临沂北城新区岩溶热储及水化学特征研究--中国期刊网

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临沂北城新区岩溶热储及水化学特征研究

发表时间：2021/6/4 来源：《基层建设》2021年第2期作者：张宗元李宁杨能上

[导读] 摘要：临沂北城新区地热田岩溶地热资源丰富，呈带状兼层状特征，根据临沂北城新区地热田大量勘查资料，对该地热田岩溶热储的埋藏分布、岩溶发育特征、水化学特征和地热流体形成条件进行了分区研究探讨，以期对以后的深部岩溶热储地热资源的勘探与开发利用具有一定指导意义和参考价值。

        山东省第一地质矿产勘查院山东济南 250100
        摘要：临沂北城新区地热田岩溶地热资源丰富，呈带状兼层状特征，根据临沂北城新区地热田大量勘查资料，对该地热田岩溶热储的埋藏分布、岩溶发育特征、水化学特征和地热流体形成条件进行了分区研究探讨，以期对以后的深部岩溶热储地热资源的勘探与开发利用具有一定指导意义和参考价值。
        关键词：岩溶；热储；埋深；水化学
        0 引言
        临沂地处沂沭断裂带中南段，地质构造环境复杂，先后经历了复杂的沉积、岩浆、变质、构造等地质作用，形成一套较为完整的地层和构造体系，为地热资源的形成提供了良好的地质、构造和水文地质条件[1]，开发潜力巨大，预计远景地热资源总量5.4×1018J，相当于1.84亿吨标准煤的产热量[6]。本文以临沂新区地热资料为例，围绕奥陶系、寒武系灰岩裂隙热储特征及水化学特征进行了探讨研究，以期对同类地区地热资源勘查评价和开发利用提供些帮助。
        1 区域地质条件
        研究区为临沂新城新区，位于鄌郚-葛沟断裂以西，蒙山断裂以南，尼山-苍山断裂以北，该区属于华北板块-鲁西地块-鲁西拱断束-尼山穹断束，汶泗断裂自西北向东横贯全区，将本区分割成两个Ⅴ级构造单元：平邑凹陷和临沂穹断。区内地层较为齐全，其分布规律受构造控制。主要地层有太古界泰山岩群、元古界震旦系、古生代寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系；中生代侏罗系、白垩系；新生代古近系、新近系以及第四纪松散堆积物等；主要断裂有冉家屯断裂、岳家坞断裂、红埠寺断裂、孟家村-常家庄断裂带、枣沟头-柳航头断裂带等。
        2 区域地热地质条件
        该区地处沂沭断裂带以西，区内地质构造复杂，自太古宙以来经历了多期变质构造运动，区域地质发展受到该区内断裂构造带的强烈控制，经历了复杂的沉积、岩浆、变质、构造等地质事件，形成了一套较为完整的岩石和构造体系，为地热资源的形成提供了有利的地质、构造和水文等条件，具备源、通、储、盖地热形成机理，具有良好的地热地质条件地。地下热水是经过漫长而复杂的地下水溶滤作用和不断的循环径流交替形成，成因为传导对流型，热水温度主要取决于地下水的循环深度及径流排泄条件，热水的赋存及分布严格受构造控制[2]。
        2.1 热源及水源
        该区所处的沂沭断裂带是大地热流高值区，热源主要来自地壳深处的热流传导，其次是岩浆热液活动和放射性元素蜕变，根据物探资料，该地区为莫霍面相对隆起区．可从地球内部向地表传导相对较高的热流量．有利于地下水的升温。地热水的补给主要来源于西北方向的平邑山区基岩裸露区，地下水在该区接受大气降水后沿岩层倾向由西北向东南方向径流，通过深径流循环过程，形成水源。
        2.2 盖层
        该区的热储盖层为第四系、白垩系八亩地组及石炭-二叠系，主要由粘土、玄武安山岩、泥岩及页岩构成，热导率低为良好的不透水盖层。
        2.3 热储层
        该区的热储层主要为岩溶裂隙发育的奥陶纪马家沟组灰岩．顶板埋深一般800～1300m，底板埋深一般1300～2000 m。热储含水层以奥陶系灰岩上部的厚层结晶次生灰岩溶蚀发育带为主，岩性为灰岩及豹皮状灰岩，该套地层岩石破碎．含水层发育，裂隙岩溶率为5％～25％．是开采热储的主要目的层。
        2.4 通道
        该区靠近沂沭断裂带，位于沂沭断裂带西侧。沂沭断裂带形成于中生代，具活动时间长的特点。区内断裂发育，这些断裂沟通了各岩层，形成地下水深循环和热对流．并且是地下水的良好储集场所及地下水运移通道。
        3 热储特征
        该区一定深度内广泛隐伏着寒武系、奥陶系地层，岩层倾向分别从南西向研究区倾斜，南浅北深，在研究区形成深部岩溶凹地，具有较好的热储空间，地下热水主要赋存于构造裂隙和岩溶裂隙中，在研究区形成深部岩溶热储。因此，工作区热储主要类型呈带状兼层状岩溶型热储，热储形态严格受构造控制。

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岩溶热储可划分裂隙岩溶热储和岩溶裂隙热储两种类型，裂隙岩溶热储主要赋存于古生代奥陶系中，热储岩溶形态以溶蚀裂隙、溶孔、溶洞为主，构造裂隙次之，空间上多呈层状或似层状分布，代表性岩性为灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩等，岩溶裂隙热储主要赋存于下古生代寒武系中，岩溶形态类型以构造裂隙、风化裂隙为主，空间上具层状及层状兼带状特征，代表性岩性为灰岩、白云岩、泥质灰岩、泥质白云岩和砂、页岩互层等[3]。
        该区根据地质条件、水文地质条件、水化学类型的不同，以柳航头-枣沟头断裂为界将研究区分为I和II两个热储区段，I区段内的热储主要为奥陶系灰岩裂隙岩溶型热储，寒武系热储埋深超过2200m，超过了经济开发深度。根据DR1地热井揭露资料，1654～2258m为奥陶系马家沟组，岩性主要为灰岩、白云岩，其中1698～1730m为灰岩构造破碎带，裂隙发育，据测井资料地温梯度为2.5℃/100m，奥陶系的含水层率为25%，结合区域地质资料推测该区奥陶系热储平均埋深1300m，层底2200m，热储层温度取均值57.1℃。地热水中元素的摩尔浓度比rNa/rCl=1.068，具有大陆溶滤水的特征[5]，来源为大气降水，属大气成因，地下热水径流循环时间大于40年。地热水化学类型为 Cl-Na型，pH值9.57，矿化度为2.874g/L，为微咸水；根据《地热资源地质勘查规范》（GB/T 11615-2010）附录E《理疗热矿泉水水质标准》（以下简称规范），氟含量7.40mg/L达到命名矿水浓度标准，偏硅酸30.24mg/L达到矿水浓度值标准，偏硼酸含量1.21mg/L达到医疗价值标准，可命名为氟矿水，具有较高的医疗价值和保健作用。
        II区段主要热储为奥陶系裂隙岩溶型热储、寒武系岩溶裂隙型热储，根据DR3地热井揭露资料，576～1410m为奥陶系马家沟组，岩性主要为为灰色灰岩、灰色白云岩；1410～1500m为奥陶系三山子组，岩性主要为灰、灰黑色白云岩，其中1410～1438m为构造破碎带，裂隙发育，是良好的含水层段，616～1716m为寒武系张夏组，岩性主要为灰岩夹少量白云质灰岩；1736～1846m为寒武系朱砂洞组，岩性主要为灰岩，据测井资料地温梯度为1.5℃/100m，结合区域地质资料推测该区大于25℃的奥陶系灰岩热储的平均埋深800m左右，底板平均埋深1275m，含水层厚度率为25%，地温梯度为1.5℃/100m，奥陶系灰岩热储层平均温度为29.21℃。寒武系热储平均埋深1275m左右，底板平均埋深1775m，含水层厚度率为5%，热储层平均温度为36.73℃。地热水中元素的摩尔浓度比rNa/rCl=1.46，具有大陆溶滤水的特征[5]，来源为大气降水，属大气成因，地下热水径流循环时间大于60年。水化学类型为 Cl•SO4-Na型，pH值7.04，矿化度为8.592 g/L，根据相关规范氟4.50 mg/L、锶含量13.84mg/L达到命名矿水浓度标准，溴含量13.84 mg/L、锂含量4.650 mg/L、偏硅酸含量34.42 mg/L达到矿水浓度值标准，可命名为氟矿水、锶矿水，具有较高的理疗价值和保健作用。
        4．结语
        临沂北城新区岩溶地热资源丰富，成因为传导对流型，该地下热水是经过漫长且复杂的地下水溶滤作用与热流不断的循环径流交替形成，深部热源沿断裂、裂隙等传导，在奥陶系、寒武系岩溶热储层内对流形成地下热水。该地热田热储以柳航头枣沟头断裂为界分为I区和II区两个热储区，I区段的岩溶热储主要为奥陶系裂隙岩溶型热储，地热水化学类型为 Cl-Na型，II区段的岩溶热储主要为奥陶系裂隙岩溶型热储、寒武系岩溶裂隙型热储，水化学类型为 Cl•SO4-Na型。
        参考文献：
        [1] 郭士昌姚春梅徐品等临沂市地热地质条件及开发利用效益分析[J] 山东国土资源 2009 25（3）31-36
        [2] 杨启俭等沂沭断裂带成热地质条件研究[J] 地质调查与研究 2008 31（3）
        [3] 杨询昌周世海王成明山东省深部岩溶热储埋藏分布及岩溶发育特征[J] 山东国土资源 2013 29（4）
        16-22
        [4] 山东省第一地质矿产勘查院景晓东张诚刘连等山东省临沂市北城新区地热资源普查报告[R]   2009年 97-99
        [5] 汪集畅．中低温地热流体对流型地热系统[M]．北京科学出版杜．1993．
        [6] 李婷婷许家东陈晓梅等临沂市地热井远程动态监控系统的建设与应用[J] 山东国土资源 2013 29（10-11）97-99
        作者简介：张宗元（1980—），男，山东临沂人，工程师，主要从事水工环地质等方面工作；E-mail zhzykuaile@126.com。