河南省三门峡市地热资源概况及开发前景预测

1 市区地热地质条件

三门峡市地处豫、陕、晋三省交界处‚陇海铁路、310国道、连霍高速公路横贯东西‚209国道纵穿南北‚交通便利。三门峡市区地处山西裂谷带南端的三门峡盆地。三门峡盆地新生界最大沉积厚度大于2000ｍ。在市区西南的隆起构造部位－陕县大营镇温塘有温泉出露‚水温61℃‚并在温泉附近打出多口地热井‚水温29℃ ～61℃‚水质较好。

1∙1 地热地质特征

1∙1∙1 地热场概况

根据地热资源形成和分布的地质条件‚市区存在断裂深循环（或隆起断裂型）和沉积盆地型地热系统。据有关资料‚我国东部、中部及西部地区沉积盆地属地热正常区域‚三门峡盆地亦属于地热正常区域‚新生界覆盖厚度内‚不具有高温地热资源的形成条件‚属低温（ ＜90℃） 地热资源。三门峡盆地是规模较小的山间盆地‚新生界沉积厚度较小‚厚度大于1500ｍ的范围很小‚不利于聚热保温‚因此‚盆地内地下水温不会很高。

1∙1∙2 构造特征

1） 基底构造格局

据超长波解译成果‚三门峡盆地内北东、北西向断裂发育‚这些断裂严格控制了新生界沉积厚度。新生界厚度在下陈庄－贾王庄一带‚达1650～2100ｍ；在富村－野鹿一带‚达1380～1800ｍ；温塘因出露有寒武系和中元古界‚新生界沉积厚度较小‚为0～850ｍ。

2） 断裂构造展布

三门峡盆地断裂构造比较发育‚据超长波探测成果‚市区共有断裂16条‚均为正断层‚产状较陡‚倾角75°～88°‚规模大小不一‚其中北北东、北东、北东东向断裂11条‚占区内断裂总条数的68∙8％；北西西向、北西向、北北西向断裂4条‚占25％；近南北向断裂1条‚占6∙2％。因此区内北北东向、北东向、北东东向断裂较为发育‚占据主导地位。在16条断裂中‚垂直断距大于1000ｍ的有5条‚在区内沿走向延伸超过5ｋｍ的有11条‚其中Ｆ₁、Ｆ₁₃、Ｆ₁₁、Ｆ₁₂、Ｆ₂₇、Ｆ₃₀延伸均在10ｋｍ以上‚说明区内断裂沿走向和倾向均具有一定规模。超长波探测确定的近南北向断裂Ｆ25和北东向温塘－高庙断裂Ｆ1‚与1996年河南省物探队所作三门峡－灵宝地区区域重力调查结果相吻合‚这两条断裂在区域上均具有一定规模‚同时也是市区内两条重要的导热断裂。

1∙1∙3 地层结构特征

三门峡盆地地层结构主要依据前人成果及超长电磁波探测结果确定。超长电磁波地质解释主要依据标志性超长电磁波曲线进行的。同一时代的地层在不同地区或在同一地区而埋藏深度不同‚标志性曲线变化幅度、曲线疏密和均匀性可能不同‚但在同一地区且埋藏深度差异较小的情况下‚上述特征差异较小‚而在不同时代的地层中差异反映比较明显。根据超长波地质解释‚三门峡盆地在3000ｍ深度内第四系－古近系、白垩系、寒武系、元古界等不同时代地层的埋藏深度和厚度‚对热储层的研究具有重要意义。三门峡市区地层结构见图1、图2。

三门峡市区从区域构造和地貌形态上属山间断陷盆地‚形成于燕山运动晚期‚接受了白垩系、古近系、新近系及第四系巨厚湖相陆相碎屑岩沉积。根据区域地层推断‚三门峡盆地中白垩系主要由灰绿、黄绿、灰黑色粘土岩、粉砂质粘土岩、泥灰岩、棕红色含砾砂岩、棕红色－褐红色砾岩组成；古近系以粘土岩为主夹砾岩、砂岩和泥灰岩；新近系为棕红、棕黄色泥岩夹砂砾岩透镜体‚底部为厚层泥质胶结砾岩；第四系以黄土为主‚下部为砂及砂砾石层。

本次调查‚除在三门峡大坝北部见古近系底部巨厚层底砾岩外‚大部地段只观察到古近系上部部分地层。古近系上部地层以紫红灰绿色中薄层泥岩为主‚具有明显的变形特征‚与新近系呈角度不整合或侵蚀突变接触。新近系以棕红、棕黄夹少量灰绿色斑条的泥岩为主‚底部为厚度不等的钙泥质胶结砾岩。第四系以黄土和黄土状土沉积为主‚大致以席村寨－焦园－小安头一线以北‚底部有一至数层河湖相砂及砂砾石层。

本次实测‚东凡塬中、下更新统黄土沉积厚度160ｍ左右‚加上底部砾石层及顶部上更新统黄土‚第四系总厚度约为200ｍ。据调查‚三门峡市区新近系和第四系沉积厚度一般不会超过400ｍ。因此‚新近系和第四系不可能形成有开发意义的热储层。超长电磁波探测表明‚在温塘热异常区热储异常显示于90～2440ｍ‚在张家湾热异常区和开发区热异常区‚热储异常显示于900～2300ｍ深度内‚在剖面上显示多层性‚为2～4层。根据超长电磁波地质解释‚所测热储异常地层时代分别为Ｒ（上、古近系）、Ｋ（白垩系）、∈（寒武系）、Ｐｔ（元古界）、Ａｒ（太古界）。在华北盆地中‚热储层为新近系明化镇组、馆陶组‚古近系沙河街组和寒武系‚其中寒武系为真正的热储层。三门峡市区新近系相当于明化镇组和馆陶组‚一是埋藏较浅‚二是无好的含水层‚不能形成有开发意义的热储层。而古近系砂砾岩和泥灰岩以及寒武系灰岩很可能成为三门峡市区有开发意义的热储层。

温塘温泉出露于寒武系中统厚－巨厚层灰岩中‚可成为该区地热热储层的旁证。古近系砂砾岩具有孔隙、裂隙热储层特征‚呈层状分布‚但由于沉积时局部环境的差异会引起粒级及级配的差异‚其导水性能可能不同。同时‚由于地下水活动‚挽近时期构造活动及其它因素的影响胶结程度也可能有所不同‚它们必将引起热储中地热流体的赋存和运移的变化。古近系泥灰岩及寒武系灰岩多呈致密块状结构‚具有岩溶裂隙热储层特征‚地热流体主要赋存于构造裂隙和溶洞之中‚而构造裂隙及岩溶发育程度严格受断裂构造控制。因此‚古近系及寒武系热储层虽呈层状分布‚但地热流体在热储层中的赋存和运移是极不均一的‚由此‚也可能引起地热流体温度的不均一性。

本次调查‚在三门峡盆地进行了234个点的超长电磁波探测‚热储异常点35个‚占探测点总数的21％‚其中‚古近系热储异常点14个‚占探测总数的6％‚寒武系热储异常点15个‚占探测总数的6％‚古近系、白垩系和寒武系热储层在三门峡盆地虽呈层状分布但具有开发利用的热流体分布空间具有极大的局限性‚这种局限性的控制因素主要是挽近时期的断裂构造活动和地震活动。前已述及‚三门峡盆地新构造活动比较频繁而明显。据野外调查测量‚盆地新生界中发育ＮＥ45°～50°、ＮＥ85°、ＮＷ 285°、ＮＷ 305°～320°、ＮＷ 350°几组构造节理‚这些构造节理对地热流体在热储层中的赋存和运移必将起到积极的作用。

1∙2 地热异常

1∙2∙1 地热异常标志

1） 水温异常标志

在一般情况下‚某一地区的地下水温度接近当地多年平均气温。据统计‚三门峡地区多年平均气温为13∙8℃‚本次地热调查‚实测机、民井水温88眼‚收集机、民井水温2眼‚合计90眼。实测最低水温14℃‚最高61℃（温塘温泉开采井）。本报告将水温高于当地多年平均气温3℃（即17℃）作为水温异常点‚本次共调查大于等于17℃ 的异常井38眼‚占调查井数的42％。这些异常井点除个别分布分散外‚多数分布比较集中。

2） 超长电磁波热储异常标志

超长电磁波解释热储异常主要标志一是依据曲线幅值的大小‚二是曲线形态变化特征。在一般情况下‚曲线幅值大于200μＶ‚且曲线幅值一般较大而幅值变化的幅度也较大‚曲线上下起伏变化均匀‚整体形态平稳与正常曲线相交处常有突然大幅升起的特点。根据这一标志‚调查区共有35个测点属于热储异常点。这些异常点虽然形成于不同时代地层中‚但在平面分布上相对集中‚与地下水温异常点分布具有一致性或近似性。

1∙2∙2 地热异常分布

三门峡市区虽属于山间沉积盆地地热系统‚但据超长电磁波探测表明‚热储层的时代为古近系、白垩系和寒武系‚在平面上虽呈片状分布‚而在剖面上具有多层性。由此说明‚沉积盆地型地热系统在三门峡盆地中占据主导地位。根据灵宝－三门峡地区重力调查报告‚朱阳镇－大营断裂（Ｆ24）、文底－武家山断裂（Ｆ3） 和下庄－宫前断裂（Ｆ2） 切割深度达8ｋｍ‚为区域性壳断裂。这些壳断裂应该是三门峡市区主要控热和导热断裂‚对三门峡市区地热田的形成具有不可忽视的作用。根据井水水温测量和超长电磁波探测‚市区水温异常及超长电磁波热储异常主要集中分布在温塘、张家湾以及开发区一带。

2 地热资源开发前景区预测

根据对三门峡市区地质构造特征、地层结构特征、地热异常显示和新构造运动情况等综合分析‚确定区内地热资源开发利用前景区。前景区确定的主要依据是：在断块隆起部位‚如温塘一带有活动断裂分布‚有温泉及地热显示；在市区三门峡盆地‚基底有活动断层展布‚在3000ｍ深度内上部有第四系、新近系盖层‚下部有古近系、白垩系及寒武系热储层‚超长波探测有热储异常‚调查发现机民井水温异常‚近期有地震活动等。根据以上条件和依据‚在市区内筛选出三个地热资源开发前景区。按地热地质条件‚研究程度及社会经济状况等方面的远景优劣分类排序：第一是开发区地热资源开发前景区；第二是温塘地热资源开发前景区；第三是张家湾地热资源开发前景区。

2∙1 开发区地热资源开发前景区

该前景区位于三门峡市区西部‚面积9∙0ｋｍ2‚为三门峡市开发区‚市场前景广阔。本次普查先后投入地面地质调查‚机、民井水温调查‚超长电磁波探测等工作‚其地层结构、地质构造、地热异常边界等已基本清楚。该前景区主要为层状热储‚其地热地质条件如下：

1） 地质构造特征

该前景区内断裂构造发育‚主要有北东向Ｆ21断裂‚Ｆ20断裂‚Ｆ13断裂‚北北西向Ｆ30断裂和北西向Ｆ27断裂（图3）。其中北东向Ｆ20断裂与北西向Ｆ27断裂在湖滨果汁厂一带交汇。

2） 地层结构特征

基底构造控制着新生界结构‚前景区内向阳村南一带第三系顶界埋深240ｍ左右‚底界埋深1750ｍ‚厚度1500ｍ；白垩系顶界埋深1750ｍ‚底界埋深2280～2400ｍ‚厚度550～650ｍ；下伏寒武系。陕县老城和后川一带第三系顶界埋深120ｍ左右‚底界埋深1170～1500ｍ‚厚度1000～1350ｍ；白垩系顶界埋深1170～1500ｍ；寒武系顶界埋深1700～1770ｍ‚底界埋深2200～2300ｍ‚厚500ｍ左右。热储层为古近系、白垩系砂岩、砾岩、砂砾岩和寒武系灰岩。

3） 地热异常显示

（1） 机、民井水温异常

该前景区共调查机、民井水温20眼‚有13眼水温异常‚占65％‚异常水温为17℃ ～19℃‚高出一般水温1℃ ～3℃‚比当地年平均气温高3℃ ～5℃。水温异常井主要沿Ｆ20断裂和Ｆ27、Ｆ30断裂分布‚异常区边界比较清楚。

超长波探测热储显示该前景区超长波探测Ｃ测线、Ｅ测线和Ｄ测线均有热储层显示‚其中Ｃ测线ｃ12～ｃ15测点‚Ｅ测线ｅ23、ｅ24测点见第三系、白垩系、寒武系热储层；Ｄ测线ｄ3、ｄ5点见白垩系、寒武系热储层。

（3） 水化学异常

在会兴棉纺厂1号井（Ｓ222点）取全分析水样分析表明‚矿化度、Ｎａ＋、可溶性ＳｉＯ2均高于常温水。采用无蒸汽损失的石英温标计算其热储温度为57∙2℃。

4） 地震活动

1982年6月10日22时29分‚在陕县老城一带发生2∙1级地震‚该地震与Ｆ21断裂活动有关。水热活动往往与地震活动存在着伴生关系‚地震活动可导致岩石破碎‚对热储的形成‚增强热储层的储水、透水能力起到一定的作用。

5） 开发建议

据超长电磁波探测陕县老城一带‚在1140～1170ｍ‚见古近系热储层显示‚在1270～1350ｍ、1360～1670ｍ见白垩系热储层显示。在1870～1950ｍ、2040～2080ｍ见寒武系热储层显示。南关一带‚在1195～1240ｍ、1260～1290ｍ、1330～1360ｍ见古近系热储层显示‚在2070～2170ｍ、2140～2230ｍ见白垩系热储层显示。后川一带‚在900～940ｍ、1230～1260ｍ见古近系热储层显示‚在1870～2150ｍ、2230～2290ｍ见寒武系热储层显示。从超长波探测资料分析‚在该前景区陕县老城－后川一带‚尤其在湖滨果汁厂附近‚若施工2300ｍ深井‚可揭露古近系、白垩系及寒武系热储层‚水温可达50℃ ～60℃‚水量可达20～30ｍ3／ｈ。在温塘－会兴断裂（Ｆ13） 与青龙涧河断裂（Ｆ27）交汇部位‚具备形成地热资源的条件‚在两断裂的交汇部位‚若施工1400ｍ深井‚水温可达50℃ ～55℃‚水量可达20ｍ3／ｈ左右。

2.2 温塘地热资源开发前景区

该前景区位于陕县大营镇温塘一带‚距三门峡西站3ｋｍ‚距三门峡市中心18ｋｍ‚面积4∙1ｋｍ2‚为陕县新县城规划区‚市场前景广阔‚陕县疗养院、水利部疗养院、温塘村等单位在该前景区已施工8眼地热井。河南省地矿局水文地质二队于1986年、1999年分别提交了《温塘地热矿泉水资源评价报告》和《温塘地热矿泉水动态监测报告》‚对该前景区地热地质条件有较系统地研究。我院在此基础上‚补充了地面地质调查、机民井水温调查、超长电磁波探测等工作‚对该区的地层结构、地质构造、地热异常等有了进一步了解。该前景区属带状热储‚其地热地质条件（见图4）。

2∙2∙1 地质构造特征

该前景区内断裂构造比较发育‚主要有北东向和近东西向两组。

1） 北东向温塘－高庙断裂（Ｆ1）

该断裂是区内主要导热断裂‚走向北东42°～45°‚倾向北西35°‚倾角55°～65°‚断裂迹象和破碎带明显‚有些地段可见角砾岩‚在断壁上可见大量方解石充填‚并有炭质微细层理‚断裂影响带宽50～70ｍ。此断裂为正断裂‚北西盘下降‚南东盘上升‚断距在3000ｍ以上。

2） 近东西向李家凹断裂（Ｆ23）

该断裂走向北东70°～85°‚在温塘采石场显示倾向南南东‚倾角55°～70°‚挤压破碎带宽40～60ｍ‚其间夹有断层泥和破碎岩块‚岩块长轴方向与断裂面平行‚为一南盘向北逆冲的逆断裂‚配套的次一级断裂还有北西向、近南北向和北东向断裂‚其中北东向断裂还将此断裂错开60多ｍ。据超长波探测‚该断裂深部倾向北北东‚倾角87°～87∙5°。

2∙2∙2 地层结构特征

该前景区与热储结构有关的地层有寒武系及新生界‚寒武系为单斜岩层‚走向北东－南西向‚倾向145°‚倾角22°～56°。古近系也倾向南东‚倾角8°～15°。

1） 寒武系

中统分布于温水沟北部‚地表被黄土覆盖。温水沟地热深井‚孔深35ｍ揭露该统灰岩‚井深160ｍ‚出水温度61℃。上统分布于温水沟东北丘陵地带‚大面积被黄土覆盖。区内寒武系上统厚度大于250ｍ‚中统厚度179～268ｍ。寒武系以灰岩为主夹白云岩‚其中灰岩是前景区主要热储层。

2） 新生界

该前景区温塘－－－高庙断裂上盘新生界厚度大于3000ｍ‚下盘新生界厚度0～200ｍ。新生界是该前景区热储层的盖层。

2∙2∙3 地热异常显示

1） 水温异常显示

在温塘温水沟‚原来有温泉出露‚有多处泉眼顺温水沟自流‚水温61℃‚后因水利部疗养院和905仓库在温泉附近打井抽取地下热水‚由于开采水位下降‚现温泉已不自流。分布在温塘一带的水温异常井‚有30多眼。近年来‚陕县在温塘一带建设新县城‚大规模城市建设‚不少井被填埋或废弃。如温塘行政村原有水井28眼‚现仅存5眼‚本次调查‚在区内测量机民井水温9眼‚全部为水温异常井‚水温21℃ ～61℃。该前景区‚前人已沿温塘－－－高庙断裂南西－－－北东带状区域内施工地热井8眼‚水温26℃ ～61℃。

2） 超长波探测热储显示

该前景区超长波探测Ｇ测线ｇ5～ｇ12测点‚Ｆ测线ｆ 11－ｆ 12测点在第三系、白垩系、寒武系

中均有热储显示。

2∙2∙4 开发建议

温塘地热矿泉水为碳酸盐岩岩溶裂隙热矿水‚主断裂带处水温较高‚一般在60℃ 以上；次级断裂带上水温次之‚一般在5℃ ～60℃ 之间。地下热水与地下冷水混合后‚随着距主断裂带距离的增大水温逐渐降低。经监测‚区内地热矿泉水水温与季节性气温变化无关‚属恒温型地热矿泉水。温塘东北2ｋｍ的上席村一带‚机井测温调查中发现有47℃ 的温热水。该热水井在上席村村前－北西向冲沟右侧‚1992年施工‚井深180ｍ‚0～60ｍ 为黄土‚60～180ｍ 为灰岩‚稳定出水量36ｍ3／ｈ‚水温47℃。据超长波探测‚北东向温塘－高庙断裂（Ｆ1） 与北北东向Ｆ17断裂在上席村交汇。因此‚上席村一带可作为温塘地热水开发的远景区‚通过详细勘察后‚在上席村一带施工深300ｍ左右机井‚水温可达50℃ 左右‚水量30～40ｍ3／ｈ。2∙3 张家湾地热资源开发前景区

该前景区位于陕县张家湾乡政府一带‚距三门峡市中心10ｋｍ‚面积6∙5ｋｍ2。本次普查先后进行了地面地质调查‚机民井水温调查‚超长电磁波探测等工作。该前景区主要为层状热储‚其地热地质条件（见图5）。

2∙3∙1 断裂构造特征

该前景区内断裂构造发育‚北东向温塘－高庙断裂（Ｆ1） 在新桥与北北东向Ｆ16断裂交汇‚在赵家园与近南北向Ｆ25断裂相交‚这三组断裂控制了本区基本构造格局。

2∙3∙2 地层结构特征

据超长波探测资料‚张家湾一带第四系厚100ｍ左右‚第三系底界埋深750～850ｍ‚厚650～750ｍ‚寒武系顶界埋深850ｍ左右‚底界埋深1580～1660ｍ‚厚850ｍ左右。小北沟一带‚第四系厚200ｍ左右‚第三系底界埋深1800ｍ‚厚1600ｍ‚下伏白垩系。区内第四系和新近系可作为热储层的盖层‚古近系、白垩系及寒武系是良好热储层。

2∙3∙3 地震活动

据记载‚1982年6月9日8时59分‚在陕县张家湾附近发生4∙2级地震‚强震区面积约35ｋｍ2‚烈度为5度‚震感强烈‚伴有黄土陡崖坍塌现象‚此次地震与北东向Ｆ1断裂和近南北向Ｆ25断裂活动有关。水热活动往往与地震活动有伴生关系‚地震活动可以导致岩石破碎‚对热储的形成‚增强热储层的储水、透水能力起到一定的作用。

2∙3∙4 地热异常显示

1） 水温异常显示

在区内共调查机民井水温2眼‚均为水温异常井‚水温18℃。这两眼水温异常井‚分布在北东向温塘－高庙导热断裂两侧。

2） 超长波探测热储显示

该前景区超长波探测Ｈ 测线ｈ10 ～ｈ14测点‚在第三系、白垩系、寒武系中均有热储层显示‚其中ｈ12测点‚寒武系热储层顶板埋深1030ｍ‚底板埋深1060ｍ‚厚30ｍ。

2∙3∙5 开发建议

据超长波探测资料‚新桥新村一带‚在920～940ｍ、1000～1020ｍ 有白垩系热储层显示；在1030～1060ｍ、1870～1940ｍ、1970～2030ｍ有寒武系热储层显示。小北沟一带‚在900～950ｍ、1780～1790ｍ有古近系热储层显示；在1840～2120ｍ有白垩系热储层显示。在该前景区温塘－高庙断裂（Ｆ1） 与Ｆ16断裂交汇部位‚若施工1100ｍ深井‚可揭露白垩系及寒武系热储层‚水温可达45℃ ～50℃‚水量可达20～40ｍ3／ｈ。