基于多源地質信息的紅層覆蓋區深部地熱資源勘查

摘要：白羊山位于儀征市劉集鎮西南部，上覆厚層白堊系浦口組紅色陸源碎屑巖。為了勘探白羊山深部地熱資源，本研究基于區域地質、周邊鉆井、地球物理勘探等多源信息，從源、通、儲、蓋等方面分析地熱地質條件，在有利構造部位部署地熱探井揭露侏羅系象山群孔隙-裂隙型熱儲。XF01井完井深度為2 550 m，涌水量為317 m3/d，水溫為47 ℃，經計算，可采資源量為299 m3/d。實踐證明，基于多源地質信息，在紅層覆蓋區的儲層中，優選有利匯水構造部署地熱探井，可有效獲取深部地熱資源。

關鍵詞：地熱資源勘查；紅層；地球物理勘探；地熱探井；白羊山

中圖分類號：P631.325 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）08-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.017

Exploration of Deep Geothermal Resources in Red Bedded Areas Based on Multisource Geological Information

——Taking Baiyang Mountain in Yizheng City as an Example

XU Aimin1，3， SONG Tao1，3， WU Jianfeng1，3， JIN Guanghua2，3， LU Jun2，3

（1. Jiangsu East China 814 Geophysical Exploration Co.， Ltd.; 2. Nanjing Exploration Engineering Co.， Ltd.， Nanjing 210007， China;

3. Jiangsu Geological Bureau， Nanjing 210001， China）

Abstract： Baiyang Mountain is located in the southwest of Liuji Town， Yizheng City， overlying a thick layer of red terrigenous clastic rocks from the Pukou Formation of the Cretaceous System. In order to explore the deep geothermal resources in Baiyang Mountain， based on multisource information such as regional geology， surrounding drilling， and geophysical exploration， this study analyzes the geothermal geological conditions from the perspectives of heat sources， channels， reservoirs， and caprocks， and deploys geothermal exploration wells in favorable structural areas to reveal the pore-fracture type thermal reservoirs of the Jurassic Xiangshan Group. The completion depth of XF01 well is 2 550 m， with a water inflow of 317 m3/d and a water temperature of 47 ℃， after calculation， the recoverable resource is 299 m3/d. Practice has proven that based on multisource geological information， selecting favorable catchment structures to deploy geothermal exploration wells in reservoirs of red bedded areas can effectively obtain deep geothermal resources.

Keywords： geothermal resource exploration; red beds; geophysical exploration; geothermal exploration well; Baiyang Mountain

高質量發展是中國未來發展的主題，構建清潔、低碳、安全、高效的能源體系是能源高質量發展的本質要求。地熱能是一種綠色低碳、可循環利用的可再生能源，高度契合國家當代能源需求[1-2]。地熱資源具有分布廣泛、儲量巨大的優點，同時也在資源類型和資源量、熱儲介質和賦存深度、利用需求和開發難度等方面表現出明顯的地域性差異。目前，江蘇省主要開發1 500 m以深（盆地傳導型）的水熱型地熱資源，溫度多在40～80 ℃，下揚子凹陷區淺部常見數百米厚的紅層，勘查開發難度較大。以需求為導向，結合當地地熱資源特點，基于區域地質、周邊已有勘探孔、地球物理勘探成果等多源地質信息，評價地熱資源，優選靶區，布設地熱探井揭露驗證，可以提高地熱資源勘查成功率。本文以儀征市白羊山地熱資源勘查為例，基于多源地質信息，從源、通、儲、蓋等方面分析地熱地質條件，開展鉆井選址和鉆探驗證工作，計算資源儲量，為地熱資源的評價和開發提供基礎數據[3-5]。

1 區域地質背景

研究區位于儀征市劉集鎮西南部，構造位置屬下揚子凹陷區通揚隆起的江都凸起西北部，北接高郵凹陷，南鄰儀征凹陷。揚子地層區地層發育齊全，在中元古界海州群、張八嶺群淺變質巖基底上發育兩大套蓋層，分別是以海相沉積為主的震旦系-三疊系碳酸鹽巖-碎屑巖和以陸相沉積為主的侏羅系-新近系碎屑巖。其中，白堊系內陸盆地堆積的紅色碎屑巖廣泛分布于下揚子地區，厚度普遍達到數百米[6-7]。研究區地表第四系廣泛覆蓋，根據周緣地表地質與鉆井揭露，中新生界侏羅系、白堊系、新近系陸相沉積層發育較全，白堊系浦口組（K2 p）出露于劉集鎮西南部，新近系玄武巖（N）在謝家集-馬集鎮一帶零星出露，如圖1所示[7]。

2 地熱地質特征

2.1 區域熱背景

傳導型地熱資源的熱量大多來自地球內熱向地表的直接傳導。儀征市地處下揚子凹陷區通揚隆起與蘇北盆地的相接部位，大地熱流值大于70 mW/m2，地溫梯度為25～30 ℃/km，顯示良好的熱源基礎條件。基于重力密度界面反演計算的莫霍面深度為30～32 km，居里面埋深則在28～32 km，反映了儀征市不僅處于地幔隆升區附近，也位于較淺的居里面位置，深部的熱流易向淺部傳導，具備較好的熱異常條件[8-9]。新生代以來的火山活動也反映了區域熱活動的形跡，馬家集鎮一帶大量的玄武巖零星出露以及謝家集附近的玄武巖火山機構均是新近紀的巖漿活動。江都凸起南北的兩條東西向邊界斷層主要表現為儀征凹陷和高郵凹陷的同沉積斷層，與凸起內一系列近南北向的斷層共同構成了研究區的斷裂體系，具有一定的導熱導水作用（見圖1）。

2.2 地熱資源賦存條件

水熱型地熱資源勘探的關鍵是確定適宜深度的含水層或含水構造。分析區域水文地質資料，根據地下水在介質中的賦存特征，可將儀征市地下水分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖巖溶裂隙水三類。松散巖類孔隙水主要分布于淺部約650 m以內的新近系-第四系地層中，碎屑巖類孔隙裂隙水主要賦存于深650～2 500 m的白堊系浦口組（K2 p）砂巖及侏羅系象山群（J1-2x）砂礫巖中，碳酸鹽巖巖溶裂隙水主要賦存于深2 500 m以下的寒武系-奧陶系（?-O）碳酸鹽巖地層中。鑒于含水層埋深和地熱資源商業價值，碎屑巖類孔隙裂隙水的溫度和埋深對于商業開發最為經濟，碳酸鹽巖巖溶裂隙水次之。

已有鉆井資料表明，研究區周邊新近系到第四系（N-Q）厚度小，古近系（E）在本區范圍缺失，中生界厚度變化較大。區域布格重力剖面和同線解譯地質剖面（忽略薄層N-Q）如圖2所示，布格重力顯示中部高、南北兩端低的特征，大致反映奧陶系頂面的展布特征，中部重力高反映江都凸起，南、北部重力降低分別反映儀征凹陷和高郵凹陷。值得注意的是，18井及其南部發育白堊系浦口組和侏羅系象山群，而古參1井及其北白堊系浦口組地層直接不整合于奧陶系之上，未見有侏羅系象山群地層發育。經鉆井揭露，浦口組之下是古生界地層倒轉或疊瓦狀逆沖，未見象山群地層發育[10]，也印證了江都凸起南、北兩側沉積地層的重要差異。

3 地熱鉆井選址與驗證

3.1 重力-電磁聯合勘探鉆井選址

通過可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）、大地電磁測深（MT）以及重力勘探，了解研究區內地熱儲層、蓋層以及含水構造的空間展布特征。CSAMT與重力勘探同線布置7條，線長為2.5 km，點距為50 m；MT測線有4條，線長為2 km，點距為250 m。另外，部署古參1井和18井，獲得井旁大地電磁測深，以提供電性參數。以可控源大地電磁測深與重力勘探的處理反演結果為依據，以古參1井和18井的井旁大地電磁測深反演電阻率和實測密度數據為橋梁（見表1），聯合解譯研究區深部地質特征。

測線L9基于MT校正的CSAMT反演斷面及同線重力上延區域場、重力水平總梯度剖面如圖3所示。電法反演斷面顯示，自表層至底部-4 km，電阻率呈低-高-低-高的變化特征，分別代表N-Q、K2 p、J1-2x和O地層；重力上延區域場顯示奧陶系頂面南淺北深，重力水平總梯度在斷面中段存在明顯的高值異常，這是斷層的顯示。經重力-電磁聯合解譯，確定以侏羅系象山群低阻地層為主的地熱儲層與有利構造斷層位置，了解上覆浦口組紅層地熱蓋層規模，選定地熱探井XF01，目標熱儲層（構造）侏羅系象山群砂礫巖含水層深度為1.2～2.0 km，預測奧陶系碳酸鹽巖主體深度在2.5 km以深。

3.2 驗證結果

XF01井完井深度為2 550 m，終孔地層巖性為侏羅系象山群砂礫巖，揭露的地層從第四系至侏羅系象山群均與選址預測一致，鉆遇地層深度與預測深度的差值在50～190 m。測井解譯揭露含水層有39層，經射孔取水9層，取水段深度為1.0～1.6 km，涌水量為317 m3/d，水溫為47 ℃。

3.3 地熱資源評價

根據三次降深抽水試驗結果繪制降深曲線，與《水文地質手冊》[11]中的管井涌水量經驗公式表對照，選擇最優函數預測不同降深的涌水量，如式（1）所示。為保護地下水資源，保障可持續開采，依據《地熱資源地質勘查規范》（GB/T 11615—2010），取水位降深為40 m時的涌水量（299 m3/d）作為XF01井可采資源量。

Q=248.53×S 0.050 3（1）

式中：Q為涌水量，m3/d；S為水位降深，m。

根據水質分析結果，XF01井地熱流體礦化度為17 496 mg/L，pH為7.40，總硬度為241 mg/L，水化學類型為HCO3-Na型。地熱井口水溫為47 ℃，按地熱資源溫度分級，它屬于溫熱水型低溫地熱資源。

4 結論

充分利用已有區域地質、物探、水文以及鉆孔資料，分析區域地熱背景和地熱儲層發育特征，根據研究目的選擇重點熱儲層進行進一步勘探，這是合理可行的。基于重力-電磁聯合地球物理勘探方法，分析研究區熱儲層及熱儲構造的空間展布特征，了解地熱蓋層厚度，科學設計地熱探井，是地熱資源勘查的關鍵。實踐證明，基于多源地質信息勘探紅層覆蓋區深部的地熱資源，可以取得良好效果，為同類工作提供借鑒。

參考文獻

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