古 今

地?zé)豳Y源是一種十分寶貴的可再生能源［1］，其功能多，用途廣，有著廣泛的開發(fā)利用前景。作為一種綠色能源，地?zé)嵩谥袊?guó)已被廣泛接受［2］。隨著地?zé)豳Y源的普遍開發(fā)，對(duì)地?zé)豳Y源儲(chǔ)量的計(jì)算和評(píng)價(jià)顯得越來越迫切和重要。本文采用熱儲(chǔ)法對(duì)漯河市地?zé)豳Y源量進(jìn)行了計(jì)算評(píng)價(jià)，為漯河市地?zé)豳Y源開采提供了儲(chǔ)量依據(jù)。

1 地?zé)崽锏刭|(zhì)背景條件

1.1 地層

地?zé)崽镂挥谥谐瘻?zhǔn)地臺(tái)華北坳陷南部的周口凹陷內(nèi)，根據(jù)鉆孔所揭露的地層由老到新分述如下：

（1）寒武系（∈）：為泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖、白云質(zhì)灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、厚300～500m。在地?zé)崽镂鞑?，寒武系（∈）西部埋藏較淺，一般在1 400～1 500m，由西向東埋深逐漸增大到3 400～3 500m。

（2）石炭系（C）：厚度僅在60～80m之間，巖性為鐵鋁頁(yè)巖、石灰?guī)r、砂頁(yè)巖和煤層，是華北地區(qū)主要成煤時(shí)期。在地?zé)崽镂鞑咳笔?，東部埋深3 300～3 400m，與下部寒武系呈不整合接觸。

（3）二疊系（P）：為砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)巖夾煤層及長(zhǎng)石石英砂巖，厚1 155～1 330m。在地?zé)崽镂鞑咳笔В瑬|部分布比較普遍，埋深2 000～2 200m。

（4）古近系：頂板埋深1 300～1 600m，區(qū)內(nèi)厚度一般200～400m。自下向上分為孔店組、沙河街組、東營(yíng)組。

孔店組：主要為棕紅色泥巖、砂巖和灰白色砂巖夾灰綠色泥巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、油頁(yè)巖及煤層，其中上部含有石膏，與下伏二迭系呈角度不整合接觸。

沙河街組：主要巖性為棕紅色、褐灰色、灰綠色泥巖、灰白色砂巖，局部夾薄層油頁(yè)巖。

東營(yíng)組：屬淺湖相沉積建造，巖性由灰綠色、灰色、棕紅色泥巖與細(xì)砂巖、粉砂巖、含礫砂巖互層組成。

（5）新近系：新近系為區(qū)域性坳陷型河湖相沉積，在區(qū)域上自西而東，地層由薄變厚，沉積了一套以砂質(zhì)巖為主的正韻律層剖面組合，底板埋深為1 300～1 600m。區(qū)內(nèi)厚度1 200～1 400m。由下而上分為館陶組和明化鎮(zhèn)組。

館陶組：巖性為一套下粗上細(xì)砂巖層。本組厚度在150～250m之間。

明化鎮(zhèn)組：巖性為砂、泥巖互層。本組厚度在1 100～1 200m之間。

（6）第四系：第四系厚100～210m左右，是一套粉質(zhì)黏土、粉土及砂層所組成的松散堆積物。

1.2 構(gòu)造

地?zé)崽镌趨^(qū)域構(gòu)造上處于中朝準(zhǔn)地臺(tái)華北坳陷的周口凹陷，周口凹陷斷裂比較發(fā)育，對(duì)本區(qū)有影響的斷裂均為隱伏斷裂，可劃分為東西向和南北向兩個(gè)斷裂帶。

漯河地?zé)崽镂挥谥芸诎枷輧?nèi)的平頂山—郾城凸起之東端（圖1）。

圖1 郾城凸起邊界示意圖

2 地?zé)崽餆醿?chǔ)特征及其埋藏條件

地?zé)崽锞哂泄嵋饬x的熱儲(chǔ)層為新近系熱儲(chǔ)層和古近系熱儲(chǔ)層。

2.1 新近系熱儲(chǔ)

新近系由下而上分為館陶組和明化鎮(zhèn)組。橫剖面圖見圖2，縱剖面圖見圖3。

館陶組熱儲(chǔ)：熱儲(chǔ)層厚度為30～70m，巖性為細(xì)砂、粉砂、中砂。

明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)：熱儲(chǔ)層厚度為100～200m，巖性為細(xì)砂、粉砂、中砂，溫度40～57℃。

圖2 地?zé)崽镄陆禉M剖面圖

圖3 地?zé)崽镄陆悼v剖面圖

2.2 古近系熱儲(chǔ)

古近系自下向上分為孔店組、沙河街組、東營(yíng)組。熱儲(chǔ)層厚度為40～60m，巖性為細(xì)砂、粉砂。橫剖面圖見圖4，縱剖面圖見圖5，溫度70°以上。

圖4 地?zé)崽锕沤禉M剖面圖

圖5 地?zé)崽锕沤悼v剖面圖

3 地?zé)豳Y源計(jì)算與評(píng)價(jià)

3.1 概念模型

漯河市地?zé)豳Y源類型屬沉積盆地型。根據(jù)DZ40—85《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法》評(píng)價(jià)熱儲(chǔ)的規(guī)定，本次地?zé)豳Y源計(jì)算的目的層為大于40℃的低溫地?zé)豳Y源儲(chǔ)層，相應(yīng)的埋藏深度為600m以上。從上到下可劃分為新近系熱儲(chǔ)層、黏土層、古近系熱儲(chǔ)存層。地?zé)崽锏纳w層由新近系上部多旋回厚層黏性巖土組成。新近系熱儲(chǔ)由新近系砂巖層組成，古近系熱儲(chǔ)由古近系砂巖組成。熱流體通道主要為砂巖孔隙和裂隙，地?zé)崽锏臒嵩磥碓从谏畈康臒醾鲗?dǎo)，屬傳導(dǎo)性地?zé)豳Y源。為方便地?zé)豳Y源計(jì)算，將新近系砂巖層沉積結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化為在平面上無限伸展、在垂向上視為一個(gè)統(tǒng)一熱流體通道，其上部為蓋層、下部為相對(duì)隔水的黏土巖層所組成的三層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的概念模型；將古近系砂巖層沉積結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化為在平面上以F1、F2、F3斷裂為透水界、在垂向上視為一個(gè)統(tǒng)一熱流體通道，其上下為相對(duì)隔水的黏土巖層所組成的三層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的概念模型。由于斷裂分割的影響，在斷層以外古近系的厚度增大，本次計(jì)算僅作透水邊界處理。熱源為地球內(nèi)部的高溫?zé)崮芤詡鲗?dǎo)、對(duì)流的方式向地表傳遞。

3.2 熱儲(chǔ)中的地?zé)醿?chǔ)量計(jì)算

采用熱儲(chǔ)法［3］計(jì)算勘查區(qū)新近系和古近系熱儲(chǔ)中的地?zé)醿?chǔ)量、儲(chǔ)存的地?zé)崃黧w量。

熱儲(chǔ)法的地?zé)醿?chǔ)量按式（1）計(jì)算

式中：QR—— 地?zé)醿?chǔ)量，kcal；

A—— 熱儲(chǔ)面積，m2；d—— 熱儲(chǔ)厚度，m；tr—— 熱儲(chǔ)熱度，℃；tj——基準(zhǔn)溫度（即當(dāng)?shù)氐叵潞銣貙訙囟然蚰昶骄鶜鉁兀?，℃；—?熱儲(chǔ)巖石和水的平均熱容量，kcal/（m3·℃），由式（2）求出。

式中：ρc、ρw—— 分別為巖石和水的密度，kg/m3；

cc、cw—— 分 別 為 巖 石 及 水 的 比 熱 容，kcal/（kg·℃）；

Φ——巖石的孔隙度，%。

將式（2）代入式（1）即得式（3）：

參數(shù)確定：面積以漯河規(guī)劃區(qū)74km2計(jì)算；新近系熱儲(chǔ)厚度140.0m；古近系熱儲(chǔ)厚度50m；新近系熱儲(chǔ)溫度為50℃，古近系熱儲(chǔ)溫度為80℃；基準(zhǔn)溫度取17℃；據(jù)DZ40—85《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法》表4查得：cc為0.21，cw為1（kcal/kg·℃）；ρc取1.75，ρw取1（g/cm3），巖石的孔隙度（Φ）參考《中國(guó)地?zé)豳Y源形成特點(diǎn)及潛力評(píng)估》建立的新生界砂巖、泥巖孔隙度—深度統(tǒng)計(jì)曲線。本次計(jì)算采用的孔隙度值從統(tǒng)計(jì)曲線量?。▓D6）。

圖6 新生界砂巖、泥巖孔隙度—深度統(tǒng)計(jì)曲線

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%。

熱儲(chǔ)中地?zé)醿?chǔ)量計(jì)算結(jié)果：新近系地?zé)醿?chǔ)量為7.979 96×1011MJ，古近系地?zé)醿?chǔ)量為4.055 89×1011MJ。

3.3 熱儲(chǔ)中的地?zé)崃黧w儲(chǔ)存量計(jì)算

儲(chǔ)存的地?zé)崃黧w量計(jì)算公式如下：

式中：Q存——地?zé)崃黧w儲(chǔ)存量，m3；F—— 熱儲(chǔ)面積，m2；d——含水層厚度，m；Φ—— 孔隙度，%。

參數(shù)確定：熱儲(chǔ)面積：74km2；含水層厚度：新近系140m，古近系50m；孔隙度：新近系30%，古近系20%。

熱儲(chǔ)中地?zé)崃黧w儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果：新近系地?zé)醿?chǔ)量為3.108×109m3，古近系地?zé)醿?chǔ)量為7.40×108m3。

3.4 熱儲(chǔ)中的地?zé)崃黧w可開采量的計(jì)算

采用水熱均衡方法求出的可開采量結(jié)果如表1。

表1 地?zé)崃黧w可開采量計(jì)算結(jié)果

3.5 熱儲(chǔ)中可利用的熱量和熱能量的計(jì)算

熱儲(chǔ)中可利用的熱量和熱能量以可開采的地?zé)崃黧w量釋放的熱量和熱能量來計(jì)算。

式中：QA——地?zé)崃黧w可利用的熱能量，MW；

Q允開—— 地?zé)崃黧w可開采量，m3/d；

tcp—— 熱儲(chǔ)溫度，℃；

t0——熱儲(chǔ)基準(zhǔn)溫度，℃；

Q——地?zé)崃黧w可釋放的熱量，MJ；

t—— 計(jì)算年限，取100a。

勘查區(qū)熱儲(chǔ)可利用的熱量和熱能計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 熱儲(chǔ)中可利用的熱量和熱能計(jì)算成果表

4 結(jié)語(yǔ)

本次勘查初步查明漯河市規(guī)劃區(qū)地?zé)崃黧w可開采量（D＋E）8.40MW。其中 D級(jí)［4］（新近系熱儲(chǔ)）資源量6.57MW，E級(jí)（古近系熱儲(chǔ)）資源量1.83MW，為一小型地?zé)崽?。按開采100a計(jì)算，溫?zé)崴砷_采量為1.76×106m3/a，釋放的熱量為2.64×108MJ/a，相應(yīng)的熱能為8.40MW，相當(dāng)于3.68×107kg/a煤燃燒釋放的熱量。

［1］廖忠禮，張予杰，陳文彬，等.地?zé)豳Y源的特點(diǎn)及可持續(xù)開發(fā)利用［J］.中國(guó)礦業(yè)，2006，15（10）：8－9.

［2］鄭克梭.促進(jìn)地?zé)峥稍偕茉吹目辈殚_發(fā)［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2006，33（4）：1.

［3］DZ40—85，地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法［S］.

［4］GB 11615—89，地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范［S］.