山东省鲁北地热田地质特征及勘查开发利用分析
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发布时间：2022-08-24 16:31
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周绍智 邹祖光 赵季初
（山东省鲁北地质工程勘察院，德州253015）
作者简介：周绍智（1963—），山东莱西人，研究员，从事水工环地质勘查评价工作。
摘要：本文阐述了鲁北地热田地质背景，地温场、热储层特征，估算了地热资源量，分析了区内地热资源的勘查开发利用现状，并提出了勘查开发利用建议。
关键词：地热田；热储层；地热资源；开发利用；鲁北
鲁北平原地处华北平原东部，本区蕴藏着丰富的地热资源，形成了面积广大的地热田。目前，在德州、东营、聊城等地的地热资源得到了不同程度的开发利用，在节约能源、改善环境、供暖洗浴、医疗保健等方面取得了明显的经济和社会效益，其开发前景十分广阔。
1 鲁北地热田的地质背景及划分
1.1 区域地质构造
本区大地构造单元属中朝准地台（Ⅰ级）。聊城-兰考断裂、齐河-广饶断裂将其划分为两个Ⅱ级构造单元，断裂以北为华北台拗，断裂以南为鲁西台隆。中新生代以来，由于强烈的断裂活动，形成Ⅲ级构造单元埕宁隆起、济阳坳陷、临清坳陷和鲁西隆起（山东省地质矿产局，1995）（见表1）。在坳陷和隆起区内受断裂活动的影响和控制，形成了众多的次级构造单元——凸起与凹陷。
表1 构造单元划分表
受新华夏构造体系影响，区内基岩断裂构造发育，活动强度大，断裂发育的主要方向为NNE、NE、近EW向。齐河-广饶断裂、聊城-兰考断裂，是区内二级构造单元的分界断裂，对于新生界地层的沉积起控制作用；沧东断裂、边临镇-羊二庄断裂、陵县-老黄河口断裂，是区内*构造单元的分界断裂，对隆起区和坳陷区的新生界地层起控制作用。
1.2 地层
本区位于中朝准地台的东部，为广阔平坦的平原区，多被第四系沉积物覆盖。区内自新生代以来，受差异性升降运动的影响，一直缓慢下沉，沉积了厚度大于3000m的新生代地层。第四系覆盖的基底岩层主要有新近系和古近系湖相碎屑岩地层，含油、石膏、盐岩等；白垩系和侏罗系陆相碎屑岩、火山碎屑岩；石炭系和二叠系陆相碎屑岩夹煤系地层；寒武系和奥陶系浅海相碳酸盐岩及前古生界（太古宇）变质岩系等。
1.3 鲁北地热田的划分
鲁北平原在埋深2000m以内，地热资源按其温度属于低温地热资源中的温热水-热水型地热资源（国家技术监督局，1990），其热储层介质类型为孔隙-裂隙型热储。地热资源的分布受控于区域地质构造及地层的分布情况，所处构造部位不同，其地层及地温场的分布情况也各异。因此，根据区内地热资源所处构造位置，将鲁北地热田划分为埕宁隆起、济阳坳陷、临清坳陷、鲁西隆起四个地热田（图1）。各地热田又根据其构造特征，划分为凸起区、凹陷区次级地热资源评价区。
图1 鲁北地热田划分示意图
2 热储地质特征
2.1 热储层
鲁北平原为中新生代断陷盆地，新生界沉积厚度达1000～4000m以上，地温随着深度的增加而加大。在古近系—新近系碎屑岩热储系统中，古近系东营组、沙河街组、孔店组为封闭或半封闭湖盆沉积物，在地层总厚度中以泥岩为主，是生油、储油的主要岩系；地下热水矿化度为10～30g/L，高者可达50～70g/L，单井涌水量小于30m3/h；埋深大，热储分布连续性差，在目前条件下，开采利用价值较小。基岩热储系统中，中生界侏罗系—白垩系和上古生界石炭系—二叠系碎屑岩裂隙热储因埋深大，结构致密，裂隙不发育，富水性差，开采利用价值低。因此，从地热资源开发利用的经济、社会与环境效益出发，鲁北地热田适于开发利的热储层为新近系馆陶组碎屑岩孔隙热储和奥陶系—寒武系碳酸盐岩岩溶-裂隙热储。
2.2 地热田地温场及热储分布特征
2.2.1 埕宁隆起地热田
埕宁隆起地热田北界为边临镇-羊二庄断裂，南以陵县-老黄河口断裂为界，西邻德州凹陷，东及东北经埕口向渤中凹陷延伸，面积为3370km2。盖层地温梯度为3～5℃/100m，平均地温梯度为4.2℃/100m，表现为地温梯度正异常。其热储层的埋藏分布规律：
新近系馆陶组热储：其类型为碎屑岩孔隙裂隙热储，为热传导型；盖层岩性为第四系和新近系明化镇组。馆陶组层底埋深700～1300m，厚度0～300m，热水层岩性以中细砂岩、砂砾岩为主，累计厚度为0～200m，占地层总厚度的40%～45%。区内现有热水井井深1200～1300m，取水段1000～1300m，单井涌水量700～1500m3/d，矿化度5～7g/L，井口水温50～58℃，水化学类型为Cl—Na。
寒武系—奥陶系热储：隐伏在新生界或上古生界地层之下，岩性以石灰岩为主，热储类型为岩溶 -裂隙型，热水成因类型以热传导型为主，呈局部分布。顶板埋深700～1400m，其水温与富水性受热储岩性、结构、埋藏深度的控制。
2.2.2 临清坳陷地热田
临清坳陷地热田东以聊城-兰考断裂与鲁西隆起区相邻，西靠内黄隆起的东明凹陷，西北濒临衡水-隆尧隆起，北与黄骅坳陷相通，区域面积6942.5km2。盖层地温梯度为2.5～4℃/100m，平均地温梯度为3.3℃/100m，表现为地温梯度正异常。其热储层的埋藏分布规律：
新近系馆陶组热储：馆陶组热储层层底埋深受区域次级构造控制，在凹陷区深，凸起区浅。凹陷区层底埋深1400～1700m，凸起区为1300～1400m，厚度为100～500m。热储层岩性以中细砂岩为主，底部有砂砾岩及含砾砂岩，含水岩层累计厚度80～220m。区内现有地热井取水段1000～1500m，单井涌水量1000～1800m3/d，矿化度为3～5g/L，水化学类型为Cl—Na，渗透系数1.2～1.9m/d。
寒武系—奥陶系热储：主要分布在凸起构造区，隐伏在新生界、上古生界地层之下，顶板埋深在1000～1800m。热储类型为碳酸盐岩岩溶-裂隙型，热水成因以传导型为主，其次为对流型；推算温度为50～60℃；地热温度和富水性受控于热储层埋深和碳酸盐岩的岩性、地质条件、古风化壳的分布、构造破裂及岩溶发育程度等因素。
2.2.3 济阳坳陷地热田
济阳坳陷地热田北以陵县-老黄河口断裂为界与埕宁隆起相邻，南以齐河-广饶断裂为界与鲁西隆起相依，西与临清坳陷相通，东靠沂沭断裂，面积20712km2。区内地温梯度为2.5～5℃/100m，平均地温梯度为3.6℃/100m，表现为地温梯度正异常。其热储层的埋藏分布规律：
新近系馆陶组热储：在凹陷区一般为1200～1800m，凸起区一般为500～1300m，在孤岛凸起一带层底埋深为1700～1800m。地层厚度在凹陷区为350～500m，凸起区为250～325 m。热储层岩性以中细砂岩、砂砾岩、含砾砂岩为主，累计厚度为100～200m。区内现有地热井主要分布在凹陷区。在取水段1200～1400m深度内，单井出水量1900～2500m3/d，井口水温56～60℃，矿化度6～20g/L，水化学类型为Cl·SO4—Na 和Cl—Na型。
寒武系—奥陶系热储为碳酸盐岩溶-裂隙类型，主要分布在凸起区新生界地层之下，顶板埋深在500～1800m，面积大小不等，最大720km2。热储为层状或断裂带状，裂隙岩溶发育程度受基岩埋深、岩性、结构及断裂带的影响，具不均匀性，富水性差异较大。根据石油勘探地质资料，单井水量300～1000m3/d，井口水温52～90℃，矿化度8～15g/L。
2.2.4 鲁西隆起地热田
鲁西隆起地热田位于鲁西隆起构造单元，东、北以聊城-兰考、齐河-广饶断裂为界，西、南以黄河为界，面积6404.5km2。区内盖层地温梯度为2.5～5℃/100m，平均地温梯度为3.8℃/100m，表现为地温梯度正异常。其热储层的埋藏分布规律：
新近系馆陶组热储层：为孔隙-裂隙型热储，主要分布在聊城-兰考断裂和齐河-广饶断裂的附近及边缘，层底埋深为600～1000m，地层厚度为100～300m，热储层厚度为50～200m。因盖层薄，保温条件差，距山前较近，受地下冷水补给的影响，热储温度较低。据地温梯度推算，热储温度为30～42℃。
寒武系—奥陶系热储：隐伏在新生界与上古生界地层之下，顶界面埋深自南向北、自西向东埋深逐渐加大。阳谷、聊城东部顶面埋深为300～1200m；东阿-济南以北，顶面埋深为250～600m。区内现有地热水井在取水段1500～1600m深度内，热储层主要为奥陶系灰岩岩溶裂隙，富水性变化大，单井出水量1600～2000m3/d，水温为42～62℃，矿化度为2～5g/L，水化学类型为HCO3—Na型。
3 区内地热资源量
地热资源量的评价主要从两个方面进行，即区内可采热资源量与地下热水可开采量。只有当热储中贮存有足够的热资源量时，地热田才能形成。而地热资源的开发，需要以地热水为载体，将热储中的热量带到地表加以开发利用。依据“鲁北地区地热资源远景预测报告”的计算结果，根据评价区面积加以修正，区内地热资源量（表2）为：馆陶组地热水可开采量1.12×109m3/a，热量为1.19×1017J/a；奥陶系—寒武系碳酸盐岩岩溶-裂隙地下热水可开采量为8.09×107m3/a，热量为1.12×1016J/a。
表2 区内地热资源量计算结果一览表
4 勘查开发利用现状
4.1 区内地热资源勘查现状
区内对深层地质条件的研究始于20世纪60年代，地矿、石油系统为石油勘查进行了区域性的水文地质调查、深层重力勘查、航磁测量、地震勘查和石油钻探等工作。20世纪80年代以来，地矿部门相继在区内开展了不同规模地热资源的普查和研究工作，其中山东省地勘局第二水文地质工程地质大队于1996年率先在德州市城区进行了地热资源勘查工作，完成了《德州市城区地热资源详查报告》，这是全省第一份孔隙-裂隙型地热资源详查报告，于2002年对整个鲁北地区进行地热资源普查，提交了远景预测报告。目前，大部分地热田的勘查精度相对较低，多数为调查阶段的工作，且地热资源量的计算评价方法较单一。因此，所计算评价的资源量精确度较低。鲁北地区地热资源的勘查现状详见图2。
4.2 区内地热资源开发利用现状
区内地热资源的开发源于20世纪70年代，在石油勘探中，打出十几口水温大于50℃的地热井，受当时条件*，开发利用程度很低，仅局部用于洗浴、水产养殖和地震观测研究等。
20世纪90年代以来，山东省地勘局第二水文地质工程地质大队在聊城、德州、济南、滨州、东营市，进行了地热资源的地质普查和地热井的钻探工作，带动了区内地热资源的开发利用。目前共有地热井近50 眼，还有数眼正在施工。地热井井口水温49～86℃，单井出水量1000～2400m3/d。
目前，区内地热资源开发利用，主要有温泉洗浴、浴池游泳、生活供水、采暖、种植养殖等，形成了一定的规模，取得了显著的社会、经济和环境效益（表3）。
图2 地热资源勘查现状示意图
表3 鲁北地热田开发利用现状表
5 结论与建议
5.1 结论
（1）据地热资源所处构造位置，本区可划分为埕宁隆起、济阳坳陷、临清坳陷、鲁西隆起四个地热田；地热田热储层温度均小于90℃，为低温地热资源中的温热水-热水型地热资源。
（2）区内地热资源十分丰富，全区馆陶组地热水可开采量1.12×109m3/a，可采热资源量1.19×1017J/a；奥陶系—寒武系碳酸盐岩岩溶-裂隙地下热水可开采量为8.09×107m3/a，可采热资源量为1.12×1016J/a。
（3）区内地热资源勘查已具有一定规模，已完成勘查项目8 项，正在进行的勘查项目19项，这些项目的开展，对区内地热资源的进一步勘查提供了基础性资料。
（4）区内地热资源开发利用已进入实践阶段，目前主要用于温泉洗浴、浴池游泳、生活供水、供暖、种植养殖等，并形成了一定的规模，取得了显著的社会、经济和环境效益。
5.2 建议
地热资源作为一种可再生的绿色新能源，具有传统能源无可比拟的优越性；加强对区内地热资源的勘探与开发利用，是缓解区内能源紧张的有效途径。同时，需对其进行有效管理，防止过量开采产生的不良地质后果。
参考文献
蔡义汉.2004.地热直接利用.天津：天津大学出版社
陈墨香.1988.华北地热.北京：科学出版社
国家技术监督局.1990.地热资源地质勘查规范.北京：地质出版社
山东省地质矿产局.1995.山东省环境地质图集.济南：山东省地图出版社
