山西省聞喜縣地熱資源成因分析

林強

（山西省地勘局二一四地質隊，山西運城044000）

1 勘查區構造

1.1 斷裂活動

勘查區地處山西地臺的南端，屬華北地臺汾渭、山西、豫西三個二級地層區的交界地帶，大地構造位于華北大陸亞板塊南部鄂爾多斯地塊與河淮地塊接觸帶南端，勘查區處于涑水河斷陷盆地的中心。有多條斷裂分布在新生代地層中，而后又被晚新生代的沉積覆蓋，這些斷層范圍較小，總體呈北東—南西向，傾角較大在60°~65°以上，與勘查區南部地區的新華夏系的新構造運動一致。中條山北麓大斷裂以及峨嵋臺垣南側斷裂等這些“老”斷裂在晚近期又進一步發展成活動斷裂，繼續控制著區域的演化。本區的“新”、“老”構造綜合控制著運城斷陷盆地的形成與演化。

1.2 新構造運動兼有繼承性和新生性

本區新構造運動集成“老”構造運動明顯，集成于燕山期。“新—老”構造的持續運動控制了盆地的形成與演化。中條山北麓大斷裂、峨嵋臺垣南側斷裂以及鳴條崗等持續活動在新生代地塹盆地兩側的上升盤持續上升，斷陷盆地持續下降。表現為溫泉出露、地震的產生等構造運動的特征，并且在古近系地層中形成的新構造又體現了新生性。老構造和新構造的共同作用構成了現在地形、地貌的總體格架。

1.3 勘查區主要構造特征

勘查區為沉積平原，地表沉積了巨厚的蓋層，新的構造帶不明顯，均為隱伏斷層。大的構造為北東—南西向一系列平行斷裂帶，主要構造是中條山前北側大斷裂和峨嵋臺垣南側斷裂、鳴條崗隆起、涑水河凹餡等3~5條北東—南西向平行斷裂構造帶。勘查區展布于涑水凹餡平原區，位于運城斷陷盆地的東北部邊緣，為向西南傾斜的單斜構造。勘查區主要斷裂帶分述如下：

（1）F1（峨嵋臺垣南側）斷裂帶。斷裂帶位于工作區西北部，沿峨嵋臺垣南側與涑水沉積平原接觸帶一線展布，斷裂沿儀張村—姚村—衛家莊—西阜一帶，走向NE45°，傾向河槽位于勘查區西北部。地表為第四系覆蓋，地貌上形成一高達10~15m的黃土陡坎。為一傾向南東的高角度正斷層，走向北東—南西向，長度約為10~15km，斷距約為100~130m。該斷裂帶中生代以后活動強烈，勘探區內經過物探勘測剖面，已判定為一條斷裂構造存在，勘查區定名為F1（峨嵋臺垣南側）斷裂帶。

（2）F2（鳴條崗臺垣北側）斷裂帶。斷裂帶位于工作區東南，沿鳴條崗北側與涑水沉積平原接觸帶一線展布，斷裂沿重村—上邵王村—西官莊—南宋村，走向NE45°，傾向河槽。位于勘查區西南部，長度約30km。根據物探資料和鉆孔資料的反映，深部可能具有構造的隱伏斷層，該斷裂帶斷距大于100m，向南斷距逐漸減少，走向北西—南東向，傾向西南為一高角度正斷層。勘查區定名為F2（鳴條崗北側）斷裂帶。

2 儲熱層特征及儲熱條件

2.1 蓋層（保溫層）

根據鉆孔資料，0~360.0m為新生界第四系全(Q)地層,其中：0~28.0m為上更新統(Q3)地層，28.0~200.0m為中更新統(Q2)地層，200.0~360.0m為下更新統(Q1)地層。360.0~645.0m為新近系(N)地層，645.0~1212.0m為古 近 系(E)地層。1212.0~1390.0m為 奧 陶系(O)灰巖、白云質灰巖，1390.0~1805.0m為寒武系(∈)灰巖、白云巖。1212m以上地層為松散半松散沉積層，為該區主要蓋層，全部封閉不取水。蓋層分布規律由邊山—沖洪積傾斜平原逐漸過渡到盆地沖積平原，厚度由薄到厚，巖性由粘性土、亞砂土逐漸過渡到亞粘土—粘土，粘土厚度也增大，含水層由礫石、砂礫卵石逐漸過渡到粗砂夾礫石卵石—中砂—中細砂—粗砂，水位埋深由深變淺。

2.2 地熱熱源

根據區域地熱來源，參考收集周邊的淺井及地熱井資料，在勘查區的中地殼中存在低速高導層，這一低速高導層（高溫半熔融狀態）具有溫度高（600℃）的物理特性，然后通過熱傳導和熱對流兩種主要熱交換方式，便可將深部熱能轉化為淺部地熱能將深部的熱導入淺部，是淺部地熱的直接來源。

勘查區具有冷水深循環加熱的良好條件：①有邊緣鏟式活動斷裂帶，其斷裂深、破碎帶寬，可成為冷水下傳至基巖加熱的主要通道；②有盆地內活動斷裂作為加熱后的熱水向地表運移的通道；③有基巖隆起帶熱儲構造，包括碳酸鹽巖巖溶裂隙型及松散巖孔隙型。

3 勘查區熱儲層水文特征

根據熱儲層埋藏條件和含水介質，勘查區內地熱水可劃分為碳酸鹽基巖裂隙承壓水,廣泛分布于勘查區。

根據勘探孔（井）揭示，熱儲層埋藏深度較大，深度在1212m，揭露地層厚度593m，儲熱含水層埋深1212~1805m，構成儲熱層主要巖性為奧陶系、寒武系灰巖、鮞狀灰巖，主要含水層厚約97.60m。

儲熱層主要接受F1、F2兩條鏟式構造深部側向補給，地下水徑流方向與涑水河水流方向一致，總的運動方向是由北東向南西流動，向南側運城凹陷盆地深層排泄，另外通過人工開采形式排泄也成為主要的排泄方式之一。

通過抽水試驗結果及水質分析，勘查區內地熱水靜止水位埋深89.42m，出水溫度62℃，當水位下降41.98m時，單井出水量為105.6m3/h，單位涌水量0.699L/（s·m）。判定所揭露層段富水性中等。礦化度2.1g/L，水質類型為Cl·SO4-Na型水。

4 勘查區地溫梯度

4.1 地溫梯度推算

本次勘探井測井深度1802.23m（H），井底溫度69.97℃（T），地表恒溫層厚度采用30m，溫度采用年平均氣溫13.5℃。根據物探測溫資料，采用公式G=（Tt）/（H-h）×100分段進行計算勘查區地溫梯度。

經上述公式計算：

勘查區內第四系（0~360m）地溫梯度為6.1℃/100m；

新近系（360~645m）地溫梯度為2.6℃/100m；

古近系（645~1212m）地溫梯度為2.7℃/100m；

奧陶系（1212~1390m）地溫梯度為2.8℃/100m；

寒武系（1390~1805m）地溫梯度為2.4℃/100m。

根據測井溫度記錄計算全孔段地溫梯度，計算如下：

G=（T-t）/（H-h）×100=(69.97-13.5)÷（1800-30）=3.2℃/100m

根據測井溫度計算勘查區地熱田地溫梯度約為3.2℃/100m。

4.2 地溫特征

根據勘查區調查淺井資料顯示，區內淺層無地溫異常，地下0~200m埋深，水溫一般為13℃~30℃。深部靠地熱增溫而形成儲熱層，平均增溫梯度2.8℃/100m；700m埋深，溫度一般在42℃左右；1280m埋深，溫度一般在58℃左右；1800m埋深，溫度一般在70℃。以上特征與同一類型的渭河盆地及運城盆地地溫場特征大致相同，具有由淺到深遞減的趨勢。這一規律說明熱源主要來自深部熱流的傳導。

綜合上述分析，本區具備形成地熱溫度場的條件，上部有巨厚的保溫層，下部有良好的儲存及埋藏深度條件，具備了開發和利用地熱能的先提條件。

5 結論

（1）在綜合分析區域地質構造特征的基礎上，判定勘查區內主要構造在勘查區的北部峨嵋臺塬南部斷裂，鳴條崗北側斷裂，其次位于勘查區涑水河兩側的北東南西向次一級斷裂構造。

（2）本次勘查施工一眼勘探孔，根據地熱勘探孔（井）揭露的地層巖性特征，劃分為兩個熱儲層段：主要為奧陶系中統（O2）承壓巖溶裂隙含水層與寒武系張夏組（∈2z）承壓巖溶裂隙含水層。

（3）根據勘探孔抽水試驗數據，采用降深50m時的合理出水量，估算100年地熱井開采對熱儲的影響半徑（R），經過計算，影響半徑為2487.52m，按面積推算出可布置2眼地熱開采井。聞喜縣城區地熱田熱能13.71MW，按GB11615-2010《地熱資源地質勘查》規范地熱儲量劃分標準，山西省聞喜縣城區地熱田規模屬于“中型”地熱田。

（4）本次勘探探采結合井位于聞喜縣城，先后揭露了新生界第四系、新近系、古近系、奧陶系及寒武系地層。取水段主要是1300m以下熱儲層，靜水位埋深89.42m，降深41.98m時，出水量2534.4m3/d，水溫62.5℃。