近年來(lái),常規(guī)資源枯竭、全球氣候變暖、霧霾不斷加劇等現(xiàn)象的出現(xiàn),使得能源供給與環(huán)境保護(hù)已成為當(dāng)今社會(huì)面臨的主要問(wèn)題。地?zé)豳Y源以其資源儲(chǔ)量巨大、分布廣泛、開(kāi)發(fā)利用穩(wěn)定、安全、清潔、高效和可再生的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),成為實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)革命、緩解環(huán)境壓力的戰(zhàn)略性資源。

衡水區(qū)域地?zé)豳Y源較豐富,全市新生界平均地溫梯度值3.16℃/100 m,初步查明地?zé)崽?/a>及地?zé)?/a>異常區(qū) 9處,分別為:安平-深州地?zé)崽?/a>、街關(guān)-護(hù)駕遲地?zé)?/a>田、武強(qiáng)-武邑地?zé)崽?/a>、王家井地?zé)崽?/a>、阜城地?zé)?/a>田、桃城區(qū)地?zé)?/a>田、碼頭李-官道李地?zé)岙惓^(qū)、棗強(qiáng)地?zé)崽锖凸食堑責(zé)崽?總面積4 504.20 km2,占全區(qū)總面積的51.1%。 但是,該區(qū)域地處華北平原東部,地?zé)岬刭|(zhì)條件較為復(fù)雜,地?zé)岵町愝^大。

本文擬通過(guò)在收集地質(zhì)、構(gòu)造、物探、水質(zhì)及地?zé)峋?/a>鉆孔資料的基礎(chǔ)上,揭示河北省衡水市地?zé)豳Y源分布規(guī)律,查明主要熱儲(chǔ)層地?zé)岬刭|(zhì)條件,充分發(fā)揮本區(qū)資源優(yōu)勢(shì)、減少開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn),為衡水區(qū)域地?zé)豳Y源下一步勘探開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1區(qū)域地質(zhì)特征

衡水區(qū)域位于渤海灣盆地中西部,跨越冀中坳陷、 滄縣隆起和臨清坳陷3個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元,10個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。無(wú)極-衡水?dāng)嗔褭M跨整個(gè)區(qū)域,西起曲陽(yáng)、行唐以西,向東經(jīng)無(wú)極、衡水,于德州以南延入山東, 呈北西西向展布,傾向NE,傾角39~55°,正斷層,總體上西段活動(dòng)性較強(qiáng),中段沿線地?zé)岙惓＜春馑畢^(qū)域。

受地質(zhì)歷史時(shí)期地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)的影響,衡水區(qū)域發(fā)生了多次不均勻升降,呈現(xiàn)出坳中有凸、隆中有凹的凹凸相間的構(gòu)造格局;接受了間斷性沉積及巖漿侵入, 在太古界-下元古界變質(zhì)巖性的基礎(chǔ)上,沉積了中上元古界、古生界、中生界和新生界,局部分布輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖等侵入巖類(lèi)。

2熱儲(chǔ)特征

衡水區(qū)域熱儲(chǔ)屬于平原區(qū)圈閉型熱儲(chǔ),依據(jù)熱水的賦存空間及熱水通道的不同分為2種類(lèi)型:一種是以熱傳導(dǎo)為主的大地熱流控制作用下形成的中低溫熱儲(chǔ),即新近系熱儲(chǔ);另一種是在熱傳導(dǎo)與熱對(duì)流共同作用下形成的深構(gòu)造裂隙巖溶型熱儲(chǔ),即基巖熱儲(chǔ)。通過(guò)收集該區(qū)已有地質(zhì)、鉆井等資料,將本區(qū)熱儲(chǔ)層自上而下主要?jiǎng)澐譃轲^陶組砂巖熱儲(chǔ)層和奧陶系基巖熱儲(chǔ)層。

2.1館陶組砂巖熱儲(chǔ)

館陶組孔隙型砂巖熱儲(chǔ)層除滄縣隆起部分地區(qū)缺失外,其他地區(qū)均有發(fā)育,呈層狀分布,巖性穩(wěn)定,具有埋藏淺、水溫較低、出水量較大等特點(diǎn)。館陶組頂界埋深在700~2 000 m,饒陽(yáng)縣城區(qū)域最深,2 000 m左右, 阜城縣西南側(cè)、冀州區(qū)管道李-小寨區(qū)域、故城縣南側(cè)、 棗強(qiáng)縣城、李寺村一帶埋藏較淺,小于1 000 m(圖2); 底板埋深900~2 400 m,沉積厚度一般200~500 m,最厚可達(dá)880 m。熱儲(chǔ)巖性以砂巖、含礫砂巖、砂礫巖、礫巖為主,夾粉砂巖。熱儲(chǔ)厚度一般50~450 m,深州市清輝頭熱儲(chǔ)厚度最大,達(dá)350~450 m;冀州市碼頭李、棗強(qiáng)縣城、婁子一帶熱儲(chǔ)厚度較薄,小于50 m,與館陶組頂界埋深平面變化趨勢(shì)大體一致。單層厚度一般10~ 20 m,最厚達(dá)72 m。砂厚比一般為33%~60%,最大達(dá) 75%,孔隙度16%~32%,滲透率一般93~500 mD。單井出水量50~90 m3/h,最大達(dá)116.67 m3/h(安熱1井)。井口水溫主要分布于50~55℃,其中西北區(qū)域深州、安平、饒陽(yáng)、武強(qiáng)高達(dá)70~80℃。

2.2奧陶系基巖熱儲(chǔ)

奧陶系裂隙型巖溶熱儲(chǔ)層除饒陽(yáng)縣東北部分區(qū)域缺失外,其他區(qū)域均有發(fā)育,呈帶狀分布,非均質(zhì)性較強(qiáng),巖溶裂隙發(fā)育不一,受斷裂控制明顯。中生代發(fā)育的無(wú)極-衡水隱伏大,斷裂橫跨整個(gè)區(qū)域,是控制區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)展和熱田形成的重要斷裂。奧陶系頂面埋深在2 000~4 600 m,中南大部分區(qū)域分布在2 800 m 以淺,深州區(qū)域最深,高達(dá)4 600 m(圖3);熱儲(chǔ)厚度 600~800 m;熱儲(chǔ)巖性主要為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖。根據(jù)地?zé)峋?/a>實(shí)鉆資料表明,奧陶系熱儲(chǔ)層遭受風(fēng)化巖溶作用強(qiáng)度不一,裂隙率、有效熱儲(chǔ)層厚度差異較大,主要受構(gòu)造部位、相應(yīng)蓋層影響,一般凸起部位風(fēng)化作用較強(qiáng),富水性較好,單蓋層同樣可為下伏基巖經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間淋濾作用創(chuàng)造條件。3 000 m以淺基巖熱儲(chǔ),據(jù)地溫梯度推測(cè),水溫一般高于70℃, 屬中-高溫地?zé)?/a>水。

3地?zé)崴?/a>特征

3.1水化學(xué)特征

衡水區(qū)域地下熱水中溶解性總固體(TDS)分布具有差異性,北部較低,為1~3 g/L,中南部較高,為5~9 g/L, 屬咸水。水化學(xué)特征在水平上分為兩大水化學(xué)類(lèi)型區(qū), 呈條帶狀分布,西北區(qū)以氯化物·硫酸-鈉型水為主,東南部以重碳酸·氯化物型-鈉型水為主,具有沖積扇型水化學(xué)分布規(guī)律(圖4)。pH在7.0~8.7之間,屬弱堿性。

3.2氫氧同位素特征

地下水主要起源于大氣降水和各種地表水的滲入補(bǔ)給,氫氧穩(wěn)定同位素特征在確定地下水來(lái)源和演化等方面具有重要意義。克雷格降水線可用于判斷地下水補(bǔ)給來(lái)源的依據(jù),該區(qū)域雨水、地表水及第四系地下水氫氧同位素水樣點(diǎn)均落在克雷格降水線上, 館陶組砂巖熱儲(chǔ)和奧陶系基巖熱儲(chǔ)地下水的氫氧同位素分布點(diǎn)落在克雷格降水線右側(cè)(圖5),表明熱儲(chǔ)層中的地下熱水主要來(lái)源于古降水,且由于地?zé)崴疁囟?/a>高、徑流距離遠(yuǎn),與圍巖發(fā)生水-巖交互作用,產(chǎn)生了氧漂移。

4地?zé)豳Y源量計(jì)算

根據(jù)衡水區(qū)域地?zé)岢梢驒C(jī)制分析,該區(qū)域?yàn)槌练e盆地傳導(dǎo)型,采用GB/T 11615—2010《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》中“熱儲(chǔ)體積法”分別估算衡水地區(qū)館陶組砂巖熱儲(chǔ)和奧陶系基巖熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源量。

依據(jù)DZ 40—1985《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法》規(guī)定,對(duì)大型沉積盆地的新生代砂巖,當(dāng)孔隙度大于20%時(shí),熱儲(chǔ)回收率定為25%;碳酸鹽巖裂隙熱儲(chǔ)定為15%。通過(guò)可采資源量公式計(jì)算,衡水地區(qū)館陶組砂巖熱儲(chǔ)可采資源量1 755×1016J,折合標(biāo)煤6.03×108t;奧陶系基巖熱儲(chǔ)可采資源量986×1016J,折合標(biāo)煤3.37×108t(表 1)。按照開(kāi)發(fā)利用年限100年計(jì)算,年可采地?zé)豳Y源量折合標(biāo)煤為9.40×106t。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),按照每平米每采暖季消耗熱量相當(dāng)于0.014 2 t標(biāo)煤(熱指標(biāo)40 W/m2)計(jì)算,衡水地區(qū)地?zé)豳Y源量可滿(mǎn)足供暖面積6.62×104萬(wàn)m2。

5結(jié)論及建議

衡水區(qū)域地?zé)豳Y源豐富,主要有館陶組砂巖和奧陶系基巖2套熱儲(chǔ)層。館陶組熱儲(chǔ)富水性較好,但由于埋藏較淺,水溫偏低;奧陶系熱儲(chǔ)水溫較高,但風(fēng)化巖溶作用不一,富水差異較大。結(jié)合實(shí)際情況,可以考慮館陶組熱儲(chǔ)層與奧陶系熱儲(chǔ)層混合開(kāi)采,以獲得更高的水溫、水量,提高地?zé)崴?/a>。為實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用,避免熱突破,要合理設(shè)置井間距,科學(xué)規(guī)劃、合理布局。