济南东北部地热田地质特征

中图分类号:P314文献标识码:A

济南东北部地热田位于济南市东北部,地热田范围较大,地热地质条件较好,热储层埋藏深度适中,水量较大,水质较好,具有较好的开发利用前景。目前该地热田内遥墙镇鸭旺口。坝子已先后施工了7眼地热井,水温28―45℃,用论文网于洗浴。养殖。农业种植等方面。该地热田其它大部分地区地热资源勘查开发程度较低,加大该区地热资源的勘查与开发,对促进当地经济发展具有深远意义。

1区域地质背景

该地热田北部以齐河广饶断裂为边界,西部以东坞断裂为界。东部以白泉―五色崖断裂为界,南部以石炭系出露界线为界,总面积约1400km2。

1。1地层

该地热田地表被第四系覆盖,地层由老至新有新太古代泰山岩群。寒武系。奥陶系。石炭系。二叠系。侏罗系。白垩系。新近系和第四系。与地热资源有关的为奥陶系。石炭系。二叠系。侏罗系。白垩系。新近系和第四系,热储层为奥陶系灰岩[1]。

1。奥陶系(O):主要发育有三山子组和马家沟组,主要岩性为灰岩。白云质灰岩。角砾状灰岩。泥晶灰岩及结晶灰岩。厚度为1200m左右。

2。石炭系(C):岩性主要以灰黄色。灰色砂岩。砂质页岩为主,夹石灰岩,并含煤层10层,多数不可采,厚度120-180m。

3。二叠系(P):岩性以砂岩。砾岩。砂质页岩。泥质页岩为主,含煤4-5层,一般厚度280m。二叠系最厚处可达600m。

4。侏罗系(J):岩性主要为砖红。灰色的长石砂岩。石英砂岩夹页岩,区内钻孔揭露厚度为1000～1300m。

5。白垩系(K):岩性为青山组安山岩。

6。新近系(N):岩性以泥质砂岩。页岩,砂质粘土岩为主,半固结。厚度80-280m

7。第四系(Q):区内第四系较发育,岩性在南部地带为粉土。粉质粘土。粘土夹砂砾石层。小清河以北沿黄一带为黄河冲积层。由南而北渐厚,从南部地带几米。几十米至北部达250m左右。

1。2构造

该地热田在大地构造单元上处于华北地台鲁西台隆泰山凸起的东北缘,地层南老北新,总体为向北缓倾的单斜构造,褶皱构造不甚发育。北部的齐河―广饶隐伏大断裂,控制了该地热田的构造格局。本区规模较大的构造有两组,一组呈NNE向,一组呈NNW向,它们归属于鲁西系外旋回层的伴生构造,这些构造奠定了本区的构造格架(见图1)。

图1济南东北部地热田构造纲要图

1。3岩浆岩

该地热田内岩浆岩主要有唐王―魏化林火山岩体和鸭旺口正南大张家庄岩体。岩体对本地热田的形成具有较重要的作用。①岩体对南部冷水源有一定的阻隔作用。②岩体侵入过程中,使上部地层抬升,热水含水层埋藏变浅,更适宜开采。同时岩体侵入过程中的压应力使含水层产生裂隙,有利于热水的对流传导。③岩浆岩侵入体带来大量可溶性物质成分,使地热水获得特殊微量元素,对形成医疗矿水有重要意义。

2地热田结构

该地热田盖层为新生界第四系和新近系。古生界二叠系和石炭系;热储为奥陶系中。下统灰岩;正常的大地热流为其主要热源,地热田边界及内部深大断裂是地热水与深部热源沟通的通道,南部岩溶冷水的深循环径流补给是区内热水的主要补给来源(见图2)。

图2济南东北部地热田热储概念模型

2。1热源与水源

区内的热源主要来自正常的地壳深部及上地幔传导热流,同时花岗岩中有大量的放射性物质,它们在蜕变时也能产生大量的热能。地下热水的补给来源主要为大气降水的垂直入渗经深部循环补给。

2。2热储层

区内的热储层为奥陶系灰岩,岩性以厚层石灰岩为主,其间夹有泥岩。白云质灰岩等。岩溶裂隙较为发育,具备良好储水空间,且岩溶裂隙发育程度受断裂构造的控制较大,热储层的导热。导水性均与断裂构造的发育程度密切相关;区内热储层大面积分布,热储为深埋型,为层状―带状热储。

2。3热储盖层

奥陶系热储上覆有较厚的第四系。新近系。石炭系。二叠系。侏罗系作保温盖层,厚度一般400―2500m,巨厚的盖层有利于奥陶系灰岩含水层中热水的保温。增温,有利于本区地热水的形成与贮存。

2。4构造通道

区内的深大断裂,尤其是齐―广断裂起到了沟通深部热源。导热。导水的重要作用。深大断裂将地壳深部的热能和浅部的含水层沟通起来。并将深部的热量传导至浅部的含水层中。由于上覆巨厚沉积物盖层具有隔热保温的作用,因此,深部传导出的大量热能就在浅部的热储层中的空间储存下来,加热地下水形成了地下热矿水。

3地热田地质特征

3。1地温梯度特征

一般来说,地温随深度增加而升高。本区在纵向上地温变化与地质结构。地层岩性有关。新近系砂质粘土岩和石炭系。二叠系砂页岩热传导率较低,起保温盖层作用,而奥陶系厚层石灰岩的热传导率和含水层中地下水沿岩溶裂隙和断层破碎带的对流热传导,其热传导能力明显高于盖层。利用区内已有地热井YK3成井时测温资料绘制的测温曲线,分析工作区地温场纵向变化特征(图3)。从YK3孔可以看出,揭露热储前与揭露热储后地温曲线不同,揭露热储前石炭。二叠系为砂。页岩互层,岩性变化不大,地温曲线表现为近斜直线状,温度随深度增加而均匀升高,地温梯度为3。78℃/100m,揭露热储后,水温产生突然跃升,490―525m变层,温度增高6。1℃,地温变化曲线变为近直线型,地温梯度明显减小。

图3YK3孔测温曲线

3。2地热田地球化学特征

①水化学特征

区内地下热水常规离子含量随枯。丰水期变化不大,但在南北方向上存在明显的差异,由南往北,由南部的岩溶冷水―桃园―鸭旺口,水化学特征呈规律性变化。区内由南向北地下热水中矿化度呈现递增趋势,各主要阴阳离子含量也由南向北递增。水化学类型由HCO3―Ca型向SO4?Cl―Ca?Na。Cl?SO4―Na?Ca型变化。表明北部地下水处于较封闭的环境中,热水与现代水循环交替条件较差,地热水溶解了大量围岩中的化学成分;南部地段地下热水与现代水循环交替条件较北部强烈,南部岩溶水或通过岩层裂隙。或通过断裂构造与之沟通,地下热水与现代水交替强烈,各项常规离子含量由南向北递增。

②微量元素及其特征

地热田地热水中含有多种对人体健康有益的微量元素和组分,氟。锶。偏硅酸。偏硼酸均有不同程度的富集。对照医疗热矿水水质标准,区内地热井中的氟。锶。偏硅酸。偏硼酸达到了矿水浓度,且含量达到了医疗价值浓度。

③地热水年龄及成因

用氚法测定地下水的年龄是通过地下水中氚含量,然后以氚单位来估算地下水年龄。据法国J。ch。丰特的经验估算法认为:0―5氚单位(TU)为40年以前的古水“成分占优势;5―40TU表示新近的入渗水和古水“之间的混合水;大于40TU表明新近入渗水占优势。本区T值一般都大于5TU小于15TU,这说明本区地下热水均为新近的入渗水和古水“混合形成的混合水。这些T值处于5―40TU这一区间,但偏向最小值5TU,说明地下热水中40年前的古水“占优势,新近入渗水的补给量较少。

区内地下热水中δD含量为-7×10-3～-72×10-3,δ18O含量为-1。0×10-3～-9。8×10-3,经研究对比,δD和δ18O的值在克雷格标准降水直线附近,说明地热水与大气降水的密切程度较强。

4地热资源量估算

采用热储法计算,济南东北部地热田内地热资源量为7。685×1018J,折合标准煤2。621亿吨。按照采收率0。15计算,地热异常区内可利用地热资源量1。153×1018J,折合标准煤3933万吨。地热异常区内地下热水静储量57。302×108m3,可采资源量156000m3/d。

5结论

1)热储层为奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶热储层。

2)地热水中锂。偏硼酸。偏硅酸含量达到矿水浓度标准,氟。锶含量达到命名矿水浓度。

3)区内地下热水为新近的入渗水和古水“混合形成的混合水,地下热水中40年前的古水“占优势,新近入渗水的补给量较少。区内的地下热水来源为大气降水。

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