蘇北盆地鹽城組熱儲(chǔ)開(kāi)發(fā)利用區(qū)劃Fig.3 The exploitation zoning of geothermal reservoir of Neogene Yancheng form in North Jiangsu Basin

圖4 蘇北盆地三垛組熱儲(chǔ)開(kāi)發(fā)利用區(qū)劃Fig.4 The exploitation zoning of geothermal reservoir of Palaeogene Sanduo form in North Jiangsu Basin

圖5 蘇北盆地戴南組熱儲(chǔ)開(kāi)發(fā)利用區(qū)劃Fig.5 The exploitation zoning of geothermal reservoir of Palaeogene Dainan form in North Jiangsu Basin

圖6 蘇北盆地碳酸鹽巖熱儲(chǔ)開(kāi)發(fā)利用區(qū)劃Fig.6 The exploitation zoning of geothermal reservoir of Cambrian -Ordovician carbonate rocks in North Jiangsu Basin

5 結(jié)語(yǔ)

蘇北盆地是江蘇省地溫梯度最大的區(qū)域，平均地溫梯度約為3℃/100m，是江蘇省地?zé)豳Y源最為豐富的地區(qū)。區(qū)內(nèi)主要以傳導(dǎo)型地?zé)豳Y源為主，主要熱儲(chǔ)層為新近系鹽城組、古近系三垛組及戴南組的孔隙型熱儲(chǔ)，在區(qū)內(nèi)廣泛分布，部分區(qū)域分布有寒武—奧陶系的碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層。通過(guò)對(duì)本區(qū)地溫梯度、熱儲(chǔ)分布范圍、埋深厚度等的刻畫(huà)，經(jīng)選取合理的參數(shù)，計(jì)算得出區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源量總計(jì)約為229.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，地?zé)崃黧w年可采量約為197000萬(wàn)m3，地?zé)崃黧w年可采熱量約為618萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)層中的水微量元素達(dá)到理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的主要有偏硅酸、氟、鍶和偏硼酸，理療價(jià)值高，開(kāi)發(fā)利用前景廣闊。根據(jù)溫度等級(jí)分區(qū)及流體水化學(xué)特征分區(qū)，并結(jié)合以往的開(kāi)發(fā)利用情況、地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、梯級(jí)開(kāi)發(fā)利用技術(shù)等，確定合理開(kāi)發(fā)利用方向主要包括：地?zé)岚l(fā)電、地?zé)峁┡?、醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)利用等。對(duì)蘇北盆地內(nèi)的地?zé)豳Y源，按各熱儲(chǔ)層進(jìn)行了開(kāi)發(fā)利用區(qū)劃，為該地區(qū)未來(lái)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用提供了科學(xué)依據(jù)。

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Assessment and zoning of geothermal resources in the northern Jiangsu Basin

MIN Wang, YU Yong-Xiang, LU Yan, GU Xue-Liang
(Jiangsu Institute of Geological Survey, Jiangsu Nanjing 210049, China)

Research into geological and geothermal conditions, the distribution of geothermal resources, the chemical characteristics of geothermal waters, and opportunities for geothermal resource exploitation and extraction of geothermal fluids in the northern Jiangsu Basin were evaluated for the first time. This research was followed by a comprehensive assessment of the utilization potential of geothermal resources. The research and assessment provide a scientific basis for the development of geothermal resources in the northern Jiangsu Basin.

geothermal energy; geothermal resource evaluation; resources calculation; exploitation zoning; North Jiangsu Basin

P314

A

2095-1329(2015)03-0090-05

10.3969/j.issn.2095-1329.2015.03.021

2015-06-02

2015-07-19

閔望(1983-),女,碩士,工程師,主要從事水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)研究.

電子郵箱: 86985771@qq.com

聯(lián)系電話: 025-84368706

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地調(diào)項(xiàng)目“全國(guó)地?zé)豳Y源現(xiàn)狀調(diào)查評(píng)價(jià)與區(qū)劃”之工作項(xiàng)目“江蘇省地?zé)豳Y源現(xiàn)狀調(diào)查評(píng)價(jià)與區(qū)劃”(12120113077300)