聊城市城區地熱地質特征與地熱資源開發利用

  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。聊城市城區具有地熱資源形成的天然條件，地熱資源豐富。近年來聊城市城區地熱資源開發利用規模不斷增大，在供暖、醫療洗浴、旅游開發等方面得到廣泛利用。科學、合理地開發利用地熱資源，對發展經濟、保護環境、提高人民生活水平具有重要的意義。

 

  1 區域地質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：主要發育東營組和沙河街組。東營組為砂巖、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、油頁巖、碳酸鹽巖的細碎屑巖沉積。

 

  聊城市城區地熱地質特征與地熱資源開發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，新近系館陶組發育厚度僅41m，且直接覆蓋于奧陶系地層之上。

 

  2 地熱地質特征。

 

  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組碎屑巖類裂隙-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）古近系東營組熱儲層東營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，深部熱流通過聊考斷裂上涌也是重要的增溫熱源；同時，聊考斷裂活動產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自大氣降水，從西、西南部經緩慢徑流補給本區。

 

  3 地熱水質特征。

 

  （1）地熱水水化學特征。

 

  聊大、聊百大地熱井開采層位為新近系館陶組，其地熱水水化學特征：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；水化學類型均屬Cl?SO4-Na、SO4?Cl-Na型水。

 

  美景、鑫城、昌潤金地熱井開采層位為新近系館陶組和古近系東營組混合地熱水資源，其地熱水水化學特征為：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；水化學類型屬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。

 

  館陶組與東營組熱儲混合開采的美景地熱井鍶?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。

 

  館陶組與東營組熱儲混合開采時，靠近聊考斷裂地熱井水化學類型簡單，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）地熱資源可開采量估算。

 

  根據美景、昌潤金、鑫城地熱井對館陶組和東營組熱儲混合開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進行估算，聊城市城區可開采地熱資源量為2.196×1014kJ，折合標準煤750.40×104t。

 

  （2）地熱水可開采量估算。

 

  根據美景、鑫城、昌潤等地熱井抽水試驗資料，降深20m時的地熱水允許開采量為987.84～1623.27m3/d，平均單井允許開采量為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，城區地熱水可開采量為1.803×104m3/d，合658.1×104m3/a。

 

  5 地熱資源開發利用的幾點建議。

 

  （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組砂巖中，并與泥巖互層，斷裂構造會破壞其連續性，降低含水性能，因此在地熱井布設時應盡可能地避開斷裂構造。

 

  （2）地熱資源開發。

 

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

 

  （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，充分發揮地熱水的價值。以美景地熱井為例，抽取的地熱水（56℃～58℃）經處理后進行供暖，供暖回水（42℃左右）進行洗浴，洗浴廢水（<35℃）用來沖洗馬桶等。

 

  地熱水除用于供暖、洗浴外，經適當處理后還可用于熱帶魚養殖、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，不合理開采，很容易破壞熱儲層，且難以恢復，并誘發次生災害。

 

  在利用地熱資源造福人類的同時還要注重對其進行保護，控制開采量、進行回灌是保護地熱資源比較有效的方法。

 

  6 結論。

 

  （1）聊城市城區開發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，水化學類型為Cl?SO4-Na。館陶組與東營組混合熱儲溫度51℃～58℃，礦化度5.05～10.12g/L，單井涌水量979.20～1623.272m3/d，水化學類型Cl?SO4-Na型、Cl-Na型水。

 

  （2）聊考斷裂溝通了深部熱源，開采層位相同時，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，水化學類型變復雜。

 

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

 

  （4）地熱資源十分寶貴，開采的地熱水盡可能地進行綜合梯級利用，充分發揮地熱水價值，服務于經濟及工農業發展，造福地方人民。