江漢平原地熱資源評價的初步研究

李 偉, 葉 疆, 廖 媛, 王 亮, 陳夢源

((湖北省地質環境總站,湖北 武漢 430034)

江漢平原地熱資源評價的初步研究

李 偉, 葉 疆, 廖 媛, 王 亮, 陳夢源

((湖北省地質環境總站,湖北 武漢 430034)

地熱能作為一種清潔的可再生能源,已經在全球多個國家得到直接利用,并顯現出較高的經濟效益和環境效益,所以開發利用地熱能可以作為實現可持續發展的一個重要途徑。不過, 地熱資源的合理開發必須建立在對其資源量和分布規律的科學評價基礎之上。中低溫地熱資源是中國地熱開發的重點,主要蘊藏在大小斷陷盆地和坳陷盆地中。湖北省境內的江漢盆地坳陷有中國中部最大的油田——江漢油田,其所處的江漢平原地區地熱資源開發利用起步較晚、開發利用水平較低。利用在油氣勘探過程中掌握的大量地熱資料,對該地區的地熱資源評價進行初步研究和探討,為今后合理開發利用江漢盆地地熱資源,使其發揮應有的經濟效益提供參考。

地熱資源;地熱地質背景;地溫梯度;熱儲;資源量

湖北省地熱資源熱儲可劃分為裂隙型帶狀熱儲層,巖溶層狀、巖溶帶狀熱儲層及上部孔隙、下部裂隙復合型層狀熱儲層三類。其中,隆起山地型熱儲主要為裂隙型帶狀熱儲層和巖溶層狀、巖溶帶狀熱儲層,沉積盆地型熱儲為上部孔隙、下部裂隙復合型熱儲層。

江漢沉積盆地型地熱資源熱源主要是來自地殼深部的熱傳導。江漢盆地地熱水形成機制,可用層狀熱儲、熱傳導供熱的模式加以概括。江漢盆地豐富的熱鹵水資源是在石油勘探過程中發現的,通過幾十年的石油勘探和開發及油鹽兼探研究發現：江漢盆地內熱儲層分布很廣,漁洋組(Ky)、新溝嘴組(Ex)、沙市組(Es)、荊沙組(Ej)、潛江組(Eq)、荊河鎮組(Ejh)和廣化寺組(Ng)的砂巖中都存在豐富的熱鹵水資源。分布在江漢盆地不同時代的砂巖是地下熱鹵水的儲集層,而頁巖、泥巖、泥質灰巖則構成隔熱層,影響地下熱鹵水儲集的因素有巖層孔隙、裂隙發育程度。江漢盆地熱儲的特征可以概括為：①具有多層平行疊置的熱儲層,層間水力聯系較差；②熱儲層集中分布在砂巖中,局部熱儲層滲透性能較差,單井產量不大且延續時間長；③熱儲中的熱鹵水處于深埋封閉狀態,具有很高的測壓水頭,不同熱儲構造之間水力聯系較差。

1 區域地質條件

江漢平原地處湖北省中南部,系長江和漢江泛濫淤積形成的沖積平原,總面積約35 000 km2。古生代—中三疊世,江漢盆地沉積了上萬米的海相碳酸鹽巖和砂、泥巖地層,中三疊世末的印支運動使全區上升為陸地,遭受剝蝕。在晚三疊世—侏羅紀再度下沉,形成3 000～5 000 m厚的陸相煤系及砂泥巖沉積。侏羅紀末期發生的燕山運動第Ⅱ幕,使凹陷劇烈褶皺上升,大部分地區侏羅系、三疊系及古生界遭受不同程度的剝蝕。在這一區域背景上,江漢盆地在白堊紀—第三紀發育了裂陷下降,沉積了約9 600 m厚的陸相沉積,至古近紀末期的喜山運動,導致了盆地的整體抬升,使古近系荊河鎮組—潛江組遭受不同程度剝蝕。新近紀及第四紀區內沉積了約200～800 m的砂礫巖及粘土層[1]。

盆地內斷裂十分發育,可分為北西向或北北西向、北東向、北北東向、東西向及南北向多組斷裂。據石油部門勘察資料,盆地由7個相對獨立的次級凹陷(如枝江凹陷、江陵凹陷、潛江凹陷、沔陽凹陷、云應凹陷)和位于凹陷之間的4個低凸起(丫角新溝凸起、天門凸起、洪湖凸起、陳沱口地塹)組成。在其生成發育時期,控制白堊系—第三系沉積。在構造形態上,主要有構造斷裂帶、背斜構造帶,鼻狀構造斜坡、凸起和凹陷、古潛山帶等多種類型,其構造框架見圖1[2]。

圖1 江漢盆地構造框架圖Fig.1 Frame diagram of structure in Jianghan Basin

江陵凹陷是江漢盆地最大的次級負向構造單元,發育了白堊系—下第三系厚度近萬米的陸相地層,自下而上分別為白堊系漁洋組,下第三系的沙市組、新溝嘴組、荊沙組、潛江組、荊河鎮組,上第三系廣華寺組及第四系地層,以碎屑巖沉積為主。

2 地熱地質條件

2.1 區域地溫梯度特征[3]

江漢盆地的地溫和地溫梯度的分布與區域地質構造的性質,兩者之間密切相關,地溫梯度的高值帶往往對應構造活動帶,并且與隆起、斷陷、快速沉降過程有關。江漢盆地由燕山運動末期形成的數個斷陷和斷隆所組成。其中,潛江凹陷位于盆地中部,其沉積中心在潛江、廣華寺、新溝嘴等地區,是江漢盆地中新生代沉積最厚的地區。這里也是盆地中地溫最高的分布區,凹陷中由于基底和蓋層巖性組合的影響使地溫分布又有局部的變化。盆地的區域地質構造特征對地溫分布有著重要的控制作用。

江漢盆地的地溫梯度一般在3.0～3.5 ℃/100 m左右,盆地中心的廣華寺、新溝嘴、沙市、江陵等地區的地溫梯度多在3.5 ℃/100 m,盆地邊緣為2.0～3.5 ℃/100 m。利用江漢油田系統測溫資料,計算出的各個鉆孔的地溫梯度為28.36～39.32 ℃/km,平均為33.59 ℃/km,比周圍地區的地溫梯度值高。根據測井資料及江漢油田已有數據,繪出江漢盆地地溫梯度分布圖(圖2)。

從圖中可以看出,盆地中部的地溫梯度較高,與測溫數據有關,因為所選井位位于構造坳陷帶,測溫層位只達到第三系(E),而第三系地層為松散的沉積層,巖石熱導率小,導致淺層地溫梯度值相對較大。

盆地的沉積地層的巖性結構對地溫的分布有重要影響,特別是縱向上作用更為明顯。江漢盆地的新溝嘴組和潛江組是由1 000余米厚的鹽巖、膏巖、軟泥巖等含鹽巖石組成的地層,它們具有較高的巖石導熱率,使地層中的地溫分布發生了較大的變化。在該段上的地溫梯度偏低,形成鹽丘構造的良好導熱層,如距地表較近,除使上覆地層地溫梯度增高外,并易于將地下熱量在地表散失,而形成較其周圍地溫偏低的地區。巖性結構對地溫分布的影響是江漢盆地的一大重要特征,同時較高的地溫分布是鹽地中鹽巖構造形成的重要因素之一。

江漢平原地熱儲存于新生界松散類熱儲地區。地溫梯度受沉積基底的構造形態影響,與構造有著密切的關系。在長期的地質演化中,江漢盆地經歷了多次構造運動,對基底的地層構造有不同程度的改造。目前江漢盆地區構造格局的形成,燕山運動起著主導作用,由于后期的構造運動,發育了一系列大規模的隆起和坳陷,沉積了巨厚的中生代和新生代地層,且具有粗屑的砂層和泥巖交互疊置的沉積構造,為地下熱水的儲集和積熱保溫提供了良好的地質環境。

圖2 江漢盆地地溫梯度等值線圖Fig.2 Contour map of geothermal gradient in Jianghan Basin

圖3 江漢盆地不同深度測溫曲線Fig.3 Measured temperature curve at different depth in Jianghan Basin

2.2 區域不同深度的地溫分布特征

按照收集的不同深度的地溫數據,繪制了江漢平原1 000 m、2 000 m、3 000 m深地溫分布圖和地溫梯度圖。這些圖大致反映了江漢盆地地溫分布的基本面貌[4]。

2.2.1 1 000 m深地溫分布圖

1 000 m深地溫梯度圖(圖4)表明,江漢盆地1 000 m深地溫一般在45～50 ℃,其中潛江、廣華寺、沙市、新溝嘴、熊口及拖船埠一帶,1 000 m深地溫多超過50 ℃。仙桃、洪湖、監利等地的1 000 m深地溫一般在45～50 ℃。在江陵以西以及當陽、應山等地的1 000 m深地溫,一般在40～45 ℃。中部高地溫分布區處廣華寺、新溝嘴和沙市之間,形似“三角形”。區域地溫分布呈倒三角形環狀,地溫等值線在北部沿東西向延伸。南部則以北西向和北東向分布為主。

圖4 江漢盆地1 000 m深地溫分布圖Fig.4 Distribution map of ground temperature at 1 000 m in Jianghan Basin

2.2.2 2 000 m深地溫分布

江漢盆地的2 000 m深地溫平均在80～85 ℃,最高地溫分布在沙市、習家口、熊口及公安以東地區,區內2 000 m深地溫可達90 ℃以上,以“心形”圈閉。潛江、廣華寺、浩口、拖船埠及江陵和新溝嘴等地區,2 000 m深地溫多在85～90 ℃；其外圍仙桃、天門、鐘市等地區2 000 m深地溫在70～80 ℃左右。從2 000 m深地溫分布圖上(圖5)可以看出,地溫從盆地邊緣當陽、宜昌、應山、洪湖地區向盆地中心增高,大體呈倒三角環形分布。地溫等值線的延展方向在南邊主要為北東和北西向,與長江流向基本一致,而在盆地北部呈近東西向。

圖5 江漢盆地2 000 m深地溫分布圖Fig.5 Distribution map of ground temperature at 2 000 m in Jianghan Basin

2.2.3 3 000 m深地溫分布

江漢盆地3 000 m深地溫分布與1 000 m、2 000 m深地溫分布情況類似,其3 000 m深地溫多在100～120 ℃之間。在江陵、習家口、廣華寺南部、潛江及新溝嘴、沙市和公安的東部等地區3 000 m深度多超過120 ℃,為盆地較高地溫分布區。由此向外地溫逐漸降低,至鐘祥、天門、仙桃地區,3 000 m深度多在100～110 ℃之間,至盆地外圍邊緣地區的3 000 m深地溫下降到80～90 ℃,如當陽、應山、豐收洲等。地溫分布具有心狀同心環形特征,分布方向同樣為南部北東和北西向,與長江走向一致;盆地北部為近東西向。

圖6 江漢盆地3 000 m深地溫分布圖Fig.6 Distribution map of ground temperature at 3 000 m in Jianghan Basin

綜上所述,江漢盆地1 000～3 000 m深度地溫分布具有以沙市、潛江為中心向外圍逐漸降低的環狀分布特點。

2.3 熱儲類型

江漢盆地地熱源主要是大地熱流供熱,熱儲中放射性物質衰變產生的熱量,在理論上可以作為地熱源,但在實踐中熱儲只具備放射性元素含量高的單一條件還不能構成地熱源。江漢盆地地熱儲的地熱水形成機制,可用層控熱儲、側向徑流補給、大地熱流供熱的模式加以概括。

分布在江漢盆地不同時代的砂巖是地下熱水的儲集層,而頁巖、泥巖、泥質灰巖則構成隔熱層,影響地下熱水儲集的主要因素是巖層孔隙的大小和多少。雖然江漢盆地熱儲層中地下熱水的分布可以認為是遍及盆地范圍的,但是具有開采意義的深層地下熱水的分布卻是局限在一定范圍內的,即熱水只在一定范圍內富集。深層地下熱水的富集主要受地質構造的控制。地質構造對熱儲層的孔隙性和滲透性起到重要的改造作用,使熱儲層在不同構造部位的熱水富集程度差異很大[5-6]。

2.4 熱儲層

江漢平原地熱儲存在新生界松散類熱儲地區。地溫梯度受沉積基底的構造形態影響,與構造有著密切的關系。江漢盆地豐富的熱水資源是在石油勘探過程中發現的,大量的試油資料說明江漢盆地內熱水層分布很廣。漁洋組、沙市組、新溝嘴組、荊沙組和潛江組的孔滲性砂巖中都存在豐富的熱水資源,荊河鎮組地層中也可能存在熱水資源,有待于試水證實[7],下面對江漢盆地熱水資源進行說明[8]。

2.4.1 漁洋組

晚白堊統漁洋組地層分布范圍為28 000 km2,地層厚度達2 800 m,現已鉆井80多口,井層砂巖百分比0.2%～55.6%。通過試水,漁洋組已發現兩種類型熱水層:一種是自噴、高壓、高礦化度的過熱水層,第二種是不自噴熱水層。漁洋組在有的地區砂巖十分發育,厚度一般100～400 m。由于無油氣顯示未下套管,沒有試水,但可以預測漁洋組可以找到高礦化度的大型自噴工業熱水。

2.4.2 沙市組

古新統沙市組厚度200～900 m,根據巖性特征可分為兩段。沙市組下段主要是一套含鹽系地層,是江漢盆地主要鹽類礦床之一,目前已投入小規模開采。沙市組上段砂巖較發育,砂層厚度薄(單層一般厚1～5 m)、層數多(最多達10～20層)三角洲沉積。在沙市組上段現已發現兩種不同類型的熱水層:一種是自噴、高壓和高礦化度的過熱水層;另一種是不自噴熱水層。

圖7 白堊系漁洋組頂板埋深等值線三維圖Fig.7 Three-dimension graph of contour of roof depth of Yuyang Formation of the Cretaceous

圖8 白堊系漁洋組底板埋深等值線三維圖Fig.8 Three-dimension graph of contour of bottom depth of Yuyang Formation of the Cretaceous

2.4.3 新溝嘴組

早始新統新溝嘴組地層分布范圍24 100 km2,地層厚度500～700 m,熱水賦存在新溝嘴組下段的砂巖中。新溝嘴組儲集砂巖的分布受到來自盆地北部的枝江、馬山、后港等三支較大的物源體系的控制。由于受北部多條水系的控制和影響,各砂體主體部位均分布于凹陷的北部,呈朵狀由北向南延伸,砂巖厚度由北向南逐漸減薄。各砂體最大厚度在158～236.6 m之間,占地層厚度45.3%～61.2%。從儲層物性來看,江陵凹陷的北部地區由于埋深較淺,一般<2 500 m,成巖作用較弱,孔隙度一般達到18%以上,具有良好的儲集性能。

新溝嘴組砂巖按沉積體系分東部和西部,西部江陵凹陷屬河流三角洲沉積,東部潛江凹陷南部屬濱湖灘砂和遠岸灘砂沉積。沉積體系不同,熱水性質也不同。西部砂巖體是以氯化鈉為主的非自噴熱水礦產,東部砂巖體水型以硫酸鈉為主,不自噴。

圖9 沙市、新溝嘴組頂板埋深等值線三維圖Fig.9 Three-dimension graph of contour of roof depth of Xingou Formation and Shashi

2.4.4 荊沙組

中始新統荊沙組地層分布范圍19 430 km2,地層厚度600～1 800 m,目前鉆達荊沙組地層的井超過500口,主要在江陵凹陷,潛江凹陷和沔陽凹陷。荊沙組砂巖較發育,如江陵凹陷路8井地層厚度1 480.5 m,有205層共350.5 m砂巖,井層砂巖占23.7%；潛江凹陷潭2井地層厚度656.5 m,有49層共104 m砂巖,井層砂巖占15.8%；沔陽凹陷沔l5井地層厚度1 338 m,有8層共17 m砂巖,井層砂巖占1.3%；應城凹陷應1井地層厚度1 235 m,有18層共140 m砂巖,井層砂巖占11.3%。物源大體可分三個方向：一是來源于江陵凹陷西北,至江陵凹陷東南部赤3井一帶尖滅；二是盆地東北方向應1井砂巖單層厚度大,在3.5～15.5 m之間,并有多層含礫砂巖,這個砂巖體從應城凹陷經小板凹陷延伸到沔陽凹陷西南；三是來自潛江凹陷北部潭口一帶。

圖10 荊沙組頂板埋深等值線三維圖Fig.10 Three-dimension graph of contour of roof depth of Jingsha Formation

荊沙組沉積時期江漢鹽湖盆地有著明顯的收縮和干旱氣候條件,沉積一套以紅色為主的砂泥巖地層,荊沙組地層是重要含水層。

2.4.5 潛江組

潛江組熱水層主要分布在潛江凹陷北部,其次在江陵凹陷東北和小板凹陷西北部分地區。潛江凹陷潛江組熱水礦床,分布面積1 630 km2,單層砂巖厚度最厚達49.4 m,單井砂巖累積最厚計164層共512.2 m,可分為5個地熱含水組和29個地熱含水亞組,熱水地質儲量227億m3。

圖11 潛江組頂板埋深等值線三維圖Fig.11 Three-dimension graph of contour of roof depth of Qianjiang Formation

2.4.6 荊河鎮組

荊河鎮組地層分布在潛江凹陷北部,面積僅有1 200 km2,以周磯向斜最厚。荊河鎮組砂巖目前尚無試水資料,但根據測井解釋砂巖較發育,巖心錄井有豐富的鈣芒硝存在,推測可以找到產量高的工業熱水層。

總之,大量試水資料說明：在江漢盆地二級構造單元的凹陷內,凡是有漁洋組、沙市組、新溝嘴組、荊沙組和潛江組砂巖集中分布的部位,都有豐富的地下熱水資源賦存。

圖12 荊河鎮組頂板埋深等值線三維圖Fig.12 Three-dimension graph of contour of roof depth of Jinghe Formation

2.5 地熱田劃分及類型

根據《地熱資源評價方法》(DZ40—85),在一定范圍內,具有蓋層、熱儲、熱流體通道和熱源的地質體,其熱能可供開發并具有社會經濟效益的區域,可確定為地熱田和地熱異常區。江漢盆地地熱儲層的地熱水形成機制可概括為層控熱儲、側向徑流補給和大地熱流供熱。由于各種原因未能收集到盆地油氣勘探井的地層分布以及測溫、測水資料,作為沒有油氣勘探井控制的盆地,通過蓋層平均地溫梯度≥2.5 ℃/100 m,作為圈定地熱田和地熱異常區的主要標準。

江漢盆地處于封閉或半封閉的低洼洼地,沉積盆地中厚度大、分布廣的各時代沉積地層為地下熱水提供了有利的儲存空間。江漢盆地中分布有多層地下熱水,熱儲層和隔熱層在剖面上呈層狀分布,彼此平行疊置。這種遍及整個沉積盆地的分布和多層產出、平行疊置的特點,要求地下熱水資源量的評價也要著眼于整個盆地范圍內的所有熱儲層[9]。

2.6 地熱流體化學特征

根據對江漢盆地10個地區的自噴和非自噴熱水井層熱水化學成分統計,江漢盆地熱水工業類型屬氯化鈉型溴、硼、鋰、鉀、碘多組分工業熱鹵水,并含銣、銫和鍶等伴生有用組分[10-11]。

江漢盆地深層地下熱鹵水的特征可以概括為:①處于深埋封閉狀態,無天然補給；②熱水具有很高的測壓水頭,天然條件下處于停滯狀態,不同熱儲構造之間無水力聯系；③具有多個平行疊置的熱儲層,不同熱儲層之間無水力聯系；④熱水主要富集于背斜、裂隙帶和斷層帶； ⑤熱儲層滲透性能差,單井產量不大且延續時間長；⑥有些地區存在地下熱水與天然氣共存的現象；⑦水化學和物理特征穩定,幾乎不隨時間發生變化[10]。

3 地熱資源評價初步研究

3.1 評價方法及原則

江漢盆地地熱資源評價的對象為具有一定開發利用價值的層狀熱儲,包括漁洋組、沙市組、新溝嘴組、荊沙組、潛江組、荊河鎮組和廣華寺組。對成熱條件差的地段不予評價, 且評價不考慮動態補給。評價內容包括：地熱資源量,地熱資源可開采量,地熱流體儲存量,地熱流體可開采量和回灌條件下允許開采量。

評價方法為：依照《全國地熱資源現狀評價與區劃技術要求(試行)》,采用熱儲法計算地熱資源量,采用回收率法計算地熱資源可開采量,采用開采系數法計算地熱流體可開采量。

3.2 主要參數選擇

計算分區按構造分區進行,見表1。

①計算分區原則,首先根據構造分區,在構造分區內按照熱儲中部溫度等值線(25 ℃、40 ℃、60 ℃、90 ℃、150 ℃)分小區。每個小區分別計算。②計算分區熱儲溫度取值原則:有兩條邊界為不同數值的溫度等值線,此類分區計算時,該分區內的熱儲溫度必須選取為兩個溫度等值線的中間值(32 ℃、50 ℃、75 ℃、120 ℃、150 ℃)。③其他計算區,邊界受熱儲分布范圍、構造等影響較大,此類分區計算時,分區熱儲溫度選取合理值。④在不同地層時代熱儲中,根據區內地熱田及熱儲頂底板埋深分布及熱儲砂巖的分布、厚度特征進行分區[12]。

3.2.1 白堊系漁陽組(圖14-圖16)

3.2.2 古近系新溝嘴組、沙市組(圖17-圖19)

圖13 江漢盆地構造計算分區圖Fig.13 Zone map of structure calculation in Jianghan Basin

表1 江漢盆地構造分區特征一覽表

Table 1 Schedule of structural division characteristics in Jianghan Basin

構造分區兩湖斷坳鄂中褶斷區構造單元分區編號計算分區面積/km2潛江凹陷Ⅷ12720丫角—新溝低凸起Ⅷ2440江陵凹陷Ⅷ34560云應凹陷Ⅷ4640天門—龍賽湖低凸起Ⅷ51900沔陽凹陷Ⅷ6510漢水凹陷Ⅷ7950樂鄉關凸起Ⅷ8210荊門凹陷Ⅷ9770河溶凹陷Ⅷ10260地層時代層序編號分布面積/km2地層平均厚度/m砂厚比/%廣華寺組Nga1100060028荊河鎮組Ejhb12008006．2潛江組Eqc1630120035荊沙組Ejd19430118013新溝咀組Exe241004503．4沙市組Esf96080021．5漁洋組Kyg2800028005．8在不同的區域內，分列選取參數數值。

圖14 底板埋深等值線圖Fig.14 Contour map of bottom depth

圖15 中間層埋深等值線圖Fig.15 Contour map of buried depth of the middle layer

圖16 計算分區圖Fig.16 Calculation partition map

圖17 底板埋深等值線圖Fig.17 Contour map of bottom depth

圖18 中間層埋深等值線圖Fig.18 Contour map of buried depth of the middle layer

圖19 計算分區圖Fig.19 Calculation partition map

3.2.3 古近系荊沙組(Ej)(圖20-圖22)

圖20 底板埋深等值線圖Fig.20 Contour map of bottom depth

圖21 中間層埋深等值線圖Fig.21 Contour map of buried depth of the middle layer

圖22 計算分區圖Fig.22 Calculation partition map

3.2.4 古近系潛江組(Eq)(圖23-圖25)

圖23 底板埋深等值線圖Fig.23 Contour map of bottom depth

圖24 中間層埋深等值線圖Fig.24 Contour map of buried depth of the middle layer

圖25 計算分區圖Fig.25 Calculation partition map

3.2.5 古近系荊河鎮組(Ejh)(圖26-圖28)

圖26 底板埋深等值線圖Fig.26 Contour map of bottom depth

圖27 中間層埋深等值線圖Fig.27 Contour map of buried depth of the middle layer

圖28 計算分區圖Fig.28 Calculation partition map

3.2.6 新近系廣華寺組埋深(圖29-圖31)

圖29 底板埋深等值線圖Fig.29 Contour map of bottom depth

圖30 中間層埋深等值線圖Fig.30 Contour map of buried depth of the middle layer

圖31 計算分區圖Fig.31 Calculation partition map

3.3 地熱資源量計算

目前地熱資源量計算方法有很多,主要有熱儲法、自然放熱量推算法、水熱均衡法、類比法等。熱儲法是一種常用且較簡單的方法。其適用于孔隙型、裂隙型熱儲。凡是條件具備的地方一律可以采用熱儲法,本論文采用熱儲法進行地熱資源的計算與評價,表達式為：

Q=Crρr(1-φ)V(T1-T0)+Cwρwqw(T1-T0)

(1)

式中：Q為地熱資源量,kJ；Cr、Cw分別為熱儲巖石比熱和水的比熱,kJ/kg·℃；ρr、ρw分別為熱儲巖石密度和水的密度,kg/m3；φ為熱儲巖石孔隙率(或裂隙率)；qw為流體儲量,包括靜儲量和彈性儲量,m3；T1為熱儲溫度,℃；T0為恒溫層溫度,℃；V為熱儲體積,m3。

3.4 熱儲溫度計算

由地溫梯度推算確定。熱儲溫度計算公式：

(2)

式中：TZ為熱儲中部溫度,℃；T0為恒溫帶溫度或多年平均氣溫,℃；ΔT為地溫梯度,℃/100 m；H0為恒溫層深度,m；H為熱儲中段平均埋深,m。

表2 江漢盆地傳導型熱儲溫度計算參數表

3.5 地熱資源可開采量計算

在考慮地熱回灌的情況下,地熱資源可開采量即為可利用地熱資源量,利用地熱資源量采用回收率法進行計算,江漢沉積盆地砂巖與泥巖呈韻律層,孔隙度平均值為17%～19%,<20%,熱儲回收率RE暫定為0.20。在考慮地熱回灌的情況下,地熱資源可開采量即為可利用地熱資源量,可利用地熱資源量采用回收率法進行計算。

3.6 地熱流體儲存量計算

包括容積儲存量與彈性儲存量兩部分。計算公式如下：

Q儲=φV+S(h-H)A

(3)

式中：Q儲為地熱流體儲存量,m3；φ為熱儲巖石孔隙率(或裂隙率)；V為熱儲體積,m3；S為彈性釋放系數；h為平均承壓水頭標高,m；H為平均熱儲頂面標高,m；A為評價熱儲面積,m2。

3.7 地熱流體可開采量

采用開采系數法,開采系數的大小取決于熱儲巖性、孔隙裂隙發育以及補給情況,江漢盆地屬于封閉無補給條件孔隙型層狀熱儲層,X取值3%(100年),即0.000 3(每年)。

地熱遠景區采用可采系數法,開采系數的大小取決于熱儲巖性、孔隙裂隙發育以及補給情況,有補給情況下取大值,無補給情況下取小值。

3.8 考慮回灌條件下地熱流體可開采量

對于盆地型地熱田,按回灌條件下開采100年,消耗15%的地熱儲量,根據熱量平衡計算影響半徑和允許開采量。

3.9 熱儲層地熱評價計算結果討論

計算得出江漢平原地熱資源量為3.58×1017kJ,地熱資源可開采量為7.15×1016kJ,地熱流體儲存量為7.39×1011m3,地熱流體可開采量為2.22×108m3,回灌條件下允許開采量為6.0×106m3/d(表3)。

由表3可知,江漢平原地熱資源主要集中在荊沙組、新溝嘴組、沙市組和漁洋組熱儲砂層較厚且分布較廣的地層中。

表3 江漢盆地儲層地熱資源量統計一覽表

由表4可知,江漢平原地熱資源主要集中在潛江凹陷和江陵凹陷,此外,小板凹陷、天門—龍賽湖低凸起以及荊門凹陷地熱資源也較豐富,以江陵凹陷地熱資源量最為豐富。

表4 江漢盆地地熱資源量構造分區統計一覽表

表5 江漢盆地地熱資源量溫度區間分布統計一覽表

由表5可知,江漢平原地熱資源以深部2 400～4 000 m埋深的中—高溫地熱資源為主,主要集中60～90 ℃及90～150 ℃區間,其賦存地層為新溝嘴組、沙市組、漁洋組。>150 ℃地熱資源埋深多>4 000 m,不在本次地熱資源評價的埋深范圍內。

經計算,江漢平原可替代的常規能源量為2.04×107t/a標準煤,可減少排放二氧化碳4.86×107t/a,減少排放二氧化硫3.46×105t/a,減少排放氮氧化物1.22×105t/a,減少排放懸浮質粉塵1.63×105t/a。

4 結語

江漢盆地位于江漢平原北部,面積近28 000 km2,從白堊系上統漁洋組—下第三系潛江組均有地下熱水分布。從江漢盆地地熱資源量評價結果可看出,其地熱資源主要集中在荊沙組,新溝嘴組、沙市組和漁洋組熱儲砂層較厚且分布較廣的地層中。荊沙組,新溝嘴組、沙市組和漁洋組的資源量合計2.12×1017kJ,占江漢盆地地熱資源總量的85%。其中,荊沙組地熱資源量較大,且其地熱流體可開采量及可開采熱量均為最大,故荊沙組為江漢盆地主要熱儲層。

構造上,江漢盆地地熱資源主要集中在潛江凹陷和江陵凹陷,地熱資源量達1.58×1017kJ,地熱資源可開采量達3.16×1016kJ,占江漢盆地地熱資源總量的63%。此外,小板凹陷、天門—龍賽湖低凸起、漢水凹陷以及荊門凹陷地熱資源也較豐富,地熱資源量共有7.57×1016kJ,地熱資源可開采量共有1.51×1016kJ,占江漢盆地地熱資源總量的30%。

江漢盆地地熱資源以深部2 400～4 000 m埋深的中—低溫地熱資源為主,主要集中在60～90 ℃及90～150 ℃區間,分別占江漢盆地地熱資源總量的41%和28%。其中60～90 ℃地熱資源量和地熱資源可開采量分別為1.03×1017kJ和2.06×1016kJ,90～150 ℃地熱資源量和地熱資源可開采量分別為6.93×1016kJ和1.39×1016kJ。

按各個凹陷的各層鹵水濃縮程度不同,可分為潛江北部砂巖層中的高礦化、非自噴熱水和江陵凹陷自噴高壓、高產、埋深較大的高礦化富含微量組分的熱水兩種類型。江漢盆地熱水屬硫酸鈉亞型及氯化物型,水成分中以氯化鈉為主,其他微量元素如溴、碘、鋰、銣、鉀等含量較高。江漢盆地除有巨厚鹽層外,還見有鉀芒硝和無水鉀鎂釩的沉積及廣泛分布的富鉀熱水。

綜上所述,雖然江漢平原地熱資源總量巨大,但是由于江漢盆地砂巖單層厚度小、砂體成因類型多、規模小、物性差異大,其分布具有明顯的成群成帶的特點。不同沉積類型的砂體與北東向構造、斜坡、斷裂配合,可以形成各種純巖性圈閉以及各種復合型巖性圈閉,包括巖性變化、透鏡體、上傾尖滅、側緣尖滅等。深層地下熱水水礦化度高,受斷層切割的斷塊限制,熱水徑流范圍小、高產期短、產水量小,地熱開發利用存在諸多不利因素。

同時筆者也看到,利用江漢油田已有勘探井發展地熱產業有著許多先天優勢,如資源、勘探資料、技術、人才、廢井利用等等。建議江漢油田鉆探地熱勘探井,進行地熱井試水,開展三維地震資料處理、解譯,全面深化地熱資源分布調查和評價工作,地熱產業搞得好、形成規模,有可能成為江漢油田的伴生產業或接替產業。同時可以查明江漢盆地地下熱鹵水資源量及有益元素資源儲量,利用鹵水制鹽、鉀鹽及提取所含有益元素,為大規模開發提供基礎資料。

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(責任編輯：陳姣霞)

Preliminary Research on the Geothermal Resource Evaluation of Jianghan Plain

LI Wei, YE Jiang, LIAO Yuan, WANG Liang, CHEN Mengyuan

(HubeiGeologicalEnvironmentStation,Wuhan,Hubei430034)

Geothermal energy as a kind of clean renewable energy,has direct use of many countries around the world,and shows higher economic benefits and environmental benefits,so the development and utilization of geothermal energy can be used as an important way to realize sustainable development. However,rational development of geothermal resources must be based on the resource and the distribution laws of science evaluation. In the low temperature geothermal resources is the key of the geothermal development in China,mainly contained in size in the fault basin and depression basin. Jianghan oilfield is largest oil field in Jianghan basin. The development and utilization of geothermal resources in Jianghan plain area is late,and the level of development and utilization is low. In this paper,using the master of a large number of geothermal resources in the process of oil and gas exploration,the geothermal resources evaluation for a preliminary study of the region,provide a reference for the rational development and utilization of geothermal resources,make it play their economic benefits.

geothermal resources; geothermal geology background; geothermal gradient; geothermal reservoir; resource amount

2016-08-29;改回日期:2016-10-17

李偉(1972-),男,高級工程師,水工環地質專業,從事水文地質工程地質、環境地質、調查評價工作。E-mail:499644566@qq.com

P314.2

A

1671-1211(2016)06-0882-13

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.06.016

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161109.1112.032.html 數字出版日期:2016-11-09 11:12