禹城市地热田地热资源赋存特征浅析_王浩

甘肃科技

Vol.31No.2Jan.2015

2015年1月

GansuScienceandTechnology

禹城市地热田地热资源赋存特征浅析

王

浩

(山东省鲁北地质工程勘察院，山东德州253015)

摘

要：山东省禹城市地热田被齐河-广饶断裂将其分为南北两部分，北部地区位于临邑凹陷（Ⅴ级），南部地区位

于阳谷-齐河凸起（Ⅴ级）中，面积为990km2。通过已有钻探资料及近年的勘查项目研究成果，对禹城市地热田的地热资源的地质背景、水文地质特征、地球物理化学特征等进行了综合研究分析，认为，禹城市地热田属于层控型低温地热田，在凹陷区热储层主要为新近纪明化镇组下段、馆陶组、古近纪东营组地层；隆起区热储层主要为新近纪馆陶组及下古生界寒武-奥陶纪地层。该区的地温梯度主要受构造控制，地下热水矿化度较大，成因主要为大气降水。关键词：地热资源；禹城市；地热田；赋存特征；热源中图分类号：P314

地热资源集热能与水资源为一体,由于其温度适宜且富含多种对人体有益的矿物质，在采暖、洗浴、工业、医疗、养殖业等领域有广泛的应用价值，是继太阳能和风能之后的一种重要的绿色能源[1]。位于山东省禹城市的地热田，范围较大，地热成矿地质条件有利，热储层埋深适当，水量较大、水温较高，对保护环境、保持经济的可持续发展及改善人民生活质量都具有重要意义。目前已开发利用的地热井11眼，成井深度1500～2200m，取水层位主要为馆陶组、东营组热储，单井涌水量在500～1200m3/d，井口温度52.5～70℃，年开采量达到190万m3。

2

2.1

水文地质特征

热储类型与热源

根据载热流体的储集空间类型的不同，可将区

内热储划分两种热储类型：1）新生界碎屑岩孔隙-裂隙热储；2）下古生界寒武-奥陶纪碳酸盐岩岩溶-裂隙热储。

热源主要来自地壳深处及上地幔的传导热。根据物探资料，该区为莫霍面相对隆起区，可从地球内部向地表传导相对较高的热流量，有利于地下水升温。热储盖层为第四系和新近系明化镇组，前者主要为粉砂质粘土和粘土质粉砂组成，后者主要由粘土岩、粉砂岩互层构成，热导率低，粘土或粘土岩单层厚度大，一般在2.0~50m，是良好的隔水层和不透水层，使热能得以保存和储集[4]。

1

1.1

地质背景

地质构造

禹城市在大地构造单元上属于华北陆块（Ⅰ

级），齐河-广饶断裂将其分为两部分，北部地区位于华北拗陷区（Ⅱ级）、济阳拗陷区（Ⅲ级）、惠民凹陷（Ⅳ级）、临邑凹陷（Ⅴ级）；南部地区位于鲁西地块（Ⅱ级）、鲁中隆起区（Ⅲ级）、泰山-沂山隆起（Ⅳ级）、阳谷-齐河凸起（Ⅴ级）[2]。

2.2热储层划分

在3000m深度内可划分5个热储层（组），按热

储的地层时代由新至老依次为：

1）新近纪明化镇组下段孔隙-裂隙型热储层

（组）；

1.2地层

禹城市位于济阳拗陷区和鲁中隆起区内，济阳

2）新近纪馆陶组孔隙-裂隙型热储层（组）；3）古近纪东营组孔隙-裂隙型热储层（组）；4）古近纪沙河街组孔隙-裂隙型热储层（组）；5）寒武-奥陶纪碳酸岩岩溶-裂隙热储层（组）。

根据区内地热资源开发利用程度及钻孔资料，确定新近纪馆陶组热储、古近纪东营组热储和下古生界寒武-奥陶纪热储为本区主要热储。

拗陷区地层发育齐全，鲁中隆起区缺失古近纪、侏罗-白垩纪、志留纪、泥盆纪[3]。根据石油钻探和人工地震解译资料在3000m深度范围内的地层主要有古生界寒武-奥陶纪、石炭-二叠纪、古近纪沙河街组和东营组、新近纪馆陶组和明化镇组、第四系平原组。

第2期

王浩：禹城市地热田地热资源赋存特征浅析51

2.3热储层水文地质特征

新近纪馆陶组地层特征是粒度上细下粗。上部

传导热流；地热水的补给源为大气降水在周边山区形成的地表迳流的一部分通过山前断裂构造向深部地层渗透，成为深部含水层的补给源，此外，各含水层之间有极其微弱的水交换活动。其热储模型如图1所示。

2.3.1新近纪馆陶组热储

为紫红色泥岩、粉砂质泥岩夹浅灰色、灰色、灰白色细砂岩、中粗砂岩；中部为灰色细砂岩及红棕、灰黄色砂质泥岩，下部以中-细砂岩层为主，夹有紫红色砂岩及泥岩层。古近纪东营组岩性主要为褐色、暗紫色、红褐色粉砂岩、泥岩夹浅棕红色、灰白色中细砂岩层。该套热储层为本区齐广断裂以北重要开采目的层。热储层有多层含水层，一般有20多层，累计厚度可达200~300m，属砂岩孔隙及孔隙-裂隙型，孔隙度为25.6%~34.0%，含水丰富，矿化度及温度较高。

2.3.2下古生界寒武-奥陶纪热储

主要是碳酸盐岩的石灰岩、白云岩类的岩溶-

图1热储概念模型

裂隙孔隙及岩石的古风化壳。岩性以厚层质纯灰岩、云斑灰岩为主，其中奥陶纪顶部马家沟组灰岩主要有八陡段质纯灰岩、云斑灰岩；阁庄段泥灰岩、白云质灰岩；五阳山段的厚层灰岩、云斑灰岩[5]。马家沟组的八陡段、五阳山段灰岩质纯硬脆，裂隙岩溶发育且连通性好，富水性较强，地热水矿化度3～

1.第四系，2.新近系明化镇组，3.新近系馆陶组，4.古近系东营组，5.古近系沙河街组，6.石炭-二叠系,7.寒武-奥陶系,8.侧向补给水源,9.深循环上升热流，10.断裂部位集中热流，11.均一背景热流，12.地层不整合线.

3

3.13.1.1

地球物理化学特征

地温场特征恒温层地温特征

根据区域研究成果，该区域恒温层埋深一般在

4g/L，水化学类型为SO4-Ca型，受断裂构造性质及

岩溶发育程度的控制，单井出水量变化幅度大，平均50～80m3/h。

20m左右，且变化不大。由区内机民井系统测温结

果表明，在禹城市南部伦镇、莒镇、李屯乡一带恒温带地温值较高，一般大于14.0℃，其余大部分地区，地温值也较高，一般在13.0～14.0℃。

2.4传热导水通道

禹城市处于地震强度Ⅶ度区，齐河-广饶断裂

3.1.2地温梯度变化特征

地温梯度在水平方向上总的规律是南高北低、

在该地热田中部通过。该断裂西起聊城-兰考断裂交汇处，沿NEE向经禹城南、济阳北至广饶南，向东延伸与益都断裂相交，呈弧形展布，是Ⅱ级、Ⅲ级、

南北高中间低，在齐河-广饶断裂两侧呈条带状。工作区仅在莒镇南部的司庄等区域地温梯度值大于

Ⅳ级、Ⅴ级构造单元的分界断裂。走向NEE，倾向NW，倾角60°～80°，断距为1200～2000m，为南盘上

升、北盘下降的正断层，北盘沉积了巨厚的新生界，南盘则缺失古近纪。该断裂形成于中生代以前，新生代活动性增强，沿断裂带有间歇性的基性岩浆岩活动,是规模较大的断层,且区内还有临邑-惠民断裂、临南断裂等较大断裂存在，是地下水的良好储集场所及地下水运移的良好通道[6]。

3.6℃/100m，莒镇的袁营、贾庄、杨集等区域地温梯

度值在3.5～3.6℃/100m，邵庄、安子、丁庄等区域地温梯度值在3.4～3.5℃/100m，李屯镇、伦镇等区域地温梯度值在3.3～3.4℃/100m，辛寨、药王、李怀泉庄、张庄、辛店北侧等区域地温梯度值在3.2～3.3℃/

100m，梁家、安仁、房寺等区域地温梯度值在3.1～3.2℃/100m，在禹城市外围、十里望乡、善集、千户屯

等区域地温梯度值在3.0～3.1℃/100m，禹城市城区及周边地区地温梯度值较低，在3.0℃/100m以下。因此，本区地温梯度值在平面上的变化趋势与基岩的埋深具有明显的正相关关系，在基岩埋藏浅处地温梯度略高，在基岩埋藏深处地温梯度略低。

2.5热储模型

本区属层控型低温地热田，该地热田范围广

大，在垂向上将新近纪馆陶组、古近纪东营组和下古生界寒武-奥陶纪视为的，上下均为隔水层、水平方向上无限延伸的储热层（组），呈多层状；热储盖层分别为其上伏地层；热源主要为地球内部的

3.2地球化学特征

地下热水化学特征反映了地下热水同围岩之

52甘肃科技

地热流体质量评价

第31卷

间的溶解与溶滤作用，同时体现了岩浆活动、大气降水入渗及含水层之间的补给等因素。据大量地质资料显示，本地区矿化度在6~12g/L，属咸水；pH值为7.2~7.5，属中性水；总硬度(以CaCO3计)为

3.4

经采用拉申指数法与腐蚀系数法对区内东营组地热水进行评价分析，禹城市城区东营组地热水对金属具强腐蚀性，对混凝土无分解性与结晶性侵蚀；地热水无碳酸钙、硫酸钙垢与硅酸盐水垢；热水含有多种对人体健康有益的微量元素，其中溴、锂、偏硅酸达到矿水浓度，锶达到命名浓度，属锶理疗热矿水[8]。

2561.65~2580.95mg/L，属极硬水。地下热水中主要

阳离子为Na+和Ca2+,其含量大致为3250~3430mg/L和750~820mg/L；阴离子主要为Cl-和SO42-，其含量大致为5150~6252mg/L和506~1672mg/L，地热水水化学成分较为复杂，但水平方向上的水化学组分变化甚微。按水化学类型定名原则，该区地下热水普遍属于SO4·Cl-Na型水。

4

结论

1)禹城市地热田被齐河-广饶断裂将其分为南

3.3地热流体的年龄及成因

地热流体各组分之间的比例系数可以用来判

北两部分，北部地区位于临邑凹陷（Ⅴ级）；南部地区位于阳谷-齐河凸起（Ⅴ级）。

断地热流体的成因，常用的比例系数有γCl/γBr、2)该区热储盖层为第四纪和新近纪明化镇组，

齐广断裂以北热储层主要为新近纪明化镇组下部、馆陶组、古近纪东营组地层；以南主要为新近纪馆陶组、下古生界寒武-奥陶纪热储层（组）。断裂构造是本区出现地热异常的主要因素。

γNa/γCl等。经计算区内地热流体γCl/γBr=2131.28，γNa/γCl=0.91，这些系数都大于海水(γCl/γBr=300、γNa/γCl=0.85)，说明本区的地热流体具有溶滤

水的特征。

据同位素分析测试结果，区内馆陶组地热水中

3)该区的地温梯度主要受构造控制，禹城市城

区地温梯度值相对较低，区内地热资源较丰富。地下热水矿化度在6~12g/L，地下热水普遍属于SO4·

δD‰平均含量为-，δ18O‰平均含量为-9.1，其D、

18

O关系点均稍位于中国大气降水线之上（δD=

7.7δ18O+7.5）如图2所示。说明区内馆陶组地热水起

源于大气降水[7]，后来在漫长的地质年代中，接受下部地层中蒸汽的稀释作用。

区内馆陶组地热水的氚含量很低，平均含量

Cl-Na型水。

4)本区地热水属大气成因，具有溶滤水的

特征，主要接受大气降水补给。其补给源除一部分为盆地沉积物形成时保存下来的沉积水和封存水外；另一部分为沉积物形成后，在漫长的地质时期中，由远近山区的大气降水补给。参考文献:

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3.2±1.4Tu，地热水中14C年龄为1.548万年。由于14C

分析水样的采集过程或多或少地要与现代大气接触，现代大气中的CO2进入所采集的水样中，使所测年龄要远小于地下水的实际形成年龄。由此可见，区内馆陶组地热水的形成年代久远，其补给途径长，迳流速度缓慢。

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图2馆陶组地热水中D、18O同位素关系