中深层地热资源储量勘察评价

中深层地热资源储量勘察评价

董海婷

（ 河南省中工设计研究院集团股份有限公司 451460）

摘要：中深层地热资源是一种清洁、可再生的能源，具有深远的环境效益。本文通过案例介绍了中深层地热能资源的勘察评价方法，对项目区进行了地热地质条件分析，并采用可控源音频大地电磁、天然选频等综合物探方法进行了中深层地热能调查研究，并对地热储量进行了分析评价，为当地地热资源的合理开发可持续开发利用提供了基础地质数据。

关键词：地热能 勘察方法 物探

1. 项目概况

河南省夏邑县业庙乡地处夏邑南大门，是两省三县交界处，业庙地热资源勘察有助于当地地热资源开发。本文通过对勘查区所在区域的地质、水文、地热井等资料的收集和研究，利用物探综合勘查方法，探明了勘查区深部的地层、构造的空间分布特征，初步查明了地热特征。

本项目根据实际地质、环境情况等布置物探工作，用天然选频对勘查区进行调查工作，圈定构造的走向及分布位置。

2 区域地质背景

2.1地层

调查区属华北地层区华北平原分区豫东小区，地表全为新生界沉积物所覆盖，无基岩出露，根据区域地质、石油钻孔及SR－1地热井资料，区域上自下而上发育的地层有太古界、古生界寒武－奥陶系、石炭系上统、二叠系、中生界三叠系、侏罗－白垩系、新生界古近系、新近系和第四系。

2.2区域构造

区域上，调查区位于永城背斜西侧，鹿邑－永城凹陷东部，夏邑背斜南侧，区域整体位于凹陷地层中。由于受后期构造运动的影响，在区域北部保留了寒武奥陶系地层，调查区内保留了石炭、二叠系煤系地层。项目区主要有以下构造：夏邑背斜、杜集背斜、永城背斜。

2.3区域大地热流特征

根据《河南省地热资源现状调查与区划报告》河南省地质调查院(2015.08)及《中国大陆地区大地热流数据汇编(第一、第二、三版)》等资料，我省大地热流值数据点主要分布于沉积盆地，其中通许凸起大地热流值约在53.2~71.2mw/m2之间，平均61.8mw/m2，呈NNW向展布，许昌以北为高值条带，豫东地区睢县—夏邑一带，大地热流值约在58.79~43.50mw/m2之间，呈西高东低趋势分布。

2.4区域地温场特征

根据收集资料区域新生界地温场特征进行分，区域内荷泽凸起、通许凸起等凸起区地温梯度值相对较高，一般2.75～3.75℃/100m。济源开封凹陷、周口凹陷地温梯度一般3.0～3.5℃/100m。夏邑县业庙乡地温梯度值约为2.5-2.92℃/100m，在调查区内寻找梯度增温型地热资源具有较好的前景。

3. 地热地质条件

区域上调查区位于通许凸起东南部，地热类型属沉积盆地传导型，热储类型为新近系孔隙型层状热储、古近系裂隙孔隙型层状热储及古生界二叠系－石炭系层状热储，热储结构完整，控热断裂、导热断裂、热储、盖层齐全。热源供给主要为大地热流传导，其次为深部热能沿断裂通道对流上涌。

依据调查区地热地质条件，调查区主要位于夏邑凸起南部、永城凸起东部、鹿邑－永城凹陷东缘，地热热储主要以层状孔隙热储为主，根据储层时代及储水介质特征，调查区层状热储可分为新近系孔隙热储、古近系裂隙孔隙热储、古生界溶蚀裂隙热储。调查区构造发育，二叠系碎屑岩、砂岩热储也可赋存丰富的地热资源，具一定的开发利用价值。

4. 物探工作方法与技术

4.1天然选频工作方法与技术

天然电场选频法是测量大地地磁场选频后微弱的交变电场的方法，仪器便携、工作装置简单抗干扰能力强。本次天然选频测量三频测量剖面的频率为25Hz、67Hz、170Hz三个频率进行测量，多频测深采用60个固定频率进行测量。

运用天然选频测量，可以快捷方便的寻找出有利于赋水的位置，然后以多频测深和电法相互结合，进行进一步的验证和定井工作。

4.2可控源音频大地电磁测深测量

⑴技术参数及要求

测线尽量布置垂直地层走向、构造走向或异常走向，测线长度应能控制异常边界或勘探区构造边界，测线尽量与地质勘探线或其它物探剖面、测线重合。设计点距40m。

可控源音频大地电磁法工作参数：设计场源接地偶极子长度AB≥1.0km；设计最小收发偏移距r≥5.0km。

根据具体现场地理、交通和接地的条件在满足收发距离（R）大于5倍勘探深度且接收信号可靠的条件下，可再作调整。其它技术参数是：接收偶极距：40m；中低频率段供电电流≥10A；工作频率范围：0.125Hz-8192KHz，频点间隔，避开50Hz及其倍频频点，低频端在保证探深的前提下视近场响应情况做调整。

5.物探数据的整理及解释

5.1物探工作方法的综合运用

根据对调查区综合资料的研究和分析，区域构造主要以近北向和北东向为主，因此布置了两条近东西向剖面，采用了天然选频法、CSAMT物探方法相结合，对所测结果相互对比印证，经综合研究分析，以达到地球物理勘探综合方法寻找地下储水储热构造为目的。

5.2物探成果推断解释

（一）天然选频测量成果

图5-1剖面1天然选频测量成果

从天然选频测量成果可以看出，调查区内170Hz相对平缓，说明浅部地层稳定，主要以第四系黄土为主，1剖面深部异常位于点510m，2剖面点540m处也有异常反应，多频测深也有一定的反应，推测为断层引起。其中2剖面东部自然电位高主要是受距离村庄较近引起，中部270m处低值异常受大棚影响。

图5-2剖面2天然选频测量成果

图5-3地热资源调查1剖面天然选频多频测深成果

5.3CSAMT推断解释

结合地质资料分析，地表第四系厚约200m，主要呈低阻特征，地表附近团窝状中阻异常主要为第四系砂砾引起。调查区内新近系厚约700米，赋存于地下200m至地下900m之间，主要呈低阻异常，其中在地下300m出现极低阻异常，推测为新近系主要含水层。二叠系赋存于地下900m以深，主要呈中阻异常，二叠系上部中低阻主要为砂岩层，受断层和上部新近系水源补偿，孔隙水发育，是本次地热资源开发的主要储热层。二叠系下部电阻率逐渐升高，推测为石炭系地层引起。

图5-4 CSAMT测量成果

5.4综合分析

通过对已知资料的综合研究和分析，结合本次测量成果，调查区内热储层主要两层，上部为新近系孔隙水热储，埋深于地下200m至地下500m，总厚约300米，岩性主要为粗砂岩、砂砾岩、砂岩；下部为古生界孔隙水热储，主要位于二叠系中上部，岩性为砂岩，热储底板位于地下1300m，总厚度约400米，为调查区域内主要开发的热储层。

6.地热储量评价

通过本次物探成果的分析，基本了解了调查区附近的地质、水文地质情况，据物探成果，结合地质、化探等综合资料，对调查区附近各地层的空间分布特征和电性特征有了进一步的认识。为进一步的勘探地热资源提供了依据，达到了工作目的。

6.1 评价依据

调查区地热资源开发可行性主要依据以下几个方面：

1、调查区位于豫东平原，地下热水资源丰富，地温梯度值约为2.4-3.0℃/100m，利于寻找梯度增温型地热资源。

2、根据已有资料搜集，在地下1400米处存在水温在43℃以上的地热资源，水源品质高，为本次工作提供了重要参考。

3、调查区内断层发育，为地热传导提供了重要通道。

6.2 评价结论

（1）井位确定

通过本次工作，基本查明调查区所在地区地层分布情况，其中第四系黏土、砂土、砂砾层厚约200米，呈中低阻异常特征；新近系后约700m，热储层厚约300m，主要是砂岩内孔隙水为主。调查区深部为二叠系地层，在夏邑县附近，由于断层发育，具有较好的热储条件。

通过本次工作，调查区内泥岩层、页岩层为主要的隔热隔水层，推荐最佳井位位于1剖面点480m处,设计井深1500米，出水量为40m3·h,预估水温40℃～55℃。

（2）地热储量及可开采量预估

根据评价原则及热储概念模型，地热储存资源评价采用热储法；地热可开采资源评价：新生界新近系、古近系热储层采用最大允许降深法，古生界热水储集层采用回采系数法。评价依据主要为《地热资源地质勘查规范》(GB/T11615－2010)、《地热资源评价方法及估算规程》（DZ／T 0331-2020）。

①单井开采权益保护半径

按单井可开采量开采100年、消耗15%左右的地热资源储量，采用下式计算地热井开采对热储的影响半径(R)，视其为单井开采权益保护半径：

Q－－地热井产量，取960m3/d；

f－－水比热与热储岩石比热的比值(按照45℃计算，水比热取4180J/kg·℃，热储岩石比热取920J/kg·℃)；

M－－热储层厚度，取400m。

经计算，地热井在不考虑回灌情况下，开采权益保护半径为919m。

②地热资源量估算

新生界热储层储存的热水资源包括含水介质(砂岩)相对隔水层(泥质岩)中两部分，热能量包括热水蕴含热能及岩石所包含热能两部分。计算公式如下：

新生代存资源(热水量、热能量)计算公式如下：

QR1=A·D·Φ=2.38×108m3

QRE1=A·D〔ρwCwΦ+ρrCr(1-Φ)〕(T-T0)=3.42×1016J

③总地热资源储量

地热流体产量QR=QR1+QR2=5.56×108m3

地热资源量QRE=QRE1+QRE2=8.0×1016J

④开采资源(热水量、热能量)计算如下：

QW=REQR=5.56×107m3

Qwh=REQRE=8.0×1015

RE－－回采系数（取值0.1）。

6.3工作建议

通过资料的收集和研究，结合本次工作成果，对于调查区地热资源勘查建议如下：

1）本次地热储量评价依据物探手段，鉴于物探技术的局限性，分析计算储量应进行钻井工程验证；

2）调查区面积较小，对判别深部构造有一定的影响。建议地热开发利用时扩大物探勘察面积，增加工作量。

参考文献：

1、CSAMT在黄河沉降断裂带地热勘察中的应用[J]，李致君等，工程地球物理学报2018（4）；

2、河南省地热资源开发利用现状与问题研究，卢予北等，探矿工程(岩土钻掘工程)，2010年10期

3、广域电磁法在郑州地区深部地热资源勘查中的应用[J]，邵炳松,阮传侠,赵苏民,等，地质与勘探.2023,59(2)

4、商丘市城区可采地热资源量计算分析，商真平等，人民黄河2009（5）

5、中国地热资源现状及发展趋势[J]，王贵玲等，地学前缘2020，(1)

1