趙銘海，李曉燕，宋明水，楊永紅，郗鳳琨，黃 蓉

（1.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東東營(yíng)257001；2.中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營(yíng)257015）

·油氣地質(zhì)·

濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)組—館陶組地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)

趙銘海1，李曉燕2，宋明水1，楊永紅2，郗鳳琨2，黃 蓉2

（1.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東東營(yíng)257001；2.中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營(yíng)257015）

地?zé)豳Y源屬于可再生的清潔能源，對(duì)促進(jìn)節(jié)能減排和綠色低碳具有重要意義。在濟(jì)陽(yáng)坳陷區(qū)域地質(zhì)特征分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)熱儲(chǔ)分布特征和地溫場(chǎng)分布特征的研究，將東營(yíng)組—館下段熱儲(chǔ)劃分為12個(gè)快速熱補(bǔ)型、26個(gè)中速熱補(bǔ)型及33個(gè)慢速熱補(bǔ)型地?zé)釂卧?；并結(jié)合壓力場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)的綜合分析，建立了熱儲(chǔ)概念模型，東營(yíng)組—館下段三角洲、辮狀河砂體形成熱儲(chǔ)，在明化鎮(zhèn)組—第四系巨厚泥巖和松散沉積隔熱層的遮擋下，斷陷盆地演化過(guò)程中形成的殼幔熱流沿基巖向熱儲(chǔ)傳導(dǎo)并存儲(chǔ)，該熱儲(chǔ)無(wú)地表徑流和大氣水滲入，無(wú)層間越流向外放熱，屬無(wú)限承壓水平二維流。選取熱儲(chǔ)法進(jìn)行資源量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)組—館下段地?zé)豳Y源量為419.18×109GJ，相當(dāng)于143.12億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可采地?zé)豳Y源量為104.8×109GJ，相當(dāng)于35.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

熱儲(chǔ) 地溫場(chǎng)地?zé)釂卧?資源量 濟(jì)陽(yáng)坳陷

對(duì)于成熟探區(qū)，隨著油氣勘探程度的不斷提高，油氣勘探難度越來(lái)越大，除深化勘探尋找新的含油氣區(qū)塊之外，開發(fā)利用地?zé)豳Y源是尋找替代能源的一條重要途徑。地?zé)豳Y源屬于可再生的清潔能源，對(duì)促進(jìn)節(jié)能減排和綠色低碳具有重要意義。國(guó)家已將地?zé)崮芰腥肟稍偕茉吹统杀疽?guī)?；_發(fā)利用的優(yōu)先主題，中國(guó)石化也已把地?zé)豳Y源作為綠色能源列入“十二五”發(fā)展規(guī)劃。勝利油區(qū)地處渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷，地?zé)豳Y源十分豐富，具有開發(fā)利用地?zé)豳Y源的先天優(yōu)勢(shì)，油田生產(chǎn)和生活較大的用熱量需求也迫切需要地?zé)豳Y源的開發(fā)利用，但目前對(duì)于濟(jì)陽(yáng)坳陷地?zé)豳Y源的潛力還不明確。筆者通過(guò)對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、地溫場(chǎng)等地?zé)岬刭|(zhì)特征開展研究，獲取砂巖厚度、孔隙度、熱儲(chǔ)溫度等評(píng)價(jià)參數(shù)，并結(jié)合水化學(xué)場(chǎng)及壓力場(chǎng)的分析，建立熱儲(chǔ)概念模型，進(jìn)行地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)，以期為油田大力推進(jìn)的地?zé)峁こ添?xiàng)目提供技術(shù)支持和理論指導(dǎo)，從而服務(wù)于國(guó)家和中國(guó)石化的綠色能源戰(zhàn)略。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

濟(jì)陽(yáng)坳陷位于渤海灣盆地的西南部，是在華北地臺(tái)基礎(chǔ)上發(fā)育而成的中、新生代疊合盆地；新生代以來(lái)，濟(jì)陽(yáng)坳陷經(jīng)歷了裂陷期、斷陷期、拗陷期等不同的構(gòu)造演化階段，形成了厚層的碎屑巖沉積，包括古近紀(jì)斷陷期和新近紀(jì)拗陷期2個(gè)構(gòu)造層［1-2］。就斷裂構(gòu)造而言，古近紀(jì)以來(lái)濟(jì)陽(yáng)坳陷主要表現(xiàn)為多組新斷層的形成和老斷層的消亡及轉(zhuǎn)換，新斷層走向以NE及ENE向?yàn)橹?，多組斷層在平面上按多種方式組合形成復(fù)式斷層，將濟(jì)陽(yáng)坳陷切割成大大小小、形態(tài)各異的多個(gè)斷塊體，并控制沉積、沉降，最終在東營(yíng)、沾化、惠民、車鎮(zhèn)凹陷內(nèi)形成了多個(gè)小洼陷［3-5］。古近紀(jì)末期，濟(jì)陽(yáng)坳陷南部東營(yíng)凹陷控凹邊界斷層基本停止活動(dòng)，在凹陷內(nèi)部沉積層中發(fā)育了大量淺層斷層，使凹陷內(nèi)部的沉降—沉積中心發(fā)生分散，斷陷鼎盛時(shí)期凸洼相間的構(gòu)造格局被破壞，地勢(shì)相對(duì)平坦，此時(shí)濟(jì)陽(yáng)坳陷的沉降中心已經(jīng)由南部各凹陷遷移至沾化—埕島地區(qū)，再加上魯西隆起東南部受走滑推擠而抬升形成剝蝕區(qū)，古近紀(jì)末期濟(jì)陽(yáng)坳陷東部的構(gòu)造形態(tài)已不同于斷陷鼎盛時(shí)期北斷南超的箕狀形態(tài)，整體表現(xiàn)為由南向北至渤中凹陷傾斜的單斜式構(gòu)造，這種構(gòu)造格局一直持續(xù)至新近紀(jì)館陶組沉積時(shí)期。

2 熱儲(chǔ)分布特征

受東營(yíng)組沉積時(shí)期魯西等周邊隆起抬升、渤海灣盆地沉積中心向渤海海域遷移等因素的控制，濟(jì)陽(yáng)坳陷東部在東營(yíng)組沉積時(shí)期形成了整體由南向北不斷推進(jìn)的濟(jì)陽(yáng)三角洲沉積體系，之后地層抬升遭受剝蝕，進(jìn)入館陶組拗陷沉積時(shí)期，整體形成了沉積基準(zhǔn)面不斷上升的沖積扇—辮狀河—曲流河沉積體系。研究區(qū)東營(yíng)組和館陶組大型辮狀河—三角洲沉積砂體埋深淺、孔滲性好、有效蓋層厚，是較好的熱儲(chǔ)。由于東營(yíng)組和館陶組內(nèi)部的熱儲(chǔ)類型不均一，為更好地進(jìn)行資源評(píng)價(jià)，對(duì)東營(yíng)組和館陶組進(jìn)行分段評(píng)價(jià)。綜合利用巖心、錄井、測(cè)井、地震等資料，根據(jù)基準(zhǔn)面沉積旋回，將東營(yíng)組劃分為東三段、東二段和東一段，館陶組劃分為館下段和館上段。館上段以曲流河沉積為主，泛濫平原相泥巖發(fā)育，砂體分布連續(xù)性差，不能作為有效熱儲(chǔ)。東一段—館下段及坳陷南部東二段以辮狀河沉積為主，坳陷北部東三段及東二段發(fā)育三角洲沉積（圖1）。熱儲(chǔ)以東三段—東一段三角洲和辮狀河砂體、館下段辮狀河道砂體為主。東三段—東一段熱儲(chǔ)南薄北厚，館下段在整個(gè)研究區(qū)均有分布，厚度大于100m，受古地貌控制，仍表現(xiàn)出南薄北厚的沉積特征。

圖1 濟(jì)陽(yáng)坳陷東部草113—埕北153井沉積體系分布Fig.1 Depositional system distribution of Well Cao113-Chengbei153 in easern Jiyang depression

在沉積體系分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)單井砂巖厚度統(tǒng)計(jì)，明確了濟(jì)陽(yáng)坳陷砂巖厚度分布特征。從殘留地層厚度來(lái)看，受沉積體系的控制，由魯西—廣饒凸起、墾東凸起向北沿物源方向發(fā)育三角洲及辮狀河道砂巖沉積中心，受古地貌及凸起區(qū)—凹陷區(qū)抬升剝蝕程度差異的影響，濟(jì)陽(yáng)坳陷東部砂巖沉積表現(xiàn)為洼陷區(qū)較厚、邊緣凸起區(qū)較薄，西部惠民、車鎮(zhèn)凹陷砂巖厚度較大區(qū)域沿控凹斷層繼承性展布（圖2）?？傮w來(lái)看，熱儲(chǔ)物性條件較好，砂巖孔隙度為15%～30%，大部分地區(qū)砂巖孔隙度大于20%。

圖2 濟(jì)陽(yáng)坳陷館下段砂巖厚度等值線Fig.2 Thickness contour of the sandstone in the lower Guantao Formation in Jiyang depression

3 地溫場(chǎng)特征及地?zé)釂卧獎(jiǎng)澐?/h2>

3.1 地溫場(chǎng)特征

地溫場(chǎng)可用地溫梯度表征，中國(guó)規(guī)定地溫梯度超過(guò)3.5℃/hm為地?zé)岙惓＃?］。利用油氣勘探過(guò)程中取得的地層測(cè)試、試油測(cè)溫等數(shù)據(jù)計(jì)算各測(cè)溫井點(diǎn)地溫梯度，明確了濟(jì)陽(yáng)坳陷地溫梯度平面分布特征（圖3）?？傮w來(lái)看，濟(jì)陽(yáng)坳陷地溫梯度為3.4～4.2℃/ hm，大部分地區(qū)屬于地溫異常區(qū)，地溫梯度大于4.0℃/hm的區(qū)域主要分布于魯西隆起及各個(gè)凸起區(qū)，洼陷區(qū)地溫梯度較低，表明熱儲(chǔ)距離基巖越近，地溫梯度越大，地?zé)岙惓Ｔ矫黠@。研究區(qū)構(gòu)造控?zé)崽卣髅黠@，地?zé)岙惓?yīng)屬基巖傳導(dǎo)型。

圖3 濟(jì)陽(yáng)坳陷地溫梯度平面分布特征Fig.3 Geothermal gradient distribution in Jiyang depression

3.2 地?zé)釂卧獎(jiǎng)澐?/p>

從地溫梯度分布來(lái)看，不同構(gòu)造帶具有明顯的差異，這是由于地層的熱導(dǎo)率不同導(dǎo)致的，根據(jù)本次研究的取樣測(cè)試結(jié)果，結(jié)合國(guó)標(biāo)經(jīng)驗(yàn)值（花崗巖熱導(dǎo)率為2.721W/m·K）［7］，以花崗巖為主的基巖地層熱導(dǎo)率最高，古近系孔店組—沙河街組熱導(dǎo)率較低；因此直接覆蓋在基巖上的碎屑巖熱儲(chǔ)受下部以太古界為主的基巖地層熱傳導(dǎo)率較高的影響，大地?zé)崃餮a(bǔ)充較快，地溫梯度較高；洼陷區(qū)由于沿基巖傳導(dǎo)至東營(yíng)組—館陶組熱儲(chǔ)的熱能受熱傳導(dǎo)性較差的孔店組—沙河街組的阻隔從而地溫梯度較低（表1）。

表1 不同巖性巖石熱導(dǎo)率統(tǒng)計(jì)Table1 Statistics of thermal conductivity of different rock types

根據(jù)熱儲(chǔ)下伏地層（基巖與新生代地層）的展布特征，劃分出慢速熱補(bǔ)型、中速熱補(bǔ)型和快速熱補(bǔ)型3種地?zé)釂卧愋?。其中快速熱補(bǔ)型下伏地層為前古近系基巖，深部熱源直接通過(guò)基巖傳導(dǎo)，速度最快；中速熱補(bǔ)型地?zé)釂卧c前古近系基巖之間的地層厚度為20～500m，深部熱源傳導(dǎo)速度中等，大地?zé)崃髦抵械龋宦贌嵫a(bǔ)型地?zé)釂卧c前古近系基巖之間的地層厚度一般大于500m，深部熱源傳導(dǎo)速度較慢，大地?zé)崃髦递^低。一般控洼斷層上升盤為中速熱補(bǔ)型，下降盤古近系—新近系沉積地層明顯增厚，熱儲(chǔ)與基巖距離明顯增大，為慢速熱補(bǔ)型。根據(jù)以上劃分原則，針對(duì)東營(yíng)組和館下段共劃分出12個(gè)快速熱補(bǔ)型地?zé)釂卧?6個(gè)中速熱補(bǔ)型地?zé)釂卧?3個(gè)慢速熱補(bǔ)型地?zé)釂卧▓D4）。

圖4 濟(jì)陽(yáng)坳陷館下段地?zé)釂卧獎(jiǎng)澐諪ig.4 Division of geothermal units in the lower Guantao Formation in Jiyang depression

3.3 壓力場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)

通過(guò)壓力場(chǎng)分析可以明確流體的流動(dòng)方式。根據(jù)研究區(qū)測(cè)壓數(shù)據(jù)，地層壓力系數(shù)主要為0.9～1.1，東營(yíng)組—館陶組熱儲(chǔ)整體屬于正常壓力系統(tǒng)，不存在層間流體對(duì)流，為無(wú)限常壓二維水平流體地?zé)嵯到y(tǒng)。

通過(guò)水化學(xué)場(chǎng)分析可以明確地?zé)崃黧w的徑流條件。研究區(qū)地層流體礦化度整體偏高，表明東營(yíng)組—館陶組地?zé)崃黧w以沉積埋藏水為主，無(wú)地上徑流或大氣水滲入。

4 熱儲(chǔ)概念模型

熱儲(chǔ)概念模型指對(duì)地?zé)崽餆醿?chǔ)、蓋層、地?zé)岢梢?、流體運(yùn)動(dòng)等要素的綜合描述［8-9］，決定了資源量的計(jì)算方法。通過(guò)對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷熱儲(chǔ)展布、地溫場(chǎng)、壓力場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)的綜合分析，建立了東營(yíng)組—館陶組熱儲(chǔ)概念模型：東營(yíng)組—館下段三角洲、辮狀河砂體形成熱儲(chǔ)，在明化鎮(zhèn)組—第四系巨厚泥巖和松散沉積隔熱層的遮擋下，斷陷盆地演化過(guò)程中地幔上涌形成的幔源熱流沿基巖向熱儲(chǔ)傳導(dǎo)并存儲(chǔ)，該熱儲(chǔ)無(wú)地表徑流和大氣水滲入，無(wú)層間越流向外放熱，屬無(wú)限承壓水平二維流。

5 地?zé)豳Y源量計(jì)算

無(wú)限承壓水平二維流熱儲(chǔ)概念模型的資源量可用熱儲(chǔ)法進(jìn)行精確的計(jì)算［10-12］，計(jì)算公式為

式中：QR為地?zé)豳Y源量，kcal；A為面積，m2；d為砂巖厚度，m；ρc和ρw分別為巖石和地層水的密度，kg/m3；Cc和Cw分別為巖石和地層水的比熱，kcal/（kg·℃）；φ為孔隙度；tr為熱儲(chǔ)溫度，℃；tj為基準(zhǔn)溫度，℃，按地?zé)崂脧U棄溫度取值為25。

針對(duì)面積、砂巖厚度和孔隙度等體積類參數(shù)，按各地?zé)釂卧娣e確定面積參數(shù)，按照各地?zé)釂卧獌?nèi)砂巖厚度和孔隙度的加權(quán)平均值確定砂巖厚度和孔隙度參數(shù)。

熱儲(chǔ)溫度主要受熱儲(chǔ)地層厚度、埋深和地溫梯度的共同影響，地層厚度越大、埋藏越深，儲(chǔ)熱能力越強(qiáng)，熱儲(chǔ)溫度越高，隆起—凸起區(qū)或盆地邊緣熱儲(chǔ)地層厚度較小、埋深淺，溫度也較低。熱儲(chǔ)溫度計(jì)算式為

式中：t0為恒溫層溫度，℃，其值為14.75；h為熱儲(chǔ)埋深，m；h0為恒溫層深度，m，其值為17.45；G為地溫梯度，℃/hm。

研究區(qū)各套熱儲(chǔ)溫度以50～90℃為主，北部埕島地區(qū)大于90℃，屬于中低溫地?zé)豳Y源。

巖石和水的密度按照國(guó)標(biāo)經(jīng)驗(yàn)值選?。粚?duì)于巖石比熱參數(shù)，分別針對(duì)東營(yíng)凹陷、沾化凹陷、東營(yíng)凹陷南坡、惠民凹陷等地?zé)釂卧杉瘞r樣進(jìn)行了比熱參數(shù)的測(cè)試，通過(guò)對(duì)比，不同類型砂巖的比熱參數(shù)與國(guó)標(biāo)經(jīng)驗(yàn)值差別較小，根據(jù)實(shí)測(cè)比熱參數(shù)值，砂巖比熱取值為0.18 kcal/（kg·℃）。

通過(guò)計(jì)算，濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)組—館下段地?zé)豳Y源量為419.18×109GJ，相當(dāng)于143.12億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，資源潛力巨大。對(duì)大型沉積盆地的新生界砂巖，可采資源量一般取熱能利用率為25%［7］，按照地?zé)豳Y源量的25%進(jìn)行計(jì)算，研究區(qū)可采地?zé)豳Y源量為104.8×109GJ，相當(dāng)于35.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，表明研究區(qū)東營(yíng)組—館下段地?zé)豳Y源量非?？捎^。

6 結(jié)論

濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)組—館下段熱儲(chǔ)以由南向北不斷推進(jìn)的辮狀河—三角洲沉積砂體為主，受古地貌及凸起區(qū)—凹陷區(qū)抬升剝蝕程度不同的影響，濟(jì)陽(yáng)坳陷東部砂巖沉積表現(xiàn)為洼陷區(qū)較厚、邊緣凸起區(qū)較薄的特點(diǎn)，西部惠民、車鎮(zhèn)凹陷砂巖厚度較大區(qū)域沿控凹斷層繼承性展布。

由于地層的熱導(dǎo)率不同，不同構(gòu)造帶地溫場(chǎng)具有明顯的差異，直接覆蓋在基巖上的熱儲(chǔ)地溫梯度較高，洼陷區(qū)地溫梯度較低；據(jù)此根據(jù)熱儲(chǔ)下伏地層展布將濟(jì)陽(yáng)坳陷地?zé)釂卧獎(jiǎng)澐譃榭焖贌嵫a(bǔ)型、中速熱補(bǔ)型和慢速熱補(bǔ)型3種類型，并分別針對(duì)東營(yíng)組—館下段共劃分出12個(gè)快速熱補(bǔ)型地?zé)釂卧?6個(gè)中速熱補(bǔ)型地?zé)釂卧?3個(gè)慢速熱補(bǔ)型地?zé)釂卧?/p>

研究區(qū)熱儲(chǔ)概念模型屬無(wú)限承壓水平二維流，東營(yíng)組—館下段三角洲、辮狀河砂體形成熱儲(chǔ)，在明化鎮(zhèn)組—第四系巨厚泥巖和松散沉積隔熱層的遮擋下，斷陷盆地演化過(guò)程中地幔上涌形成的幔源熱流沿基巖向熱儲(chǔ)傳導(dǎo)并存儲(chǔ)，該熱儲(chǔ)無(wú)地表徑流和大氣水滲入，無(wú)層間越流向外放熱。

利用熱儲(chǔ)法計(jì)算得到濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)組—館下段地?zé)豳Y源量為419.18×109GJ，相當(dāng)于143.12億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可采地?zé)豳Y源量為104.8×109GJ，相當(dāng)于35.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

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編輯 經(jīng)雅麗

Research on geothermal resources assessment of the Guantao-Dongying Formation in Jiyang depression

Zhao Minghai1，Li Xiaoyan2，Song Mingshui1，Yang Yonghong2，XiFengkun2，Huang Rong2

（1.ShengliOilfield Company，SINOPEC，Dongying City，Shandong Province，257001，China；2.Research Instituteof Exploration and Development，Shengli Oilfield Company，SINOPEC，Dongying City，Shandong Province，257015，China）

Geothermal resource is a kind of renewable clean energywhich is significant to promote energy-saving and emission-reduction and green and low carbon.On the basis of regional geological characteristics analysis and the research on geothermal reservoir and geothermal field，the geothermal reservoirs of the Dongying Formation and the lower Guantao Formation in Jiyang depression were divided into 12 geothermal units as quick heat supply type，26 geothermal units as moderate-speed heat supply type and 33 geothermal units as low-speed heat supply type.The geothermal reservoir conceptual model was set up combining with comprehensive analysis of pressure and hydro chemical field.The geothermal reservoirs develop in deltas and braided rivers of the Dongying Formation and the lower Guantao Formation.The crust mantle heat flow，formed during the evolution of faulted basin，conducts to the upper geothermal reservoirs and is stored along bedrock under the blocking of thick mudstones and loose insulating layers developing in the Minghuazhen-Quaternary Formation. There isno surface seepage or air infiltration in the geothermal reservoirs.And it is infinite confined horizontal two-dimensional flow without inter layer leakage flow for outward heat leaking.The heat storage method was selected to calculate the resource and the results show that the geothermal resources of the lower Guantao Formation and the Dongying Formation are 419.18×109GJ，which amount to 143.12million tons of standard coal.The recoverable geothermal resources are 104.8× 109GJ，which amount to 35.8million tons of standard coal.

geothermal reservoir；geothermal field；geothermal units；resources；Jiyang depression

TE122.9

A

1009-9603（2015）04-0001-05

2015-05-21。

趙銘海（1964—），男，山東萊西人，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事油氣勘探及地球物理研究。聯(lián)系電話：（0546）8715448，E-mail：zhaominghai.slyt@sinopec.com。

中國(guó)石化科研攻關(guān)項(xiàng)目“濟(jì)陽(yáng)坳陷及鄰區(qū)地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)與選區(qū)研究”（P13017）。