內黃地熱田地熱資源評價及開采潛力分析

張海嬌

（河南省地質礦產勘查開發局第五地質勘查院，河南 鄭州 4500001）

內黃隆起地處華北盆地邊緣，具有較高的地熱流值和地溫梯度，巨厚的新生界沉積及其覆蓋下的下古生界奧陶系、寒武系形成良好的地下水熱儲層，地熱資源豐富。

近年來，隨著中原城市群的崛起及人民群眾生活質量的提升，該區對地熱資源的需求迅速上升。目前該區已有地熱井70余眼,主要用于供暖、洗浴和理療，帶來積極的社會、環境效益。但由于該區未進行系統的地熱資源量、地熱開發潛力評價，地熱資源的開發、管理具有盲目性，導致局部地區開采過于集中,熱儲壓力下降較快,已形成局部的降落漏斗，嚴重影響地熱資源的可持續開發利用。因此，進行地熱資源量計算及開發潛力評價，對于地熱資源可持續開發利用意義重大。本文以內黃隆起地熱田為研究對象，采用熱儲法、最大允許降深法及熱量開采系數法分別進行地下熱水資源評價和開采潛力分析。

1 工作區地熱地質概況

1.1 地質構造特征

內黃隆起位于中朝準地臺南部的華北坳陷，為一中生代—新生代早期斷塊隆起。

研究區屬華北地層大區，華北平原地層分區豫北小區，地層具有明顯變質巖基底和沉積巖蓋層，為典型的臺型沉積。地表廣為第四系覆蓋，其余地層為隱伏地層或零星出露。地層自下而上分布有太古界、元古界、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、白堊系、古近系、新近系、第四系等。

研究區邊緣為斷裂所圍限，湯東斷裂、長垣大斷裂、焦作—商丘深斷裂共同控制著地層分布。研究區內斷裂不發育，地溫場主要受地殼深部結構、地質構造和地層巖性結構控制。

1.2 熱儲層特征

內黃隆起地熱類型主要為傳導型，熱儲類型為層狀熱儲。區內主要熱儲層為新近系碎屑巖孔隙熱儲層、古近系碎屑巖孔隙裂隙熱儲層和古生界碳酸鹽巖巖溶裂隙熱儲層。第四系埋深淺、水溫低，形成熱儲蓋層。

新近系熱儲遍布全區，在浚縣火龍崗一帶直接出露地表，其余地區均隱伏于第四系之下，其頂底板埋深、厚度由隆起核部向東、南北方向逐漸加大。可細分為明化鎮組熱儲和館陶組熱儲，熱儲巖性主要為粉砂巖、細砂巖等，局部地區下部為含礫巖或砂礫巖。越往下部，儲層物性越好，儲層泥質含量一般低于10%，孔隙度一般在12.7%～31.6%之間；涌水量一般 840 m3/d～2600 m3/d，地下水類型以 SO4·Cl—Na、Cl·SO4—Na為主，總溶固一般2.8 g/L～4.2 g/L。

古近系系熱儲區內僅局部存在，主要為一組河湖相沉積含油泥砂巖建造，巖層一般膠結較好，且泥質巖石層較多，砂巖層較少，熱儲層地熱流體富集性較差。因此，在目前情況下，不具有很大的開發利用價值。

下古生界寒武-奧陶系溶隙型熱儲在隆起區核部及內黃縣北部缺失，其余地區均有分布。浚縣局部直接出露于地表，其余地帶埋藏在新生界或上古生界地層之下。埋藏型熱儲頂板埋深781 m～2170 m不等，最大揭露厚度597 m，其埋深、厚度由隆起區核部向東、東南方向變深變厚，至東南部長垣一帶大于3000 m。熱儲巖性以灰巖、白云質灰巖、質灰巖為主，由于受構造控制，其裂隙、溶隙、溶洞發育程度不等，富水性不均，在構造帶附近，裂隙、溶隙發育，富水性較好。統（圖1）。對于資料稀少的下古生界熱儲，將其簡化為一水平向無限延伸、平均深度2000 m、平均厚度為400 m的層狀巖溶體。

根據《地熱資源地質勘查規范》（GB/T11615-2010），地熱儲存資源評價采用熱儲法；地熱流體可開采量評價，新生界采用最大允許降深法，開采年限限定為100年，最大允許降深為150 m；下古生界寒武-奧陶系巖溶熱儲采用可回采系數法。

在計算參數選用方面：地熱分區面積根據矢量圖實際量取得；熱儲層含水介質厚度根據區內鉆孔資源統計得出；熱儲孔隙度依據華北地區鉆孔巖心資料建立的新近系砂巖孔隙度-深度統計曲線確定；熱儲溫度根據熱儲平均深度及平均地溫梯度值計算取得；巖石及水的比熱容根據《地熱資源地質勘查規范》（GB/T11615—2010）確定，最大允許降深取 150 m，設計開采年限為100年；彈性釋水系數綜合前人研究成果確定；下古生界地熱回采系數根據規范取0.2，具體選用參數見表1。

圖1 新生界地熱資源計算分區圖

2 地熱資源評價及開采潛力分析

2.1 地熱資源計算及評價

2.1.1 熱儲模型、評價方法及參數選用

根據新近系、古近系砂巖層與泥巖層頻繁交互疊置的復雜沉積結構特征將新生界新近系、古近系熱儲簡化為如下概念模型：分為6個地熱小區，各區在平面上無限伸展，垂向上為3～4個主要含水砂層，其上、下為相對隔水的泥巖層所組成的多層結構系

2.1.2 資源量計算與評價

依據前述的計算方法對內黃隆起地熱田地熱資源進行了計算，計算結果見表2。

表1 地熱資源計算選用參數一覽表

表2 新近系、古近系地熱積存資源量計算表

由表2可知，隆起區新近系熱儲儲存的熱水量、熱能量及熱水可開采量都遠遠大于古近系熱儲的量，隆起區新生界熱儲以新近系熱儲為主。隆起區下古生界碳酸鹽巖儲層中地熱流體可采量為4391.2萬m3/a，大于新生界熱儲總的可開采量2713.79萬m3/a，可見隆起區下古生界熱儲極具開采前景。

2.2 地熱資源開采潛力評價

2.2.1 地熱資源開發利用現狀

內黃隆起屬沉積盆地型地熱田，地熱開發利用方式主要為井采，地熱開采主要層位為新近系明化鎮組、館陶組熱儲，下古生界寒武-奧陶系僅在極個別地段有少量開采。目前，區內有不同深度的地熱開采井76眼，主要集中在南樂、清豐、濮陽市、長垣等縣市的城區范圍內。其中濮陽市、南樂縣、清豐縣3地有部分地熱井用于小區供暖，有尾水回灌設備，其余地熱井主要為洗浴、醫療、游泳所用，尾水直接排放。

全區地熱水開采總量為734.55萬m3/a（見表3），其中新近系明化鎮組地熱水開采量為472.13萬m3/a，下古生界寒武奧陶系地熱水開采量262.42萬m3/a。

表3 內黃隆起區地熱水開發利用情況統計表

2.2.2 地熱資源開發利用潛力

地熱地熱資源開發利用潛力受可開采量限制,根據前述的地熱流體可開采量,計算工作區各熱儲層地熱流體剩余可采資源量見表4。

表4 研究區地熱流體剩余可采資源量一覽表

由表4可知，研究區新近系地熱流體熱量剩余開采量總計為1854.71萬m3/a，古近系地熱流體熱量剩余開采量總計為541.15萬m3/a，寒武奧陶系剩余開采量為4324.89萬m3/a，除南樂、濮陽、清豐、浚縣等城區地帶部分熱儲層開采量較大外，其余地帶仍有巨大的開發利用空間。

2.2.3 地熱資源開發利用潛力區劃

根據工作區地熱資源開發利用現狀及其賦存分布特征，本次選取地熱流體熱量開采系數指標作為地熱資源開采潛力分區依據。具體公式如下：

式中：CE為地熱流體熱量開采系數；Ek為地熱流體已開采熱能，kJ/a；Ey為地熱流體允許開采熱能，kJ/a。

采用地熱流體熱量開采系數來劃分，分區標準見表5。

表5 地熱流體熱量開采系數分區表

據此，對工作區新近系、寒武-奧陶系地熱流體熱量開采系數熱量進行了計算（見表6），并進行了相應的地熱資源開發潛力分區（見圖2、圖3）。

表6 工作區地熱資源熱量開采系數表

圖2 新近系地熱資源開采潛力分區圖

由表6、圖2可知，新近系地熱流體熱量開采指數除南樂、濮陽、長垣、清豐、延津等城區，均小于40%，表明廣大地區新近系熱儲仍極具開采潛力。其中南樂、濮陽、長垣3地為超采區，展布面積約136.18 km2，占全區面積的1.98%，該區應合理調配地熱井分布格局，關閉部分地熱井以降低地熱資源的開采數量；清豐縣城為采補平衡區，面積28 km2，約占全區面積的0.4%，該區地熱水開采量已達到其開采極限，政府部門應進行嚴格管控，控制地熱井數量及開采量維持在現有水平上不再進一步增大；延津為具有一定開采潛力區，面積60.78 km2，約占全區面積的0.9%，該區可在進一步論證基礎上，適度的擴大開采；滑縣-長垣一帶的農村為極具開采潛力區，面積2507.44 km2，約占全區面積的30.46%，可繼續積極提倡當地進行地熱資源的開發利用；其余新近系熱儲分布地帶僅有零散的地熱井分布，開采潛力巨大。

圖3 寒武-奧陶系地熱資源開采潛力分區圖

由表6、圖3可知，工作區寒武-奧陶系熱儲層開發利用較少，僅在清豐、濮陽、浚縣3地有開采。其中清豐、浚縣城區為超采區，濮陽市區雖對該層位有所開發利用，但熱量開采系數僅14.12%，為極具開采潛力區；其余廣大地帶尚未開發利用該層熱儲，為極具開采潛力區，可大力提倡當地進行該層地熱資源的開發利用。

總體來看，工作區地熱資源量比較豐富，現有開發只涉及很小的范圍，總體開發利用水平較低。因而，地熱開發市場廣闊，前景看好。

3 結論

（1）內黃隆起地熱田屬沉積盆地型地熱田，熱源供給為大地熱流傳導。區內主要熱儲層為新近系碎屑巖孔隙熱儲層和古生界碳酸鹽巖巖溶裂隙熱儲層。

（2）地熱田地熱資源積存量12117.66億m3，地熱流體可開采總量7104.99萬m3/a。其中新生界地熱資源積存量11898.10億m3，地熱流體可采量2713.79萬m3/a；古生界碳酸鹽巖儲層積存熱水量219.56億m3，地熱流體可采量4391.2萬m3/a。

（3）全區地熱水總開采量734.55萬m3/a，其中新近系開采量472.13萬m3/a，下古生界寒武奧陶系開采量262.42萬m3/a。剩余可開采總量6720.75萬m3/a，仍有巨大的開發利用潛力。

（4）開采潛力分區顯示工作區地熱開采潛力巨大。其中新近系地熱資源南樂、濮陽、長垣三地為超采區，清豐為采補平衡區、延津為具有一定開采潛力區，其余地帶為極具開采潛力區；寒武-奧陶系熱儲除清豐、浚縣兩地城區屬超采區外，其余地帶均為極具開采潛力區。