郯城縣地熱資源勘查研究

摘要：山東省臨沂市被授牌為“中國地熱城”，區內地熱資源豐富，開發利用時間長，產生了顯著的社會效益和經濟效益。本文以臨沂市管轄的郯城縣為研究區，結合區域地質背景與水文地質特征，探析地熱資源形成、發育的機理，然后通過物探方法確定斷裂位置，并布設探采結合孔進行鉆探驗證。研究表明，受嶧城斷裂的影響，研究區熱儲受構造控制比較明顯，巖石較破碎、裂隙較發育。深部巖溶熱儲類型為典型的層狀兼帶狀熱儲。

關鍵詞：地熱資源；斷裂構造；熱儲；郯城縣

中圖分類號：P314 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）03-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.020

Abstract： Linyi City， Shandong Province， was awarded the title of \"China Geothermal City\"， the area is rich in geothermal resources and has been developed and utilized for a long time， resulting in significant social and economic benefits. In this paper， Tancheng County， under the jurisdiction of Linyi City， is taken as the research area， combining the regional geological background and hydrogeological characteristics， the mechanism of the formation and development of geothermal resources is analyzed， then， the location of the fault is determined through geophysical exploration methods， and exploration and production combined holes are arranged for drilling verification. The research shows that influenced by the Yicheng fault， the thermal reservoir in the study area is significantly controlled by the structure， with relatively fractured rocks and well-developed fractures. The type of deep karst thermal reservoir is a typical layered and banded thermal reservoir.

Keywords： geothermal resources; fault structure; thermal reservoir; Tancheng County

臨沂市位于山東省東南部，是全國聞名的地熱城[1]，地熱資源豐富，溫泉歷史源遠流長，著名的湯頭溫泉具有2 000多年歷史，為“瑯琊八景”之首。目前，臨沂市已發現地熱異常點49處，所轄各縣區境內均有分布，經估算，地熱資源總量相當于1.84億t標準煤的產熱量。臨沂市地熱資源分布廣泛，遍布每個縣區，開發潛力大，利用前景廣闊。郯城縣隸屬于臨沂市，地處魯中南低山丘陵區南部，靠近郯蒼平原腹心地帶，地貌主要為平原，地勢較為平坦。研究區內河流屬淮河流域沂河水系，主要河流有沂河及其支流白馬河、圍帶河等，流向均為自北向南。

1 研究區地質概況

研究區地處沂沭斷裂帶南延區段的西側，大地構造屬于華北板塊（Ⅰ）魯西隆起區（Ⅱ）魯中隆起（Ⅱa）的棗莊斷隆（Ⅱa10）馬頭凹陷（Ⅱa103）[2]，如圖1所示。

1.1 地層巖性

研究區被第四紀地層全覆蓋，地層自下而上有新太古代泰山巖群、寒武-奧陶紀地層、白堊紀地層及第四紀地層。

1.1.1 泰山巖群

一是雁翎關組，巖性以角閃質巖石為主，夾變粒巖、黑云石英片巖、透閃片巖、變質礫巖及磁鐵石英巖等。二是山草峪組，巖性以黑云變粒巖為主，夾云母片巖、磁鐵石英巖和淺粒巖等。三是柳杭組，巖性以斜長角閃巖、黑云變粒巖和角閃黑云變粒巖為主，夾變質礫巖及絹英片巖等。

1.1.2 寒武-奧陶紀地層

一是李官組，以紫紅色石英砂巖為主，偶有礫巖，上部具有砂質頁巖與云泥巖巖石組合，頂為砂巖、頁巖、灰巖與白云巖組合，地層厚度為30～200 m。二是朱砂洞組，巖性主要為淺灰色、灰色厚層微晶灰巖、泥晶灰巖和白云巖，次為白云質灰巖、云斑泥晶灰巖、灰質白云巖以及頁巖，厚度為78～124 m。在研究區東北16.6 km處有人工開挖露頭，現場踏勘地層的產狀為110°∠14°。三是饅頭組，底部以灰紫-黃灰色粉砂質頁巖夾粉砂巖、細砂巖夾灰色砂屑灰巖為主，上部以薄層-中厚層細砂巖為主，夾粉砂巖、砂屑鮞粒灰巖、砂屑灰巖，與下伏朱砂洞組整合接觸，厚度為20～203 m。四是張夏組，巖性以厚層鮞粒灰巖和藻灰巖為主，中間夾鈣質頁巖，與下伏饅頭組整合接觸，厚度為110～223 m。五是崮山組，巖性為淺黃色疙瘩狀-鏈條狀泥晶灰巖與黃綠色頁巖互層，夾薄-中層礫屑、砂屑灰巖，與下伏地層張夏組整合接觸，厚度為30～48 m。現場踏勘地層的產狀為50°∠25°。六是炒米店組，巖性以黃灰色薄層泥質條帶泥晶灰巖、砂屑灰巖、礫屑灰巖、鮞粒灰巖為主，夾生物碎屑灰巖及藻灰巖，與下伏崮山組整合接觸，厚度為68～180 m。七是三山子組，以厚層-薄層的白云巖為主，夾白云質灰巖和灰巖殘留體，上部以中厚層富含燧石結核和條帶白云巖為主，夾薄層粉細晶白云巖，與下伏地層炒米店組整合接觸，厚度為70～250 m。八是馬家溝組，巖性以灰巖夾白云巖為主，與下伏地層三山子組平行不整合接觸，厚度為580 m左右。

1.1.3 白堊紀地層

八畝地組巖性以灰紫色、灰綠色、紫灰色氣孔狀安山巖以及粗安巖、玄武粗安巖為主，厚度為550 m左右。

1.1.4 第四紀地層

臨沂組巖性主要為灰黃色含黏土砂、黏土質粉細砂，厚度為1～4 m。

1.2 斷裂構造

研究區地處沂沭斷裂帶最西側，地質構造極為復雜，區內構造發育，同時派生次一級的構造。因此，研究區存在多期次的構造，有3個斷裂。

1.2.1 鄌郚-葛溝斷裂

鄌郚-葛溝斷裂走向為北東15°左右，傾向東，傾角為80°左右。斷面主要傾向東，顯示正斷層性質，并夾古生界斷片，走向上或為單一的主干斷裂，或呈斷裂束出現。該斷裂表現為強烈的擠壓和破碎，但第四紀以來，沿老的地塹邊界，該斷裂活動以張性活動為主。斷裂活動伴有巖漿活動，溝通了深部熱源，為地熱的形成提供通道[3]。

1.2.2 嶧城斷裂

嶧城斷裂走向為北西，經倪村-孫莊-郎里一帶，走向為300°左右，傾向南，斷裂發育較深，對地熱形成有利。

1.2.3 鐵富溝斷裂

鐵富溝斷裂走向為北西，經楊莊寺-鋪里一帶，走向為290°左右，傾向南，斷裂發育較深，對地熱形成有利。研究區出露有白堊系青山群、白堊系王氏群、寒武-奧陶系地層，各地層呈不整合接觸，北部的寒武-奧陶系地層和白堊系王氏群均傾向南，下伏于白堊系青山群地層。

2 區域水文地質

研究區屬山前沖洪積平原淡水水文地質亞區，地下水主要分布于河流溝谷兩側的沖洪積層中，含水層巖性為砂及砂礫石，含水性較好，水位埋深與大氣降水及河水位有密切關系，一般水位埋深為10～80 m，潛水、承壓水的單井涌水量一般大于5 000 m3/d，局部為3 000～5 000 m3/d，水化學類型為重碳酸鹽型水[4-5]。地下水的主要補給來源為大氣降水，并接受上游區域地表水及地下水的側向徑流補給，地下水自北向南流經研究區。

3 成礦條件分析

研究區內熱儲巖溶裂隙較發育，具有熱儲空間，構成巖溶裂隙型熱儲層。受嶧城斷裂的影響，熱儲受構造控制比較明顯。因此，研究區具有良好的找熱前景。

3.1 熱儲層

結合研究區地質資料及現場踏勘情況，推測區內奧灰熱儲層頂界埋深約為1 700 m，熱儲層水溫約為50 ℃[6]。

3.2 蓋層

研究區主要分布熱傳導型低溫地熱資源，第四系松散層厚度約為80 m，為良好的蓋層，白堊系青山群及萊陽群的砂巖隔熱性能好，可作為良好的熱儲保溫層。

3.3 水源

根據研究區的古地理、古地形條件，地下熱水的主要補給來源為大氣降水，它通過垂直入滲和深部循環進行補給。

3.4 熱源

研究區內熱源主要是大地熱流。一部分來自地殼上部放射性元素集中層，另一部分來自地殼深處和上地幔。另外，嶧城斷裂及鐵富溝斷裂是研究區的活動斷裂，在生成和活動過程中不斷產生熱量，使地殼深處和上地幔的熱源直接上涌，從而產生附加供熱，這些熱量一部分散發到大氣中，另一部分被蓋層保存[7-11]。

4 地熱探采結合井位置的選取

研究區內主要斷裂為北西向的嶧城斷裂，選擇可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）進行勘測[12]。經勘查，以嶧城斷裂分界，研究區中部以南存在一低阻異常，淺部視電阻率較低，異常東部隨深度的增加往北延伸。研究區CSAMT視電阻率剖面圖如圖2所示，嶧城斷裂視電阻率存在低阻異常，說明巖石較破碎、裂隙較發育，該處富水性較好。結合區域地質背景及水文地質條件，該異常區是布設鉆孔的有利部位[13-14]。布設地熱鉆探井1處，地熱1號井位于CSAMT剖面的3 300號點，設計孔深為1 900 m左右。經鉆探驗證，最終鉆探進尺為1 897 m。

5 結論

研究區地熱資源為熱傳導深循環對流型，熱源為大地熱流，水源為大氣降水。熱水的賦存及分布受巖溶發育和斷裂的控制，熱水溫度主要取決于地下水的循環深度及徑流排泄條件，熱儲呈層狀兼帶狀分布，熱儲類型為巖溶裂隙熱儲，熱儲巖性主要為灰巖、白云巖。根據地熱井的揭露情況，熱儲頂板埋深為615.7 m，底板埋深為1 894 m，熱儲總厚度為373.8 m，平均孔隙度為8.80%，平均滲透率為1.886×10-14 m2。

地熱井水位降深為51.71 m時，單井穩定水量為851 m3/d，出水口溫度為52 ℃。總體來看，嶧城斷裂為很好的控熱構造，后期可繼續圍繞嶧城斷裂進行地熱開發利用。

參考文獻

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