沈陽市北三臺(tái)子地區(qū)地?zé)犷愋吞接?/h1>
2016-04-20 15:12:52劉薇
環(huán)球人文地理·評(píng)論版 2016年2期
劉薇
摘要：通過對(duì)沈北地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件及熱儲(chǔ)層條件的分析，得出熱儲(chǔ)理想模型。并通過實(shí)際工程數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：熱儲(chǔ)層特征；熱儲(chǔ)模型；儲(chǔ)量計(jì)算
1.前言
地?zé)豳Y源是儲(chǔ)存于地球內(nèi)部可再生的寶貴的環(huán)保型能源，被人稱為繼石油、煤、天然氣之后的第四能源。地?zé)豳Y源（主要指水熱型和地壓型）中富含各種化學(xué)元素和組分，同時(shí)也是集熱、礦、水三位一體的礦產(chǎn)資源和對(duì)人體有益的醫(yī)療資源。
遼寧地?zé)豳Y源豐富。全省現(xiàn)有地?zé)崽铮í?dú)立地?zé)峋?、泉?0余處，其這些地下熱水廣泛用于采暖、供生活熱水、溫泉洗浴、理療、農(nóng)業(yè)溫室及水產(chǎn)養(yǎng)殖等。遼寧省沈陽市北三臺(tái)子地區(qū)位于沈陽市郊，位于下遼河平原大民屯凹陷北部，具有良好的地?zé)岢缮鷹l件，地?zé)豳Y源優(yōu)勢(shì)明顯，地?zé)豳Y源具有廣闊的開發(fā)前景。
2.地?zé)岬刭|(zhì)條件
根據(jù)已有資料，沈陽市北三臺(tái)子地區(qū)熱儲(chǔ)層可分為三層，上部為新近系熱儲(chǔ)層、中部為古近系熱儲(chǔ)層、下部為古潛山熱儲(chǔ)層，其中古近系熱儲(chǔ)層中的沙河街三組（E3s3）具有較好開發(fā)潛力。
（1）熱儲(chǔ)層特征。沙河街三組（E3s3）巖性可分為上下二部分，上部為深灰、褐灰色泥巖，普遍發(fā)育有三組砂礫巖，頂部夾薄層含鈣頁巖；下部為褐灰色厚層泥巖，靠上部及底部各有一組灰色砂礫巖，有油氣顯示，厚度768～936m。
根據(jù)鉆探資料，沙河街三組（E3s3）在地?zé)釁^(qū)內(nèi)1600～2000m之間有多層砂礫巖層，含53～58℃熱水，儲(chǔ)量豐富，砂礫巖孔隙度為010-025，單井涌水量較低，單井涌水量100-1200m3/d。地下水礦化度為3-10g/L，屬微咸水-咸水，硬度一般為20-40度，PH值8-9，屬弱堿性水，水化學(xué)類型為HCO3-Na型。
（2）地溫場(chǎng)特征。據(jù)已有資料，沈陽市北三臺(tái)子地區(qū)常溫帶深度為30m，常溫帶基準(zhǔn)溫度11℃，盆地中幔隆區(qū)地溫梯度值為285～396℃/100m。主要熱源為深部幔源熱，屬傳導(dǎo)型地?zé)?。新近系含水層由于靠近補(bǔ)給區(qū)和蓋層較薄，水溫在25-30℃之間。古近系地溫梯度平均值為2714℃/100m。
3.熱儲(chǔ)層條件
普查區(qū)內(nèi)的地?zé)犷愋蛯儆趥鲗?dǎo)增溫型地?zé)?，熱?chǔ)層的埋藏分布主要受地層巖性和構(gòu)造控制，熱儲(chǔ)層類型為層狀熱儲(chǔ)。熱儲(chǔ)層主要是古近系沙河街組三段（E3s3）。第四系、新近系、古近系東營(yíng)組及沙河街組一段、二段地層為蓋層。
（1）蓋層。第四系全新統(tǒng)、更新統(tǒng)砂礫巖、礫卵石、中粗砂亞粘土層普查區(qū)內(nèi)埋深一般在120m左右；新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組地層巖性主要為砂巖、砂礫巖夾粉砂質(zhì)、砂質(zhì)泥巖，地層厚度在80-350m；古近系東營(yíng)組地層厚度在147-5545m，地層巖性以灰綠色為主體的砂質(zhì)泥巖和灰色砂巖，東營(yíng)組厚度在147-560m；沙河街組一段地層為砂巖與泥巖成組出現(xiàn)，分異性很好，厚度420-424m；沙河街組二段巖性分為上下二部分，上部為深灰色泥巖夾薄層灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖；下部為泥巖與薄層黑色炭質(zhì)泥巖互層，厚度329-364m。上述地層發(fā)育穩(wěn)定，可作為一個(gè)統(tǒng)一的整體，基本成巖或半成巖狀態(tài)，泥質(zhì)或硅質(zhì)膠結(jié)，巖性主要為泥巖、粉質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖及砂礫巖，其中泥巖最為發(fā)育，多層泥巖層段封閉性好，導(dǎo)熱性較差，可以起到良好的隔水隔熱作用，構(gòu)成地?zé)崽锏牧己蒙w層。
（2）熱儲(chǔ)層。沙河街組三段上段（E3s3）為主要沉降期的產(chǎn)物，發(fā)育了大套的粗碎屑沉積體系，砂巖、砂礫巖較發(fā)育，泥巖的發(fā)育程度明顯不及下部，而且暗色泥巖較少，雜色及紅色泥巖相對(duì)多，礫巖與泥巖呈互層狀交互出現(xiàn)，但砂泥巖分異不好，單層較厚的砂巖-砂礫巖巖性段含水量較大，由于沉積條件控制，該段含水層處于封閉和半封閉狀態(tài)，儲(chǔ)層溫度不易流失?？勺鳛橹饕獰醿?chǔ)層目標(biāo)層位，也是沈陽市北三臺(tái)子地區(qū)地?zé)崽镩_發(fā)的有利層段。沙河街組沙三段上段有多層砂礫巖層，含53～58℃熱水，含水熱儲(chǔ)層儲(chǔ)量較豐富，砂礫巖含水層埋深在1460-1907m之初間，熱儲(chǔ)層厚度在197-204m，平均厚度約在200m。熱儲(chǔ)層的滲透系數(shù)約為12m/d。
4.熱儲(chǔ)模型
沈陽市北三臺(tái)子地?zé)釁^(qū)為新生代沉積盆地傳導(dǎo)型地?zé)幔瑹醿?chǔ)系統(tǒng)的特點(diǎn)是“層控?zé)醿?chǔ)，側(cè)向徑流補(bǔ)給，大地?zé)崃鞴帷?。熱?chǔ)層為古近系沙河街組三段（E3s3），巖性為砂礫巖、砂巖，總厚度約為200m。蓋層為第四系、新近系、古近系東營(yíng)組及沙河街組一段、二段地層。儲(chǔ)層中熱水有源自隨沉積物一起沉積時(shí)保存下來的沉積水，同時(shí)還有來自東側(cè)的徑流補(bǔ)給水和上層的越流補(bǔ)給水。主要經(jīng)流排泄。熱儲(chǔ)理想模型見圖1。
5.儲(chǔ)量計(jì)算
以沈北地區(qū)為例采用熱儲(chǔ)法計(jì)算熱儲(chǔ)中儲(chǔ)存的熱量，估計(jì)熱田地?zé)豳Y源的潛力，結(jié)合本區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件，將普查區(qū)地?zé)豳Y源進(jìn)行估算，主要計(jì)算參數(shù)如下：
設(shè)計(jì)利用地?zé)衢_發(fā)區(qū)域面積約14km2。熱儲(chǔ)層為古近系沙河街組三段（E3s3），巖性為砂巖、砂礫巖，總厚度約為200m。根據(jù)已有資料，熱儲(chǔ)層溫度為53-58℃，平均溫度為55℃，根據(jù)遼河油田測(cè)井資料的巖芯化驗(yàn)分析資料，物相分析表明，沙河街組三段（E3s3）儲(chǔ)層孔隙度選222%，導(dǎo)水系數(shù)取值0025。計(jì)算起始點(diǎn)以上高度（H），陸家窩堡～新義凹陷邊緣熱儲(chǔ)層埋深約為1100m，盆地中心埋深為1600m，計(jì)算起始點(diǎn)以上高度（H）按500m計(jì)算。
參照地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范（GB/T 11615-2010）及相鄰的興隆地區(qū)資料，水的比熱容和密度取4200J/kg℃和1000kg/m3，沙河街組三段（E3s3）巖石的比熱容和密度取857J/kg℃和2340kg/m3。
6.結(jié)論
沈陽市北三臺(tái)子地?zé)釁^(qū)為新生代沉積盆地傳導(dǎo)型地?zé)?，熱?chǔ)系統(tǒng)的特點(diǎn)是“層控?zé)醿?chǔ)，側(cè)向徑流補(bǔ)給，大地?zé)崃鞴帷薄醿?chǔ)層總厚度約為200m。根據(jù)熱儲(chǔ)計(jì)算，水位降低到目前取水能力極限深度時(shí)熱儲(chǔ)所釋放的水量（Q2）為0175×109m3，地?zé)崃黧w的單井穩(wěn)定產(chǎn)量為1200 m3/d，上述水量可供開采利用3995年。熱儲(chǔ)儲(chǔ)存的總熱量為0339×1018J，地?zé)釁^(qū)設(shè)計(jì)開采量為1200m3/d，對(duì)應(yīng)地?zé)崃黧w可開采量所采出的熱量為2559×103KW。地下熱水可供開采利用399年。
劉薇
摘要：通過對(duì)沈北地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件及熱儲(chǔ)層條件的分析，得出熱儲(chǔ)理想模型。并通過實(shí)際工程數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：熱儲(chǔ)層特征；熱儲(chǔ)模型；儲(chǔ)量計(jì)算
1.前言
地?zé)豳Y源是儲(chǔ)存于地球內(nèi)部可再生的寶貴的環(huán)保型能源，被人稱為繼石油、煤、天然氣之后的第四能源。地?zé)豳Y源（主要指水熱型和地壓型）中富含各種化學(xué)元素和組分，同時(shí)也是集熱、礦、水三位一體的礦產(chǎn)資源和對(duì)人體有益的醫(yī)療資源。
遼寧地?zé)豳Y源豐富。全省現(xiàn)有地?zé)崽铮í?dú)立地?zé)峋?、泉?0余處，其這些地下熱水廣泛用于采暖、供生活熱水、溫泉洗浴、理療、農(nóng)業(yè)溫室及水產(chǎn)養(yǎng)殖等。遼寧省沈陽市北三臺(tái)子地區(qū)位于沈陽市郊，位于下遼河平原大民屯凹陷北部，具有良好的地?zé)岢缮鷹l件，地?zé)豳Y源優(yōu)勢(shì)明顯，地?zé)豳Y源具有廣闊的開發(fā)前景。
2.地?zé)岬刭|(zhì)條件
根據(jù)已有資料，沈陽市北三臺(tái)子地區(qū)熱儲(chǔ)層可分為三層，上部為新近系熱儲(chǔ)層、中部為古近系熱儲(chǔ)層、下部為古潛山熱儲(chǔ)層，其中古近系熱儲(chǔ)層中的沙河街三組（E3s3）具有較好開發(fā)潛力。
（1）熱儲(chǔ)層特征。沙河街三組（E3s3）巖性可分為上下二部分，上部為深灰、褐灰色泥巖，普遍發(fā)育有三組砂礫巖，頂部夾薄層含鈣頁巖；下部為褐灰色厚層泥巖，靠上部及底部各有一組灰色砂礫巖，有油氣顯示，厚度768～936m。
根據(jù)鉆探資料，沙河街三組（E3s3）在地?zé)釁^(qū)內(nèi)1600～2000m之間有多層砂礫巖層，含53～58℃熱水，儲(chǔ)量豐富，砂礫巖孔隙度為010-025，單井涌水量較低，單井涌水量100-1200m3/d。地下水礦化度為3-10g/L，屬微咸水-咸水，硬度一般為20-40度，PH值8-9，屬弱堿性水，水化學(xué)類型為HCO3-Na型。
（2）地溫場(chǎng)特征。據(jù)已有資料，沈陽市北三臺(tái)子地區(qū)常溫帶深度為30m，常溫帶基準(zhǔn)溫度11℃，盆地中幔隆區(qū)地溫梯度值為285～396℃/100m。主要熱源為深部幔源熱，屬傳導(dǎo)型地?zé)?。新近系含水層由于靠近補(bǔ)給區(qū)和蓋層較薄，水溫在25-30℃之間。古近系地溫梯度平均值為2714℃/100m。
3.熱儲(chǔ)層條件
普查區(qū)內(nèi)的地?zé)犷愋蛯儆趥鲗?dǎo)增溫型地?zé)?，熱?chǔ)層的埋藏分布主要受地層巖性和構(gòu)造控制，熱儲(chǔ)層類型為層狀熱儲(chǔ)。熱儲(chǔ)層主要是古近系沙河街組三段（E3s3）。第四系、新近系、古近系東營(yíng)組及沙河街組一段、二段地層為蓋層。
（1）蓋層。第四系全新統(tǒng)、更新統(tǒng)砂礫巖、礫卵石、中粗砂亞粘土層普查區(qū)內(nèi)埋深一般在120m左右；新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組地層巖性主要為砂巖、砂礫巖夾粉砂質(zhì)、砂質(zhì)泥巖，地層厚度在80-350m；古近系東營(yíng)組地層厚度在147-5545m，地層巖性以灰綠色為主體的砂質(zhì)泥巖和灰色砂巖，東營(yíng)組厚度在147-560m；沙河街組一段地層為砂巖與泥巖成組出現(xiàn)，分異性很好，厚度420-424m；沙河街組二段巖性分為上下二部分，上部為深灰色泥巖夾薄層灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖；下部為泥巖與薄層黑色炭質(zhì)泥巖互層，厚度329-364m。上述地層發(fā)育穩(wěn)定，可作為一個(gè)統(tǒng)一的整體，基本成巖或半成巖狀態(tài)，泥質(zhì)或硅質(zhì)膠結(jié)，巖性主要為泥巖、粉質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖及砂礫巖，其中泥巖最為發(fā)育，多層泥巖層段封閉性好，導(dǎo)熱性較差，可以起到良好的隔水隔熱作用，構(gòu)成地?zé)崽锏牧己蒙w層。
（2）熱儲(chǔ)層。沙河街組三段上段（E3s3）為主要沉降期的產(chǎn)物，發(fā)育了大套的粗碎屑沉積體系，砂巖、砂礫巖較發(fā)育，泥巖的發(fā)育程度明顯不及下部，而且暗色泥巖較少，雜色及紅色泥巖相對(duì)多，礫巖與泥巖呈互層狀交互出現(xiàn)，但砂泥巖分異不好，單層較厚的砂巖-砂礫巖巖性段含水量較大，由于沉積條件控制，該段含水層處于封閉和半封閉狀態(tài)，儲(chǔ)層溫度不易流失?？勺鳛橹饕獰醿?chǔ)層目標(biāo)層位，也是沈陽市北三臺(tái)子地區(qū)地?zé)崽镩_發(fā)的有利層段。沙河街組沙三段上段有多層砂礫巖層，含53～58℃熱水，含水熱儲(chǔ)層儲(chǔ)量較豐富，砂礫巖含水層埋深在1460-1907m之初間，熱儲(chǔ)層厚度在197-204m，平均厚度約在200m。熱儲(chǔ)層的滲透系數(shù)約為12m/d。
4.熱儲(chǔ)模型
沈陽市北三臺(tái)子地?zé)釁^(qū)為新生代沉積盆地傳導(dǎo)型地?zé)幔瑹醿?chǔ)系統(tǒng)的特點(diǎn)是“層控?zé)醿?chǔ)，側(cè)向徑流補(bǔ)給，大地?zé)崃鞴帷?。熱?chǔ)層為古近系沙河街組三段（E3s3），巖性為砂礫巖、砂巖，總厚度約為200m。蓋層為第四系、新近系、古近系東營(yíng)組及沙河街組一段、二段地層。儲(chǔ)層中熱水有源自隨沉積物一起沉積時(shí)保存下來的沉積水，同時(shí)還有來自東側(cè)的徑流補(bǔ)給水和上層的越流補(bǔ)給水。主要經(jīng)流排泄。熱儲(chǔ)理想模型見圖1。
5.儲(chǔ)量計(jì)算
以沈北地區(qū)為例采用熱儲(chǔ)法計(jì)算熱儲(chǔ)中儲(chǔ)存的熱量，估計(jì)熱田地?zé)豳Y源的潛力，結(jié)合本區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件，將普查區(qū)地?zé)豳Y源進(jìn)行估算，主要計(jì)算參數(shù)如下：
設(shè)計(jì)利用地?zé)衢_發(fā)區(qū)域面積約14km2。熱儲(chǔ)層為古近系沙河街組三段（E3s3），巖性為砂巖、砂礫巖，總厚度約為200m。根據(jù)已有資料，熱儲(chǔ)層溫度為53-58℃，平均溫度為55℃，根據(jù)遼河油田測(cè)井資料的巖芯化驗(yàn)分析資料，物相分析表明，沙河街組三段（E3s3）儲(chǔ)層孔隙度選222%，導(dǎo)水系數(shù)取值0025。計(jì)算起始點(diǎn)以上高度（H），陸家窩堡～新義凹陷邊緣熱儲(chǔ)層埋深約為1100m，盆地中心埋深為1600m，計(jì)算起始點(diǎn)以上高度（H）按500m計(jì)算。
參照地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范（GB/T 11615-2010）及相鄰的興隆地區(qū)資料，水的比熱容和密度取4200J/kg℃和1000kg/m3，沙河街組三段（E3s3）巖石的比熱容和密度取857J/kg℃和2340kg/m3。
6.結(jié)論
沈陽市北三臺(tái)子地?zé)釁^(qū)為新生代沉積盆地傳導(dǎo)型地?zé)?，熱?chǔ)系統(tǒng)的特點(diǎn)是“層控?zé)醿?chǔ)，側(cè)向徑流補(bǔ)給，大地?zé)崃鞴帷薄醿?chǔ)層總厚度約為200m。根據(jù)熱儲(chǔ)計(jì)算，水位降低到目前取水能力極限深度時(shí)熱儲(chǔ)所釋放的水量（Q2）為0175×109m3，地?zé)崃黧w的單井穩(wěn)定產(chǎn)量為1200 m3/d，上述水量可供開采利用3995年。熱儲(chǔ)儲(chǔ)存的總熱量為0339×1018J，地?zé)釁^(qū)設(shè)計(jì)開采量為1200m3/d，對(duì)應(yīng)地?zé)崃黧w可開采量所采出的熱量為2559×103KW。地下熱水可供開采利用399年。
