濮阳县地热地质特征研究

2010-09-06河南省水文地质工程地质勘察院张青山单元磊李海林

河南科技 2010年9期

河南省水文地质工程地质勘察院张青山单元磊李海林

濮阳县地热地质特征研究

河南省水文地质工程地质勘察院张青山单元磊李海林

一、前言

濮阳县位于河南省东北部，在构造上位于内黄凸起与东明断陷的结合部位。研究表明，在长垣断裂西侧蕴藏着丰富的地热水资源，由于濮阳县地热资源开发起步较晚，且程度不高，对于濮阳县地热地质条件的研究尚处于空白，因此，研究濮阳县地热地质特征，对于濮阳县地热资源的进一步开发利用有着一定的意义。

二、地质条件

濮阳县在区域构造上处于中朝准地台华北坳陷南部，内黄凸起与东明断陷之间的过渡地带。长垣断裂从县城东部经过，该断裂属聊兰深断裂带西侧的边界断裂，走向北北东，物探及钻孔资料揭示，该断层切割古生界至新近系，构成内黄凸起与东明断陷的边界，并对两构造单元的形成和发展具有控制作用。断面东倾，倾角50°以上，西盘上升，东盘下降，为正断层。一般落差2000m，最大达3000m。断层西部古近系地层较薄，有利于深部热源直接通过中生界地层传导至新近系的热储层内。

三、热储层的空间分布与特征

根据钻孔资料，濮阳县城一带1200m以内为新近系明化镇组热储层，其上部为厚175～240m的第四系地层，由热阻率较高的黏土层和砂层组成，成为明化镇组热储层的良好盖层。根据热储温度的不同，将工作区1200m以内的明化镇组热储层划分为温水储层和温热水储层。

1.温水储层。主要分布在160～772m之间，总厚度为162～202.6m，层数为20层左右，水温在20℃～40℃。

2.温热水储层。主要分布在735～772m以下，温热水储层层数为22层左右，单层厚度2.7～12.5m，最厚为23.5m，总厚度为150—203m。在空间上，906.5～1 200m是目前温热水的主要开采层位，主要开采层位上部岩性为细、粉砂岩与黏土岩互层，下部为中、细砂岩与黏土岩互层，夹2～3层厚约5m左右的粉砂岩。根据抽水试验资料，主要开采层单位涌水量为2.93～6.44m3/h·m，砂（岩）层出水率为0.029m3/h·m·m～0.05m3/h·m·m，渗透系数为10.93m/d，导水系数为1146.5m2/d，水温48℃～51℃。

四、地温场平面变化特征

1.地温梯度计算方法。根据区内钻孔水温（测温）和恒温带地温资料计算，计算公式如下：

式中，G为地温梯度（℃/100m），tm为井口水温（℃），Hm为取水段平均深度（m），t0为恒温带温度（15.5℃），H0为恒温带深度（23m）。地温梯度计算结果如表1所示。

表1 地温梯度计算结果

2.地温梯度变化特征。由表1可以看出，在长垣断裂西侧，23m（恒温带）至1184m的地温梯度为3.27～3.34℃/100m；23m～689m的地温梯度为3.18～3.36℃/100m；在平面上变化上，长垣断裂以西地区（即内黄凸起）为地温正异常区为3.26～3.34℃/ 100m；以东（即东明断陷）为地温正常区为2.6℃/100m。

3.地温异常与长垣断裂的关系初步分析。据现有资料，工作区内的地温梯度由西北向东南逐渐降低，经过长垣断裂以后，地温梯度变为正常，与新近系厚度由西北向东南逐渐增厚有一致性。从工作钻钻孔位置来看，长垣断裂两侧钻孔（如丰1濮深1）的地温梯度值要小于远离长垣断裂而新近系厚度较薄、基底凸起区钻孔（如CP1、CP2、CP3）的地温梯度值。初步认为工作区内的地温异常主要与基底凸起有关，和长垣断裂的关系较小。

五、地热水水化学特征

据水样分析资料，按舒卡列夫分类法，温热水水化学类型为H-Na、CL·H-Na型水，矿化度为1.36～1.83g/L，属于微咸水；硬度（以CaCO3计）22.5～56.54mg/L，属于软水。PH值为8.1～8.3，呈弱碱性。

六、热储温度及温热水的循环深度

1.热储温度。利用钾镁温标进行计算，它代表不太深处热水贮集层中的热动力平衡条件，公式为：

式中，tc为热储温度，C1为水中钾的浓度，C2为水中镁的浓度。计算结果为tc=60℃。

2.温热水循环深度。利用式（3）进行计算：

式中，h为温热水的循环深度，tc为热储温度，t0为恒温带温度（15.5℃），h0为变温带深度（23m），G为地温梯度（3.27℃/ 100m）。计算结果为h=1355.34m。

七、温热水成因分析

温热水的成因及生成年龄是个较为复杂的问题，本次采用水化学特征分析、地质环境分析及放射性同位素测试等多种方法进行综合研究。

1.温热水成因分析。

（1）水化学特征分析。由于本区没有岩浆活动，内生水的可能性极小，据本区地热井的水质分析资料可求得rNa/rCl≫1，[Cl]/[Br]≫300，（海水rNa/rCl=0.87，[Cl]/[Br]≈300）故不可能为海相沉积水；且rNa/rCl≫1，[Cl]/[Br]≫300，及矿化度在1～3g/L之间，具有溶滤水的特征。

（2）同位素分析。各种成因类型的天然水有不同的氢、氧组成，如表2所示。

表2 天然水氢氧同位素组成

将本次同位素分析资料（δD=-82.8，δ18O=-9.8）与表中数据相对照，可以得出区内温热水属大气降水成因。

（3）地质环境分析。新生界地下热水的成因也与新生代水文地质发育史有关。东明断陷在新生代时期表现为裂谷型沉积，由于断裂的持续活动，凹陷快速下沉，沉积了巨厚的古近系。新近纪时期为区域凹陷型的河湖相沉积，因此时本区河流纵横，湖泊密集，气候炎热，蒸发作用使湖泊水质不断咸化并随着凹陷的持续下降而留在沉积物中。第四纪以来本区继续下沉，使新近系被覆盖埋藏于地下，成为一个半封闭型水文地质构造系统。本区位于太行山东麓的黄河冲积平原，接受太行山的侧向微弱补给及黄河的侧向径流补给，使新近系沉积的咸水不断淡化。

综上所述，濮阳县新近系地下热水属于侧向补给的溶滤水与沉积水的混合物。