倪 昆，盧 磊，陳飛陽(yáng)，王英超，肖 雄，張宗可

(1.河南省國(guó)土資源科學(xué)研究院，河南 鄭州 450053；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450000；3.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450000；4.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450000)

河南省地?zé)豳Y源較豐富，近年來(lái)在供暖、溫泉、康養(yǎng)等方面的應(yīng)用呈上升趨[1-3]。在新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)的大背景下，地?zé)豳Y源因其清潔、環(huán)保、資源蘊(yùn)藏量豐富的優(yōu)點(diǎn)，將在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高清潔能源比例上起到積極作用[4-6]。近期，在國(guó)家和河南相關(guān)規(guī)劃、政策的推動(dòng)引導(dǎo)下，全省地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用發(fā)展速度明顯加快。河南應(yīng)以習(xí)近平生態(tài)文明思想為指導(dǎo)，在敬畏自然、保護(hù)自然的前提下，科學(xué)規(guī)劃、統(tǒng)籌管理，把握當(dāng)前地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的發(fā)展機(jī)遇，推動(dòng)全省地?zé)崮芸辈榕c深化應(yīng)用科學(xué)發(fā)展[7-8]。

1 熱儲(chǔ)層特征

河南省沉積盆地水熱型地?zé)豳Y源依據(jù)熱儲(chǔ)層時(shí)代及儲(chǔ)水介質(zhì)特征，主要分為新近系孔隙熱儲(chǔ)、古近系裂隙孔隙熱儲(chǔ)、下古生界巖溶熱儲(chǔ)(表1)[9]。主要分布在黃淮海平原及山間盆地，為河南省主要地?zé)豳Y源類(lèi)型[10]，主要熱儲(chǔ)介質(zhì)為松散砂、砂巖和碳酸鹽巖，呈層狀，地?zé)崴疄榭紫端螂[伏巖溶水[11]。

表1 河南省主要熱儲(chǔ)層特征

2 地?zé)豳Y源分布特征

2.1 平面分布特征

河南省新生界地溫梯度變化范圍2.0～4.0℃/100m[12]。總體分布具有由山前至平原，地溫梯度漸增，局部存在地溫異常，沉積盆地內(nèi)凸起區(qū)大于凹陷區(qū)的特點(diǎn)(圖1)。分布形態(tài)主體呈NW-NWW向，其次為NE-NNE向，與大地?zé)崃鞣植夹螒B(tài)類(lèi)似(圖2)[13]。

圖1 河南省沉積盆地地溫梯度等值線圖

圖2 河南省沉積盆地大地?zé)崃髦档戎稻€圖

沉積盆地地溫梯度一般2.5～4.0℃/100m，分布相對(duì)均勻，但不同構(gòu)造單元略有差異。內(nèi)黃凸起、荷澤凸起、通許凸起等凸起區(qū)地溫梯度值相對(duì)較高，一般3.0～3.75℃/100m。濟(jì)源開(kāi)封凹陷、周口凹陷地溫梯度一般3.0～3.5℃/100m。湯陰斷陷、東明斷陷、平輿凸起、駐馬店凹陷及潢川山前拗陷一般小于3.0℃/100m；山間盆地中，靈三斷陷及洛陽(yáng)坳陷地溫梯度一般3.0℃/100m。坳陷盆地內(nèi)，通許凸起及周口凹陷兩構(gòu)造單元的內(nèi)部(通許-尉氏-漯河、太康西南部)、周口凹陷沈丘南部及湯陰斷陷、內(nèi)黃凸起和開(kāi)封凹陷交匯部(新鄉(xiāng)東南、原陽(yáng)一延津一帶)和南陽(yáng)盆地魏崗一帶，地溫梯度均大于3.5℃/100m，為高地溫梯度帶，屬高溫異常[14]。

2.2 垂向分布特征

根據(jù)全省400～3 600 m深度鉆孔測(cè)溫資料統(tǒng)計(jì)，地溫梯度范圍為2～4.8℃/100m，一般2.5～3.2℃/100m，受區(qū)域性深大活動(dòng)性斷裂影響，地溫梯度明顯增高，如濟(jì)源-商丘斷裂帶地溫梯度為3.6～4.8℃/100m[15-16]。運(yùn)用spss統(tǒng)計(jì)分析得出，熱儲(chǔ)層溫度=20.814±0.026儲(chǔ)層埋深(表2、圖3)，熱水總?cè)芄?-314.339±2.051儲(chǔ)層埋深 。

圖3 熱儲(chǔ)層平均埋深、水溫、總?cè)芄叹仃嚪植紙D

表2 熱儲(chǔ)層平均埋深、水溫、總?cè)芄滔嚓P(guān)性分析表

3 地?zé)豳Y源量評(píng)價(jià)

根據(jù)《全國(guó)地?zé)豳Y源現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與區(qū)劃技術(shù)要求》，采用熱儲(chǔ)法進(jìn)行估算[17]，新近系、古近系熱儲(chǔ)層地?zé)崴們?chǔ)存量為75 690.71×108m3，熱能總儲(chǔ)存量為253 706.44×1016J，相當(dāng)于867.08億 t標(biāo)準(zhǔn)煤。其中新近系熱儲(chǔ)層儲(chǔ)存熱水量、熱能量分別為56 529.38×108m3、116 345.82×1016J，相當(dāng)于397.63億 t標(biāo)煤，其中通許凸起、周口凹陷、開(kāi)封凹陷構(gòu)造單元儲(chǔ)存量最大(圖4)；古近系熱儲(chǔ)層儲(chǔ)存地?zé)崴?、熱能量分別為19 161.33×108m3、137 360.62×1016J，相當(dāng)于469.45億 t標(biāo)煤，開(kāi)封凹陷、周口凹陷和南陽(yáng)盆地構(gòu)造單元排名前三(圖5)；下古生界奧陶-寒武系碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層儲(chǔ)存熱水量為1 836.50×108m3、儲(chǔ)存熱能量為339 416.76×1016J，通許凸起構(gòu)造單元儲(chǔ)存量最大(圖6)；總體看，新近系熱儲(chǔ)層儲(chǔ)存的熱水量大于古近系、下古生界熱儲(chǔ)層儲(chǔ)存量，但其儲(chǔ)存的熱能量小于古近系、下古生界熱儲(chǔ)層儲(chǔ)存量。

圖4 河南省各構(gòu)造單元新近系熱儲(chǔ)層地?zé)崴畠?chǔ)量(108 m3)

圖5 河南省各構(gòu)造單元古近系熱儲(chǔ)層地?zé)崴畠?chǔ)量(108 m3)

圖6 河南省各構(gòu)造單元下古生界熱儲(chǔ)層地?zé)崴畠?chǔ)量(108 m3)

4 地?zé)豳Y源潛力評(píng)估

對(duì)新生界熱儲(chǔ)和下古生界熱儲(chǔ)選取地?zé)豳Y源可開(kāi)采量、可采資源模數(shù)、單井單位涌水量、熱儲(chǔ)埋深和熱儲(chǔ)溫度等5個(gè)指標(biāo)分別賦值(表3)，采用主成分分析法[18-19]，將每個(gè)分區(qū)的分值與其相對(duì)應(yīng)的權(quán)重值相乘，然后求和，得出每個(gè)分區(qū)的總分值；根據(jù)最終分值的分布情況，對(duì)河南省沉積盆地型地?zé)豳Y源潛力進(jìn)行評(píng)估。

表3 潛力評(píng)估指標(biāo)數(shù)據(jù)表

依據(jù)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣計(jì)算特征值和特征向量, 并將特征值按大小順序排序，求其單個(gè)貢獻(xiàn)率和累加貢獻(xiàn)率[20]，第一主成分的特征值最大，方差貢獻(xiàn)率達(dá)54.847%，其次為第二主成分，方差貢獻(xiàn)率為 26.661% ，兩者的累加貢獻(xiàn)率已達(dá)81.508% ，且 2 個(gè)主成分互不相關(guān)(表4、表5)。由主成分碎石圖(圖7)可進(jìn)一步看出，前2個(gè)主成分的特征值均大于1，剩余的 3個(gè)主成分的特征值較小，在碎石圖上表現(xiàn)為曲線較為平緩。由此表明，第一和第二主成分基本包含了原5 個(gè)地?zé)豳Y源潛力統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的綜合信息，可較好地反映原變量變化所代表的地?zé)豳Y源潛力。

圖7 主成分特征值碎石圖

表4 成分得分系數(shù)矩陣

表5 總方差解釋圖

用Yi表示第i個(gè)主成分，分別用X1、X2、X3、X4、X5表示地?zé)豳Y源可開(kāi)采量、可采資源模數(shù)、單井單位涌水量、熱儲(chǔ)埋深和熱儲(chǔ)溫度指標(biāo)得分，根據(jù)主成分得分方法分別求出主成分1、主成分2得分，如下：

Y1=-0.106×X1-002 2×X2-0.496×X3+0.385×X4+0.369×X5

Y2=0.418×X1+0.448×X2+0.423×X3+0.084×X4+0.106×X5

用Z表示地?zé)豳Y源潛力評(píng)估模型，根據(jù)Y1、Y2主成分得分系數(shù)，分別于Y1、Y2得分相乘，得到各熱儲(chǔ)分區(qū)地?zé)豳Y源潛力得分及排序，如下(表6)：

Z=0.548 47×Y1+0.266 61×Y2

表6 熱儲(chǔ)分區(qū)地?zé)豳Y源潛力排名表

5 結(jié)語(yǔ)

(1)河南省沉積盆地水熱型地?zé)豳Y源儲(chǔ)水介質(zhì)為新近系孔隙熱儲(chǔ)、古近系裂隙孔隙熱儲(chǔ)、古生界巖溶熱儲(chǔ)、元古界巖溶熱儲(chǔ)，其中目前主要開(kāi)采熱儲(chǔ)層為新近系熱儲(chǔ)，潛力最大為古生界巖溶熱儲(chǔ)。

(2)河南省地溫梯度總體分布具有由山前至平原，逐漸升高，局部存在地溫異常，其中大體表現(xiàn)為凸起區(qū)大于凹陷區(qū)，呈NW-NWW向，其次為NE-NNE向。

(3)采用主成分分析法，選取5指標(biāo)進(jìn)行河南省沉積盆地地?zé)豳Y源按熱儲(chǔ)分區(qū)進(jìn)行了潛力評(píng)估，對(duì)各構(gòu)造單元熱儲(chǔ)層地?zé)豳Y源潛力進(jìn)行了排序，得出河南省地?zé)豳Y源潛力評(píng)估模型，排在前三位的是湯陰斷陷O-∈熱儲(chǔ)層、濟(jì)源-開(kāi)封凹陷E熱儲(chǔ)層、通許凸起O-∈熱儲(chǔ)層，這為河南省地?zé)豳Y源勘查開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。