河北省衡水區域地熱地質特征研究

摘" 要：在國家治霧減霾號召的驅動下，河北地區已形成較大的地熱供暖城市群，研究衡水區域地熱地質特征，將有利于推動衡水低碳環保道路的進程。該文通過對地質、構造、物探、水質及鉆孔等資料的系統分析，發現衡水地熱資源豐富，主要賦存館陶組砂巖和奧陶系基巖2套熱儲，地下熱水主要源于古降水補給，可采地熱資源量2 741×1016 J，可滿足6.62×106萬m2供暖面積，市場開發潛力巨大。此外，為發揮本區資源優勢、減少開發風險，提出合理化建議，為衡水區域地熱資源下一步勘探開發提供科學依據。

關鍵詞：衡水區域；地熱資源；砂巖熱儲；基巖熱儲；地質特征

中圖分類號：P694""""" 文獻標志碼：A""""""""" 文章編號：2095-2945（2025）04-0094-04

Abstract： Driven by the national call for haze control， Hebei has formed a large geothermal heating urban agglomeration. Studying the geothermal geological characteristics of Hengshui area， will be beneficial to promote the process of the road for low-carbon and environmental protection in Hengshui. It is found that Hengshui is rich in geothermal resources， based on the systematic analysis of geology， tectonic， geophysical prospecting， water quality and drillhole. There are mainly two sets of thermal reservoirs in Guantao formation sandstone and Ordovician karst. The groundwater is mainly supplied by ancient precipitation. The amount of produced geothermal resources is 2 741×1016 J， satisfying the heating needs of 6.62×1010 m2. Moreover， this paper puts forward reasonable suggestions， in order to give full play to the advantages of resources， reduce the risk of development and provide scientific basis for the next exploration and development of geothermal resources in Hengshui area.

Keywords： hengshui district; geothermal resources; sandstone thermal reservoir; karstic thermal reservoir; geological characteristics

近年來，常規資源枯竭、全球氣候變暖、霧霾不斷加劇等現象的出現，使得能源供給與環境保護已成為當今社會面臨的主要問題[1]。地熱資源以其資源儲量巨大、分布廣泛、開發利用穩定、安全、清潔、高效和可再生的獨特優勢，成為實現能源生產革命、緩解環境壓力的戰略性資源[2]。

衡水區域地熱資源較豐富，全市新生界平均地溫梯度值3.16 ℃/100 m，初步查明地熱田及地熱異常區9處，分別為：安平-深州地熱田、街關-護駕遲地熱田、武強-武邑地熱田、王家井地熱田、阜城地熱田、桃城區地熱田、碼頭李-官道李地熱異常區、棗強地熱田和故城地熱田，總面積4 504.20 km2，占全區總面積的51.1%[3]。但是，該區域地處華北平原東部，地熱地質條件較為復雜，地熱差異較大。

本文擬通過在收集地質、構造、物探、水質及地熱井鉆孔資料的基礎上，揭示河北省衡水市地熱資源分布規律，查明主要熱儲層地熱地質條件，充分發揮本區資源優勢、減少開發風險，為衡水區域地熱資源下一步勘探開發提供科學依據。

1" 區域地質特征

衡水區域位于渤海灣盆地中西部，跨越冀中坳陷、滄縣隆起和臨清坳陷3個Ⅲ級構造單元，10個Ⅳ級構造單元（圖1）。無極-衡水斷裂橫跨整個區域，西起曲陽、行唐以西，向東經無極、衡水，于德州以南延入山東，呈北西西向展布，傾向NE，傾角39～55°，正斷層，總體上西段活動性較強，中段沿線地熱異常即衡水區域[4]。

受地質歷史時期地質構造活動的影響，衡水區域發生了多次不均勻升降，呈現出坳中有凸、隆中有凹的凹凸相間的構造格局；接受了間斷性沉積及巖漿侵入，在太古界-下元古界變質巖性的基礎上，沉積了中上元古界、古生界、中生界和新生界，局部分布輝長巖、閃長巖等侵入巖類[5]。

2" 熱儲特征

衡水區域熱儲屬于平原區圈閉型熱儲，依據熱水的賦存空間及熱水通道的不同分為2種類型：一種是以熱傳導為主的大地熱流控制作用下形成的中低溫熱儲，即新近系熱儲；另一種是在熱傳導與熱對流共同作用下形成的深構造裂隙巖溶型熱儲，即基巖熱儲[6]。通過收集該區已有地質、鉆井等資料，將本區熱儲層自上而下主要劃分為館陶組砂巖熱儲層和奧陶系基巖熱儲層。

2.1" 館陶組砂巖熱儲

館陶組孔隙型砂巖熱儲層除滄縣隆起部分地區缺失外，其他地區均有發育，呈層狀分布，巖性穩定，具有埋藏淺、水溫較低、出水量較大等特點。館陶組頂界埋深在700～2 000 m，饒陽縣城區域最深，2 000 m左右，阜城縣西南側、冀州區管道李-小寨區域、故城縣南側、棗強縣城、李寺村一帶埋藏較淺，小于1 000 m（圖2）；底板埋深900～2 400 m，沉積厚度一般200～500 m，最厚可達880 m。熱儲巖性以砂巖、含礫砂巖、砂礫巖、礫巖為主，夾粉砂巖。熱儲厚度一般50～450 m，深州市清輝頭熱儲厚度最大，達350～450 m；冀州市碼頭李、棗強縣城、婁子一帶熱儲厚度較薄，小于50 m，與館陶組頂界埋深平面變化趨勢大體一致。單層厚度一般10～20 m，最厚達72 m。砂厚比一般為33%～60%，最大達75%，孔隙度16%～32%，滲透率一般93～500 mD。單井出水量50～90 m3/h，最大達116.67 m3/h（安熱1井）。井口水溫主要分布于50～55 ℃，其中西北區域深州、安平、饒陽、武強高達70～80 ℃。

2.2" 奧陶系基巖熱儲

奧陶系裂隙型巖溶熱儲層除饒陽縣東北部分區域缺失外，其他區域均有發育，呈帶狀分布，非均質性較強，巖溶裂隙發育不一，受斷裂控制明顯[7]。中生代發育的無極-衡水隱伏大，斷裂橫跨整個區域，是控制區內構造發展和熱田形成的重要斷裂。奧陶系頂面埋深在2 000～4 600 m，中南大部分區域分布在2 800 m以淺，深州區域最深，高達4 600 m（圖3）；熱儲厚度600～800 m；熱儲巖性主要為灰巖、白云質灰巖、灰質白云巖。根據地熱井實鉆資料表明，奧陶系熱儲層遭受風化巖溶作用強度不一，裂隙率、有效熱儲層厚度差異較大，主要受構造部位、相應蓋層影響，一般凸起部位風化作用較強，富水性較好，單蓋層同樣可為下伏基巖經歷較長時間淋濾作用創造條件。3 000 m以淺基巖熱儲，據地溫梯度推測，水溫一般高于70 ℃，屬中-高溫地熱水。

3" 地熱水特征

3.1" 水化學特征

衡水區域地下熱水中溶解性總固體（TDS）分布具有差異性，北部較低，為1～3 g/L，中南部較高，為5～9 g/L，屬咸水。水化學特征在水平上分為兩大水化學類型區，呈條帶狀分布，西北區以氯化物·硫酸-鈉型水為主，東南部以重碳酸·氯化物型-鈉型水為主，具有沖積扇型水化學分布規律（圖4）。pH在7.0～8.7之間，屬弱堿性。

3.2" 氫氧同位素特征

地下水主要起源于大氣降水和各種地表水的滲入補給，氫氧穩定同位素特征在確定地下水來源和演化等方面具有重要意義[8]。克雷格降水線可用于判斷地下水補給來源的依據，該區域雨水、地表水及第四系地下水氫氧同位素水樣點均落在克雷格降水線上，館陶組砂巖熱儲和奧陶系基巖熱儲地下水的氫氧同位素分布點落在克雷格降水線右側（圖5），表明熱儲層中的地下熱水主要來源于古降水，且由于地熱水溫度高、徑流距離遠，與圍巖發生水-巖交互作用，產生了氧漂移。

4" 地熱資源量計算

根據衡水區域地熱成因機制分析，該區域為沉積盆地傳導型，采用GB/T 11615—2010《地熱資源地質勘查規范》中“熱儲體積法”分別估算衡水地區館陶組砂巖熱儲和奧陶系基巖熱儲地熱資源量[9]。

依據DZ 40—1985《地熱資源評價方法》規定，對大型沉積盆地的新生代砂巖，當孔隙度大于20％時，熱儲回收率定為25%；碳酸鹽巖裂隙熱儲定為15%。通過可采資源量公式計算，衡水地區館陶組砂巖熱儲可采資源量1 755×1016 J，折合標煤6.03×108 t；奧陶系基巖熱儲可采資源量986×1016 J，折合標煤3.37×108 t（表1）。按照開發利用年限100年計算，年可采地熱資源量折合標煤為9.40×106 t。根據設計計算及運行經驗，按照每平米每采暖季消耗熱量相當于0.014 2 t標煤（熱指標40 W/m2）計算，衡水地區地熱資源量可滿足供暖面積6.62×104萬m2。

5" 結論及建議

衡水區域地熱資源豐富，主要有館陶組砂巖和奧陶系基巖2套熱儲層。館陶組熱儲富水性較好，但由于埋藏較淺，水溫偏低；奧陶系熱儲水溫較高，但風化巖溶作用不一，富水差異較大[10]。結合實際情況，可以考慮館陶組熱儲層與奧陶系熱儲層混合開采，以獲得更高的水溫、水量，提高地熱水利用。

為實現地熱資源可持續開發利用，避免熱突破，要合理設置井間距，科學規劃、合理布局。

參考文獻：

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