聊城市城区地热地质特征与地热资源开发利用

  聊城市位于山东省西部，历史悠久，享有“古运之都，江北水城”之称。聊城市城区具有地热资源形成的天然条件，地热资源丰富。近年来聊城市城区地热资源开发利用规模不断增大，在供暖、医疗洗浴、旅游开发等方面得到广泛利用。科学、合理地开发利用地热资源，对发展经济、保护环境、提高人民生活水平具有重要的意义。

 

  1 区域地质背景聊城市城区大地构造位于鲁中隆起与临清拗陷结合部，临清拗陷的东南边缘，聊考断裂的西侧。

 

  1.1 地层。

 

  受区域构造影响，聊考断裂以西沉积了巨厚的新生界地层，厚度在3000m以上。东侧发育有古生界奥陶系、石炭—二叠系及新生界地层，新生界地层厚度不足千米。

 

  奥陶系：岩性以层状灰岩、泥灰岩、白云质灰岩为主。

 

  石炭—二叠系：岩性以砂岩、泥岩夹煤层为主。

 

  古近系：主要发育东营组和沙河街组。东营组为砂岩、泥岩的交互沉积。沙河街组以灰色泥岩为主，次为粉砂岩、细砂岩、油页岩、碳酸盐岩的细碎屑岩沉积。

 

  聊城市城区地热地质特征与地热资源开发利用断裂西侧沉积了巨厚的新近系、古近系地层；断裂东侧缺失古近系地层，新近系地层发育也不完全，下伏石炭—二叠系地层。在古潜山石炭—二叠系地层缺失。据聊考断裂东侧聊古1井资料，新近系馆陶组发育厚度仅41m，且直接覆盖于奥陶系地层之上。

 

  2 地热地质特征。

 

  聊城市城区位于聊考断裂西侧，地热水主要为新近系馆陶组和古近系东营组碎屑岩类裂隙-孔隙水。受聊考断裂及其影响，热储层埋藏深度由南东向北西方向逐渐增大，热储层厚度亦有自东向西、由南向北逐渐变厚的规律。

 

  2.1 热储层。

 

  （1）新近系馆陶组热储层。

 

  馆陶组热储层为城区主采热储层之一，热储层呈层状展布，含水层岩性以中粗砂岩、含砾粗砂岩为主。热储层顶界埋深为900～1100m，底界埋深1200～1400m，厚度300～400m，钻孔揭露砂岩累计厚度100m左右，孔隙度30%左右。热储层地热水温度为45℃～53.5℃；单井涌水量502.82m3/d（聊大地热井）。

 

  （2）古近系东营组热储层东营组热储层为城区主采热储层之一，岩性为砂岩、泥岩的交互沉积，底界埋深1600～1700m（昌润金地热井1606.67m未揭穿），揭露最大厚度238.26m（鑫城地热井），砂岩累计厚度115m左右，孔隙度26%左右；单井涌水量979.20～1623.272m3/d。

 

  2.2 盖层。

 

  馆陶组热储盖层为其上的第四系和新近系明化镇组地层，总厚度940～1100m。东营组热储盖层为其上的馆陶组、明化镇组、第四系等。盖层岩性由多层粘性土、砂性土、砂层、泥岩及砂岩组成，隔热性能好，为良好的热储保温层。

 

  2.3 热源及通道。

 

  热源主要来自正常的地壳深部热流，以正常地温传导为主。另外，深部热流通过聊考断裂上涌也是重要的增温热源；同时，聊考断裂活动产生的热能也是补给热源之一。聊百大与聊大地热井取水层位相当，出水口温度低5℃，昌润金地热井与美景地热井取水层位相当，出水口温度低2℃～3℃，为聊考断裂沟通深部热源的佐证。

 

  新近系馆陶组热储层和古近系东营组热储层地热水以缓慢径流补给为主，据同位素分析地热水来自大气降水，从西、西南部经缓慢径流补给本区。

 

  3 地热水质特征。

 

  （1）地热水水化学特征。

 

  聊大、聊百大地热井开采层位为新近系馆陶组，其地热水水化学特征：地热水矿化度为8283.42mg/L、3969.6 mg/L，属咸水；pH值为7.3、7.9，属中性水；总硬度（以CaCO3计）为1349.40 mg/L，398.66 mg/L，属极硬水、硬水；水化学类型均属Cl?SO4-Na、SO4?Cl-Na型水。

 

  美景、鑫城、昌润金地热井开采层位为新近系馆陶组和古近系东营组混合地热水资源，其地热水水化学特征为：地热水矿化度为5035.87～10120.76mg/L，属咸水-盐水；总硬度为718.06～1496.61mg/L，属极硬水；水化学类型属Cl?SO4-Na型、Cl-Na型水。

 

  （2）有益的组份或离子地热水中含有多种对人体有益的组分或离子，其中馆陶组地热水中锶含量已达到命名矿水浓度（聊大地热井），偏硅酸、碘含量达到矿水浓度，偏硼酸、氟含量达到了有医疗价值浓度，聊百大地热井有益组份或离子浓度远低于聊大地热井。

 

  馆陶组与东营组热储混合开采的美景地热井锶?碘含量达到命名矿水浓度。溴?偏硅酸达到矿水浓度，偏硼酸达到有医疗价值浓度。昌润金与鑫城地热井有益组分或离子含量相近，碘、偏硼酸、偏硅酸达到矿水浓度，还含有其它有益组分或离子。

 

  （3）离子的分布特征。

 

  馆陶组与东营组热储混合开采时，靠近聊考断裂地热井水化学类型简单，为Cl-Na型（美景地热井），远离聊考断裂为Cl?SO4-Na型（昌润金、鑫城地热井）。地热水中有益组份或离子浓度亦显示靠近聊考断裂浓度值高。如馆陶组热储锶（聊大地热井）、馆陶组与东营组混合热储锶?

 

  碘（美景地热井）含量达到命名矿水浓度。为聊考断裂传导深部热、液及有益组分或离子的有力佐证。

 

  4 可采资源量。

 

  （1）地热资源可开采量估算。

 

  根据美景、昌润金、鑫城地热井对馆陶组和东营组热储混合开采估算的单位面积可利用的地热资源量为2.7448×109～5.080×109J/m2，平均4.0437×109J/m2，聊城市城区面积以54.31km2进行估算，聊城市城区可开采地热资源量为2.196×1014kJ，折合标准煤750.40×104t。

 

  （2）地热水可开采量估算。

 

  根据美景、鑫城、昌润等地热井抽水试验资料，降深20m时的地热水允许开采量为987.84～1623.27m3/d，平均单井允许开采量为1287.66m3/d[2]

 

  ；地热井合理井距为1785.2～2489.92m，平均为2217.6m。估算可布设地热井14眼，城区地热水可开采量为1.803×104m3/d，合658.1×104m3/a。

 

  5 地热资源开发利用的几点建议。

 

  （1）地热资源勘查。

 

  聊城市城区地热资源主要赋存于新近系馆陶组和古近系东营组砂岩中，并与泥岩互层，断裂构造会破坏其连续性，降低含水性能，因此在地热井布设时应尽可能地避开断裂构造。

 

  （2）地热资源开发。

 

  地热资源开采时应根据对水温的要求不同，分层、分段开采地热水。合理布设地热井，严控单井允许开采量。

 

  （3）地热水综合利用。

 

  根据地热水水温综合梯级利用地热资源，充分发挥地热水的价值。以美景地热井为例，抽取的地热水（56℃～58℃）经处理后进行供暖，供暖回水（42℃左右）进行洗浴，洗浴废水（<35℃）用来冲洗马桶等。

 

  地热水除用于供暖、洗浴外，经适当处理后还可用于热带鱼养殖、温室花卉种植、灌溉等。

 

  （4）地热资源保护。

 

  地热水资源并不是取之不尽用之不竭的，不合理开采，很容易破坏热储层，且难以恢复，并诱发次生灾害。

 

  在利用地热资源造福人类的同时还要注重对其进行保护，控制开采量、进行回灌是保护地热资源比较有效的方法。

 

  6 结论。

 

  （1）聊城市城区开发利用的地热资源为聊考断裂以西的新近系馆陶组和古近系东营组热储层。馆陶组热储温度45℃～50℃，矿化度2.97～8.23g/L，单井涌水量502.82m3/d，水化学类型为Cl?SO4-Na。馆陶组与东营组混合热储温度51℃～58℃，矿化度5.05～10.12g/L，单井涌水量979.20～1623.272m3/d，水化学类型Cl?SO4-Na型、Cl-Na型水。

 

  （2）聊考断裂沟通了深部热源，开采层位相同时，从聊考断裂向西水温逐渐降低，地热水中Sr、I等有益元素含量降低，水化学类型变复杂。

 

  （3）新近系馆陶组和古近系东营组热储补给非常缓慢，开采利用时应合理布设井位、控制单井开采量，有条件时应进行回灌补源，防止过量开采造成热储层不可逆转的恶化，避免次生灾害的发生。

 

  （4）地热资源十分宝贵，开采的地热水尽可能地进行综合梯级利用，充分发挥地热水价值，服务于经济及工农业发展，造福地方人民。