沈陽市北三臺子地區(qū)地熱類型探討

劉薇

摘要：通過對沈北地區(qū)地熱地質(zhì)條件及熱儲層條件的分析，得出熱儲理想模型。并通過實際工程數(shù)據(jù)進行驗證。

關(guān)鍵詞：熱儲層特征；熱儲模型；儲量計算

1.前言

地熱資源是儲存于地球內(nèi)部可再生的寶貴的環(huán)保型能源，被人稱為繼石油、煤、天然氣之后的第四能源。地熱資源（主要指水熱型和地壓型）中富含各種化學元素和組分，同時也是集熱、礦、水三位一體的礦產(chǎn)資源和對人體有益的醫(yī)療資源。

遼寧地熱資源豐富。全省現(xiàn)有地熱田（獨立地熱井、泉）60余處，其這些地下熱水廣泛用于采暖、供生活熱水、溫泉洗浴、理療、農(nóng)業(yè)溫室及水產(chǎn)養(yǎng)殖等。遼寧省沈陽市北三臺子地區(qū)位于沈陽市郊，位于下遼河平原大民屯凹陷北部，具有良好的地熱成生條件，地熱資源優(yōu)勢明顯，地熱資源具有廣闊的開發(fā)前景。

2.地熱地質(zhì)條件

根據(jù)已有資料，沈陽市北三臺子地區(qū)熱儲層可分為三層，上部為新近系熱儲層、中部為古近系熱儲層、下部為古潛山熱儲層，其中古近系熱儲層中的沙河街三組（E3s3）具有較好開發(fā)潛力。

（1）熱儲層特征。沙河街三組（E3s3）巖性可分為上下二部分，上部為深灰、褐灰色泥巖，普遍發(fā)育有三組砂礫巖，頂部夾薄層含鈣頁巖；下部為褐灰色厚層泥巖，靠上部及底部各有一組灰色砂礫巖，有油氣顯示，厚度768～936m。

根據(jù)鉆探資料，沙河街三組（E3s3）在地熱區(qū)內(nèi)1600～2000m之間有多層砂礫巖層，含53～58℃熱水，儲量豐富，砂礫巖孔隙度為010-025，單井涌水量較低，單井涌水量100-1200m3/d。地下水礦化度為3-10g/L，屬微咸水-咸水，硬度一般為20-40度，PH值8-9，屬弱堿性水，水化學類型為HCO3-Na型。

（2）地溫場特征。據(jù)已有資料，沈陽市北三臺子地區(qū)常溫帶深度為30m，常溫帶基準溫度11℃，盆地中幔隆區(qū)地溫梯度值為285～396℃/100m。主要熱源為深部幔源熱，屬傳導型地熱。新近系含水層由于靠近補給區(qū)和蓋層較薄，水溫在25-30℃之間。古近系地溫梯度平均值為2714℃/100m。

3.熱儲層條件

普查區(qū)內(nèi)的地熱類型屬于傳導增溫型地熱，熱儲層的埋藏分布主要受地層巖性和構(gòu)造控制，熱儲層類型為層狀熱儲。熱儲層主要是古近系沙河街組三段（E3s3）。第四系、新近系、古近系東營組及沙河街組一段、二段地層為蓋層。

（1）蓋層。第四系全新統(tǒng)、更新統(tǒng)砂礫巖、礫卵石、中粗砂亞粘土層普查區(qū)內(nèi)埋深一般在120m左右；新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組地層巖性主要為砂巖、砂礫巖夾粉砂質(zhì)、砂質(zhì)泥巖，地層厚度在80-350m；古近系東營組地層厚度在147-5545m，地層巖性以灰綠色為主體的砂質(zhì)泥巖和灰色砂巖，東營組厚度在147-560m；沙河街組一段地層為砂巖與泥巖成組出現(xiàn)，分異性很好，厚度420-424m；沙河街組二段巖性分為上下二部分，上部為深灰色泥巖夾薄層灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖；下部為泥巖與薄層黑色炭質(zhì)泥巖互層，厚度329-364m。上述地層發(fā)育穩(wěn)定，可作為一個統(tǒng)一的整體，基本成巖或半成巖狀態(tài)，泥質(zhì)或硅質(zhì)膠結(jié)，巖性主要為泥巖、粉質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖及砂礫巖，其中泥巖最為發(fā)育，多層泥巖層段封閉性好，導熱性較差，可以起到良好的隔水隔熱作用，構(gòu)成地熱田的良好蓋層。

（2）熱儲層。沙河街組三段上段（E3s3）為主要沉降期的產(chǎn)物，發(fā)育了大套的粗碎屑沉積體系，砂巖、砂礫巖較發(fā)育，泥巖的發(fā)育程度明顯不及下部，而且暗色泥巖較少，雜色及紅色泥巖相對多，礫巖與泥巖呈互層狀交互出現(xiàn)，但砂泥巖分異不好，單層較厚的砂巖-砂礫巖巖性段含水量較大，由于沉積條件控制，該段含水層處于封閉和半封閉狀態(tài)，儲層溫度不易流失。可作為主要熱儲層目標層位，也是沈陽市北三臺子地區(qū)地熱田開發(fā)的有利層段。沙河街組沙三段上段有多層砂礫巖層，含53～58℃熱水，含水熱儲層儲量較豐富，砂礫巖含水層埋深在1460-1907m之初間，熱儲層厚度在197-204m，平均厚度約在200m。熱儲層的滲透系數(shù)約為12m/d。

4.熱儲模型

沈陽市北三臺子地熱區(qū)為新生代沉積盆地傳導型地熱，熱儲系統(tǒng)的特點是“層控熱儲，側(cè)向徑流補給，大地熱流供熱”。熱儲層為古近系沙河街組三段（E3s3），巖性為砂礫巖、砂巖，總厚度約為200m。蓋層為第四系、新近系、古近系東營組及沙河街組一段、二段地層。儲層中熱水有源自隨沉積物一起沉積時保存下來的沉積水，同時還有來自東側(cè)的徑流補給水和上層的越流補給水。主要經(jīng)流排泄。熱儲理想模型見圖1。

5.儲量計算

以沈北地區(qū)為例采用熱儲法計算熱儲中儲存的熱量，估計熱田地熱資源的潛力，結(jié)合本區(qū)地熱地質(zhì)條件，將普查區(qū)地熱資源進行估算，主要計算參數(shù)如下：

設計利用地熱開發(fā)區(qū)域面積約14km2。熱儲層為古近系沙河街組三段（E3s3），巖性為砂巖、砂礫巖，總厚度約為200m。根據(jù)已有資料，熱儲層溫度為53-58℃，平均溫度為55℃，根據(jù)遼河油田測井資料的巖芯化驗分析資料，物相分析表明，沙河街組三段（E3s3）儲層孔隙度選222%，導水系數(shù)取值0025。計算起始點以上高度（H），陸家窩堡～新義凹陷邊緣熱儲層埋深約為1100m，盆地中心埋深為1600m，計算起始點以上高度（H）按500m計算。

參照地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范（GB/T 11615-2010）及相鄰的興隆地區(qū)資料，水的比熱容和密度取4200J/kg℃和1000kg/m3，沙河街組三段（E3s3）巖石的比熱容和密度取857J/kg℃和2340kg/m3。

6.結(jié)論

沈陽市北三臺子地熱區(qū)為新生代沉積盆地傳導型地熱，熱儲系統(tǒng)的特點是“層控熱儲，側(cè)向徑流補給，大地熱流供熱”。熱儲層總厚度約為200m。根據(jù)熱儲計算，水位降低到目前取水能力極限深度時熱儲所釋放的水量（Q2）為0175×109m3，地熱流體的單井穩(wěn)定產(chǎn)量為1200 m3/d，上述水量可供開采利用3995年。熱儲儲存的總熱量為0339×1018J，地熱區(qū)設計開采量為1200m3/d，對應地熱流體可開采量所采出的熱量為2559×103KW。地下熱水可供開采利用399年。