河南省漯河市地热资源计算

古 今

地热资源是一种十分宝贵的可再生能源［1］，其功能多，用途广，有着广泛的开发利用前景。作为一种绿色能源，地热在中国已被广泛接受［2］。随着地热资源的普遍开发，对地热资源储量的计算和评价显得越来越迫切和重要。本文采用热储法对漯河市地热资源量进行了计算评价，为漯河市地热资源开采提供了储量依据。

1 地热田地质背景条件

1.1 地层

地热田位于中朝准地台华北坳陷南部的周口凹陷内，根据钻孔所揭露的地层由老到新分述如下：

（1）寒武系（∈）：为泥质灰岩、泥质粉砂岩、石英砂岩、白云质灰岩、鲕状灰岩、厚300～500m。在地热田西部，寒武系（∈）西部埋藏较浅，一般在1 400～1 500m，由西向东埋深逐渐增大到3 400～3 500m。

（2）石炭系（C）：厚度仅在60～80m之间，岩性为铁铝页岩、石灰岩、砂页岩和煤层，是华北地区主要成煤时期。在地热田西部缺失，东部埋深3 300～3 400m，与下部寒武系呈不整合接触。

（3）二叠系（P）：为砂岩、粉砂质泥岩和泥质岩夹煤层及长石石英砂岩，厚1 155～1 330m。在地热田西部缺失，东部分布比较普遍，埋深2 000～2 200m。

（4）古近系：顶板埋深1 300～1 600m，区内厚度一般200～400m。自下向上分为孔店组、沙河街组、东营组。

孔店组：主要为棕红色泥岩、砂岩和灰白色砂岩夹灰绿色泥岩、炭质页岩、油页岩及煤层，其中上部含有石膏，与下伏二迭系呈角度不整合接触。

沙河街组：主要岩性为棕红色、褐灰色、灰绿色泥岩、灰白色砂岩，局部夹薄层油页岩。

东营组：属浅湖相沉积建造，岩性由灰绿色、灰色、棕红色泥岩与细砂岩、粉砂岩、含砾砂岩互层组成。

（5）新近系：新近系为区域性坳陷型河湖相沉积，在区域上自西而东，地层由薄变厚，沉积了一套以砂质岩为主的正韵律层剖面组合，底板埋深为1 300～1 600m。区内厚度1 200～1 400m。由下而上分为馆陶组和明化镇组。

馆陶组：岩性为一套下粗上细砂岩层。本组厚度在150～250m之间。

明化镇组：岩性为砂、泥岩互层。本组厚度在1 100～1 200m之间。

（6）第四系：第四系厚100～210m左右，是一套粉质黏土、粉土及砂层所组成的松散堆积物。

1.2 构造

地热田在区域构造上处于中朝准地台华北坳陷的周口凹陷，周口凹陷断裂比较发育，对本区有影响的断裂均为隐伏断裂，可划分为东西向和南北向两个断裂带。

漯河地热田位于周口凹陷内的平顶山—郾城凸起之东端（图1）。

图1 郾城凸起边界示意图

2 地热田热储特征及其埋藏条件

地热田具有供热意义的热储层为新近系热储层和古近系热储层。

2.1 新近系热储

新近系由下而上分为馆陶组和明化镇组。横剖面图见图2，纵剖面图见图3。

馆陶组热储：热储层厚度为30～70m，岩性为细砂、粉砂、中砂。

明化镇组热储：热储层厚度为100～200m，岩性为细砂、粉砂、中砂，温度40～57℃。

图2 地热田新近系横剖面图

图3 地热田新近系纵剖面图

2.2 古近系热储

古近系自下向上分为孔店组、沙河街组、东营组。热储层厚度为40～60m，岩性为细砂、粉砂。横剖面图见图4，纵剖面图见图5，温度70°以上。

图4 地热田古近系横剖面图

图5 地热田古近系纵剖面图

3 地热资源计算与评价

3.1 概念模型

漯河市地热资源类型属沉积盆地型。根据DZ40—85《地热资源评价方法》评价热储的规定，本次地热资源计算的目的层为大于40℃的低温地热资源储层，相应的埋藏深度为600m以上。从上到下可划分为新近系热储层、黏土层、古近系热储存层。地热田的盖层由新近系上部多旋回厚层黏性岩土组成。新近系热储由新近系砂岩层组成，古近系热储由古近系砂岩组成。热流体通道主要为砂岩孔隙和裂隙，地热田的热源来源于深部的热传导，属传导性地热资源。为方便地热资源计算，将新近系砂岩层沉积结构，简化为在平面上无限伸展、在垂向上视为一个统一热流体通道，其上部为盖层、下部为相对隔水的黏土岩层所组成的三层结构系统的概念模型；将古近系砂岩层沉积结构，简化为在平面上以F1、F2、F3断裂为透水界、在垂向上视为一个统一热流体通道，其上下为相对隔水的黏土岩层所组成的三层结构系统的概念模型。由于断裂分割的影响，在断层以外古近系的厚度增大，本次计算仅作透水边界处理。热源为地球内部的高温热能以传导、对流的方式向地表传递。

3.2 热储中的地热储量计算

采用热储法［3］计算勘查区新近系和古近系热储中的地热储量、储存的地热流体量。

热储法的地热储量按式（1）计算

式中：QR—— 地热储量，kcal；

A—— 热储面积，m2；d—— 热储厚度，m；tr—— 热储热度，℃；tj——基准温度（即当地地下恒温层温度或年平均气温），℃；—— 热储岩石和水的平均热容量，kcal/（m3·℃），由式（2）求出。

式中：ρc、ρw—— 分别为岩石和水的密度，kg/m3；

cc、cw—— 分 别 为 岩 石 及 水 的 比 热 容，kcal/（kg·℃）；

Φ——岩石的孔隙度，%。

将式（2）代入式（1）即得式（3）：

参数确定：面积以漯河规划区74km2计算；新近系热储厚度140.0m；古近系热储厚度50m；新近系热储温度为50℃，古近系热储温度为80℃；基准温度取17℃；据DZ40—85《地热资源评价方法》表4查得：cc为0.21，cw为1（kcal/kg·℃）；ρc取1.75，ρw取1（g/cm3），岩石的孔隙度（Φ）参考《中国地热资源形成特点及潜力评估》建立的新生界砂岩、泥岩孔隙度—深度统计曲线。本次计算采用的孔隙度值从统计曲线量取（图6）。

图6 新生界砂岩、泥岩孔隙度—深度统计曲线

新近系底板埋深1 300～1 600m，Φ值取30%；古近系底板埋深1 500～2 000m，Φ值取20%。

热储中地热储量计算结果：新近系地热储量为7.979 96×1011MJ，古近系地热储量为4.055 89×1011MJ。

3.3 热储中的地热流体储存量计算

储存的地热流体量计算公式如下：

式中：Q存——地热流体储存量，m3；F—— 热储面积，m2；d——含水层厚度，m；Φ—— 孔隙度，%。

参数确定：热储面积：74km2；含水层厚度：新近系140m，古近系50m；孔隙度：新近系30%，古近系20%。

热储中地热流体储量计算结果：新近系地热储量为3.108×109m3，古近系地热储量为7.40×108m3。

3.4 热储中的地热流体可开采量的计算

采用水热均衡方法求出的可开采量结果如表1。

表1 地热流体可开采量计算结果

3.5 热储中可利用的热量和热能量的计算

热储中可利用的热量和热能量以可开采的地热流体量释放的热量和热能量来计算。

式中：QA——地热流体可利用的热能量，MW；

Q允开—— 地热流体可开采量，m3/d；

tcp—— 热储温度，℃；

t0——热储基准温度，℃；

Q——地热流体可释放的热量，MJ；

t—— 计算年限，取100a。

勘查区热储可利用的热量和热能计算结果见表2。

表2 热储中可利用的热量和热能计算成果表

4 结语

本次勘查初步查明漯河市规划区地热流体可开采量（D＋E）8.40MW。其中 D级［4］（新近系热储）资源量6.57MW，E级（古近系热储）资源量1.83MW，为一小型地热田。按开采100a计算，温热水可开采量为1.76×106m3/a，释放的热量为2.64×108MJ/a，相应的热能为8.40MW，相当于3.68×107kg/a煤燃烧释放的热量。

［1］廖忠礼，张予杰，陈文彬，等.地热资源的特点及可持续开发利用［J］.中国矿业，2006，15（10）：8－9.

［2］郑克梭.促进地热可再生能源的勘查开发［J］.水文地质工程地质，2006，33（4）：1.

［3］DZ40—85，地热资源评价方法［S］.

［4］GB 11615—89，地热资源地质勘查规范［S］.