河南省地热资源靶区优选技术研究

当前,河南省发展进入新的历史阶段,面临着国家构建新发展格局战略机遇、新时代推动中部地区高质量发展政策机遇、黄河流域生态保护和高质量发展历史机遇,能源作为现代化河南建设的基础支撑,在一定时期内仍将持续增长, 在碳达峰、碳中和目标牵引下,必须通过降低能耗强度、提高利用效率、加快外引清洁能源保障经济社会发展目标实现, 这既对能源高质量发展提出了更高要求,也为能源发展拓展了更加广阔的空间。河南省地热资源条件优异,可利用资源量很大,未来河南省地热能开发利用还有很大的提升空间。为此,需要持续推进地热能资源的勘查评价工作,这也是河南省“十四五”规划的重点。

本文依托《中深层地热勘查选区技术研究和靶区筛选》 项目,结合多年来河南地热资源勘查实践,系统分析地物化遥已有资料优选有利区、利用地热调查和遥感解译等手段划定重点区、采用多种物探方法组合验证异常区、综合分析圈定靶区的技术路线,开展中深层地热勘查选区技术研究,总结形成一套完善的地热勘查技术体系,对其他类似地区地热勘查具有一定的指导和推广作用。

1 地热有利区块优选初探

河南省位于我国华北平原南部,地热资源禀赋条件较好。地热资源按埋藏条件可分为沉积盆地传导型和隆起山地对流型两种。东部的黄淮海平原及西部山间盆地第四系覆盖较厚,是良好的储热盖层;沉积盆地凹(断)陷区新生界热储分布广泛且厚度巨大,蕴藏着丰富的中低温地热资源; 凸起区由于导热率高、热阻小的古老结晶基底及较古老的致密岩石覆盖层较薄,利于大地热流的富集,地温梯度及热流值相对较高。因此沉积盆地型地热资源具有多层叠加、厚度大、面状分布广的特点,单个地热田面积较大,资源潜力大,具有很高的开发价值,沉积盆地地热资源占河南省地热可采资源的95%以上,在供暖、洗浴、康养、种植等各领域均有成熟地应用。隆起山地型多呈带状分布于西部山区,多以温泉形式出露于地表,受资源条件影响,开发利用方向单一,多以温泉洗浴为主。

2010年以来河南省先后安排省财政地勘基金项目30余项,区域地质构造、大地热流、航磁、重力、遥感、物探、地震等基础数据,大多都设计实施了地热井工程,对中深层地热资源的分布规律和赋存条件以及地热流体产量,有了进一步的了解。

2 地热调查区选区技术研究

遥感技术具有速度快、时效性强、范围广、成本低、受地表条件限制小等优势,可快速直观获取与地热地质体相关的热储构造、盖层、地热异常等信息,在未来地热勘查中将发挥重要作用。因此在地热有利区块依据热红外遥感影像上所显示的地温异常信息,结合必要的区域地热地质调查验证, 能够快速圈定有价值的地热调查区。

为顺利完成《中深层地热勘查选区技术研究和靶区筛选》项目,我们在新商断裂西段沿线运用Landsat-8热红外遥感及高分一号卫星进行了地热遥感地质和地温反演解译, 采用双通道非线性劈窗算法,在排除城镇及周边热岛效应、各种地貌等因素对地面温度异常的影响后,将地表温度异常图与遥感图叠加,初步对温异常分布区域进行了圈定(见图1)。

依据热红外遥感影像上所显示的地温异常信息,勘查区中部、中南部存在明显的温度异常反映,显桔红色热异常色, 信息强度较好,遥感异常分布与新商断裂、汤东断裂展布方向基本吻合,尤其是断裂汇合部位地温异常较为集中,基本可以确定工作区内的地温异常与隐伏构造关系密切。受断裂构造及其分支型断层影响,覆盖层以下岩层裂隙较为发育、岩石破碎,为地下热水提供了可靠的储集和运移空间。地热流体沿断层通道、岩石裂隙和土层孔隙缓慢地向上渗透的过程中,产生中、远红外电磁辐射,易被遥感热红外扫描捕捉,成为地热资源遥感异常。

通过现场调查及资料收集,在不考虑井深(取水段深度) 及成井工艺条件下,对相同热储层以出水温度为参照数据进行拟合,对新近系馆陶组热储地热流体温度分布进行了推测 (见图2)。

经数据处理后发现,在以青羊口断裂为西边界, 盘古寺断裂、新乡—商丘断裂为南边界,汤东断裂为东部边界内部,形成高温闭合圈,边界条件明显,这与遥感解译断裂汇合部位地温异常集中吻合度较好。因此选择新乡市东南部作为重点调查区较为适宜。

3 地热靶区圈定关键技术

在基本圈定地热资源重点调查区后,为进一步确定与热95通道有关的深大断裂,与热储体(层)有关的岩体(层)和断裂构造,初步判定热储层的埋深和厚度,以便更好地研究地热地质条件和开发利用潜力,应布置少量的电磁、微动或重力、地震等物探工作,科学圈定地热靶区。

为基本查明通许凸起(许昌-鄢陵段)靶区控制范围内地层电性结构特征,推测地层发育情况及断裂构造特征,同时结合地质、钻井及其他成果资料,分析靶区地热地质条件, 圈定地热资源赋存有利地段,在靶区布置了一条贯穿全区的大地电磁测深剖面,点距500m,探测深度2500m,共布设110个测点(图3)。经二维反演和综合解译,区内北部凸起区新近系地层埋藏较浅,约900m,有效热储层较薄,地热流体赋存可能会受其影响,但凸起区的地温梯度相对凹陷区要高;南部凹陷区新近系地层埋藏深,约2000m,有效热储层较厚,有利于地热流体的赋存,使其赋存的地热流体会有较高的水温、水量;凸起区古生界热储埋深约1600m,热传导值高,断裂构造可作为沟通深部地热的运移通道,为地热流体赋存的有利位置,是靶区地热资源开发利用的重点地区(图4)。

4 综合勘查技术

综合勘查技术就是同时用多种勘查技术方法对地热资源进行勘探。要根据不同地区的地质条件、热储特征、地形等因素,选择合理的勘探技术方法组合,从不同角度获取地热资源可能引起的各类相关信息,既加强多信息融合,相互借鉴和补充,对地热勘查起到关键性的作用;又降低单一勘查方法的多解性,实现相互验证,可有效降低勘探风险,提高地热勘探成功率和预期效果,是靶区优选的重要环节。依据收集、实测、以往数据成果等资料,综合研究区域地热地质条件,成矿规律、热储结构、构造控热作用、地温场特征及成因,估算地热资源潜力和开发利用前景,科学圈定地热勘查靶区,是我们多年在地热立项和勘查中总结的经验《河南省通许凸起(许昌-鄢陵段)岩溶热储地热资源调查评价》为河南省自然资源厅2019年度省财政地质勘查项目已于2021年完成,取得了较好的效果;《河南省新乡市东南部地热资源预可行性勘查》作为河南省自然资源厅2023年度省财政地质勘查项目已经完成设计评审,即将开展勘查工作。

5 结语

利用以往资料结合开发利用需求优选地热资源有利区块,采用遥感解译配合地热地质调查初步选定地热勘查重点区,通过少量的物探手段初步判定热储层的埋深和厚度,了解导控热构造的分布特征,并结合以往数据成果等资料,综合分析区域地热地质条件,热储结构、构造控热作用、地温场特征及成因,估算地热资源潜力和开发利用前景,科学圈定地热勘查靶区的技术路线已在立项工作中得到验证,是行之有效的快速优选地热靶区的技术,值得在河南地热勘查中应用和推广。