濮陽縣地熱地質特征研究

河南省水文地質工程地質勘察院張青山單元磊李海林

濮陽縣地熱地質特征研究

河南省水文地質工程地質勘察院張青山單元磊李海林

一、前言

濮陽縣位于河南省東北部，在構造上位于內黃凸起與東明斷陷的結合部位。研究表明，在長垣斷裂西側蘊藏著豐富的地熱水資源，由于濮陽縣地熱資源開發起步較晚，且程度不高，對于濮陽縣地熱地質條件的研究尚處于空白，因此，研究濮陽縣地熱地質特征，對于濮陽縣地熱資源的進一步開發利用有著一定的意義。

二、地質條件

濮陽縣在區域構造上處于中朝準地臺華北坳陷南部，內黃凸起與東明斷陷之間的過渡地帶。長垣斷裂從縣城東部經過，該斷裂屬聊蘭深斷裂帶西側的邊界斷裂，走向北北東，物探及鉆孔資料揭示，該斷層切割古生界至新近系，構成內黃凸起與東明斷陷的邊界，并對兩構造單元的形成和發展具有控制作用。斷面東傾，傾角50°以上，西盤上升，東盤下降，為正斷層。一般落差2000m，最大達3000m。斷層西部古近系地層較薄，有利于深部熱源直接通過中生界地層傳導至新近系的熱儲層內。

三、熱儲層的空間分布與特征

根據鉆孔資料，濮陽縣城一帶1200m以內為新近系明化鎮組熱儲層，其上部為厚175～240m的第四系地層，由熱阻率較高的黏土層和砂層組成，成為明化鎮組熱儲層的良好蓋層。根據熱儲溫度的不同，將工作區1200m以內的明化鎮組熱儲層劃分為溫水儲層和溫熱水儲層。

1.溫水儲層。主要分布在160～772m之間，總厚度為162～202.6m，層數為20層左右，水溫在20℃～40℃。

2.溫熱水儲層。主要分布在735～772m以下，溫熱水儲層層數為22層左右，單層厚度2.7～12.5m，最厚為23.5m，總厚度為150—203m。在空間上，906.5～1 200m是目前溫熱水的主要開采層位，主要開采層位上部巖性為細、粉砂巖與黏土巖互層，下部為中、細砂巖與黏土巖互層，夾2～3層厚約5m左右的粉砂巖。根據抽水試驗資料，主要開采層單位涌水量為2.93～6.44m3/h·m，砂（巖）層出水率為0.029m3/h·m·m～0.05m3/h·m·m，滲透系數為10.93m/d，導水系數為1146.5m2/d，水溫48℃～51℃。

四、地溫場平面變化特征

1.地溫梯度計算方法。根據區內鉆孔水溫（測溫）和恒溫帶地溫資料計算，計算公式如下：

式中，G為地溫梯度（℃/100m），tm為井口水溫（℃），Hm為取水段平均深度（m），t0為恒溫帶溫度（15.5℃），H0為恒溫帶深度（23m）。地溫梯度計算結果如表1所示。

表1 地溫梯度計算結果

2.地溫梯度變化特征。由表1可以看出，在長垣斷裂西側，23m（恒溫帶）至1184m的地溫梯度為3.27～3.34℃/100m；23m～689m的地溫梯度為3.18～3.36℃/100m；在平面上變化上，長垣斷裂以西地區（即內黃凸起）為地溫正異常區為3.26～3.34℃/ 100m；以東（即東明斷陷）為地溫正常區為2.6℃/100m。

3.地溫異常與長垣斷裂的關系初步分析。據現有資料，工作區內的地溫梯度由西北向東南逐漸降低，經過長垣斷裂以后，地溫梯度變為正常，與新近系厚度由西北向東南逐漸增厚有一致性。從工作鉆鉆孔位置來看，長垣斷裂兩側鉆孔（如豐1濮深1）的地溫梯度值要小于遠離長垣斷裂而新近系厚度較薄、基底凸起區鉆孔（如CP1、CP2、CP3）的地溫梯度值。初步認為工作區內的地溫異常主要與基底凸起有關，和長垣斷裂的關系較小。

五、地熱水水化學特征

據水樣分析資料，按舒卡列夫分類法，溫熱水水化學類型為H-Na、CL·H-Na型水，礦化度為1.36～1.83g/L，屬于微咸水；硬度（以CaCO3計）22.5～56.54mg/L，屬于軟水。PH值為8.1～8.3，呈弱堿性。

六、熱儲溫度及溫熱水的循環深度

1.熱儲溫度。利用鉀鎂溫標進行計算，它代表不太深處熱水貯集層中的熱動力平衡條件，公式為：

式中，tc為熱儲溫度，C1為水中鉀的濃度，C2為水中鎂的濃度。計算結果為tc=60℃。

2.溫熱水循環深度。利用式（3）進行計算：

式中，h為溫熱水的循環深度，tc為熱儲溫度，t0為恒溫帶溫度（15.5℃），h0為變溫帶深度（23m），G為地溫梯度（3.27℃/ 100m）。計算結果為h=1355.34m。

七、溫熱水成因分析

溫熱水的成因及生成年齡是個較為復雜的問題，本次采用水化學特征分析、地質環境分析及放射性同位素測試等多種方法進行綜合研究。

1.溫熱水成因分析。

（1）水化學特征分析。由于本區沒有巖漿活動，內生水的可能性極小，據本區地熱井的水質分析資料可求得rNa/rCl?1，[Cl]/[Br]?300，（海水rNa/rCl=0.87，[Cl]/[Br]≈300）故不可能為海相沉積水；且rNa/rCl?1，[Cl]/[Br]?300，及礦化度在1～3g/L之間，具有溶濾水的特征。

（2）同位素分析。各種成因類型的天然水有不同的氫、氧組成，如表2所示。

表2 天然水氫氧同位素組成

將本次同位素分析資料（δD=-82.8，δ18O=-9.8）與表中數據相對照，可以得出區內溫熱水屬大氣降水成因。

（3）地質環境分析。新生界地下熱水的成因也與新生代水文地質發育史有關。東明斷陷在新生代時期表現為裂谷型沉積，由于斷裂的持續活動，凹陷快速下沉，沉積了巨厚的古近系。新近紀時期為區域凹陷型的河湖相沉積，因此時本區河流縱橫，湖泊密集，氣候炎熱，蒸發作用使湖泊水質不斷咸化并隨著凹陷的持續下降而留在沉積物中。第四紀以來本區繼續下沉，使新近系被覆蓋埋藏于地下，成為一個半封閉型水文地質構造系統。本區位于太行山東麓的黃河沖積平原，接受太行山的側向微弱補給及黃河的側向徑流補給，使新近系沉積的咸水不斷淡化。

綜上所述，濮陽縣新近系地下熱水屬于側向補給的溶濾水與沉積水的混合物。

八、結論

濮陽縣淺部地熱屬于傳導型地熱資源，以長垣斷裂為界，東部為地熱正常區，西部為地熱正異常區。長垣斷裂西部地熱資源具有資源豐富，水溫較高，開發利用程度較低等特點，因此具有開采潛力大應用前景廣闊的特點，可廣泛用于洗浴、小區采暖、反季節蔬菜種植等。地熱資源的有序開發對于濮陽縣域經濟的發展將有一定的推動作用。

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