聊城市城區地熱地質(zhì)特征與地熱資源開(kāi)發(fā)利用

  聊城市位于山東省西部，歷史悠久，享有“古運之都，江北水城”之稱(chēng)。聊城市城區具有地熱資源形成的天然條件，地熱資源豐富。近年來(lái)聊城市城區地熱資源開(kāi)發(fā)利用規模不斷增大，在供暖、醫療洗浴、旅游開(kāi)發(fā)等方面得到廣泛利用?？茖W(xué)、合理地開(kāi)發(fā)利用地熱資源，對發(fā)展經(jīng)濟、保護環(huán)境、提高人民生活水平具有重要的意義。

 

  1 區域地質(zhì)背景聊城市城區大地構造位于魯中隆起與臨清拗陷結合部，臨清拗陷的東南邊緣，聊考斷裂的西側。

 

  1.1 地層。

 

  受區域構造影響，聊考斷裂以西沉積了巨厚的新生界地層，厚度在3000m以上。東側發(fā)育有古生界奧陶系、石炭—二疊系及新生界地層，新生界地層厚度不足千米。

 

  奧陶系：巖性以層狀灰巖、泥灰巖、白云質(zhì)灰巖為主。

 

  石炭—二疊系：巖性以砂巖、泥巖夾煤層為主。

 

  古近系：主要發(fā)育東營(yíng)組和沙河街組。東營(yíng)組為砂巖、泥巖的交互沉積。沙河街組以灰色泥巖為主，次為粉砂巖、細砂巖、油頁(yè)巖、碳酸鹽巖的細碎屑巖沉積。

 

  聊城市城區地熱地質(zhì)特征與地熱資源開(kāi)發(fā)利用斷裂西側沉積了巨厚的新近系、古近系地層；斷裂東側缺失古近系地層，新近系地層發(fā)育也不完全，下伏石炭—二疊系地層。在古潛山石炭—二疊系地層缺失。據聊考斷裂東側聊古1井資料，新近系館陶組發(fā)育厚度僅41m，且直接覆蓋于奧陶系地層之上。

 

  2 地熱地質(zhì)特征。

 

  聊城市城區位于聊考斷裂西側，地熱水主要為新近系館陶組和古近系東營(yíng)組碎屑巖類(lèi)裂隙-孔隙水。受聊考斷裂及其影響，熱儲層埋藏深度由南東向北西方向逐漸增大，熱儲層厚度亦有自東向西、由南向北逐漸變厚的規律。

 

  2.1 熱儲層。

 

  （1）新近系館陶組熱儲層。

 

  館陶組熱儲層為城區主采熱儲層之一，熱儲層呈層狀展布，含水層巖性以中粗砂巖、含礫粗砂巖為主。熱儲層頂界埋深為900～1100m，底界埋深1200～1400m，厚度300～400m，鉆孔揭露砂巖累計厚度100m左右，孔隙度30%左右。熱儲層地熱水溫度為45℃～53.5℃；單井涌水量502.82m3/d（聊大地熱井）。

 

  （2）古近系東營(yíng)組熱儲層東營(yíng)組熱儲層為城區主采熱儲層之一，巖性為砂巖、泥巖的交互沉積，底界埋深1600～1700m（昌潤金地熱井1606.67m未揭穿），揭露最大厚度238.26m（鑫城地熱井），砂巖累計厚度115m左右，孔隙度26%左右；單井涌水量979.20～1623.272m3/d。

 

  2.2 蓋層。

 

  館陶組熱儲蓋層為其上的第四系和新近系明化鎮組地層，總厚度940～1100m。東營(yíng)組熱儲蓋層為其上的館陶組、明化鎮組、第四系等。蓋層巖性由多層粘性土、砂性土、砂層、泥巖及砂巖組成，隔熱性能好，為良好的熱儲保溫層。

 

  2.3 熱源及通道。

 

  熱源主要來(lái)自正常的地殼深部熱流，以正常地溫傳導為主。另外，深部熱流通過(guò)聊考斷裂上涌也是重要的增溫熱源；同時(shí)，聊考斷裂活動(dòng)產(chǎn)生的熱能也是補給熱源之一。聊百大與聊大地熱井取水層位相當，出水口溫度低5℃，昌潤金地熱井與美景地熱井取水層位相當，出水口溫度低2℃～3℃，為聊考斷裂溝通深部熱源的佐證。

 

  新近系館陶組熱儲層和古近系東營(yíng)組熱儲層地熱水以緩慢徑流補給為主，據同位素分析地熱水來(lái)自大氣降水，從西、西南部經(jīng)緩慢徑流補給本區。

 

  3 地熱水質(zhì)特征。

 

  （1）地熱水水化學(xué)特征。

 

  聊大、聊百大地熱井開(kāi)采層位為新近系館陶組，其地熱水水化學(xué)特征：地熱水礦化度為8283.42mg/L、3969.6 mg/L，屬咸水；pH值為7.3、7.9，屬中性水；總硬度（以CaCO3計）為1349.40 mg/L，398.66 mg/L，屬極硬水、硬水；水化學(xué)類(lèi)型均屬Cl?SO4-Na、SO4?Cl-Na型水。

 

  美景、鑫城、昌潤金地熱井開(kāi)采層位為新近系館陶組和古近系東營(yíng)組混合地熱水資源，其地熱水水化學(xué)特征為：地熱水礦化度為5035.87～10120.76mg/L，屬咸水-鹽水；總硬度為718.06～1496.61mg/L，屬極硬水；水化學(xué)類(lèi)型屬Cl?SO4-Na型、Cl-Na型水。

 

  （2）有益的組份或離子地熱水中含有多種對人體有益的組分或離子，其中館陶組地熱水中鍶含量已達到命名礦水濃度（聊大地熱井），偏硅酸、碘含量達到礦水濃度，偏硼酸、氟含量達到了有醫療價(jià)值濃度，聊百大地熱井有益組份或離子濃度遠低于聊大地熱井。

 

  館陶組與東營(yíng)組熱儲混合開(kāi)采的美景地熱井鍶?碘含量達到命名礦水濃度。溴?偏硅酸達到礦水濃度，偏硼酸達到有醫療價(jià)值濃度。昌潤金與鑫城地熱井有益組分或離子含量相近，碘、偏硼酸、偏硅酸達到礦水濃度，還含有其它有益組分或離子。

 

  （3）離子的分布特征。

 

  館陶組與東營(yíng)組熱儲混合開(kāi)采時(shí)，靠近聊考斷裂地熱井水化學(xué)類(lèi)型簡(jiǎn)單，為Cl-Na型（美景地熱井），遠離聊考斷裂為Cl?SO4-Na型（昌潤金、鑫城地熱井）。地熱水中有益組份或離子濃度亦顯示靠近聊考斷裂濃度值高。如館陶組熱儲鍶（聊大地熱井）、館陶組與東營(yíng)組混合熱儲鍶?

 

  碘（美景地熱井）含量達到命名礦水濃度。為聊考斷裂傳導深部熱、液及有益組分或離子的有力佐證。

 

  4 可采資源量。

 

  （1）地熱資源可開(kāi)采量估算。

 

  根據美景、昌潤金、鑫城地熱井對館陶組和東營(yíng)組熱儲混合開(kāi)采估算的單位面積可利用的地熱資源量為2.7448×109～5.080×109J/m2，平均4.0437×109J/m2，聊城市城區面積以54.31km2進(jìn)行估算，聊城市城區可開(kāi)采地熱資源量為2.196×1014kJ，折合標準煤750.40×104t。

 

  （2）地熱水可開(kāi)采量估算。

 

  根據美景、鑫城、昌潤等地熱井抽水試驗資料，降深20m時(shí)的地熱水允許開(kāi)采量為987.84～1623.27m3/d，平均單井允許開(kāi)采量為1287.66m3/d[2]

 

  ；地熱井合理井距為1785.2～2489.92m，平均為2217.6m。估算可布設地熱井14眼，城區地熱水可開(kāi)采量為1.803×104m3/d，合658.1×104m3/a。

 

  5 地熱資源開(kāi)發(fā)利用的幾點(diǎn)建議。

 

  （1）地熱資源勘查。

 

  聊城市城區地熱資源主要賦存于新近系館陶組和古近系東營(yíng)組砂巖中，并與泥巖互層，斷裂構造會(huì )破壞其連續性，降低含水性能，因此在地熱井布設時(shí)應盡可能地避開(kāi)斷裂構造。

 

  （2）地熱資源開(kāi)發(fā)。

 

  地熱資源開(kāi)采時(shí)應根據對水溫的要求不同，分層、分段開(kāi)采地熱水。合理布設地熱井，嚴控單井允許開(kāi)采量。

 

  （3）地熱水綜合利用。

 

  根據地熱水水溫綜合梯級利用地熱資源，充分發(fā)揮地熱水的價(jià)值。以美景地熱井為例，抽取的地熱水（56℃～58℃）經(jīng)處理后進(jìn)行供暖，供暖回水（42℃左右）進(jìn)行洗浴，洗浴廢水（<35℃）用來(lái)沖洗馬桶等。

 

  地熱水除用于供暖、洗浴外，經(jīng)適當處理后還可用于熱帶魚(yú)養殖、溫室花卉種植、灌溉等。

 

  （4）地熱資源保護。

 

  地熱水資源并不是取之不盡用之不竭的，不合理開(kāi)采，很容易破壞熱儲層，且難以恢復，并誘發(fā)次生災害。

 

  在利用地熱資源造福人類(lèi)的同時(shí)還要注重對其進(jìn)行保護，控制開(kāi)采量、進(jìn)行回灌是保護地熱資源比較有效的方法。

 

  6 結論。

 

  （1）聊城市城區開(kāi)發(fā)利用的地熱資源為聊考斷裂以西的新近系館陶組和古近系東營(yíng)組熱儲層。館陶組熱儲溫度45℃～50℃，礦化度2.97～8.23g/L，單井涌水量502.82m3/d，水化學(xué)類(lèi)型為Cl?SO4-Na。館陶組與東營(yíng)組混合熱儲溫度51℃～58℃，礦化度5.05～10.12g/L，單井涌水量979.20～1623.272m3/d，水化學(xué)類(lèi)型Cl?SO4-Na型、Cl-Na型水。

 

  （2）聊考斷裂溝通了深部熱源，開(kāi)采層位相同時(shí)，從聊考斷裂向西水溫逐漸降低，地熱水中Sr、I等有益元素含量降低，水化學(xué)類(lèi)型變復雜。

 

  （3）新近系館陶組和古近系東營(yíng)組熱儲補給非常緩慢，開(kāi)采利用時(shí)應合理布設井位、控制單井開(kāi)采量，有條件時(shí)應進(jìn)行回灌補源，防止過(guò)量開(kāi)采造成熱儲層不可逆轉的惡化，避免次生災害的發(fā)生。

 

  （4）地熱資源十分寶貴，開(kāi)采的地熱水盡可能地進(jìn)行綜合梯級利用，充分發(fā)揮地熱水價(jià)值，服務(wù)于經(jīng)濟及工農業(yè)發(fā)展，造福地方人民。