賈艷雨，李亞輝

(1.中國石化集團(tuán)新星石油公司新能源研究院，河南 鄭州 450000；2.河南省煤田地質(zhì)局，河南 鄭州 450016；3.河南省能源鉆井工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016)

河南清豐地理位置位于河南省東北部，屬濮陽市管轄，地處黃衛(wèi)平原。整個(gè)縣城處于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降雨量616 mm，7-9月份為雨季，7月份為降水高峰，8月份次之。前期針對(duì)清豐地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件研究較少，認(rèn)識(shí)不足，資源利用率不高。

1 地?zé)豳Y源特征

清豐地區(qū)地?zé)豳Y源類型主要為傳導(dǎo)型，熱儲(chǔ)類型為層狀熱儲(chǔ)，熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)完整，熱儲(chǔ)層、蓋層發(fā)育齊全。

1.1 控?zé)針?gòu)造與運(yùn)移通道

凸起和斷裂是清豐地區(qū)的主要控?zé)針?gòu)造。清豐地區(qū)構(gòu)造單元上位于華北板塊—渤海灣盆地—臨清坳陷—內(nèi)黃凸起北部(圖1)，基巖埋深淺，地球內(nèi)部的熱能容易通過高熱導(dǎo)率的剛性巖層向上傳導(dǎo)，使得清豐縣成為較好的地?zé)岙惓^(qū)?？h城東部存在切穿深達(dá)上地幔的深大張性斷裂—長垣斷裂和蘭聊斷裂，區(qū)域資料顯示兩條斷裂組合的主干斷裂均切穿地殼，越過莫霍面進(jìn)入上地幔，不僅能夠溝通地下深處的熱源，同時(shí)可以起到導(dǎo)通熱流體的作用。受區(qū)域應(yīng)力的影響清豐縣城內(nèi)發(fā)育一定的次級(jí)斷裂，在一定程度上影響熱儲(chǔ)的埋深和富水程度。

圖1 內(nèi)黃凸起區(qū)域構(gòu)造圖與清豐縣相對(duì)位置圖

1.2 熱儲(chǔ)層特征

清豐縣已鉆井完鉆垂深介于1 200～1 900 m之間，主要鉆遇新生界第四系、新近系、晚古生界石炭系、二疊系和早古生界奧陶系、寒武系地層?，F(xiàn)有資料顯示，清豐地區(qū)主要發(fā)育新近系砂巖、砂礫巖和奧陶系、寒武系灰?guī)r、白云巖巖溶兩種類型的熱儲(chǔ)層。

新近系熱儲(chǔ)層主要為明化鎮(zhèn)組和館陶組含水層。清豐區(qū)域新近系明化鎮(zhèn)組厚度約為250～750 m，單層含水層厚度多介于2～20 m之間，巖性上表現(xiàn)為灰黃色泥巖及棕黃色、棕色、棕紅色砂巖互層，夾少量灰色條帶，該套地層上部較為松散，地?zé)衢_采利用率較低，中下部受壓實(shí)作用影響，固結(jié)成巖性明顯變好。新近系館陶組厚度多在500～700 m之間，含水上部巖性主要為棕色泥巖與中細(xì)砂砂巖互層，下部發(fā)育大套的灰白色砂礫巖夾棕紅色泥巖。已有鉆井資料顯示，新近系可利用的含水層厚度在200 m以上，砂巖、砂礫巖孔隙度一般大于20%，滲透率達(dá)120 md以上。

清豐地區(qū)奧陶系熱儲(chǔ)層頂板埋深在1 100～1 500 m左右，現(xiàn)有鉆井揭露厚度為54～677 m，主要為峰峰組、上馬家溝組和下馬家溝組熱儲(chǔ)層。峰峰組地層因中奧陶世末期地殼上升影響，經(jīng)歷了風(fēng)化剝蝕階段，目前均是殘存厚度，平面差異較大，其巖性主要為一套厚層狀深灰色隱晶灰?guī)r，夾薄層灰白色、褐灰色隱晶白云巖及含膏角礫狀白云巖，溶蝕現(xiàn)象普遍，具風(fēng)化殼的特征。上馬家溝熱儲(chǔ)層巖性為灰色、淺灰色白云巖夾灰色石灰?guī)r，下馬家溝組熱儲(chǔ)層段巖性為深灰色厚層石灰?guī)r，中部夾一厚層白云巖。峰峰組、上馬家溝組和下馬家溝組碳酸鹽巖巖溶和裂縫發(fā)育，是清豐縣目前開采的最主要熱儲(chǔ)層，開采此層位的地?zé)峋疁鼐?0℃以上，水量在100 m3/h左右?，F(xiàn)有鉆井最多揭露寒武系地層厚度118 m，巖性主要為灰、深灰色厚層白云巖，含水性略差于奧陶系碳酸鹽巖。

1.3 蓋層條件

新近系熱儲(chǔ)蓋層為第四系和新近系上部松散的粘土、粉質(zhì)粉土、粉細(xì)砂、泥質(zhì)砂礫石。寒武-奧陶系熱儲(chǔ)蓋層為上部碎屑巖及第四系松散層。

2 地溫特征

2.1 恒溫帶的確定

清豐縣多年平均氣溫13.4℃，野外調(diào)查區(qū)域內(nèi)淺水井76口，測溫結(jié)果顯示清豐縣城附近恒溫帶埋深24.8 m，溫度16℃。

2.2 地溫分布特征

利用清豐地區(qū)已有地?zé)峋疁y溫資料(表1)，根據(jù)公式1，計(jì)算清豐地區(qū)地溫梯度，結(jié)果顯示新近系熱儲(chǔ)層的平均地溫梯度3.34℃/100m，奧陶系熱儲(chǔ)層平均地溫梯度2.26℃/100m。不同熱儲(chǔ)層地溫梯度差異較大，主要是地層巖性不同影響著巖石熱導(dǎo)率的變化，從而影響地溫梯度。地?zé)峋钆c測井溫度關(guān)系圖顯示(圖2)，地?zé)峋疁囟瓤傮w表現(xiàn)為隨著深度加大地層溫度逐漸增高的趨勢，灰?guī)r地層的增溫率明顯小于砂巖地層，很好的反映了垂向地溫梯度與巖性的變化關(guān)系。清豐縣區(qū)域內(nèi)，縣城北部地溫梯度計(jì)算結(jié)果稍高于縣城中部，初步推斷可能和斷裂發(fā)育情況有關(guān)。

表1 清豐縣部分地?zé)峋骄販靥荻冉y(tǒng)計(jì)表

圖2 清冶3井深度與測井溫度關(guān)系圖

(1)

式中：ΔT/ΔH為地溫梯度；T為鉆孔測井溫度(℃)；T0為恒溫帶溫度(16℃)； h為鉆孔測溫段埋深(m)；h0為恒溫帶埋深(24.8 m)。

3 地?zé)崃黧w化學(xué)特征

化驗(yàn)分析資料顯示，清豐縣新近系熱儲(chǔ)地?zé)崃黧w化學(xué)類型為SO4·Cl-Na型水。PH值7.9左右，屬弱堿性水，礦化度2 274.68 mg/L左右，屬微咸水，總硬度(以CaCO3計(jì))為353.5 mg/L，屬硬水，總?cè)芙庑怨腆w一般在2 358 mg/L左右，H2SiO3含量一般在31 mg/L左右。清豐縣奧陶系地?zé)崃黧w化學(xué)類型主要為硫酸?氯化物型水(SO4·Cl)，其中清冶2井和清冶3井為SO4·Cl-Ca·Na型水，清冶4井為SO4·Cl-Na·Ca型水。奧陶系地?zé)崃黧wpH值介于7.1～7.4之間，屬弱堿性水，礦化度在2 585.82～2 941.67 mg/L之間，屬咸水，總硬度(以CaCO3計(jì))在1 108～1 515 mg/L之間，屬特硬水，總?cè)芙庑怨腆w一般在2 714.82～3 075.91 mg/L之間，H2SiO3含量一般在32.5～46.3 mg/L之間?？傮w來看，奧陶系熱儲(chǔ)層之間地?zé)崃黧w化學(xué)成份變化不大，說明該區(qū)熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w水平方向聯(lián)系密切，新近系熱儲(chǔ)地?zé)崃黧w化學(xué)成分和奧陶系熱儲(chǔ)地?zé)崴瘜W(xué)成分有一定差別，說明新近系熱儲(chǔ)和奧陶系熱儲(chǔ)之間水力聯(lián)系較弱。

4 地?zé)豳Y源開發(fā)利用與保護(hù)措施

4.1 地?zé)豳Y源開發(fā)利用

清豐地區(qū)地?zé)崴疅o味，無肉眼可見物，但不符合直接飲用標(biāo)準(zhǔn)，不能作為飲用水。清豐地區(qū)地?zé)豳Y源屬中低溫地?zé)豳Y源，新近系砂巖熱儲(chǔ)層受其特征影響，在清豐地區(qū)可以視為無限邊界儲(chǔ)層，整個(gè)地區(qū)大面積連續(xù)分布，根據(jù)新近系砂巖熱儲(chǔ)層地?zé)崴攸c(diǎn)，300～600 m的新近系熱儲(chǔ)所賦存的地?zé)崴疁囟榷嘈∮?5℃，可用于農(nóng)灌、養(yǎng)殖與土壤加溫，而埋藏深度介于600～1 300 m深度的新近系熱儲(chǔ)層地?zé)崴疁囟榷嘟橛?5℃～50℃之間，可用于醫(yī)療、洗浴、溫室。大于1 300 m埋藏深度的奧陶系、寒武系地?zé)崴?，地?zé)崴疁囟榷啻笥?0℃，可用于供暖和工業(yè)應(yīng)用，但因巖溶熱儲(chǔ)層平面和縱向非均質(zhì)性均較強(qiáng)，不同區(qū)域富水程度差異明顯，針對(duì)此類型的熱儲(chǔ)層開發(fā)利用需開展深入的勘查認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)工作?，F(xiàn)清豐境內(nèi)有少數(shù)地?zé)峋糜谙丛?，鉆井深度一般在1 300 m以下，利用新近系砂巖熱水；中石化新星公司在縣城南部開展了多個(gè)地?zé)峁┡?xiàng)目，利用奧陶系巖溶熱水，地?zé)峋畣尉吭?00 m3/h左右，項(xiàng)目地?zé)嵛菜毓嗵幚?，采用取熱不取水的工藝流程于供暖季運(yùn)行。綜合來看，整個(gè)清豐地區(qū)的中深層地?zé)豳Y源利用率不高，地?zé)崂庙?xiàng)目較少且利用單一，缺少系統(tǒng)規(guī)劃和監(jiān)督管理。

4.2 地?zé)豳Y源保護(hù)

地球內(nèi)部雖然具有源源不斷的熱量，但地?zé)豳Y源卻是在特定的水文地質(zhì)、水文地球化學(xué)環(huán)境等條件下形成的，在規(guī)劃利用中應(yīng)十分注意地?zé)豳Y源的保護(hù)，以保證地?zé)豳Y源的利用效率和可持續(xù)性。在地?zé)豳Y源保護(hù)中，應(yīng)該注意做好以下幾個(gè)方面：(1)建立建全地?zé)豳Y源管理和審批制度，地?zé)豳Y源開采利用應(yīng)該在取得礦權(quán)或許可證的條件下進(jìn)行，實(shí)行嚴(yán)格審批，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置地?zé)崮芾脵?quán)限。(2)針對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉、養(yǎng)殖、溫泉洗浴等地?zé)崴昧肯鄬?duì)較小的項(xiàng)目，應(yīng)根據(jù)區(qū)域地?zé)豳Y源可采量計(jì)算，合理設(shè)置地?zé)崴畲箝_采量，對(duì)于超采范圍嚴(yán)格征稅、罰款或禁止項(xiàng)目繼續(xù)運(yùn)行，以保護(hù)地?zé)豳Y源可持續(xù)利用。(3)針對(duì)供暖利用和工業(yè)利用等取水量較大的項(xiàng)目，對(duì)取熱不取水、實(shí)施同層回灌的供暖和工業(yè)項(xiàng)目給予支持和鼓勵(lì)，嚴(yán)格禁止只取地?zé)崴徊扇”Ｗo(hù)措施的供暖和工業(yè)項(xiàng)目建設(shè)，從而提高地?zé)豳Y源利用率，保護(hù)地?zé)豳Y源。(4)建立相關(guān)的動(dòng)態(tài)監(jiān)督機(jī)制，時(shí)時(shí)監(jiān)督不同類型地?zé)崂庙?xiàng)目是否嚴(yán)格按著批復(fù)規(guī)定取水、回灌，是否在地?zé)豳Y源保護(hù)的前提下開展利用。(5)打造地?zé)豳Y源梯級(jí)利用項(xiàng)目示范工程，推動(dòng)地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展。

5 結(jié)語

河南清豐地區(qū)地?zé)豳Y源豐富，發(fā)育新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組，古生界奧陶系、寒武系等幾套熱儲(chǔ)層。國家《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》指明了地?zé)崮馨l(fā)展的方向和目標(biāo)，結(jié)合不同熱儲(chǔ)層、不同深度的地?zé)豳Y源特點(diǎn)，合理利用清豐地區(qū)的地?zé)豳Y源，可能成為清豐地區(qū)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，但是在利用中應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。