邯鄲地區(qū)熱儲(chǔ)資源評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)利用研究

邯鄲地區(qū)熱儲(chǔ)資源評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)利用研究

邯鄲位于中國(guó)北方平原的南部。雖然地?zé)豳Y源豐富，但由于缺乏長(zhǎng)期的開(kāi)發(fā)時(shí)間和相對(duì)較少的數(shù)據(jù)，我們對(duì)熱氣候條件的研究不夠深入，資源缺乏，開(kāi)發(fā)不足，效率低下等問(wèn)題進(jìn)行了探討。在這項(xiàng)工作中，我們討論了這些問(wèn)題。1地質(zhì)概況1.1層發(fā)育的上古生界根據(jù)區(qū)域地層資料、區(qū)內(nèi)鉆孔揭露情況,區(qū)內(nèi)地層發(fā)育較全,由下至上依次為:下古生界寒武系、奧陶系,上古生界石炭系、二疊系,中生界三疊系、侏羅系、白堊系及新生界第三系、第四系。1.2地形空間劃分邯鄲市大地構(gòu)造位置處于一級(jí)構(gòu)造單元中朝準(zhǔn)地臺(tái)中南部,二級(jí)構(gòu)造單元燕山臺(tái)褶帶南部及華北斷拗中部,三級(jí)構(gòu)造單元太行拱斷束南部及臨清坳陷南部,西臨山西斷隆,南接內(nèi)黃隆起,東望魯西斷隆,北為滄縣隆起及冀中斷拗(圖1)?？蛇M(jìn)一步劃分為14個(gè)四級(jí)構(gòu)造單元,自西向東依次為武安凹斷束、邯鄲斷凹、南和斷凸、巨鹿斷凹、廣宗斷凸、成安斷凸、丘縣斷凹,館陶斷凸;冠縣斷凹、堂邑?cái)嗤?同時(shí)受NNW向臨漳—魏縣大斷裂控制,在工作區(qū)南部形成湯陰斷凹、臨漳斷凸、元村集斷凹、南樂(lè)斷凸(圖2)。1.2.1工作區(qū)東部沉積期位于華北斷拗平原區(qū)南部,北鄰冀中臺(tái)陷,四周被北西向及北北東向兩組斷裂所截,平面近似菱形。工作區(qū)東部平原位于臨清臺(tái)陷南部,主要特點(diǎn)為:(1)中—晚元古代海侵期間,沉積有厚度不大的長(zhǎng)城系,同西鄰的太行山南段情況相似;(2)早、中奧陶世出現(xiàn)有瀉湖相沉積,形成較厚的石膏層;(3)中生代,在邊界主斷裂的控制下,內(nèi)部的次級(jí)斷塊活動(dòng)強(qiáng)烈,北北東向斷裂較多。1.2.2斷裂地質(zhì)情況位于太行山前深斷裂帶東麓,自石家莊東南的欒城向南,經(jīng)高邑、邢臺(tái)、邯鄲、磁縣延向河南安陽(yáng),經(jīng)大地電磁探測(cè)證實(shí),本斷裂為一梯狀斷裂,途經(jīng)邯鄲市中華大街與京廣鐵路西。區(qū)內(nèi)長(zhǎng)約74km,斷裂走向北東10°左右,傾向東,為西部山區(qū)隆起與東部平原坳陷的邊界斷裂。本斷層為繼承性正斷層,斷裂附近微地震頻繁反映該斷裂直至現(xiàn)在仍有活動(dòng)。累計(jì)鉛直斷距近1400~1500m。1.2.3豐潤(rùn)水?dāng)啾钡貐^(qū)屬于華北平原深斷裂帶,亦名滄東斷裂,是平原區(qū)的一條重要隱伏斷裂,斷裂北起豐潤(rùn)、唐山之間,向南經(jīng)天津、滄州、德州、大名延入河南,總體走向北東30°左右,傾角65°~70°,垂直斷距2000~3000m,水平拉張斷距約(伸展量)1500m。區(qū)內(nèi)長(zhǎng)約105km。1.2.4東省境內(nèi)設(shè)專(zhuān)四省省位于本區(qū)南部,斷裂走向北西70°左右,區(qū)內(nèi)長(zhǎng)約90km,向東延入山東省境內(nèi)。根據(jù)地球物理及鉆探資料,斷面傾向北東,兩盤(pán)下第三系落差1000~1300m,中生界落差2100~2200m,下古生界落差1500~2200m,表明本斷裂為一中、新生代的繼承性活動(dòng)斷裂。1.3內(nèi)山巖內(nèi)內(nèi)巖內(nèi)巖內(nèi)巖山巖內(nèi)巖山巖山巖內(nèi)巖內(nèi)巖內(nèi)巖山巖山巖旋回第二、三年產(chǎn)物旋回第二、三年產(chǎn)物山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山巖山山巖山巖山巖山巖山旋回第二、三年內(nèi)山巖山山巖山山巖山山巖山山巖山山旋回第二、三年內(nèi)山山山山山山山山山山山山旋回第二、三年旋回第二、第三代產(chǎn)物內(nèi)山山山山山山山山山山山山山山山山山山山山山山山旋回第二、三年2區(qū)內(nèi)巖漿巖均分布在西部涉縣、武安、峰峰、磁縣境內(nèi),為燕山期侵入巖,屬于燕山旋回第二、第三期產(chǎn)物。東部平原區(qū)被巨厚新生界地層覆蓋,已有鉆孔均末鉆遇巖漿巖,根據(jù)區(qū)域構(gòu)造特征,推測(cè)應(yīng)有巖漿巖侵入。2熱條件下的地質(zhì)條件2.1基巖結(jié)構(gòu)及構(gòu)造受本區(qū)凹凸相間的地質(zhì)構(gòu)造背景控制,區(qū)內(nèi)地溫異常高低相間呈帶狀展布的特點(diǎn)較為明顯,異常帶延伸方向以北北東—北東向?yàn)橹鳌？梢钥闯?地溫異常主要受前中生界基巖埋深、地質(zhì)構(gòu)造控制,基巖地形起伏,基巖與上覆蓋層之間導(dǎo)熱性存在差異,深部地?zé)嵯騻鲗?dǎo)快的基巖凸起區(qū)集中,導(dǎo)致地溫梯度分布不均,基巖凸起區(qū)的地溫梯度高于凹陷區(qū)。相對(duì)高溫區(qū)主要分布于雞澤—曲周、邱縣、廣平—魏縣、館陶、大名等地,在構(gòu)造上主要分布于南和、廣宗斷凸(Ⅲ2);邱縣斷凹(Ⅲ3、Ⅲ5);臨漳斷凸與冠且斷凹的過(guò)渡部位(Ⅲ4)及館陶斷凸(Ⅲ6)。其中以廣宗斷凸地溫梯度最高,最大值可達(dá)4.5℃/100m。2.2裂隙含水層本區(qū)熱儲(chǔ)主要有四套,一套為上第三系明化鎮(zhèn)組底部和館陶組組成的裂隙孔隙含水層,第二套為下第三系東營(yíng)—沙河街裂隙熱儲(chǔ),第三套為寒武—奧陶系巖溶裂隙熱儲(chǔ),第四套為中上元古界巖溶裂隙熱儲(chǔ)。2.2.1熱儲(chǔ)層及其井-水水上第三系熱儲(chǔ)包括明化鎮(zhèn)和館陶組兩個(gè)熱儲(chǔ),是由一套砂巖、含礫砂巖及泥巖頻繁交叉而疊置成的的河流相沉積層,其中砂巖和砂礫巖是良好的熱水儲(chǔ)水層。這套地層在工作區(qū)內(nèi)厚度變化較大,明顯受構(gòu)造控制,一般在凸起區(qū)變薄,在凹陷區(qū)則沉積厚度大,有些凸起區(qū)缺失館陶組部分地層。(1)明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)。本區(qū)主要熱儲(chǔ)之一,底界埋深350~1850m,層厚一般為150m~1250m,上部為第四系覆蓋,從含水砂巖發(fā)育特征分析,明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層為半固結(jié)細(xì)砂巖及含礫砂巖,厚度較穩(wěn)定,砂巖粒度自下而上逐漸變粗;根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),明化鎮(zhèn)組單層砂巖厚度10~15m,砂層平均厚約700m,砂巖百分比30%~45%,平均孔隙度25%;本熱儲(chǔ)層富水性較好,本區(qū)目前沒(méi)有單獨(dú)開(kāi)采此熱儲(chǔ)層的地?zé)峋?在天津市和任丘地區(qū)有許多井單獨(dú)開(kāi)采本層熱水,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),井深在800~1000m的鉆井取用明化鎮(zhèn)組的熱水,單井出水量一般為480m3/d,最大出水量可達(dá)2500m3/d;井口水溫31℃~40℃,水質(zhì)較好,礦化度低,一般小于2g/L,稍作處理可作為生活用水。(2)館陶組熱儲(chǔ)層。本區(qū)最重要的熱水儲(chǔ)層,為一套中新世坳陷發(fā)育時(shí)期形成的紅色砂泥巖建造,全區(qū)普遍沉積,部分區(qū)段缺失下部地層,沉積厚度一般為150~671m,最大厚度大于800m,一般從凹陷邊緣向凹陷中心厚度遞增;砂體發(fā)育,砂巖單層厚度大,一般為10~20m,累計(jì)砂層厚度290m~601m,砂巖占整個(gè)剖面的13%~41%,物性好,孔隙度平均為25%;大名DM-1井、廣平GP-1井均取用本熱儲(chǔ)層熱水,取水深度分別為1270~1510m、1330~1600m,水量分別為1560m3/d、1920m3/d,井口溫度分別為53℃、60℃。礦化度較低,一般小于2.5g/L。2.2.2地下水儲(chǔ)層物性本區(qū)下第三系包括東營(yíng)組、沙河街組,缺失孔店組,區(qū)內(nèi)主要分布在丘縣凹陷內(nèi),埋藏深度大。為一套內(nèi)陸湖相碎屑巖沉積,沉積厚度受斷塊升降運(yùn)動(dòng)的影響變化比較大。本區(qū)埋藏深度大。經(jīng)上覆地層較強(qiáng)的壓實(shí)作用,成巖較好,儲(chǔ)層物性變差。據(jù)鄰區(qū)統(tǒng)計(jì),含水砂巖的孔隙度為9.5%~28%,滲透率僅1~470(10-3μm2),總體上屬低孔低滲層,富水性差,而且地下水礦化度高。因此,工作區(qū)下第三系一般均不能形成具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的熱儲(chǔ)層。2.2.3山奧陶系熱儲(chǔ)區(qū)奧陶系熱儲(chǔ)主要包括峰峰組、馬家溝組、亮甲山組及冶里組,巖性為灰白云巖、細(xì)晶白云巖、鮞狀灰?guī)r,厚度700~800m。由于埋深較大,本區(qū)尚未開(kāi)采此熱儲(chǔ)層,據(jù)鄰區(qū)資料,奧陶系是富水性較好的熱儲(chǔ),單井產(chǎn)量可達(dá)300~2592m3/d,井口水溫46℃~83℃。礦化度較高,一般3.0~11.0g/L。寒武系府君山組熱儲(chǔ),巖性為褐灰色細(xì)晶白云巖、灰質(zhì)白云巖,儲(chǔ)存空間屬巖溶裂隙,平均有效孔隙度為6%,有效滲透率為226~1420(10-3μm2),總礦化度為3.0~11.0g/L。2.2.4白云巖、角礫巖、泥質(zhì)白云巖儲(chǔ)層包括薊縣系鐵嶺組、霧迷山組及長(zhǎng)城系高于莊組,根據(jù)區(qū)域資料,巖性主要為灰?guī)r、白云巖、角礫巖、泥質(zhì)白云巖,是本區(qū)有待進(jìn)一步工作的熱儲(chǔ)層之一,由于埋藏深度大,目前不具備經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值。綜上所述,上第三系熱儲(chǔ)層發(fā)育良好,遍布全區(qū),水量豐富,水質(zhì)好,埋深適中,為本區(qū)開(kāi)發(fā)利用的主要目的層。2.3地?zé)豳Y源類(lèi)型根據(jù)《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法》(DZ40—85),在一定范圍內(nèi),具有蓋層、熱儲(chǔ)、熱流體通道和熱源的地質(zhì)體,其熱能可供開(kāi)發(fā)并具有社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的區(qū)域,可確定為地?zé)崽锖偷責(zé)岙惓^(qū)。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造、地層厚度、熱儲(chǔ)埋深等實(shí)際情況,本文以新生界地溫梯度≥3℃/100m,作為圈定地?zé)崽锖偷責(zé)岙惓^(qū)的主要標(biāo)準(zhǔn)。其中地?zé)崽餅橐延械責(zé)峋C實(shí)的區(qū)域,地?zé)岙惓^(qū)為尚未有地?zé)峋C實(shí)的區(qū)域。根據(jù)本原則,邯鄲市境內(nèi)共圈定6處地?zé)醽唴^(qū),其中3處地?zé)崽?3處地?zé)岙惓^(qū),均分布在邯鄲市東部平原區(qū)(圖3),根據(jù)所處的地理位置,三個(gè)地?zé)崽锖腿齻€(gè)地?zé)岙惓^(qū)名稱(chēng)為:邯鄲縣—磁縣地?zé)崽?Ⅲ1)、雞澤—曲周地?zé)岙惓^(qū)(Ⅲ2)、廣平—魏縣地?zé)崽?Ⅲ3)、大名地?zé)崽?Ⅲ4)、邱縣地?zé)岙惓^(qū)(Ⅲ5)、館陶地?zé)岙惓^(qū)(Ⅲ6)。目前我國(guó)已發(fā)現(xiàn)的地?zé)豳Y源類(lèi)型大致有:沉積盆地型、斷裂(裂隙)型和近期巖漿活動(dòng)型三種類(lèi)型。工作區(qū)地處太行山東麓,全區(qū)地形以邢臺(tái)—安陽(yáng)大斷裂為界,其西部為低山、丘陵區(qū),東部為平原區(qū)。已發(fā)現(xiàn)地?zé)崽锘虻責(zé)岙惓^(qū)均分布在東部平原區(qū),主要熱儲(chǔ)層均為上第三系熱儲(chǔ),上覆較厚第四系地層,受斷裂、巖漿活動(dòng)的影響較小,因此,本區(qū)地?zé)崽镱?lèi)型均屬沉積盆地型。3計(jì)算熱資源的生成3.1水的平均熱容量及礦產(chǎn)資源量k本次地?zé)豳Y源量計(jì)算采用“熱儲(chǔ)體積法”,即C——熱儲(chǔ)巖石和水的平均熱容量,J/(m3·℃)-1;A——熱儲(chǔ)面積,m2;M——熱儲(chǔ)層厚度,m;Pr、Pw——分別為巖石和水的密度,kg/m3;Re——回收率,%。有效利用地?zé)豳Y源計(jì)算,即3.2采地?zé)豳Y源量邯鄲市上第三系地?zé)豳Y源量為4017.71×1016J,相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤1370.87×106t,折合熱能12735.41MW;可采地?zé)豳Y源量821.22×1016J,相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤342.72×106t,折合熱能3183.85MW;有效利用地?zé)豳Y源量961.01×1016J,相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤178.37×106t,折合熱能1657.02MW。4計(jì)算熱流儲(chǔ)存容量和可開(kāi)采容量的計(jì)算4.1采用公式計(jì)算4.1.1含熱量和加速度下的熱儲(chǔ)層彈性釋放系數(shù)ct式中:Q總——地?zé)崃黧w儲(chǔ)存量,m3;Q容——地?zé)崃黧w容積儲(chǔ)量,m3;Q彈——地?zé)崃黧w彈性?xún)?chǔ)量,m3;H——熱儲(chǔ)頂板算起的水頭高度,m;S*為含水熱儲(chǔ)層彈性釋放系數(shù);g——重力加速度,m/s2(取9.8);Ct——總壓縮系數(shù)。則地?zé)崃黧w熱資源量(Qrw)為:地?zé)崃黧w有效熱資源量(QrWY)為:4.1.2井法計(jì)算本次計(jì)算根據(jù)各地?zé)崽锛暗責(zé)岙惓^(qū)不同熱儲(chǔ)以往的研究程度、開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀,采用平均布井法進(jìn)行計(jì)算,即式中:Q總——全區(qū)可開(kāi)采量,m3;F——全區(qū)面積,m2;F單——單井影響面積,m2。Q單——熱水井(單井)開(kāi)采水量,m3/d;K——滲透系數(shù),m/d;M——熱儲(chǔ)層厚度,m;sw——最大允許開(kāi)采降深,m;R——單井影響半徑,m。4.2邯鄲上第三系《熱資源量》t邯鄲市上第三系地?zé)崃黧w儲(chǔ)存量為85947.507×106m3,其熱資源量為694.804×1016J,相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤237.071×106t,折合熱能2202.409MW。邯鄲市上第三系地?zé)崃黧w可開(kāi)采量為2988.423×106m3,其熱資源量為44.373×1016J,相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤13.093×106t,折合熱能121.612MW;可采有效利用熱資源量為30.34216J,相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤9.247×106t,折合熱能85.914MW。5開(kāi)發(fā)保護(hù)函數(shù)(1)以邢臺(tái)—安陽(yáng)大斷裂為界,以西的低山、丘陵區(qū)無(wú)地?zé)岙惓４嬖?以東的平原區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的中低溫地?zé)豳Y源。(2)圈定了6個(gè)地?zé)崽锘虻責(zé)岙惓^(qū),這6個(gè)區(qū)域?qū)⑹呛愂形磥?lái)地?zé)衢_(kāi)發(fā)的重點(diǎn)靶區(qū)。(3)地?zé)豳Y源賦存條件良好,開(kāi)發(fā)前景廣闊,只要規(guī)劃合理、有序開(kāi)發(fā),可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,對(duì)邯鄲市國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義。Qr=C·A·M(tr-tj),其中C=PrCr(1-φ)+PwCwφ,式中:Qr——地?zé)豳Y源量,J;