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聊考断裂的地热地质特征

中图分类号:F407文献标识码:A

聊考(聊城-兰考)断裂系华北断块与鲁西断块分界断裂,控制区域隆起与拗陷,山东境内南起东明,北至禹城,全长约270km。研究区(图1)聊考断裂两侧地热田热储层类型不同,断裂以西主要为新近系。古近系层状热储;而聊考论文网断裂以东主要为新近系。奥陶系层状或带状兼层状热储。地热田蕴藏着丰富的低温地热资源,特别是聊城地区鲁西潜隆起与临清拗陷相接地带以及菏泽地区的菏泽凸起部位,地质构造条件。热储地质条件都比较有利,是开发地热资源的有利地段。

1区域地质背景

聊考断裂及两侧第四系和新近系皆有分布,断裂东西两侧发育的地层及厚度差异性较大,西侧以巨厚的古近纪地层沉积为特征,东侧则缺失古近纪地层。

1。1地层

根据钻孔资料揭示,聊考断裂及两侧隐伏地层由老至新有:奥陶系。石炭-二叠系。侏罗系。古近系和新近系。

奥陶系分布于断裂东侧,隐伏于新近系之下,顶界埋深为600～900m,西深东浅;古近系地层主要为东营组和沙河街组,主要分布在聊考断裂以西,厚度为2000～2500m,底界埋深3500m左右;新近系隐伏于第四系以下,在区内皆有分布,分布形态近似楔状,自东向西厚度由300m左右增至近900m。

图1研究区地热田位置示意图

1。2构造

根据聊考断裂古地质。地壳形变。人文。历史地震和现今地震有关资料,可以认定聊考断裂由古生代太平洋板块向大陆呈NW方向俯冲,地幔隆起带上涌,使上部地壳引张而形成;中生代到新生代沿断裂带产生了不同程度的断陷和滑动,形成了数个沉降中心,控制着全区地层沉积和构造形态[1]。

通过分析聊城。菏泽等地的视电阻率垂向测深剖面及可控源音频大地电磁测量剖面,聊考断裂为一条倾向西北。断面上陡下缓的铲型正断裂,断面向下倾角不断变小而近于水平。该断裂由一组近于平行的正断层组成的断裂带,通过本次可控源音频大地电磁测量成果来看,这组断裂由2条或3条组成。根据视电阻率测深。可控源音频大地电磁测量等物探成果综合分析,聊考断裂带上部破碎带宽约200~250m,而在2000m以下,破碎带宽约700~800m。

研究区断裂主要有:聊考断裂。堂邑断裂。茌平断裂。郓城断裂。凫山断裂。阳谷-曹县断裂。巨野断裂。菏泽断裂。

1。3新构造运动

1。3。1古近纪聊考断裂活动性

古近纪,聊考断裂成为华北断块拗陷和鲁西断块隆起的边界断裂。古近纪华北断陷拉开,聊考断裂强烈活动,断裂西北侧。西侧强烈下降,形成断陷盆地,堆积始新世―渐新世碎屑岩和火山碎屑岩。断裂西侧。西北侧普遍形成大范围的古近纪盆地,并形成巨厚的地层堆积。断裂东侧为早古生代地层,其上覆厚度不大的新近纪和第四纪地层,缺失古近纪地层。西侧早古生代地层深埋于晚古生代。中生代。新生代地层之下[2]。

1。3。2新近纪聊考断裂活动性

新近纪华北断陷继续裂陷,聊考断裂再度活动,华北断陷的拉开不仅在断陷内普遍发育新近系的堆积,而且向断裂东侧―鲁西隆起西缘地带出现超覆沉积,说明新近纪华北断陷盆地有扩大的趋势。

2地热地质条件

2。1地温场特征

2。1。1地温梯度

通过第四系浅井测温资料分析,恒温层埋深为30m,聊城段恒温层温度确定为15。1℃,菏泽段恒温层温度确定为15。3℃。根据聊城大学地热井。鄄城地热井。菏泽南华地热井井温测量资料,聊城段聊城大学地热井(表1)全孔地温梯度为3。18℃/100m;南华地热井(图2)全孔地温梯度为2。60℃/100m。

表1聊城大学地热井井温测量成果

井深(m)井温(℃)井深(m)井温(℃)

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

65028。0

29。0

30。5

31。0

32。0

33。0

34。0

35。2

36。5

38。0

39。5

40。8700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

120042。0

42。8

43。5

44。8

46。0

47。0

48。0

48。7

49。5

50。6

52。0

图2菏泽南华地热井测温剖面图

2。1。2地温场的水平方向及垂向变化特征

从调查测温成果来看,水平方向地温梯度值主要与断裂发育情况和基岩顶板埋藏深度有关。基岩顶板埋藏浅,盖层薄,热传导快,盖层地温梯度值大;在靠近活动断裂的附近地温梯度高,远离断裂带则地温梯度低。在靠近断裂,且基岩顶板埋藏浅,盖层地温梯度值大。垂向上,地温场的温度随着深度的增加而增高,并且受地层岩性的变化和地下水的活动影响。

2。2热储层特征

2。2。1聊考断裂以西聊城段

本区上部为新近系孔隙―裂隙层状热储,下部为古近系孔隙―裂隙层状热储。据部分地热井资料,新近系明化镇组厚700m左右,热储温度34。9℃左右。馆陶组厚300~400m,热储温度48。45℃左右。古近系聊城段主要为东营组,本区地热井多未揭穿该层,揭露深度为1600m左右,揭露热储厚度在63~111。8m,热储层温度约57。19℃。

2。2。2聊考断裂以西菏泽段

聊考断裂以西菏泽段热储类型同断西聊城段基本一致,新近系厚度在1150~1450m左右,该区古近系热储层3000m以浅厚度不一,相差较大,北部。中部热储厚度1200~1080m左右,南部厚度约380m。

2。2。3聊考断裂以东聊城段

该区上部为新近系孔隙―裂隙层状热储,下部部分奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙带状兼层状热储直接隐伏于新近系之下,大部分地段隐伏于石炭-二叠系地层之下。

2。2。4聊考断裂以东菏泽段

上部为新近系孔隙―裂隙层状热储,下部为奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶带状兼层状热储。

2。3热储层水文地质特征

2。3。1新近系碎屑岩热储

该热储以下粗上细的砾岩。砂砾岩。含砾砂岩为主,是区内主要的孔隙。裂隙含水层,它由多个含水层组成,热储含水层厚度达50～100m,且连通性好。

2。3。2古近系碎屑岩热储层

区内古近系地层主要为东营组和沙河街组,厚度为2000～2500m。含水层岩性以中细砂岩为主,细砂岩次之,古近系两热储层的平均孔隙度在26。68百分号左右。

2。3。3奥陶系岩溶裂隙灰岩热储

奥陶系碳酸盐地层中,洞。缝相当发育,灰岩缝隙是深层地热水体循环运移的通道,大型溶洞是岩溶裂隙储热的空间。尤其是奥陶系顶部的古风化壳较厚,发育并连通了洞缝系统,形成良好的储热条件。

2。4抽水试验

2003年12月25日10时至12月29日16时,聊城大学地热井进行了抽水试验,试验为一次降深,试验时间为102小时,其中水位稳定时间72小时。后进行恢复水位观测,水位恢复观测时间6小时。据观测,静水位埋深11。45m,动水位埋深73。50m,降深为62。05m,涌水量为65m3/h,单位涌水量(q)为1。0475m3/(h?m),出水口水温50℃(图3)。

图3聊大地热井抽水试验Q。S=f(t)曲线图

1―涌水量;2―降深;3―时间;4―静水位线;5―动水位线

2。5聊考断裂控热作用

根据聊考断裂以西聊城大学地热井(深1185m)。美景大酒店地热井(深1223。51m)分别在2003年12月25日和2003年12月30日进行的抽水试验资料,该时期断西静水位分别为地下11。45m和12。88m,而断东单官屯地热井(深1035m)以及聊古1井在2003年1月20和2006年12月1日时的静水位分别为地上13。0m和5。0m。由断西。断东地热水水头的不同可以大致认为,聊考断裂两侧地热水的水力联系微弱。

3地热流体化学特征

3。1地热流体化学组分特征

依据聊考断裂以西聊城段鑫城地热井水质分析资料,区内馆陶组热储层地热水和东营组中上部热储层地热水混合水属极硬水,水化学类型属Cl?SO4―Na型水。通过评价该地热水不适于渔业及农业用水,热水为强腐蚀性水。

奥陶系热储层地热水以聊考断裂东侧聊城单官屯地热井为例,该井地热水水化学类型属Cl?SO4―Na?Ca型水。通过评价该地热水同样不适于渔业及农业用水,地热水为强腐蚀性水。

3。2微量元素及组分特征

据新近系。古近系及奥陶系地热水水质资料,研究区聊城段为锶水,含F-。H2SiO3。HBO2。Li等多种对人体有益的矿物元素,具有较高的医疗价值;菏泽段为氟水,含有F-。H2SiO3。HBO2。Li等多种对人体有益的矿物元素,具有较高的医疗价值。

3。3同位素

本区内新近系。奥陶系地热水同位素测试分析项目有δD。δO18。T(见表2),其中聊大井为新近系地热水,南华。庄寨井为奥陶系地热水,该区新近系。奥陶系地热水的同位素组成特征如下:

表2新近系。奥陶系地热水稳定同位素

测试成果

测试项目聊大

地热井南华

地热井曹县庄寨

地热井

δD‰

δO18‰

T(T。U)-67。0

-8。37

<1。0－57。0

－9。2

＜0。50－69。0

－9。6

3。3。1δD与δO18

δD为－57。0～－69。0‰,δO18为－8。37～－9。6‰,经研究对比δD和δO18的值在克雷格标准降水直线δD=8δO18＋10之上(见图4),说明地下热水由大气降水补给形成。

3。3。2T(T。U)

根据聊大地热井地热水中氚含量＜1。0,反映出该井地热水循环时间在40年以上;南华地热井地热水中氚含量＜0。50,反映地下热水循环时间在50年以上。

图4δD。δO18值与标准雨水线对比图

4热储概念模型

研究区地热田类型为低温型层状。带状兼层状热储,分布面积广,岩性厚度比较稳定(图5)。

图5聊城地热田热储概念模型图

1―第四系;2―新近系;3―古近系;4―侏罗系;5―石炭-二叠系;6―奥陶系;7―寒武系;8―泰山岩群;9―断裂;10―整合地层界线;11―不整合地层界线;12―钻孔及地热井

4。1热源

地球深部热源。岩浆热液活动及放射性元素蜕变是研究区的重要热源,通过地壳及上地幔传导至热储层。另外,区内中新生代沉积盆地,沉积了巨厚的固结松散。胶结程度差的岩石,在压实。石化过程中,会产生一定的物理―化学压缩热,为本区提供了部分热源。

4。2热储盖层

研究区第四系广布,可将第四系松散沉积物,新近系上部成岩程度较差的粘土岩。泥岩层,作为本区新近系下部热储。古近系热储及奥陶系热储的共同盖层。研究区聊城段第四系厚250~300m,菏泽段厚300～400m,岩性为粘土,粉质粘土,细砂互层,沉积松散。粘土的热导率较低,是地热的阻挡层。

4。3热储层

研究区3000m以浅热储层主要有三层:一是新近系热储层,呈层状展布,研究区普遍发育,该层砂岩。砂砾岩胶结疏松,孔隙。裂隙发育,具有良好的储热空间,构成孔隙―裂隙型层状地热储;二是古近系上部热储层,主要分布在聊考断裂以西,该热储层埋藏较深,岩性为一套棕红―深灰色砂岩。泥岩的交互沉积;三是奥陶系热储,主要分布在聊考断裂以东,岩性为中厚层灰岩,岩溶裂隙发育,具有储热空间,构成岩带状兼层状热储层。

4。4地热水传导通道

区内隐伏断裂构造十分发育,聊考断裂为近期仍在活动的深大断裂,这些断裂不仅沟通了深部热源的上涌,而且也是地下水深循环的主要通道。

5地热资源量

利用热储法“推算得出:研究区聊考断裂两侧地热田3000m以浅地热资源总量为3。9922×1020J,折合标准煤1。3625×1010t。其中新近系明化镇组热储地热资源量7。824×1019J,折合标准煤2。670×109t,馆陶组热储地热资源量3。417×1019J,折合标准煤1。116×109t;古近系东营组热储地热资源量1。6279×1020J,折合标准煤5。556×109t,沙河街组热储地热资源量5。996×1019J,折合标准煤2。047×109t;奥陶系马家沟组热储地热资源量6。300×1019J,折合标准煤2。150×109t。

6结论

(1)研究区2000m以浅经济型地热资源属低温地热资源,热储呈层状或带状兼层状,受断裂构造控制,地热田规模大。

(2)聊考断裂为近期仍在活动的深大断裂,这些断裂不仅沟通了深部热源的上涌,而且也是地下水深循环的主要通道,对该区的地热形成极为有利。

(3)新近系明化镇组地热水表现为Cl?SO4―Na型;奥陶系马家沟组地热水表现为SO4―Na?Ca。SO4?Cl―Ca?Na。SO4―Ca?Na型。

(4)区内聊考断裂以西3000m以浅,断裂以东奥陶系以上(包括奥陶系)的地热资源总量为3。9922×1020J,折合标准煤1。3625×1010t。

聊考断裂的地热地质特征