聊城市城区地热资源及开发利用.doc

聊城市城区地热资源及开发利用聊城市城区地热资源及开发利用张保建 （山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250014）摘要：摘要：聊城市城区位于临清拗陷区和鲁中隆起区的接合部位，地热成矿地质条件有利地热类型属层 状裂隙—孔隙型和裂隙—岩溶型，可被利用的热储层主要有 3 个，分别为新近纪馆陶组和古近纪东营 组裂隙—孔隙型热储和寒武—奥陶纪裂隙—岩溶型热储三个热储层水温、水质各具特点，均具有较 好的开发利用价值本文对该区地热地质条件、地温场特征和地热水水质特征等进行了分析，探讨了 开发利用中的几个问题 关键词：关键词：地热资源；开发利用；聊城市城区聊城市位于山东省西部，地处鲁西北平原，是著名的“江北水城” 近年来的地热地 质勘查工作表明，聊城市城区一带地热成矿地质条件有利，低温地热资源丰富，具有很 好的开发应用前景现在聊城市城区已有近 10 眼地热井，在采暖、医疗洗浴、旅游等方 面进行开发利用，对发展当地经济、保护环境，促进旅游，改善人民生活质量具有重要 意义1 区域地质背景区域地质背景①②③④①②③④聊城市城区位于临清拗陷区和鲁中隆起区的接合部位，以聊考断裂为界，以西为临 清拗陷区，以东为鲁中隆起区（图 1） 。

1.1 地层地层 本区地表被第四系覆盖据邻近钻孔资料揭示，临清拗陷区地层由老至新有新太古 代变质岩系、寒武系、奥陶系、三叠系、侏罗—白垩系、古近系、新近系和第四系，其 中新生界厚度巨大，可达数千米聊考断裂以东的鲁中隆起区（以下称“古潜山区” ） 则由老至新发育有新太古代变质岩系、寒武—奥陶系、石炭—二叠系、新近系和第四系，其中新生界厚度一般不足千米，且缺失古近系与地热资源有关的地层主要为临清拗陷 区的古近系、新近系及聊考断裂以东古潜山区的寒武—奥陶系 （1）寒武—奥陶系：①寒武系：由泥岩、页岩及灰岩组成，厚度 617m②奥陶系： 为马家沟组灰色—灰黑色中厚层状灰岩及泥灰岩，夹暗灰色白云岩，厚度为 864m （2）古近纪济阳群：古近纪济阳群在本区研究程度较低，在古潜山区缺失①孔店 组：主要岩性为砂砾岩、砂岩、泥岩，含石膏②沙河街组：主要岩性为泥岩、泥灰岩、 油页岩，夹石膏层，底部有砂岩、砾岩孔店组和沙河街组在本区厚度约 1800～2400m③东营组：岩性为粉细砂岩、中细、中粗砂岩与泥岩、砂质泥岩互层，厚 度在 4000m 左右，底界埋深预测为 1700～1800m （3）新近纪黄骅群：①馆陶组：岩性为粉细、中细及中粗砂岩、泥岩、砂质泥岩互 层；顶部普遍发育 2～3 层钙质泥岩，厚十几米至数十米；底部为中粗、中细砂岩与粉砂 岩、泥岩互层。

厚度约 330～400m，层底埋深 1250～1400m；在古潜山区部分缺失，厚 度仅 50m 左右②明化镇组：岩性为含砾粗砂岩、砂砾岩、中粗、中细、粉砂岩、粉细 砂岩与泥岩、砂质泥岩互层；厚 700m 左右，层底埋深 900～1000m；在古潜山区厚 500m 左右，层底埋深约 800m 1.2 构造构造 聊考断裂带在本区穿过，据地壳厚度的变化分析，聊考断裂两侧地壳块体断差达 4～6km，断裂断开了莫霍面并切达上地幔，是一条规模宏大的深大断裂聊考断裂自中 生代强烈活动以来，对西侧拗陷和东侧隆起的发育起控制作用，古近纪活动强烈，在聊 城一带断距达 3000～4000m；新近纪继续活动，断距达 600～1200m；第四纪仍有活动显 示[1]；聊考断裂带附近是地震多发区，在 1502～1948 年间，仅 5 级以上地震就发生过 6 次[2]，表明该断裂是现代仍在活动的新构造活动带，具有一定程度的透水及控热作用 F1、F2 断裂为聊考断裂的次级断裂F1 断裂是据物探资料推测的断裂，对第四系和 新近系上部地层沉积影响不大，对新近系下部和古近系错动比较明显F2 断裂是根据热 储水化学资料推测的断裂，对热储层有一定程度的错动。

2 地热地质条件地热地质条件2.1 热源与补给源热源与补给源 该区地热类型属层状裂隙—孔隙型和裂隙—岩溶型，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地壳厚度为 32～34km，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 据德州、临清[3][4]⑤等地的氢氧同位素分析表明，本区地下热水除部分源于盆地沉积 物形成时保存下来的沉积水和封存水外，绝大部分为沉积物形成后远近山区的侧向径流 补给大气降水在东部鲁中山区和西部太行山区汇集成地表径流，在漫长的地质历史中， 沿断裂带或岩层的孔隙向深处运移，被围岩加热，并与围岩发生水盐反应，溶解了大量 的微量元素成分受热的地下水由于密度差异引起自然对流，加上补给区水头差的驱动， 因而得以缓慢地进行循环交替运动，将地热在空隙、裂隙中存储下来 2.2 盖层盖层 为第四系和新近纪黄骅群明化镇组，由多层粘性土、砂性土、砂层、泥岩及砂岩组 成，热导率低，粘性土和泥岩单层厚度大，一般为数米至数十米，是良好的隔水层和保 温层，使热能得以保存和储集在聊考断裂以西总厚度 900～1000m；在古潜山区总厚度 800m 左右。

2.3 热储层热储层 根据现有地热井资料，本区可被利用的热储层主要有 3 个，其中新近纪馆陶组和古 近纪东营组热储属砂岩类裂隙—孔隙型热储，寒武—奥陶纪热储属灰岩类裂隙—岩溶型 热储1）馆陶组热储：具有开发价值的热储层主要分布在聊考断裂以西，热储层顶板埋 深 950～1000m，底板埋深 1250～1400m，厚度 330～400m含水层单层厚度一般 2～20m，最厚可达 50m 左右，可采用层数 12～16 层，累计厚度 100m 左右岩性为黄棕、 黄白色中细、中粗砂岩、含砾中粗砂岩，黄棕色粉细砂岩与红棕、蓝灰、浅灰、深灰色 泥岩互层其中中细、中粗砂岩、含砾中粗砂岩为好的含水层位，上部有第四系和新近 纪明化镇组为热储盖层在聊考断裂以西其埋藏深度和厚度基本稳定单井涌水量 1000～1500m3/d，水温 50～53℃，矿化度 3969.60～8283.42mg/L （2）东营组热储：仅在聊考断裂以西有分布，热储层顶板埋深 1250～1400m，底板 埋深预测为 1700～1800m（昌润金井 1606.67m 未揭穿） ，厚度为 400m 左右(钻孔揭露为 238.28m)含水层单层厚度一般为 2～25m，可采用层数 15～20 层，累计厚度预测为 100～150m（钻孔揭露为 115.7m） 。

岩性为黄棕、浅黄色中细、中粗、粗砂岩，黄棕色粉 细砂岩与红棕、蓝灰、浅灰、深灰色泥岩互层其中中细、中粗、粗砂岩为好的含水层 位，上部有第四系、新近纪明化镇组和馆陶组为热储盖层埋藏深度和厚度基本稳定 单井涌水量 1500～2000m3/d，水温 55～65℃，矿化度 5035.87～10120.75mg/L （3）寒武—奥陶纪热储：分布在聊考断裂以东的古潜山区，其中奥陶纪热储顶板埋 深 800～1000m，岩性主要为厚层灰岩及豹皮状灰岩，裂隙岩溶发育；寒武纪热储顶板埋 深 1700m 左右，热水主要赋存于层状灰岩岩溶裂隙中热储含水层以奥陶系灰岩上部的 厚层结晶次生灰岩古溶蚀发育带为主，裂隙岩溶率为 8%～15%，总厚度 100m 左右自 流量 400～1000 m3/d，降深 54.6m 时，单井涌水量可达 3000m3/d，井口水温 53～62℃， 矿化度 5252.38～5321.79mg/L 2.4 传热导水通道传热导水通道 聊考断裂为断至上地幔的深大断裂，并且是现代仍在活动的新构造活动带，它与其 两侧的次级断裂长期活动，有的已达第四系或新近系盖层，它们沟通了热储层与热源的 联系，具有一定的导热和导水作用，地下热水及热量在此处易集中，使水温增高。

3 地温场特征地温场特征本区地温场特征主要受地质构造的影响，其次受盖层及岩性变化影响 3.13.1 地温场的水平方向变化特征地温场的水平方向变化特征 由于受地质构造和盖层厚度等因素的影响，本区地温场的水平方向变化明显地温 梯度的水平分布与基岩起伏呈正向关系（见图 2） 在聊考断裂以东的古潜山区（正向构 造区） ，基岩埋藏浅，盖层地温梯度大，在 5℃/100m 以上；热储温度高，在井深 800m 处 温度即达 54℃在临清拗陷区（负向构造区） ，基岩埋藏深，盖层地温梯度小，一般 3～3.5℃/100m；热储温度相对较低，在井深 1400m 处温度在 55℃左右即古潜山区地温 梯度明显大于临清拗陷区的地温梯度 3.2 地温场的垂向变化特征地温场的垂向变化特征 地温梯度垂向变化主要受岩石热传导率控制第四系与新近系地层结构疏松，热传 导率小；古近系地层结构较第四系紧密，热传导率大于第四系；基岩结构致密，热传导 率大于古近系及其以上地层 临清拗陷区垂向上地温梯度总的特征是：新生界上部比下部地温梯度高；以泥岩为 主的井段比以砂岩为主的井段地温梯度高但由于新生界均为较松散沉积岩类，其垂向 地温梯度差异不甚明显，其差值一般在 0.5℃/100m 以下。

古潜山区地温场的垂向变化则非常明显以聊古 1 孔为例，在井深 800m 处的地层为 新近纪馆陶组，其井温为 54℃，由地表到井深 800m 区段的地温梯度值变化在 5.00～7.94℃/100m，表明在古潜山顶部上覆的第四系和新近系地温梯度值较大；在井深 800～1700m 区段，即奥陶系分布的 900m 范围内，井温差仅为 7℃，地温梯度值仅为0.82℃/100m；在井深 2000m 时，即进入寒武系内，井温为 74.2℃，地温梯度值为 2.56℃/100m 从聊古 1 孔各井段不同地层层位间的地温梯度变化来看，奥陶系灰岩顶部覆盖的新 近系区段地温梯度显著增高，明显地反映出正向构造地温变化的特点在此奥陶系局部 隆起构造形成的地热异常，主要与隆起上的热流温度增高有关由于奥陶系顶部灰岩热 传导率较大，而上覆新近系盖层的传导率较小，致使在隆起上部热流密度增大而奥陶 系顶部灰岩为古风化壳，裂隙岩溶十分发育，为地下富水带其西侧的聊考断裂带沟通 了各岩系，形成地下水深循环，导致热对流此风华壳的含水量受大气降水的补给，当 补给量小于对流加热速率时则增温综合分析，古潜山区热储地温偏高是局部隆起构造 的热传导作用为主造成的，断裂构造对控热也起一定作用。

4 地地热热水水水水质质特特征征4.1 主主要要热热储储层层地地热热水水特特征征 馆陶组热储层：馆陶组热储层：地热水矿化度为 3969.60～8283.42mg/L，属咸水；总硬度为 398.66～1349.40mg/L，属微硬水至极硬水；热水中阳离子以 Na+和 Ca2+为主，含量分别 为 1225.0～2442.0mg/L 和 127.72～388.1mg/L，阴离子以 Cl-和 SO42-为主，含量分别为 782.67～3337.0mg/L 和 1550.51～1790.0 mg/L；pH 值 7.3～7.9，属中性水或弱碱性水；水 化学类型属 Cl·SO4—Na 型或 SO4·Cl—Na 型水 地热水中锶含量为 13.74 mg/L，达到命名矿水浓度，偏硅酸、碘含量达到矿水浓度， 氟、偏硼酸含量达到有医疗价值浓度，可命名为锶水，具有较高医疗保健价值 东营组热储层：东营组热储层：地热水矿化度为 5035.87～10120.75mg/L，属咸水或盐水；总硬度为 718.06～1496.61mg/L，属硬水至极硬水；热水中阳离子以 Na+和 Ca2+为主，含量分别为 1443.0～3161.0mg/L 和 211.9～432.3mg/L，阴离子以 Cl-和 SO42-为主，含量分别为 1362.0～4405.0mg/L 和 1463.0～1790.0 mg/L；pH 值 7.2～7.5，属中性水；水化学类型属Cl·SO4—Na 型或 Cl—Na 型水。

地热水中锶、碘、偏硅酸、氟、溴、偏硼酸等有益组分含量达到有医疗价值浓度，其中美景地热井锶含。