地熱資源是儲存在地球內(nèi)部的可再生熱能，具有對環(huán)境污染小、可就近利用的特點，是目前最受關注的清潔能源類型。魯北平原位于渤海灣盆地西南部，屬華北平原的一部分，是在華北地臺基礎上發(fā)展起來的中—新生代斷陷盆地，其地熱資源豐富，發(fā)育典型的沉積盆地型砂巖孔隙熱儲，屬傳導型地熱資源。陽信縣屬于魯北平原地熱田的一部分，熱儲層主要為新近系館陶組（Ｎ１ｇ），其地熱勘查開發(fā)工作始于2005年，隨著地熱資源的開發(fā)利用和地質(zhì)環(huán)境條件的逐步變化，以往獲取的地熱資源動態(tài)數(shù)據(jù)在時效性上已大不如前，不能正確地反映當前該縣地熱資源的實際情況；而且以往該縣開展的地熱勘查工作多集中在城區(qū)，因此縣域其他地區(qū)的館陶組熱儲層的地熱資源量還不清楚，嚴重制約了當?shù)?a href="http://m.zxkjjt.com/t/地熱產(chǎn)業(yè).html" >地熱產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為進一步查明陽信縣地熱資源家底，以該縣東部地區(qū)為研究區(qū)，通過資料收集、地熱地質(zhì)調(diào)查、大地電磁測深、地熱鉆探、產(chǎn)能測試、水質(zhì)檢測分析等手段，查明研究區(qū)地熱地質(zhì)條件、地溫場分布特征及地熱水水化學特征，建立熱儲概念模型并分區(qū)計算館陶組熱儲層的地熱資源量和地熱水可采量，提出地熱資源開發(fā)利用建議，以期為陽信縣地熱資源開發(fā)利用、當?shù)?a href="http://m.zxkjjt.com/t/地熱資源規(guī)劃.html" >地熱資源規(guī)劃管理等提供重要依據(jù)。

１ 研究區(qū)概況

陽信縣地處魯北平原區(qū)之三角洲平原亞區(qū)，地形較平坦，地勢南高北低、西高東低，自西南部向東北部傾斜，形成了緩崗、微坡平地和淺平洼地相間的地貌。地面高程一般在５～１３ｍ，平均約９ｍ，坡度為１／５０００～１／１００００。陽信縣地處中緯度地區(qū)，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區(qū)，四季分明，多年平均氣溫為１２.８℃，最冷月為１月，最熱月為７月。境內(nèi)年降水量較少且不穩(wěn)定、不均勻，歷年平均降水量為５６７.７ｍｍ，１月最少，為３．８ ｍｍ；７月最多，為１９１.６ｍｍ。境內(nèi)排澇河道主要是南部的鉤盤河和北部的白楊河，兩河橫貫縣境東西，東流入海。在大地構造位置上，陽信縣主體位于惠民潛凹陷，北部邊緣為無棣潛凸起， 東部邊緣為沾化潛凹陷（圖１）。惠民潛凹陷處于濟陽坳陷中部，為中—新生代斷陷盆地。受斷陷盆地深部的地幔結構、巖漿活動和地殼淺部的地質(zhì)構造、地層巖性、地下水活動等影響，區(qū)內(nèi)具備良好的熱演化條件。山東省大地熱流值由西往東逐漸升高，表現(xiàn)出東高西低的分布規(guī)律。華北地區(qū)大地熱流值平均為４７． １５５ ｍＷ／ ｍ^２，而研究區(qū)所在區(qū)域的大地熱流值達到６０ ～ ７０ ｍＷ／ｍ^２，高于華北地區(qū)平均值，具備良好的大地熱流背景。館陶組上覆第四系平原組（Ｑ_ｐｐ）和新近系明化鎮(zhèn)組（Ｎ_２ｍ），下伏古近系東營組（Ｅ_３ｄ），巖性主要為砂巖、泥巖、砂礫巖，富水性強，具備較好的儲集空間，構成了區(qū)內(nèi)最主要的孔隙—裂隙層狀熱儲層。

２ 地熱地質(zhì)條件及熱儲概念模型

２．１ 熱儲蓋層

研究區(qū)全區(qū)被第四系所覆蓋，館陶組上覆的平原組和明化鎮(zhèn)組屬于黏性土與砂性土組成的松軟層，沉積厚度為９００～ １ １００ ｍ，其巖性多為黏性土，結構致密，富水性差，巖性熱導率低，屬隔水層和隔熱層，為該區(qū)地熱成藏提供了良好的蓋層條件。

２．２ 地熱源

研究表明，區(qū)域上地熱主要屬傳導型地熱，熱源為正常的大地熱流增溫。館陶組地層中發(fā)育良好的孔隙、裂隙空間，起到了導熱、導水作用。從區(qū)域水文地質(zhì)條件來看，本區(qū)地熱水的補給來源很遠。地下水在水頭差和密度差的作用下，緩慢地進行循環(huán)交替運動，逐漸加熱并在館陶組孔隙—裂隙中存儲?？傮w上，區(qū)域上徑流條件較差，因此將地熱水視為靜態(tài)，可以不考慮其側向徑流補給和垂向越流補給。

２． ３ 熱儲層

館陶組砂礫巖層為本區(qū)可供開發(fā)利用的最佳熱儲層，該套地層中砂礫成分多，孔隙度高，含水性好，形成了良好的孔隙—裂隙層狀熱儲。研究區(qū)館陶組頂面埋深在９４０ ～１ １００ ｍ，底面埋深在１ ２００ ～１ ４００ ｍ，厚度為２００ ～３４５ ｍ，熱儲砂巖一般厚１２０ ～ ２２０ ｍ；地層產(chǎn)狀平緩，研究區(qū)西南部底面埋深＞ １ ３００ ｍ，地層厚度＞３００ ｍ；東北部底面埋深＜１ ２００ ｍ，地層厚約２００ ｍ（圖２）。

２． ４ 地溫梯度

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)研究區(qū)恒溫帶深度約為２０ ｍ，平均地溫為１４℃，２０ ｍ 以下為增溫帶。研究區(qū)現(xiàn)有６眼地熱井，取水層段均為館陶組，井口水溫為４８ ～５３℃。根據(jù)地熱井井口水溫、井深及恒溫帶深度，計算出區(qū)內(nèi)地溫梯度為２． ９３ ～ ３． ７０℃ ／１００ ｍ，平均為３． ５０℃ ／１００ ｍ，由南向北逐漸升高，全區(qū)均顯示明顯的地熱異常。

２． ５ 地熱水水化學特征

根據(jù)水質(zhì)分析結果， 研究區(qū)地熱水礦化度為６ ４７６． ３７ ～ １３ ９７５． ６８ ｍｇ／ Ｌ， 總硬度為５３４． ２０ ～１ ４４８． ２６ ｍｇ／ Ｌ，ｐＨ 值為７． ２ ～ ８． ０。水中陰離子以Ｃｌ－ 為主，含量為２ ７３４ ～ ８ ００９ ｍｇ／ Ｌ，毫摩百分數(shù)為４２％ ～９３． ８６％；其次為ＳＯ２ －４ ，含量為５９６ ～ １ ３６８ｍｇ／ Ｌ，毫摩百分數(shù)為５． １６％ ～ ２５． ０７％。陽離子以Ｎａ ＋ 為主，含量為２ １１７ ～４ ７１５ ｍｇ／ Ｌ，毫摩百分數(shù)為８５． ９４％ ～８９． ６５％。ＴＤＳ 含量為６ ４７７． ６４ ～１３ ９９７． ４５ｍｇ／ Ｌ，屬于咸水—鹽水 。ＳｉＯ_２含量為１５． １１ ～２１． ７７ｍｇ／ Ｌ，偏硅酸含量為１９． ６４ ～ ２８． ３０ ｍｇ／ Ｌ，Ｓｒ 含量為４． ６５ ～４２． ７ ｍｇ／ Ｌ，Ｌｉ 含量為０． ４２ ～ １． ５５ ｍｇ／ Ｌ，可作為理療礦泉水 。同時，水中的Ｆｅ、Ｍｎ、氯化物、硫酸鹽、ＴＤＳ 等含量均超過了《生活飲用水衛(wèi)生標準》（ＧＢ５７４９—２００６），說明研究區(qū)館陶組地熱水不能作為生活飲用水。

２． ６ 熱儲概念模型

根據(jù)前述地熱地質(zhì)條件，參考前人地熱資源量計算方法，將不規(guī)則的多斷塊的地質(zhì)形態(tài)，簡化為一個理想的幾何形態(tài)，并建立由熱儲蓋層、熱儲層、地熱源等組成的熱儲概念模型，具體如圖３ 所示。

３ 地熱資源量計算

３． １ 主要參數(shù)選擇

（１） 熱儲面積。熱儲面積按整個研究區(qū)面積５１５． ２６ ｋｍ^２考慮，同時根據(jù)地熱地質(zhì)條件和已有地熱井揭露的館陶組砂巖層厚度及地溫梯度，將研究區(qū)劃分為１１ 個分區(qū)（圖４），各分區(qū)面積為１９． ０５ ～ ６７． １１ｋｍ^２不等。

（２） 熱儲層厚度。據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔資料和物探資料，采用厚度近似加權平均值作為地熱資源量計算的熱儲層厚度，為１２５ ～２２５ ｍ。

（３） 熱儲溫度。利用蓋層地溫梯度及厚度來推算館陶組的熱儲溫度，可知熱儲溫度為５０． ０ ～５９． ３℃，總體較集中。

（４） 巖石和水的物理參數(shù)。根據(jù)《地熱資源評價方法及估算規(guī)程》（ＤＺ／ Ｔ ０３３１—２０２０）查得巖石密度、比熱容和地熱水比熱容，結果顯示本區(qū)館陶組熱儲巖石密度為２ ６００ ｋｇ／ ｍ^３，比熱容為８７８ Ｊ／ （ｋｇ·℃）；地熱水比熱容?。?１８６． ８ Ｊ／ （ｋｇ·℃）。根據(jù)區(qū)內(nèi)地熱井測井資料等推測巖石孔隙度，然后根據(jù)《地熱資源評價方法及估算規(guī)程》（ＤＺ／ Ｔ ０３３１—２０２０）附錄插值求得地熱水密度，為９８３． ７ ～９８８． ０ ｋｇ／ ｍ^３。

（５） 熱儲層水頭高度。以區(qū)內(nèi)地熱井水位標高的平均值作為本次計算的水頭標高，然后根據(jù)館陶組頂面標高計算熱儲層水頭高度，各分區(qū)水頭高度按近似加權平均取值，為８８９ ～１ ０６９ ｍ。

（６） 熱儲回收率。根據(jù)《地熱資源評價方法及估算規(guī)程》（ＤＺ／ Ｔ ０３３１—２０２０）附錄Ｂ． ２． ３ 中有關規(guī)定，館陶組熱儲回收率定為２５％。

（７） 熱儲層水動力參數(shù)。根據(jù)本次抽水試驗資料及區(qū)域地質(zhì)資料，確定熱儲層的滲透系數(shù)、給水度、彈性釋水系數(shù)取區(qū)內(nèi)地熱井平均值，分別為１． ７９７ ２ ｍ／ ｄ、０． ２３、０． ０００ ２１。

３． ２ 計算結果

３． ２． １ 地熱資源量計算結果

本文采用熱儲法計算熱儲中儲存的地熱資源量，計算公式如下：

式中：Ｑ 為熱儲中儲存的總熱量；Ｑ_ｒ 為巖石中儲存的熱量；Ｑ_ｗ 為地熱水中儲存的熱量；Ａ 為計算區(qū)面積；Ｍ為熱儲層厚度；ρｒ 為熱儲巖石密度；ｃ_ｒ 為熱儲巖石比熱容；?_ｒ 為熱儲巖石孔隙度；ｔ為熱儲溫度；ｔ_０為當?shù)啬昶骄鶜鉁?，?。保玻浮?；?為熱儲中儲存的水量；ｃ_ｗ 為地熱水比熱容；ρｗ為地熱水密度；Ｗ_１ 為截止到計算時刻，熱儲孔隙中地熱水的靜儲量；Ｗ_２ 為水位降低到目前取水能力極限深度時，熱儲所釋放的水量（彈性儲量）；μ 為熱儲層彈性釋水系數(shù)；Ｈ 為計算熱儲起始點以上高度。經(jīng)計算，研究區(qū)館陶組熱儲層中的地熱資源總量為９． ６７７ ３ ×１０１８ Ｊ，折合標準煤３． ３０２ ０ ×１０８ ｔ，其中巖石儲存熱量為５． ３８２ １ × １０１８ Ｊ，地熱水儲存熱量為４． ２９５ ２ ×１０１８ Ｊ。從館陶組各計算分區(qū)儲存的熱量分布可以看出，巖石儲存的熱量均比地熱水儲存的熱量多（圖５），巖石中儲存的熱量占熱儲總熱量的５５.６％，是地熱水儲存熱量的１． ２５ 倍。

３． ２． ２ 地熱水可采資源量計算

（１） 單井可采資源量。按照《地熱資源評價方法及估算規(guī)程》（ＤＺ／ Ｔ ０３３１—２０２０）附錄Ｃ． ３． ２，求取計算區(qū)地熱水可開采量，計算公式為：

式中：Ｗｗｋ為地熱水可開采資源量；Ｔ 為導水系數(shù)；ｓ_１ 為計算區(qū)中心水位降深；ｔ_ｋ 為開采時間；Ｒ_ｋ 為開采半徑；Ｗ_ｗｄ為地熱水單井可采量；ｓ_２ 為單井附加水位降深；Ｒ_ｄ為單井控制半徑；ｒ 為抽水井半徑。經(jīng)計算，研究區(qū)中心水位降深與單井開采附加水位降深之和不大于１００ ｍ 的情況下，地熱水開采期限內(nèi)（１００ ａ）的可采量可達到２ １７１． ３１ 萬ｍ^３ ／ ａ，單井可采量為６４． ６６ 萬ｍ^３ ／ ａ?？刹季當?shù)計算及合理井距?？刹季當?shù)計算公式為：

式中：Ｎ 為可布井數(shù)。

計算結果表明研究區(qū)可以布設３３ 眼地熱井。其合理井距為：

式中：Ｒ′為單井開采權益保護半徑。

按照單井開采權益保護面積為矩形進行計算，得出單井開采權益保護半徑為１ ９７５ ｍ，則合理井距為３ ９５０ ｍ。

４ 地熱資源開發(fā)利用建議

通過本次調(diào)查可知，區(qū)內(nèi)地熱水出口溫度為４８ ～５３℃，主要用于取暖。地熱水中富含對人體健康有益的Ｓｒ、Ｌｉ 和偏硅酸等微量元素，具有一定的醫(yī)療價值，可作為洗浴和理療保健用水。同時地熱水礦化度及Ｃｌ－ 含量較高，屬咸水，不宜直接排放，不能作為農(nóng)田灌溉用水，但可以用于漁業(yè)養(yǎng)殖。區(qū)內(nèi)地熱資源開發(fā)利用存在以下問題：①缺少地熱回灌井，未制定回灌方案，應及時制定“以灌定采”措施，并確保回灌質(zhì)量；②利用方式單一，綜合利用程度較低，沒有形成地熱資源的梯級開發(fā)方式；③開采布局不合理，現(xiàn)有地熱井主要集中在城區(qū)范圍，開采時間段集中在采暖季節(jié)，在時間、空間上過于集中。針對上述問題，建議采取以下措施：①施工１ 眼回灌井，利用地熱尾水回灌，在保證地熱資源可持續(xù)開發(fā)的同時，解決尾水排放問題；②對區(qū)內(nèi)地熱資源采取梯級利用，以提高資源利用率；③加強地熱資源管理，及時調(diào)整開采布局，合理開采利用地熱資源，防止地熱資源過度開發(fā)利用。

５ 結論

（１） 陽信地區(qū)地熱資源豐富，成因類型為熱傳導型，最佳熱儲層為新近系館陶組砂礫巖層，屬層狀孔隙—裂隙型熱儲，熱儲層頂面埋深９４０ ～ １１００ ｍ，厚２００ ～３４５ ｍ，其中熱儲砂巖厚度為１２０ ～２２０ ｍ。

（２） 通過地熱資源量評價，估算館陶組熱儲中地熱資源總量為９． ６７７ ３ ×１０１８ Ｊ，折合標準煤３． ３０２ ０ ×１０８ ｔ；地熱水可開采量為２ １７１． ３１ 萬ｍ^３／ ａ，可布井３３眼，合理井距為３ ９５０ ｍ。