王維逸，劉 哲，郭 帥

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

北京市朝陽區(qū)平房地區(qū)熱儲層研究

王維逸，劉 哲，郭 帥

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

薊縣系霧迷山組是北京地區(qū)地熱田的主要取水層位。平房鄉(xiāng)位于北京市區(qū)東部，屬于天竺地熱田范圍，經(jīng)地熱勘查顯示，該地區(qū)主要熱儲層為薊縣系霧迷山組、楊莊組，長城系高于莊組。本文基于平房地區(qū)及周邊已有地熱井資料，對該地區(qū)熱儲層薊縣系霧迷山組、薊縣系楊莊組及長城系高于莊組有了新的認識。結(jié)論顯示：平房地區(qū)主要儲層為薊縣系霧迷山組、楊莊組和長城系高于莊組，其中薊縣系霧迷山組揭露較淺，剩余熱儲層含水性好，具備開采價值，地熱資源豐富。

地熱；層狀熱儲；平房地區(qū)

0 引言

北京現(xiàn)有已圈定的地熱田10處，研究程度較高。經(jīng)論證，北京城區(qū)范圍內(nèi)為典型的沉積盆地型熱儲，北京地區(qū)主要熱儲層為薊縣系霧迷山組（安家盛，2008）。北京市地質(zhì)工程勘察院近年在平房地區(qū)及附近地區(qū)進行了多項地熱資源勘查項目，鉆遇地層與常規(guī)熱儲層略有不同，取水層位較其它地區(qū)有差異，并給鉆探施工帶來一定困難，但成井質(zhì)量優(yōu)良。由此分析該地區(qū)熱儲層特點并引起相關(guān)部門的注意，并對該地區(qū)地熱資源開發(fā)利用加以保護（曹海東，2010）。

朝陽區(qū)平房鄉(xiāng)位于北京市區(qū)東部，屬典型的城鄉(xiāng)結(jié)合部地區(qū)，附近開鑿過多眼地熱井，熱儲層埋藏較深，一般地熱井出水溫度為60℃左右。其中京熱-185井井深2810m，出水溫度67℃；京熱-195井井深2520m，出水溫度58℃；京熱-187井井深2353m，出水溫度56℃。

本文分析了熱儲巖性特征、地溫場特征、儲水特征及開發(fā)風險，為合理開發(fā)地熱資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于北京迭斷坳東北段順義迭凹陷（Ⅳ13），為新生代沉積的構(gòu)造單元?；子芍猩显沤?、古生界及中生界組成。新生界沉積厚度200～900m。由順義、天竺、東壩及俸伯4個次級凹陷幅度較大的小盆地構(gòu)成，基底有不同方向之斷裂構(gòu)造發(fā)育。研究區(qū)位于順義東壩凹陷內(nèi)，并處在凹陷的西南部，東壩凹陷西北部為來廣營凸起，東南部為大興凸起，即來廣營凸起和大興凸起之間夾著東壩凹陷。研究區(qū)內(nèi)中上元古界中賦存有豐富的地熱資源，是主要的熱儲層之一?；讛嗔褜醿τ胁煌潭鹊那懈?。

1.2 斷裂構(gòu)造

研究區(qū)周圍發(fā)育斷裂主要有：太陽宮斷裂、樓梓莊斷裂、平房南斷裂。

（1）太陽宮斷裂

該斷裂在研究區(qū)的西側(cè)通過，北西與順義斷裂相交，東南與南苑－通縣斷裂相交，長約15km。該斷裂走向北西，傾向北東，傾角陡。該斷裂帶重力值較高，是坨里－豐臺凹陷和順義凹陷的分界線。具有一定的導(dǎo)熱導(dǎo)水作用。斷裂兩側(cè)的地層和基底埋深都有明顯的差異，東側(cè)儲層埋藏較深，西側(cè)較淺。

（2）樓梓莊斷裂

該斷裂在研究區(qū)附近通過，走向北東、全長14km，為新生代形成的斷裂，斷裂性質(zhì)為張性，控制著白堊系及侏羅系的分布。

（3）平房南斷裂

走向近北東，為該區(qū)的主要導(dǎo)水通道。

1.3 地層特征

依據(jù)前人工作成果及區(qū)域地層發(fā)育特征，研究區(qū)及其附近地層從新到老介紹如下：

（1）新生界

第四系（Q）以黃棕色、棕褐色亞粘土、亞砂土和砂礫石為主，厚度變化較大，一般為80～300m。新近系（N）以紫褐色、棕褐色砂質(zhì)泥巖，紫紅色砂礫巖，部分地區(qū)夾玄武巖、凝灰質(zhì)玄武巖為主。新生界與下伏中生界呈角度不整合接觸。

（2）中生界

白堊系（K）：夏莊組（Kx）以粉砂巖、頁巖、砂巖為主，夾有礫巖及泥灰?guī)r，上部紫色粉砂巖中夾有多層石膏層；坨里組（Kt)由灰紫色、黃綠色、黃褐色厚層礫巖、含礫粗砂巖和各粒級砂巖等多個旋回性基本層序組成；侏羅-白堊系張家口組（JKZ）以流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋巖和石英粗面巖為主，間夾安山巖、粗安巖和少量紫紅色砂礫巖層。與下伏中上元古界薊縣系霧迷山組呈不整合接觸。

（3）中上元古界

薊縣系霧迷山組（Jxw）：該組厚度大于2000m，分4個巖性段，分布范圍廣，是北京地區(qū)主要熱儲層。上部為灰白、灰色硅質(zhì)白云巖夾少量燧石條帶白云巖、紫灰色泥質(zhì)白云巖、角礫狀硅質(zhì)白云巖；中下部為褐灰、深灰色紋層狀白云巖、細晶白云巖與燧石條帶白云巖互層。與下伏地層整合接觸。薊縣系楊莊組（Jxy）：巖性為紫紅色含粉砂泥晶白云巖，揭露的視厚度為180m，與下伏高于莊組為平行不整合接觸。長城系高于莊組（Chg）：巖性主要為白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r等。

1.4 地熱研究現(xiàn)狀

研究區(qū)位于天竺地熱田西南部，天竺地熱田是已經(jīng)圈定的地熱田之一，研究程度較高，提供了較完善的地熱地質(zhì)參考資料，本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖及地熱井分布圖見圖1。

2 熱儲層特征分析

2.1 天竺地熱田概況

北京地熱資源主要分布在平原區(qū)，深度3000m

圖1 平房地區(qū)構(gòu)造簡圖Fig.1 Structural diagram of Pingfang district

內(nèi)溫度大于50℃的地區(qū)面積約2760km2，構(gòu)成相對獨立又有一定聯(lián)系的10個地熱田，由北而南是：延慶地熱田、小湯山地熱田、后沙峪地熱田、京西北地熱田、天竺地熱田、李遂地熱田、東南城區(qū)地熱田、雙橋地熱田、良鄉(xiāng)地熱田和鳳河營地熱田（郭帥等，2016）。其中天竺地熱田面積290.75km2，熱儲存量69.334×1018J，折合煤39.43×108t，年可采熱水量1058×104m3，折合標煤13.4×104t。主要取水層位為薊縣系霧迷山組。

2.2 平房地區(qū)熱儲層特征

（1）熱儲層的構(gòu)成及巖性特征

經(jīng)多項地熱資源勘查項目物探、鉆探、巖屑錄井數(shù)據(jù)分析，區(qū)內(nèi)主要熱儲層為薊縣系霧迷山組、薊縣系楊莊組、長城系高于莊組。薊縣系霧迷山組（Jxw）：本區(qū)揭露較淺，頂板埋深見圖2，主要分布一段，巖性褐灰、深灰色紋層狀白云巖、細晶白云巖與燧石條帶白云巖互層。與下伏地層整合接觸。薊縣系楊莊組（Jxy）：巖性為紫紅色含粉砂泥晶白云巖，夾頁巖，與下伏高于莊組為平行不整合接觸。長城系高于莊組（Chg）：巖性主要為泥質(zhì)白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r等。

（2）地溫場特征

圖2 薊縣系霧迷山組頂板埋深等值線圖Fig.2 Contour map of the Wumishan Fm roof with depth

利用大量地層測溫資料計算得出：薊縣系霧迷山組平均地溫梯度為2.74℃/100m，薊縣系楊莊組平均地溫梯度為1.43℃/100m，長城系高于莊組平均地溫梯度為2.29℃/100m。熱儲平均地溫梯度2.0℃100m～2.5℃/100m，屬有地熱前景地區(qū)，楊莊組含泥巖、頁巖等松散巖石在一定程度上降低了巖石導(dǎo)熱率。從薊縣系霧迷山組頂板等溫線圖得出（圖3），研究區(qū)中心位于東壩凹陷核心部位，霧迷山組頂板埋深淺，溫度低，達美回灌井測井溫度為45℃，京熱灌-6井溫度為47℃，向南北方向遞增，溫度等值線的展布方向基本上與地質(zhì)構(gòu)造線的延伸方向一致，主要表現(xiàn)為：等溫線基本沿北東向延伸，與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造線走線方向基本一致（衛(wèi)萬順，2010）。

圖3 薊縣系霧迷山組頂板溫度等值線圖Fig.3 Contour map of the Wumishan Fm roof depth with temp

（3）熱儲層物性特征

經(jīng)實鉆錄井分析，霧迷山組揭露深度較淺，47～428m不等，收集已有巖屑分析東壩凹陷底部中心區(qū)巖性為霧迷山組一段富含碳質(zhì)和瀝青質(zhì)白云巖，電測井曲線呈典型的碳酸鹽巖高電阻率低自然放射性的特點。霧迷山組與下伏楊莊組為整合接觸。

薊縣系楊莊組為本區(qū)較典型地層，厚度312～477m不等，與大部分平原區(qū)鉆孔厚度小于百米不同，該地層在本區(qū)揭露深度較大，但不及平谷一帶視厚度600～700m，楊莊組劃分為3段紅色泥頁巖，電測井曲線呈明顯的低電阻率高自然放射性的特點。

長城系高于莊組在本區(qū)均未見底，主要巖性為泥質(zhì)白云巖，電測井曲線與霧迷山組一段相比，自然放射性較高，表現(xiàn)發(fā)育不同程度的泥質(zhì)白云巖。

（4）熱儲層儲水特征

與北京其它地區(qū)沉浸盆地型薊縣系霧迷山組熱儲埋藏形式略有不同，本區(qū)深部熱儲另有薊縣系楊莊組及長城系高于莊組，10眼地熱井中9眼均取上述兩套地層熱水。其中達美開采井在鉆探過程中，薊縣系楊莊組2069m、2192m、2206m處，長城系高于莊組2379～2433m均有不同程度的泥漿漏失，漏失量5～50m3/d，表現(xiàn)為良好的出水層段。楊莊組三段泥巖及長城系高于莊組泥質(zhì)白云巖中泥質(zhì)含量較高，對鉆探施工影響大，從最終的抽水產(chǎn)能測試看，上述兩套地層在本區(qū)含水量均比較可觀，但存在一定施工風險。鉆探施工中應(yīng)加密巖屑錄井并加強泥漿調(diào)配及監(jiān)測，成井后下入強度合格的濾水管，保證孔隙率，對于水量及熱量的提取是切實可行的，以京熱-195井為例，按合理開采量計算，地熱井產(chǎn)能評價一年可利用熱能為6.6×107MJ，影響半徑為358m，可滿足使用需求。

（5）地熱井深度與風險

研究區(qū)成井深度在2500～3000m區(qū)間范圍內(nèi)，采用四開成井技術(shù)可提取地下深處的能量是可行的，鉆遇地層包括第四系、新近系、白堊系、薊縣系及長城系。值得注意以下幾點：①三開施工中鉆遇取水目的層的過程中，對于白堊系東嶺臺組的識別尤為關(guān)鍵，地層破碎，包含砂巖、泥巖、安山巖、大理巖等，該處需揭穿薊縣系霧迷山組頂板，見純白云巖后下入技術(shù)套管到底并保證固井質(zhì)量。②四開施工鉆遇楊莊組紅色泥巖頁巖及區(qū)域錯動構(gòu)造后需下入濾水管，保證孔隙率及套管鋼級強度以取得良好的出水指標。

3 地熱開發(fā)利用現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，近10年地熱勘查項目較多，項目審批嚴格按國土部門地熱資源勘查審查文件執(zhí)行，并采用采灌結(jié)合的方式進行開發(fā)利用。本區(qū)地熱井日益增多，對地熱水開采量將逐年增加，井群密度大，地熱水位埋深已達100～120m。

4 結(jié)論

研究區(qū)位于順義東壩凹陷內(nèi)，屬天竺地熱田，附近主要構(gòu)造有太陽宮斷裂、樓梓莊斷裂、平房南斷裂，區(qū)內(nèi)主要熱儲層為薊縣系霧迷山組、楊莊組，長城系高于莊組。通過收集地熱井及相關(guān)資料，得出如下結(jié)論：薊縣系霧迷山組揭露厚度較淺，并不作為主要熱儲研究對象，這與東壩凹陷北東向構(gòu)造分布切割深層基底地層有關(guān)，本文未對構(gòu)造成因等進行深入研究。受熱儲條件所限，鉆探施工后需下入濾水管，但產(chǎn)能測試結(jié)果顯示可作為良好的熱儲進行熱水提取，后期需控制取水量，開發(fā)中加以保護。建議在實際開發(fā)利用中，應(yīng)嚴格控制開采量、水位下降深度及年水位下降速率，做好開采水量、水位、水溫、水質(zhì)的動態(tài)監(jiān)測，及時回灌，并做好區(qū)域合理布井，提高資源利用效率，維護資源的持續(xù)利用。

[1]曹海東. 基于地層形變理論的西安地熱田開發(fā)前景研究[D]. 長安大學(xué)，2006：12～15.

[2]安家盛，魏成林. 北京地熱[M]. 北京：北京市國土資源局，2008：19.

[3]郭帥，王維逸，王治，等. 淺析北京平原區(qū)熱儲溫度與斷裂關(guān)系[J]. 城市地質(zhì)，2016，11(1)：42～47. [4]衛(wèi)萬順，鄭桂森，欒英波. 北京平原區(qū)淺層地溫場特征及其影響因素研究[J]. 中國地質(zhì)，2010，37(6)：1735.

Research on Pingfang geothermal reservoir in Chaoyang District, Beijing

WANG Weiyi, LIU Zhe, GUO Shuai
(Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Beijing 100048)

Wumishan Fm. is the main stratifed reservoir in Beijing geothermal feld. Pingfang is in the eastern of Beijing. It belongs to the Tianzhu geothermal feld. Through geothermal resources exploration, the main geothermal reservoir contains Wumishan Fm.,Yangzhuang Fm.,Changcheng Fm. The article is based on the data of the geothermal wells surroundings. We have a new understanding about the geothermal reservoir in this district. The result shows the main geothermal reservoir contains Wumishan Fm.,Yangzhuang Fm.,Changcheng Fm. in Pingfang. Wumishan Fm. is thiner than the others, the other aquosity and mining value are well. Geothermal resources are rich.

Geothermal; Stratifed reservoir; Pingfang

P314

A

1007-1903（2016）04-0050-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.04.009

王維逸（1987- ），男，主要從事地熱地質(zhì)、水文地質(zhì)研究。E-mail：13581792897@163.com