高 俊, 李燕燕, 王贵玲, 张保建*, 邢一飞

1)中国地质科学院, 北京 100037;2)自然资源部地热与干热岩勘查开发技术创新中心, 河北石家庄 050061;3)中国地质科学院水文地质环境地质研究所, 河北石家庄 050061

雄安新区具有得天独厚的地热资源潜力, 水热型地热资源丰富, 该地区具有高渗透热储和区域连续性盖层的凸起构造是我国中东部地区地热资源开发利用条件最好的地区(马峰等, 2020; 郭飒飒等,2020; 罗宁等, 2021)。雄安新区包括了牛驼镇地热田、容城地热田大部分以及高阳地热田北部。地热资源分布广、埋藏浅、温度高、储量大、水质优, 属于地热资源非常丰富的地区(王贵玲等, 2017; 庞忠和等, 2017, 2020), 但该地区深部地热资源赋存条件复杂, 目前深部热储结构不明。地热科学钻探为获取深部热储空间结构有关数据提供了直接手段, 也为获取深部流体样品提供了机会(赵佳怡, 2020)。牛驼镇、容城地热田由于碳酸盐岩热储埋深较浅, 已具有多年开发历史和较大开发规模。吴爱民等(2018)分析了位于容城—牛驼镇地热田中南部的地热钻孔, 阐明了3500 m深度的岩溶热储的主要参数, 初探了深部岩溶热储空间结构。何登发等(2018)综合利用最新的高精度地震和深钻井资料, 建立了雄安新区的地层和构造系统, 该区凸起和凹陷相间发育的构造格局和断裂分布特征对区内油气和地热资源的储集条件和富集规律有着重要的控制作用。鲁锴(2019)对雾迷山组岩溶热储特征和演化过程进行了深入研究,雾迷山组岩溶热储主要岩性为晶粒白云岩, 岩性及岩相、成岩作用和构造应力是雾迷山组有利热储形成的主控因素。戴明刚等(2019a)总结了雄安新区起步区及周边地区地热资源成藏模式与影响因素, 并对雄安新区3500 m以浅的碳酸盐岩热储可采资源量进行了评估, 雄安新区地热资源量回收率和布井规模有限制, 目前雾迷山组主流单井产量110 m3/h、回注量165 m3/h、井距500 m合理, 可以满足100年的地热田开发寿命且符合国家水热下降许可指标(戴明刚等, 2019b)。唐博宁等(2020)详细分析了雾迷山组岩溶裂隙的形成演化与几何特征, 热储中裂隙网络发育, 连通性好, 具有非常好的导水储水性能, 为雾迷山组地热资源富集提供了良好条件。胡秋韵等(2020)通过分析容城凸起地热资源成藏模式, 基于COMSOL软件, 模拟了不同采灌量对可采地热资源量的影响, 通过在各开采区内合理布置开采和回灌井, 评价了容东地区采灌均衡条件下的地热资源量。马峰等(2020)分析了容城地热田热储空间分布特征及资源潜力, 分析了深部蓟县系雾迷山组和高于庄组热储空间分布特征, 并对深部热储资源潜力进行了评价。

雄安新区高阳地热田相对于牛驼镇、容城地热田而言, 勘查程度较低。雄安新区高阳地热田碳酸盐岩热储埋深较深, 开发时间较晚, 规模较小。中国地质调查局在高阳地热田北部深部碳酸盐岩地热资源探测取得重要进展, 继2019年探获了单井供暖面积50万 m2的华北地区产能最大地热井后, 又于 2020年探获了井口温度达 123.4 ℃的华北地区温度最高的地热井。两口高温、高产地热井的成功实施, 揭示了雄安新区深部存在地热开发的第二空间, 深部碳酸盐岩热储温度高、流量大、开发潜力巨大。王贵玲等(2020)依托雄安新区高阳地热田中北部的 D35孔, 通过抽水试验、水样测试分析, 研究雾迷山组岩溶热储特征、主要参数, 蓟县系雾迷山组岩溶热储,岩性主要为白云岩、泥质白云岩。D35孔单井供暖潜力达38.5万m2, 为目前发现的雄安新区范围内产能最大地热井。王思琪等(2021)分析总结了雄安新区高阳地热田东北部深部古潜山地热资源的最新勘查成果, 阐述了雄安新区深部高温古潜山热田的聚热机制。

本文基于中国地质调查局在雄安高阳地热田地热科学钻探获取的深部空间数据和样品采集数据,分析了雄安新区高阳地热田深部热储空间结构, 并结合雄安新区地热开发利用基本原则, 利用数值模拟方法, 对雄安新区高阳地热田深部热储资源潜力进行了评价。

1 研究区概况

1.1 地热背景

雄安新区安新县中南部地区地质构造上为高阳台凸的一部分, 也属于高阳地热田。安新县有华北最大的淡水湖泊白洋淀, 地表水、地下水资源均丰富(刘伟坡等, 2013), 为开发地热提供了良好的条件。可开发利用的地热资源有两层, 上层地热蕴藏于新生界第三系的馆陶组和孔店组, 水温 45～84 ℃; 下层蕴含在蓟县系, 水温 70～120 ℃, 其特点是: 贮量大, 埋藏深, 水温高, 压力强, 水质性状良好。

雄安新区高阳地热田共有地热井 25口, 其中,新近系馆陶组孔隙型热储地热井 19眼, 古生界寒武—奥陶系裂隙岩溶型热储地热井 3眼, 元古界长城—蓟县系裂隙岩溶型热储地热井3眼。地热水年开采量 64.32×104m3, 主要用于供暖和洗浴, 供暖面积达到16.01×104m2, 年洗浴人次13.8万人(刘现川等, 2018)。

1.2 区域构造

雄安新区所处的华北平原北部主要由自西向东的太行山隆起、冀中坳陷、沧县隆起和黄骅坳陷4个呈“凸凹”相间的构造单元控制。雄安新区位于渤海湾盆地西部的冀中坳陷内, 构造单元上包括牛驼镇凸起、容城凸起、高阳低凸起北部以及部分霸县凹陷和饶阳坳陷(图1)。在高阳低凸起及周边形成“凹中有凸”的构造形态(图1)(于长春等, 2017; 何登发等, 2018; 吴爱民等, 2018)。整体位于冀中坳陷北部与中部的构造过渡与转换部位(杨明慧等, 2002;郭飒飒等, 2020; 崔悦, 2020)。冀中坳陷基底地层凹凸相间的构造格局下产成的热流侧向再分配造成该区异常高的地温场和大地热流值(陈墨香等, 1982,1990; 陈墨香, 1988; 熊亮萍和张菊明, 1988)。

图1 雄安新区高阳低凸起区构造图(据郭飒飒等, 2020修改)Fig. 1 Structural diagram of the Gaoyang low uplift in Xiongan New Area(modified from GUO et al., 2020)

雄安新区新近纪以来地层沉积稳定, 第四系、新近系厚度变化较小。古近系以下地层则受构造影响,沉积厚度有较大区别。南北剖面(图2)显示高阳低凸起古近系厚度千米左右, 下伏蓟县系地层厚度大于500 m; 向北至安新转换带, 古近系最深处厚度增大至 2000 m以上, 已揭露的蓟县系也显示裂隙发育,水量较大且温度较高; 穿越徐水断裂至容城地热田后, 古近系较少沉积, 新近系明化镇组与下伏蓟县系雾迷山组等地层呈不整合接触, 蓟县系普通厚度较大, 最深处超过2000 m。北西向剖面(图3)显示高阳低凸起西侧的保定凹陷内, 古近系沉积厚度巨大,但向东至高阳低凸起顶部方向厚度急剧变薄, 且出现寒武、奥陶、青白口等地层(图1), 至高阳低凸起顶部后新生界直接位于蓟县系之上, 古近系下部地层缺失, 蓟县系顶板埋深在 2900～4000 m, 地层厚度数百米至近两千米, 顶部破碎带发育。

图2 雄安新区高阳地热田南北向(B-B’)地质剖面(B-B’位置见图1)Fig. 2 North-south geological section of Gaoyang geothermal field (location of B-B’ as in Fig. 1)

图3 雄安新区高阳地热田北西向(F-F’)地质剖面(F-F’位置见图1)Fig. 3 NW geological section of Gaoyang geothermal field(location of F-F’ as in Fig. 1)

1.3 地温场特征

利用测温数据进行了钻井的深度-温度和地温梯度曲线绘制(图4), 并计算了钻井的各热储的地温梯度。在150 m以浅, 井温受浅部地表水的扰动比较严重, 线性关系不好; 在 1000 m 以深地热井的线性关系良好, 反映了传导型地温场的特点, 随着深度的增加温度呈线性增加; 3500 m以深是岩溶热储,虽然还是线性增加关系, 但是地温梯度明显降低,原因在于岩溶热储岩性为灰岩、白云岩, 这类岩石的热导率明显高于新生代的砂泥质沉积岩(1倍以上)。钻孔温度与深度之间呈现较好的线性规律, 温度随深度增加而增加, 地温梯度值波动不大, 呈现出传导型增温特点(图4)。从平面上看, 从西向东,地温梯度由 2.33 ℃/(100 m)逐渐增加到东部的2.60～2.70 ℃/(100 m), 反映了从西部保定凹陷到中部高阳低凸起区, 地温梯度逐渐增大。D35孔古近系孔店组与蓟县系雾迷山组的接触部位, 地温梯度2.5 ℃/(100 m)猛增到十几℃/(100 m), 说明深部基岩地热水的对流影响是存在的。

图4 雄安新区高阳地热田钻孔稳态测温与地温梯度曲线Fig. 4 Steady-state temperature measurement and geothermal gradient curves of boreholes in Gaoyang geothermal field

研究区断裂构造及岩溶比较发育, 利于碳酸盐岩地下水的深循环对流加热后上升, 使深部热更易到达浅层, 形成局部浅部热异常, 因此这些断裂发育带往往是热储最发育的地区。新生界地温梯度(2.5 ℃/(100 m)左右)明显高于蓟县系碳酸盐岩的地温梯度(1.0 ℃/(100 m)左右)(图4), 说明在3500 m深度以下碳酸盐岩地下水的深循环热对流仍然比较强烈。深部碳酸盐岩热储的地温梯度, 与岩溶发育程度亦密切相关, D34孔蓟县系高于庄组比D35孔蓟县系雾迷山组岩溶发育程度更强烈, 相对应的 D34孔地温梯度(1.20 ℃/(100 m))明显高于 D35孔地温梯度(0.90 ℃/(100 m))。牛驼镇凸起区与容城凸起新生界的地温梯度较高, 最高分别在 8.0 ℃/(100 m)与6.0 ℃/(100 m)以上, 高阳低凸起地温梯度较低,在2.5～3.0 ℃/(100 m)之间(图5), 这主要是因为牛驼镇凸起区与容城凸起基岩埋深较浅, 新生界底部碳酸盐岩热储水热对流明显而温度较高, 且热量容易沿热导率高的岩层传递, 因而使下伏基岩的顶部保持较高的温度, 对上部新生界有一定的“烘烤”作用。

图5 雄安新区新生界地温梯度等值线图(据戴明刚等修改, 2019a)Fig. 5 Contour map of geothermal gradient in the Cenozoic region of Xiongan New Area(modified from DAI et al., 2019a)

2 热储空间结构

2.1 热储特征

根据地层时代沉积韵律旋回, 热储发育程度,稳定隔水层的分布及其水文地质特征, 将本区热储类型分为两种类型: 一种是以热传导为主的, 在大地热流控制作用下形成的孔隙型热储, 即第三系热储; 另一种是在热传导与热对流共同作用下形成的深循环构造裂隙型热储, 即基岩热储。雄安新区高阳地热田自上而下热储主要为包括新生界新近系馆陶组、古生界寒武系和中元古界蓟县系、长城系等热储(图6)。目前5000 m以浅可开采热储为馆陶组孔隙热储与基岩热储。基岩裂隙岩溶热储包括奥陶寒武系、蓟县系热储。中元古界蓟县系热储在区内分布广泛, 为区内最重要的热储, 具有埋藏浅、温度高、水量大、易采易灌的优点。

图6 雄安新区高阳地热田典型地层综合柱状图(据何登发等修改, 2018)Fig. 6 Comprehensive histogram in Gaoyang geothermal field (modifed from HE et al., 2018)

(1)新近系馆陶组孔隙热储

新近系馆陶组热储在雄安新区均有分布, 包括安新转换带和高阳低凸起地区, 岩性以砂岩、泥岩为主。地层顶界埋深一般为1000～1600 m, 底界埋深 1200～2200 m。地层厚度为300～500 m, 热储厚度一般为 60～206 m, 厚者达 340 m。岩性以砂岩、砂砾岩为主, 呈微固结-半固结。热储层数一般为5～11层, 单层厚度一般为7～15 m, 最薄2.0 m,最厚可达 33.3 m。砂厚比为 24%～51.4%, 孔隙度22%～30%。热储中部温度为47～75 ℃。地热井抽水试验显示, 馆陶组热储单井出水量 65～87 m3/h,水温50～70 ℃。是本区主要的热储之一。

(2)蓟县系雾迷山组热储

雾迷山组热储主要为白云岩, 在高阳低凸起的顶部与蠡县斜坡北部的雁翎潜山一带, 顶界埋深为3000～3500 m, 深部顶界埋深为3500～4000 m。雾迷山组热储厚度约为 300～1000 m储厚比均值为19.0%左右。岩石孔隙度一般小于6.0%, 最大孔隙度可达22.4%, 平均孔隙度为3.39%。渗透率分布范围较大, 从0.01～1 000 mD及以上均有分布, 主要分布于0.01～100 mD之间, 所占比达87.8%。热储温度一般在 100～120 ℃, 出水量 90～170 m3/h左右,矿化度2～6.5 g/L。

(3)蓟县系高于庄组热储

高于庄组热储顶深1425～3 600 m, 一般厚度不低于800 m, 岩性主要为灰色白云岩夹泥质白云岩、硅质白云岩, 含燧石团块或条带, 孔隙度为2%～6%,渗透率为 0.1～160 mD。热储温度一般在110～140 ℃, 出水量50～100 m3/h, 矿化度3 g/L左右。

2.2 热储分区

雄安新区高阳地热田共部署实施 4口地热勘探井, 其中部署D33孔, 用于采灌试验; D32井目的揭露蓟县系地层, 但由于井深所限, 未能揭露到蓟县系; 在地热田东北部雁翎潜山的西北部与南部边缘分别部署了D35、D34井, 目的是揭露高阳地热田(雄安新区范围内)的蓟县系(表1, 图6)。结合已有的地热井资料, 基本查明了高阳地热田(雄安新区范围内)的地层、构造、热储的空间分布情况。雄安新区高阳地热田浅部以新近系馆陶组热储为主, 深部以蓟县系雾迷山组、高于庄组热储为主要热储。

表1 雄安新区高阳地热田钻孔揭露地层情况Table 1 The strata exposed by drilling holes in Gaoyang geothermal field

根据基岩埋深等值线图(图7), 整个地热田分为三段, 由西向东分别为西部凹陷区、中央隆起区、东部斜坡区(图8)。西部凹陷区: 由于由西向东逐渐覆盖了寒武系、石炭二叠系, 因此, 雾迷山组热储顶板埋深由西向东从3700 m到超过4200 m, 地热井出水温度介于 60～80 ℃之间; 中央隆起区: 该区构造上为雁翎潜山, 雾迷山组热储顶板埋藏深度为3000～3600 m, 埋藏深度由隆起中心向东西两侧逐渐加深, 地热井出水温度超过100 ℃, 南高北低, 典型地热井 D35和 D34(表1), 单井出水量一般超过100 m3/h; 东部斜坡区: 雾迷山组上部为古近系地层覆盖, 热储顶板埋深为3650～3900 m。

图7 雄安新区高阳地热田基岩埋深等值线图(据戴明刚等修改, 2019a)Fig. 7 Contour map of bedrock burial depth in Gaoyang geothermal field (modified from DAI et al., 2019a)

图8 雄安新区高阳地热田雾迷山组热储分区图(据戴明刚等, 2019a修改)Fig. 8 Geothermal reservoir zoning map of Wumishan Formation in Gaoyang geothermal field(modified from DAI et al., 2019a)

3 资源量评估

3.1 基本原则

针对雄安新区碳酸盐岩热储, 充分结合区域热储发育特征, 按照区块化管理的要求制定采灌均衡条件下地热资源可持续开发评价方法, 为地热资源开发利用规划提供支撑。本研究评价规则来自雄安新区地热清洁能源调查评价报告(张保建等, 2021),结合项目钻探热储深度, 水量平衡标准取已有开发地热井和未来开发地热井回灌率的平均值(马峰等,2020)。

(1)在地热田三维地质模型的基础上计算主要热储静态地热资源量及地热流体储存量。

(2)运用长期动态监测数据(温度、水位)开展动态评价, 评价区块地热资源可持续开采量和地热流体可持续开采量。

(3)评价深度5000 m, 评价热储为蓟县系热储。

(4)水量平衡: 区块内地热水回灌率达到90%; 水位年降幅小于2 m; 地下水水位埋深不低于150 m。

(5)热量平衡: 预测评价 100年不发生热突破;开采井水温10年降幅小于1 ℃; 回灌井供暖恢复后,温度下降小于2 ℃。

3.2 热储法

研究区碳酸盐岩裂隙热储为蓟县系、长城系两层热储, 其中蓟县系包括雾迷山组和高于庄组热储,蓟县系热储为目前主要利用热储, 长城系热储为未来潜力热储。雄安新区高阳地热田面积615.88 km2(白洋淀水体除外), 高阳地热田 5000 m深度内对蓟县系热储进行评价。采用热储法计算地热资源量, 包含了岩石中的热量和岩石孔隙中流体所蕴含的热量(中国国家标准化管理委员会, 1985),基本公式如下:

式中:Q为地热资源量(kJ);Cr、Cw分别为热储岩石比热和水的比热(kJ/(kg·℃));ρr、ρw分别为热储岩石密度和水的密度(kg/m3); Φ 为热储岩石孔隙率(或裂隙率);qw为流体储量, 包括静储量和弹性储量(m3);T1为热储温度(℃);T0为恒温层温度(℃);V为热储体积(m3)。评价参数值取自雄安新区地热清洁能源调查评价报告(张保建等, 2021), 见表2, 水的密度和比热参照不同温度下水的密度表查表获取, 岩石密度取2870 kg/m3; 岩石比热取921.14 kJ/(kg·℃)。经计算雄安新区高阳地热田蓟县系热储地热可开采资源量为 66.8×106m3/a, 地热流体可开采热量为255.14×1014J/a, 折合标准煤86.72万t/a, 其中雾迷山组资源量占 29.7%, 高于庄组地热资源量占70.3%。

表2 雄安新区高阳地热田蓟县系碳酸盐热储地热资源评价参数选取表Table 2 Table of geothermal resources evaluation parameters for Jixian Carbonate Reservoir in Gaoyang Geothermal Field, Xiongan New Area

3.3 数值法

对热储构建数值模型是目前被认为最有效的地热资源评价方法, 首先构建研究区三维可视化地热地质模型, 并根据该区的热储形成条件及类型, 可以推断地下热储有利位置, 较直观地揭示了地下地质体的空间展布规律, 为该区热资源评估提供了有价值的参考资料依据; 同时借助强大的计算机功能可以将已有的开发监测数据进行不断的拟合, 逐渐提高评价的精度(Ciriaco et al., 2020)。

在收集大量物探解译、钻探、热储等值线、测井解译等资料基础上, 综合考虑热储的空间分布特征, 选择 SKUA-GOCAD作为建立区域内第四系至太古宙的地层空间结构模型。将三维地质模型中要模拟的区域转换成六面体网格, 导入TOUGH2中进行数值模拟。

3.3.1 模型概化

雄安新区高阳地热田内分布的主要地层包括第四系、新近系、古近系、寒武奥陶系、蓟县系、长城系、太古界。本次模拟将高阳地热田范围内的地层概化为第四系、明化镇组、馆陶组、东营组、沙河街组、寒武—奥陶系、蓟县系(雾迷山组、高于庄组)、长城系、太古界等10个地层。考虑地层的各向异性, 每个地层具有不同的热物性特征, 建立了区域内第四系至太古界的地层空间结构模型。模型的底边界定义为等温面边界, 热量不断地通过地层和断裂传导对热储进行补给; 顶边界为热量散失边界;侧边界为外延边界, 根据模型内部水位的变化, 确定水热的流入或流出, 见图9。

图9 雄安新区高阳地热田3D地质体模型Fig. 9 3D geological body model of Gaoyang geothermal field in Xiongan New Area

3.3.2 主要参数

蓟县系雾迷山组热储在研究区普遍分布, 面积约为727.15 km2。钻井揭露顶板埋深为2671～4200 m,揭露厚度为200～270 m; 蓟县系高于庄组热储钻井揭露顶板埋深为3693～4500 m, 揭露厚度为300～800 m。三维地质模型模拟蓟县系雾迷山组顶板埋深平均值为3 653.37 m, 厚度平均值为255.19 m, 底板埋深平均值为 3 921.36 m; 高于庄组顶板埋深平均值为3 754.76 m, 厚度平均值为856.23 m, 底板埋深平均值为4610.99 m。热储体积来自地质建模, 根据资料收集分析、抽水试验、热响应试验、岩性热物性测试等结果, 获得研究区雾迷山组热储基本参数(表3)。

表3 模型计算参数赋值表Table 3 Hierachical parameter table based on numerica model

雾迷山组热储温度采用温度测井中获取的热储平均温度111 ℃, 水位埋深采用地热井平均水位, 裂隙率根据测井结果取热储的平均裂隙率为 3.3%, 高于庄组热储温度采用温度测井中获取的热储平均温度123.4 ℃, 水位埋深采用地热井平均水位, 裂隙率根据测井结果取热储的平均裂隙率为 1.87%, 以上参数取值取自雄安新区地热清洁能源调查评价报告(张保建等, 2021)。压缩系数考虑水和岩石的综合压缩系数, 取值 3.6 MPa-1, 弹性释水系数根据热储体积、孔隙度和压缩系数求取, 为 3.28×10-5。水的密度采用相应热储温度下水密度值, 63 ℃下取983.03 kg/m3, 115 ℃下取944.2 kg/m3, 水的比热随温度变化较小, 这里统一取值4 186.8 J/(kg·℃); 以上参数取自地热资源评价方法DZ 40-85(1985)。碳酸盐岩的密度和比热均来自室内试验测试的平均值。

3.3.3 评价结果

本次评价的标准为水位和温度综合标准, 根据开采井静水位埋深和温度降低情况设定标准, 即开采100年时间内, 开采井静水位埋深不超过150 m、170 m, 且开采井温度降低小于2 ℃、4 ℃。以此为标准, 通过设计不同的采灌量方案, 评价最大可采资源总量。共设计四种方案, 方案结果如下:

(1)方案一(2 ℃, 150 m)

高阳地热田蓟县系热储年地热流体开采量为67.93×106m3, 在 100年时, 开采井水位降低小于26 m, 即埋深低于150 m, 此时开采井最大温度降低为1.85 ℃, 满足标准的2 ℃。总的地热流体可开采热量为 2 658.83 MW, 即 264.37×1014J/a。

(2)方案二(4 ℃, 150 m)

高阳地热田蓟县系热储年地热流体开采量为76.48×106m3, 在 100年时, 开采井水位降低小于33 m, 即埋深低于150 m, 此时开采井最大温度降低为3.77 ℃, 满足标准的4 ℃。总的地热流体可开采热量为 4 639.86 MW, 即 461.34×1014J/a。

(3)方案三(2 ℃, 170 m)

高阳地热田蓟县系热储年地热流体开采量为117.26×106m3, 在 100年时, 开采井水位降低小于55 m, 即埋深低于170 m, 此时开采井最大温度降低为1.95 ℃, 满足标准的2 ℃。总的地热流体可开采热量为 3 239.24 MW, 即 316.12×1014J/a。

(4)方案四(4 ℃, 170 m)

高阳地热田蓟县系热储年地热流体开采量为107.98×106m3, 在 100年时, 开采井水位降低小于52 m, 即埋深低于170 m, 此时开采井最大温度降低为3.87 ℃, 满足标准的4 ℃。总的地热流体可开采热量为4 951.76 MW, 即493.67×1014J/a。四种方案的平均水位埋深和温度变化历时曲线对比见图10。统计得出雄安新区高阳地热田蓟县系热储回灌情况下可采地热资源量见表4。

图10 四种开采方案水位埋深和温度变化历时曲线对比Fig. 10 Water depth and temperature change diagram of four different conditions

表4 雄安新区高阳地热田蓟县系(雾迷山组和高于庄组)热储回灌情况下可采地热资源量Table 4 Recoverable geothermal resources of balanced mining and reinjection in the Jixian Systerm of Gaoyang geothermal field

4 结论与建议

本文初步查明了地热田雄安新区范围 5000 m深度内的热储分布和性质。雄安新区高阳地热田深部主要为碳酸盐热储包括蓟县系雾迷山组、高于庄组。蓟县系雾迷山组顶界埋深 3000～3500 m, 厚度300～1000 m, 热储温度100～120 ℃, 出水量90～170 m3/h, 具有温度高、水量大、热储易于回灌的特点; 高于庄组热储顶深 3500～4200 m, 一般厚度不低于800 m, 热储温度一般在110～140 ℃, 水量50～100 m3/h, 可作为新区的后备资源。分析了深部碳酸盐热储空间结构, 结果表明整个地热田分为三段, 由西向东分别为西部凹陷区、中央隆起区、东部斜坡区。西部凹陷区由于由西向东逐渐覆盖了寒武系、石炭二叠系, 因此, 蓟县系雾迷山组热储顶板埋深由西向东从3700 m到超过4200 m, 地热井出水温度介于 60～80 ℃之间; 中央隆起区由于构造上为雁翎潜山, 雾迷山组热储顶板埋藏深度为 3000～3600 m,埋藏深度由隆起中心向东西两侧逐渐加深, 地热井出水温度超过100 ℃, 南高北低, 单井出水量一般超过 100 m3/h; 东部斜坡区雾迷山组上部为古近系地层覆盖, 热储顶板埋深为3650～3900 m。

本文通过热储法计算了雄安新区高阳地热田蓟县系热储(雾迷山组和高于庄组)地热可开采资源量为 66.8×106m3/a, 地热流体可开采热量为255.14×1014J/a, 年地热可采资源量折合标准煤86.72万t, 其中雾迷山组资源量占 29.7%, 高于庄组地热资源量占 70.3%; 构建了雄安新区高阳地热田数值模型, 对四种开采限定条件下的蓟县系热储可采资源量进行了评价, 结果显示在开采井水位下降不超过150 m, 热储温度下降小于2 ℃条件下, 地热流体可开采热量为 67.93×106m3/a, 可开采热量264.37×1014J/a, 年地热可采资源量折合标准煤89.86 万 t 热储法与数值法结果相近, 评价结果可为高阳地热资源规划开发提供参考。

雄安新区高阳地热田深部地热资源埋藏深, 温度高, 水量大, 地热资源赋存条件好, 有利于地热资源的规模化开发利用。建议加强地热开发利用过程中对水量、水质、水温的长期动态监测, 形成年度评价机制和预测预警机制, 每年对区域地热资源条件以及可供暖面积进行评价, 结合能源站布设和需求情况, 形成长期动态调整机制, 保障热储平衡; 同时借助数值模拟, 建立地热田三维地质模型评价热储基本参数孔隙率、渗透率、回灌率等基础参数, 建立地热资源可持续开发评价模型, 评价可持续开釆量。

致谢:感谢审稿专家对本文的审阅及提出的宝贵修改建议。

Acknowledgements:

This study was supported by National Key Research & Development Program of China(No．2019YFB1504102), China Geological Survey(Nos. DD20189114, DD20190129 and DD20221677),and Geological Bureau of Hunan Province (No.HNGSTP202102).