邯郸地区热储资源评价与开发利用研究

邯郸地区热储资源评价与开发利用研究

邯郸位于中国北方平原的南部。虽然地热资源丰富，但由于缺乏长期的开发时间和相对较少的数据，我们对热气候条件的研究不够深入，资源缺乏，开发不足，效率低下等问题进行了探讨。在这项工作中，我们讨论了这些问题。1地质概况1.1层发育的上古生界根据区域地层资料、区内钻孔揭露情况,区内地层发育较全,由下至上依次为:下古生界寒武系、奥陶系,上古生界石炭系、二叠系,中生界三叠系、侏罗系、白垩系及新生界第三系、第四系。1.2地形空间划分邯郸市大地构造位置处于一级构造单元中朝准地台中南部,二级构造单元燕山台褶带南部及华北断拗中部,三级构造单元太行拱断束南部及临清坳陷南部,西临山西断隆,南接内黄隆起,东望鲁西断隆,北为沧县隆起及冀中断拗(图1)。可进一步划分为14个四级构造单元,自西向东依次为武安凹断束、邯郸断凹、南和断凸、巨鹿断凹、广宗断凸、成安断凸、丘县断凹,馆陶断凸;冠县断凹、堂邑断凸,同时受NNW向临漳—魏县大断裂控制,在工作区南部形成汤阴断凹、临漳断凸、元村集断凹、南乐断凸(图2)。1.2.1工作区东部沉积期位于华北断拗平原区南部,北邻冀中台陷,四周被北西向及北北东向两组断裂所截,平面近似菱形。工作区东部平原位于临清台陷南部,主要特点为:(1)中—晚元古代海侵期间,沉积有厚度不大的长城系,同西邻的太行山南段情况相似;(2)早、中奥陶世出现有泻湖相沉积,形成较厚的石膏层;(3)中生代,在边界主断裂的控制下,内部的次级断块活动强烈,北北东向断裂较多。1.2.2断裂地质情况位于太行山前深断裂带东麓,自石家庄东南的栾城向南,经高邑、邢台、邯郸、磁县延向河南安阳,经大地电磁探测证实,本断裂为一梯状断裂,途经邯郸市中华大街与京广铁路西。区内长约74km,断裂走向北东10°左右,倾向东,为西部山区隆起与东部平原坳陷的边界断裂。本断层为继承性正断层,断裂附近微地震频繁反映该断裂直至现在仍有活动。累计铅直断距近1400~1500m。1.2.3丰润水断北地区属于华北平原深断裂带,亦名沧东断裂,是平原区的一条重要隐伏断裂,断裂北起丰润、唐山之间,向南经天津、沧州、德州、大名延入河南,总体走向北东30°左右,倾角65°~70°,垂直断距2000~3000m,水平拉张断距约(伸展量)1500m。区内长约105km。1.2.4东省境内设专四省省位于本区南部,断裂走向北西70°左右,区内长约90km,向东延入山东省境内。根据地球物理及钻探资料,断面倾向北东,两盘下第三系落差1000~1300m,中生界落差2100~2200m,下古生界落差1500~2200m,表明本断裂为一中、新生代的继承性活动断裂。1.3内山岩内内岩内岩内岩山岩内岩山岩山岩内岩内岩内岩山岩山岩旋回第二、三年产物旋回第二、三年产物山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山岩山山岩山岩山岩山岩山旋回第二、三年内山岩山山岩山山岩山山岩山山岩山山旋回第二、三年内山山山山山山山山山山山山旋回第二、三年旋回第二、第三代产物内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区内岩浆岩均分布在西部涉县、武安、峰峰、磁县境内,为燕山期侵入岩,属于燕山旋回第二、第三期产物。东部平原区被巨厚新生界地层覆盖,已有钻孔均末钻遇岩浆岩,根据区域构造特征,推测应有岩浆岩侵入。2热条件下的地质条件2.1基岩结构及构造受本区凹凸相间的地质构造背景控制,区内地温异常高低相间呈带状展布的特点较为明显,异常带延伸方向以北北东—北东向为主。可以看出,地温异常主要受前中生界基岩埋深、地质构造控制,基岩地形起伏,基岩与上覆盖层之间导热性存在差异,深部地热向传导快的基岩凸起区集中,导致地温梯度分布不均,基岩凸起区的地温梯度高于凹陷区。相对高温区主要分布于鸡泽—曲周、邱县、广平—魏县、馆陶、大名等地,在构造上主要分布于南和、广宗断凸(Ⅲ2);邱县断凹(Ⅲ3、Ⅲ5);临漳断凸与冠且断凹的过渡部位(Ⅲ4)及馆陶断凸(Ⅲ6)。其中以广宗断凸地温梯度最高,最大值可达4.5℃/100m。2.2裂隙含水层本区热储主要有四套,一套为上第三系明化镇组底部和馆陶组组成的裂隙孔隙含水层,第二套为下第三系东营—沙河街裂隙热储,第三套为寒武—奥陶系岩溶裂隙热储,第四套为中上元古界岩溶裂隙热储。2.2.1热储层及其井-水水上第三系热储包括明化镇和馆陶组两个热储,是由一套砂岩、含砾砂岩及泥岩频繁交叉而叠置成的的河流相沉积层,其中砂岩和砂砾岩是良好的热水储水层。这套地层在工作区内厚度变化较大,明显受构造控制,一般在凸起区变薄,在凹陷区则沉积厚度大,有些凸起区缺失馆陶组部分地层。(1)明化镇组热储。本区主要热储之一,底界埋深350~1850m,层厚一般为150m~1250m,上部为第四系覆盖,从含水砂岩发育特征分析,明化镇组热储层为半固结细砂岩及含砾砂岩,厚度较稳定,砂岩粒度自下而上逐渐变粗;根据有关资料统计,明化镇组单层砂岩厚度10~15m,砂层平均厚约700m,砂岩百分比30%~45%,平均孔隙度25%;本热储层富水性较好,本区目前没有单独开采此热储层的地热井,在天津市和任丘地区有许多井单独开采本层热水,据不完全统计,井深在800~1000m的钻井取用明化镇组的热水,单井出水量一般为480m3/d,最大出水量可达2500m3/d;井口水温31℃~40℃,水质较好,矿化度低,一般小于2g/L,稍作处理可作为生活用水。(2)馆陶组热储层。本区最重要的热水储层,为一套中新世坳陷发育时期形成的红色砂泥岩建造,全区普遍沉积,部分区段缺失下部地层,沉积厚度一般为150~671m,最大厚度大于800m,一般从凹陷边缘向凹陷中心厚度递增;砂体发育,砂岩单层厚度大,一般为10~20m,累计砂层厚度290m~601m,砂岩占整个剖面的13%~41%,物性好,孔隙度平均为25%;大名DM-1井、广平GP-1井均取用本热储层热水,取水深度分别为1270~1510m、1330~1600m,水量分别为1560m3/d、1920m3/d,井口温度分别为53℃、60℃。矿化度较低,一般小于2.5g/L。2.2.2地下水储层物性本区下第三系包括东营组、沙河街组,缺失孔店组,区内主要分布在丘县凹陷内,埋藏深度大。为一套内陆湖相碎屑岩沉积,沉积厚度受断块升降运动的影响变化比较大。本区埋藏深度大。经上覆地层较强的压实作用,成岩较好,储层物性变差。据邻区统计,含水砂岩的孔隙度为9.5%~28%,渗透率仅1~470(10-3μm2),总体上属低孔低渗层,富水性差,而且地下水矿化度高。因此,工作区下第三系一般均不能形成具有经济价值的热储层。2.2.3山奥陶系热储区奥陶系热储主要包括峰峰组、马家沟组、亮甲山组及冶里组,岩性为灰白云岩、细晶白云岩、鲕状灰岩,厚度700~800m。由于埋深较大,本区尚未开采此热储层,据邻区资料,奥陶系是富水性较好的热储,单井产量可达300~2592m3/d,井口水温46℃~83℃。矿化度较高,一般3.0~11.0g/L。寒武系府君山组热储,岩性为褐灰色细晶白云岩、灰质白云岩,储存空间属岩溶裂隙,平均有效孔隙度为6%,有效渗透率为226~1420(10-3μm2),总矿化度为3.0~11.0g/L。2.2.4白云岩、角砾岩、泥质白云岩储层包括蓟县系铁岭组、雾迷山组及长城系高于庄组,根据区域资料,岩性主要为灰岩、白云岩、角砾岩、泥质白云岩,是本区有待进一步工作的热储层之一,由于埋藏深度大,目前不具备经济开采价值。综上所述,上第三系热储层发育良好,遍布全区,水量丰富,水质好,埋深适中,为本区开发利用的主要目的层。2.3地热资源类型根据《地热资源评价方法》(DZ40—85),在一定范围内,具有盖层、热储、热流体通道和热源的地质体,其热能可供开发并具有社会经济效益的区域,可确定为地热田和地热异常区。结合区域构造、地层厚度、热储埋深等实际情况,本文以新生界地温梯度≥3℃/100m,作为圈定地热田和地热异常区的主要标准。其中地热田为已有地热井证实的区域,地热异常区为尚未有地热井证实的区域。根据本原则,邯郸市境内共圈定6处地热亚区,其中3处地热田,3处地热异常区,均分布在邯郸市东部平原区(图3),根据所处的地理位置,三个地热田和三个地热异常区名称为:邯郸县—磁县地热田(Ⅲ1)、鸡泽—曲周地热异常区(Ⅲ2)、广平—魏县地热田(Ⅲ3)、大名地热田(Ⅲ4)、邱县地热异常区(Ⅲ5)、馆陶地热异常区(Ⅲ6)。目前我国已发现的地热资源类型大致有:沉积盆地型、断裂(裂隙)型和近期岩浆活动型三种类型。工作区地处太行山东麓,全区地形以邢台—安阳大断裂为界,其西部为低山、丘陵区,东部为平原区。已发现地热田或地热异常区均分布在东部平原区,主要热储层均为上第三系热储,上覆较厚第四系地层,受断裂、岩浆活动的影响较小,因此,本区地热田类型均属沉积盆地型。3计算热资源的生成3.1水的平均热容量及矿产资源量k本次地热资源量计算采用“热储体积法”,即C——热储岩石和水的平均热容量,J/(m3·℃)-1;A——热储面积,m2;M——热储层厚度,m;Pr、Pw——分别为岩石和水的密度,kg/m3;Re——回收率,%。有效利用地热资源计算,即3.2采地热资源量邯郸市上第三系地热资源量为4017.71×1016J,相当于标准煤1370.87×106t,折合热能12735.41MW;可采地热资源量821.22×1016J,相当于标准煤342.72×106t,折合热能3183.85MW;有效利用地热资源量961.01×1016J,相当于标准煤178.37×106t,折合热能1657.02MW。4计算热流储存容量和可开采容量的计算4.1采用公式计算4.1.1含热量和加速度下的热储层弹性释放系数ct式中:Q总——地热流体储存量,m3;Q容——地热流体容积储量,m3;Q弹——地热流体弹性储量,m3;H——热储顶板算起的水头高度,m;S*为含水热储层弹性释放系数;g——重力加速度,m/s2(取9.8);Ct——总压缩系数。则地热流体热资源量(Qrw)为:地热流体有效热资源量(QrWY)为:4.1.2井法计算本次计算根据各地热田及地热异常区不同热储以往的研究程度、开发利用现状,采用平均布井法进行计算,即式中:Q总——全区可开采量,m3;F——全区面积,m2;F单——单井影响面积,m2。Q单——热水井(单井)开采水量,m3/d;K——渗透系数,m/d;M——热储层厚度,m;sw——最大允许开采降深,m;R——单井影响半径,m。4.2邯郸上第三系《热资源量》t邯郸市上第三系地热流体储存量为85947.507×106m3,其热资源量为694.804×1016J,相当于标准煤237.071×106t,折合热能2202.409MW。邯郸市上第三系地热流体可开采量为2988.423×106m3,其热资源量为44.373×1016J,相当于标准煤13.093×106t,折合热能121.612MW;可采有效利用热资源量为30.34216J,相当于标准煤9.247×106t,折合热能85.914MW。5开发保护函数(1)以邢台—安阳大断裂为界,以西的低山、丘陵区无地热异常存在,以东的平原区蕴藏着丰富的中低温地热资源。(2)圈定了6个地热田或地热异常区,这6个区域将是邯郸市未来地热开发的重点靶区。(3)地热资源赋存条件良好,开发前景广阔,只要规划合理、有序开发,可获得良好的经济效益和社会效益,对邯郸市国民经济的发展具有重要的意义。Qr=C·A·M(tr-tj),其中C=PrCr(1-φ)+PwCwφ,式中:Qr——地热资源量,J;