孫艷玲，朱時佳，王雅男，朱彤

吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林 長春 130102

0 引言

隨著社會的進(jìn)步與發(fā)展，人們對能源的需求逐漸增加。同時環(huán)境問題越來越明顯，需要加強(qiáng)能源的調(diào)整，開發(fā)新的能源方式。其中地?zé)豳Y源得到重視，有著非常重要的現(xiàn)實意義。伊舒斷陷盆地(伊通段) 是典型的熱傳導(dǎo)增溫型層狀熱儲，采用熱儲法計算地?zé)豳Y源儲量，對伊通縣地?zé)豳Y源進(jìn)一步合理開發(fā)利用具有指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于伊通滿族自治縣境內(nèi)，隸屬四平地區(qū)，位于東經(jīng)125°06′00″～125°27′14″，北緯：43°17′44″～43°34′55″范圍內(nèi)，面積409.47 km2。北與長春市毗連，南與遼源市接壤，東與磐石市相鄰、西與公主嶺市接界。研究區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，四季分明，春季干旱多風(fēng)，夏季濕熱多雨，秋季涼爽溫差大，冬季寒冷漫長。

研究區(qū)位于伊通斷陷盆地，西部邊界為產(chǎn)狀近于直立的邊緣控盆斷裂，與大黑山地壘相鄰；東部呈緩坡狀隆起區(qū)與那丹哈達(dá)嶺相鄰；南部以東遼河斷裂為界，與葉赫斷陷相鄰；北部以伊丹隆起相隔，與鹿鄉(xiāng)斷陷為鄰。熱儲類型為古近系碎屑巖類裂隙孔隙層間承壓水。熱儲層巖性主要為砂礫巖、中粗砂巖及中細(xì)砂巖和粉細(xì)砂巖。熱儲層埋深奢嶺組900～2 000 m，溫度45.6～80.6 ℃，雙陽組1 500～2 200 m，溫度53.2～64.5 ℃，百米平均地溫梯度為3.0～4.5 ℃左右。地?zé)崃黧w出口溫度在40～60 ℃范圍內(nèi)，是目前已知的質(zhì)量較好的低溫溫?zé)崴?Ⅳ級)地?zé)醄1]。

2 熱儲模型

工作區(qū)距離隔水邊界較遠(yuǎn)，且熱儲層分布較廣。因此，可以將邊界概述為穩(wěn)定的定水頭邊界，熱儲層概述為地層水平的，各向同性的，無限延展的承壓含水體系，地?zé)峋鶠橥暾２M足以下條件：①無垂向補(bǔ)給、排泄，即w=0；②滲流滿足達(dá)西定律；③完整井，假定流量沿井壁均勻進(jìn)水；④水頭下降引起地下水從儲量中的釋放是瞬時完成的；⑤降壓前水頭面是水平的；⑥熱儲層側(cè)向無限延伸[2]。在上述假設(shè)條件下，降壓后將形成以井軸為對稱軸的下降漏斗，將坐標(biāo)原點(diǎn)放在熱儲層底板降壓井的井軸處，井軸為 Z 軸，此時，單井定流量的承壓完整井流，可歸納為如下的數(shù)學(xué)模型：

(1)

式中：Q——地?zé)峋克?m3/d);

r——半徑(m);

s——降深(m);

T——導(dǎo)水系數(shù)(m2/d)。

上述數(shù)學(xué)模型經(jīng)過推導(dǎo)可得出Thiem公式：

當(dāng)u≤0.01時，Thiem 公式可簡化為Jacob公式;

3 地?zé)豳Y源分區(qū)

根據(jù)本區(qū)水文地質(zhì)特征、構(gòu)造特征及物源補(bǔ)給條件，劃分為兩個地?zé)崽锛耙粋€空白區(qū)，地?zé)崽镞吔绨凑粘练e邊界劃定[3]。兩個地?zé)崽锓謩e為馬鞍山地?zé)崽?、三家子地?zé)崽?。其中，馬鞍山地?zé)崽镂挥谀锴鄶嘞?，物源為西北方向，面積為69.43 km2。三家子地?zé)崽镂挥诼灌l(xiāng)斷陷南側(cè)，物源為東北方向，面積為105.18 km2?？瞻讌^(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源匱乏，不計入儲量。

各地?zé)崽锇凑崭凰缘燃墑澐植煌挠嬎惴謪^(qū)。富水性等級嚴(yán)格受沉積砂層厚度、巖性和埋藏深度等地質(zhì)特征控制。區(qū)內(nèi)主要熱儲層為永吉組、奢嶺組及雙陽組。結(jié)合已施工鉆孔、收集鉆孔及古地理環(huán)境圖，確定熱儲層厚度分布。按照已有鉆孔降壓試驗結(jié)果確定單井涌水量。綜合考慮上述劃分標(biāo)準(zhǔn)，將富水性等級劃分為較富集區(qū)、中等區(qū)及貧乏區(qū)。其中，貧乏區(qū)水量小，基本無開發(fā)利用價值，因此，貧乏區(qū)只計算儲量，不計算開采量。

各亞區(qū)及富水性等級分區(qū)分布情況及依據(jù)見表1、圖1。

圖1 伊通縣地?zé)豳Y源計算分區(qū)圖Fig.1 Calculation zoning map of geothermal resources in Yitong County1.熱儲等級界線；2.C級評價區(qū)；3.D級評價區(qū)；4.代表鉆孔；5.地?zé)崽镞吔?/p>

表1 伊通縣地?zé)醽唴^(qū)分布簡表

4 主要計算參數(shù)

本次地?zé)豳Y源普查為地?zé)豳Y源預(yù)可行性勘查及調(diào)查階段，勘查區(qū)面積409.47 km2，熱儲分布面積174.61 km2，施工地?zé)峋?眼，根據(jù)《地?zé)豳Y源評價方法及估算規(guī)程》(DZ/T0331-2020)[4]，利用熱儲法計算儲量需要確定的參數(shù)主要有熱儲面積及范圍、熱儲厚度、熱儲溫度及其他流體參數(shù)(表2)。

表2 伊通縣地?zé)豳Y源計算分區(qū)表

4.1 地?zé)豳Y源評估范圍

地?zé)豳Y源分布總面積為174.61 km2，其中馬鞍山地?zé)崽锩娣e為69.43 km2，三家子地?zé)崽锩娣e為105.18 km2?？刂频?C級)面積由已有地?zé)峋绊懓霃饺Χǚ秶?，推斷?D級)面積由地?zé)崽锏刭|(zhì)特征確定。各地?zé)崽锓謪^(qū)原則及面積參照表1、表2。

4.2 熱儲溫度

本次熱儲溫度采用地?zé)崃黧w的儲層溫度計算。對于施工鉆孔，取地?zé)峋衣稛醿拥臏y井平均溫度計算。對于收集石油鉆孔，有測井?dāng)?shù)據(jù)的，按照測井?dāng)?shù)據(jù)中溫度平均值計算；無測井?dāng)?shù)據(jù)但有出口溫度的，可根據(jù)出口溫度推算。依據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般熱儲層內(nèi)水流至出水口的熱損耗溫度值為2～5 ℃。對于既無測井?dāng)?shù)據(jù)也無出口溫度的，按照平均地溫梯度，推算儲層深度的地?zé)崃黧w溫度[5]。

4.3 熱儲層厚度

根據(jù)地?zé)峋疁y井解釋與錄井資料確定，對于施工鉆孔，根據(jù)測井解釋報告，累計1 300～2 500 m內(nèi)的所有具有儲熱能力的水層厚度總和。對于收集石油鉆井，主要根據(jù)鉆孔測井結(jié)果中鉆孔柱狀圖推算熱儲層厚度。

4.4 孔隙率

根據(jù)地?zé)峋疁y井解釋與錄井資料確定，對于施工鉆孔，孔隙度數(shù)據(jù)取自測井解釋報告中孔隙度均值。收集的石油鉆孔，主要按照測井結(jié)果中電阻率、自然電位等曲線數(shù)據(jù)，對比施工鉆孔實測資料，推斷平均孔隙度值。

4.5 地?zé)崃黧w參數(shù)

物理參數(shù)按照《地?zé)豳Y源評價方法》(DZ40-85)中表4選取。砂巖與地?zé)崃黧w的比熱容分別為1.2 kJ/kg·℃、4.2 kJ/kg·℃， 砂巖與地?zé)崃黧w的密度分別為2 600 kg/m3、1 000 kg/m3；常溫層為7 ℃。

5 地?zé)豳Y源儲量計算

本次利用熱儲法計算地?zé)豳Y源儲量，地?zé)豳Y源儲量包含地?zé)崃黧w儲存熱量及巖石中儲存熱量兩部分，其中，地?zé)崃黧w儲存熱量由地?zé)崃黧w儲存量計算得出，地?zé)崃黧w儲存量利用體積法計算，過程如下：

5.1 地?zé)崃黧w儲存量(Q)

根據(jù)計算區(qū)的面積、熱儲巖石的孔隙率和熱儲層的厚度，利用體積法計算地?zé)崃黧w儲存量(表3)。

表3 伊通縣流體儲存量分布表

Q=Aφd

式中：Q——地?zé)豳Y源靜儲量(m3)；

A——面積(m2) ；

φ——巖石有效孔隙度(無量綱)，取用加權(quán)平均值；

d——含水層厚度(m)。

全區(qū)地?zé)崃黧w儲存量為4.51×109m3，其中，馬鞍山地?zé)崽锏責(zé)崃黧w儲存量為1.50×109m3，三家子地?zé)崽锏責(zé)崃黧w儲存量為3.01×109m3。

5.2 地?zé)豳Y源儲量(Qw)

地?zé)豳Y源儲存量包括地?zé)崃鲀Υ鏌崃考皫r石儲存熱量兩部分。

Qw=Q流+Q巖

(1)地?zé)崃黧w儲存熱量(Q流),利用水的比熱、密度、水溫計算地?zé)崃黧w儲存熱量，計算公式如下：

Q流=VCwρw(tr-t0)

式中：Q流—地?zé)崃黧w儲存熱量(kJ)；

V——流體體積(m3) ；

Cw——流體比熱容(kJ/kg·℃)；

ρw——流體密度(kg/m3)；

tr——流體溫度(℃)，取加權(quán)平均值；

t0——年平均溫度(℃)。

經(jīng)計算，全區(qū)地?zé)崃黧w儲存熱量為1.08×1015kJ，其中，馬鞍山地?zé)崽锏責(zé)崃黧w儲存熱量為3.47×1014kJ，三家子地?zé)崽锏責(zé)崃黧w儲存熱量為7.33×1014kJ。

(2)巖石儲存熱量(Q巖),根據(jù)計算區(qū)面積、熱儲巖層厚度、巖石的密度和巖石的比熱計算巖石中儲存的熱量。計算公式如下：

Q巖=Vrρrcr(tr-t0)

式中：Q巖—巖石儲存熱量(kJ)；

Vr—巖石體積(m3) ；

Cr—巖石比熱容(kJ/kg·℃)；

ρr—巖石密度(kg/m3)；

tr—巖石溫度(℃)，取加權(quán)平均值；

t0—年平均溫度(℃)。

經(jīng)計算，地?zé)豳Y源巖石儲存熱量為4.81×1015kJ，其中，馬鞍山地?zé)崽飵r石儲存熱量為1.53×1015kJ，三家子地?zé)崽飵r石儲存熱量為3.28×1015kJ。

(3)地?zé)豳Y源儲量(Qw),地?zé)豳Y源儲量等于地?zé)崃黧w儲存熱量加上巖石中儲存的熱量之和，是計算區(qū)儲存的總熱量。計算結(jié)果見表4。

表4 伊通縣地?zé)豳Y源儲量計算表

經(jīng)地?zé)醿Υ媪坑嬎?，地?zé)豳Y源儲量為5.89×1015kJ，其中，馬鞍山地?zé)崽锏責(zé)豳Y源儲量為1.87×1015kJ，三家子地?zé)崽锏責(zé)豳Y源儲量為4.02×1015kJ。

6 結(jié)論

(1)該區(qū)地?zé)豳Y源屬于中低溫地?zé)崽铮瑹醿︻愋蛯贌醾鲗?dǎo)增溫型層狀熱儲。根據(jù)儲熱層沉積環(huán)境、物性、厚度及富水性等地?zé)岬刭|(zhì)條件，將本區(qū)劃分為兩個地?zé)崽?，分別為馬鞍山地?zé)崽?、三家子地?zé)崽铩?/p>

(2)通過熱儲法計算，得出區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源儲量為 4.51×109m3，換算地?zé)崃黧w儲存熱量為1.08×1015kJ，巖石中儲存熱量為4.81×1015kJ，地?zé)豳Y源儲量為5.89×1015kJ。