地学前缘 ›› 2020, Vol. 27 ›› Issue (3): 269-280.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.3.1
王迪1,2,3(), 汪新伟2,3, 毛翔2,3, 武明辉2,3, 刘慧盈2,3, 张瑄2,3, 王婷灏2,3
收稿日期:
2019-10-11
修回日期:
2020-01-02
出版日期:
2020-05-20
发布日期:
2020-05-20
作者简介:
王迪(1990—),女,博士研究生,矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail: wangd7707.xxsy@sinopec.com
基金资助:
WANG Di1,2,3(), WANG Xinwei2,3, MAO Xiang2,3, WU Minghui2,3, LIU Huiying2,3, ZHANG Xuan2,3, WANG Tinghao2,3
Received:
2019-10-11
Revised:
2020-01-02
Online:
2020-05-20
Published:
2020-05-20
摘要:
在“雄县模式”和环境压力的双重驱动下,河北地区已形成我国最大的地热供暖城市群。因此,研究武城凸起地热田地热地质特征,对河北省故城县地热开发具有重要的指导意义。本文通过测井、地震和区域地质资料,结合水化学特征、同位素测试结果的分析,系统分析了地热田的不同类型热储展布、储集层物性、地下热水补给来源和循环路径特征,并精细评价了地热资源量。结果表明武城凸起地热田热储类型主要为馆陶组砂岩热储和奥陶系岩溶热储。砂岩热储区域稳定分布,主要产水层为下馆陶组,底板埋深1 200~1 600 m,单井出水量79~123 m3/h, 井口水温52~54 ℃;岩溶热储有利区带主要分布在寒武—三叠系卷入的背斜核部,呈南北向带状展布,主要产水层为上马家沟组、下马家沟组和亮甲山组,顶板埋深2 100~2 900 m,单井出水量75~98 m3/h,井口水温82~85 ℃。地下热水来源为西部太行山脉和北部燕山山脉,热水沿着NE-SW向断裂破碎带和岩溶不整合面向上水平运移进入浅层热储,通过沧县隆起和邢衡隆起在武城凸起汇集,形成中低温地热田。地下热水质类型为Cl-Na型,最大循环深度为2 822.5~3 032.5 m,14C测年表明砂岩热储和岩溶热储年龄分别为21 ka和32 ka。明化镇组和石炭—二叠系分别为两套热储的直接盖层。武城凸起地热田地热资源量分层精细评价结果表明,热储地热资源量合计4.86×1010 GJ,折合标煤16.6×108 t。年可开采地热资源量可满足供暖面积1.1×108 m2,市场开发潜力巨大。
中图分类号:
王迪, 汪新伟, 毛翔, 武明辉, 刘慧盈, 张瑄, 王婷灏. 河北武城凸起地热田地热地质特征[J]. 地学前缘, 2020, 27(3): 269-280.
WANG Di, WANG Xinwei, MAO Xiang, WU Minghui, LIU Huiying, ZHANG Xuan, WANG Tinghao. Characteristics of geothermal geology of the Wucheng uplift geothermal field[J]. Earth Science Frontiers, 2020, 27(3): 269-280.
图5 武城凸起地热田馆陶组底板埋深图及井位分布图
Fig.5 Geological map showing floor depths and well distribution of sandstone thermal reservoir in the Wucheng uplift geothermal field
地热井名称 | 井深/m | 出口水温/℃ | 涌水量/(m3·h-1) | 储厚比/% | 孔隙度/% | 渗透率/mD | 储层有效厚度/m | 取水层段/m | 热储层位 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
丽景名城1井 | 1 578 | 54 | 81 | 75.7 | 34.5 | 1 261 | 167.4 | 1 318~1 539 | Ng |
森林公园1井 | 1 562.5 | 52 | 79 | 73.8 | 35.4 | 761.1 | 207.3 | 1 268~1 549 | Ng |
州海名城1井 | 1 500 | 52 | 123 | 75.8 | 34 | 785.5 | 159.2 | 1 098~1 308 | Ng |
运河丽景1井 | 1 610 | 52 | 83 | 64.8 | 29.7 | 523.2 | 190 | 1 304~1 597 | Ng |
富邦花园2井 | 2 800 | 54 | 35 | 22.36 | 5.74 | 3.01 | 138.2 | 2 137~2 800 | O |
南湖现代城1井 | 3 150 | 84 | 75 | 32.5 | 11.05 | 14.65 | 301.1 | 2 195~3 112 | O |
丽景名居1井 | 3 300 | 85 | 80 | 41.6 | 1.47 | 2.71 | 213.7 | 2 751~3 300 | O |
信誉家园2井 | 3 130 | 82 | 98 | 21.2 | 6.33 | 1.78 | 131.5 | 2 316~2 936.4 | O |
表1 武城凸起地热田地热井特征统计表
Table 1 Statistics of typical geothermal boreholes in the Wucheng uplift geothermal field
地热井名称 | 井深/m | 出口水温/℃ | 涌水量/(m3·h-1) | 储厚比/% | 孔隙度/% | 渗透率/mD | 储层有效厚度/m | 取水层段/m | 热储层位 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
丽景名城1井 | 1 578 | 54 | 81 | 75.7 | 34.5 | 1 261 | 167.4 | 1 318~1 539 | Ng |
森林公园1井 | 1 562.5 | 52 | 79 | 73.8 | 35.4 | 761.1 | 207.3 | 1 268~1 549 | Ng |
州海名城1井 | 1 500 | 52 | 123 | 75.8 | 34 | 785.5 | 159.2 | 1 098~1 308 | Ng |
运河丽景1井 | 1 610 | 52 | 83 | 64.8 | 29.7 | 523.2 | 190 | 1 304~1 597 | Ng |
富邦花园2井 | 2 800 | 54 | 35 | 22.36 | 5.74 | 3.01 | 138.2 | 2 137~2 800 | O |
南湖现代城1井 | 3 150 | 84 | 75 | 32.5 | 11.05 | 14.65 | 301.1 | 2 195~3 112 | O |
丽景名居1井 | 3 300 | 85 | 80 | 41.6 | 1.47 | 2.71 | 213.7 | 2 751~3 300 | O |
信誉家园2井 | 3 130 | 82 | 98 | 21.2 | 6.33 | 1.78 | 131.5 | 2 316~2 936.4 | O |
图7 武城凸起地热田奥陶系岩溶热储顶板埋深等值线图及井位分布图
Fig.7 Roof depth map and well 1ocation distribution map of the Ordovician karst thermal reservoir in the Wucheng uplift geothermal field
井号 | pH | T/℃ | ρB/(mg·L-1) | δ2H/‰ | δ18O/‰ | 水化学 类型 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
TDS | Na+ | K+ | Mg2+ | Ca2+ | Cl- | S | HC | SiO2 | ||||||
丽景明居1井 | 6.32 | 90 | 17 312 | 4 803.35 | 194.53 | 155.4 | 1 043.73 | 9 129.81 | 668.43 | 207.69 | 34.89 | -68.86 | -8.2 | Cl-Na |
丽景明居2井 | 7.18 | 54 | 4 697 | 1 682.36 | 21.18 | 35.55 | 136.45 | 2 425.84 | 388.92 | 209.80 | 24.55 | -72.58 | -9.9 | Cl-Na |
丽景明居3井 | 7.41 | 53 | 4 559 | 1 631.81 | 17.83 | 33.66 | 128.44 | 2 349.98 | 379.47 | 214.40 | 26.98 | Cl-Na | ||
富邦花园1井 | 6.71 | 74 | 8 403 | 2 558.17 | 81.51 | 70.36 | 429.53 | 4 383.67 | 22.31 | 239.68 | 28.67 | -73.6 | -9.4 | Cl-Na |
富邦花园2井 | 7.66 | 47 | 2 260 | 755.25 | 6.42 | 10.84 | 34.03 | 791.73 | 213.45 | 444.21 | 23.74 | Cl-Na | ||
南湖现代城1井 | 7.44 | 53 | 4 757 | 1 686.62 | 23.15 | 31.07 | 137.91 | 2 429.08 | 389.97 | 223.88 | 27.49 | Cl-Na | ||
运河丽景1井 | 7.34 | 54 | 4 557 | 1 606.34 | 22.83 | 27.46 | 123.3 | 2 305.86 | 374.2 | 233.45 | 25.54 | -74.64 | -9.8 | Cl-Na |
表2 研究区地下热水水化学和同位素测试结果
Table 2 Chemical and isotopic compositions of groundwater in the study area
井号 | pH | T/℃ | ρB/(mg·L-1) | δ2H/‰ | δ18O/‰ | 水化学 类型 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
TDS | Na+ | K+ | Mg2+ | Ca2+ | Cl- | S | HC | SiO2 | ||||||
丽景明居1井 | 6.32 | 90 | 17 312 | 4 803.35 | 194.53 | 155.4 | 1 043.73 | 9 129.81 | 668.43 | 207.69 | 34.89 | -68.86 | -8.2 | Cl-Na |
丽景明居2井 | 7.18 | 54 | 4 697 | 1 682.36 | 21.18 | 35.55 | 136.45 | 2 425.84 | 388.92 | 209.80 | 24.55 | -72.58 | -9.9 | Cl-Na |
丽景明居3井 | 7.41 | 53 | 4 559 | 1 631.81 | 17.83 | 33.66 | 128.44 | 2 349.98 | 379.47 | 214.40 | 26.98 | Cl-Na | ||
富邦花园1井 | 6.71 | 74 | 8 403 | 2 558.17 | 81.51 | 70.36 | 429.53 | 4 383.67 | 22.31 | 239.68 | 28.67 | -73.6 | -9.4 | Cl-Na |
富邦花园2井 | 7.66 | 47 | 2 260 | 755.25 | 6.42 | 10.84 | 34.03 | 791.73 | 213.45 | 444.21 | 23.74 | Cl-Na | ||
南湖现代城1井 | 7.44 | 53 | 4 757 | 1 686.62 | 23.15 | 31.07 | 137.91 | 2 429.08 | 389.97 | 223.88 | 27.49 | Cl-Na | ||
运河丽景1井 | 7.34 | 54 | 4 557 | 1 606.34 | 22.83 | 27.46 | 123.3 | 2 305.86 | 374.2 | 233.45 | 25.54 | -74.64 | -9.8 | Cl-Na |
地名 | 矿化度/(g·L-1) | 水型 |
---|---|---|
大成[ | 6.1 | Cl·SO4-Na |
青县[ | 5.9 | Cl·SO4-Na |
无极[ | 6.38 | Cl·HCO3-Na |
阜城[ | 6.3 | Cl-Na |
衡水[ | 7.7 | Cl-Na |
故城 | 11.9 | Cl-Na |
新河[ | 10.7 | Cl-Na |
南宫[ | 11.8 | Cl-Na |
表3 矿化度统计表
Table 3 Statistics of total dissoloved solid
地名 | 矿化度/(g·L-1) | 水型 |
---|---|---|
大成[ | 6.1 | Cl·SO4-Na |
青县[ | 5.9 | Cl·SO4-Na |
无极[ | 6.38 | Cl·HCO3-Na |
阜城[ | 6.3 | Cl-Na |
衡水[ | 7.7 | Cl-Na |
故城 | 11.9 | Cl-Na |
新河[ | 10.7 | Cl-Na |
南宫[ | 11.8 | Cl-Na |
编号 | 14C活度/ PMC | 表观 年龄/a | Tamers模型 校正年龄/a | Pearson模型 校正年龄/a | 热储 类型 |
---|---|---|---|---|---|
丽景明居2井 | <0.44 | 44 856 | 40 012 | 37 264 | O |
富邦花园1井 | 0.70 | 41 018 | 37 387 | 27 608 | O |
运河丽景1井 | 3.60 | 27 480 | 22 395 | 20 312 | Ng |
表4 武城凸起地热田14C年龄校正模型年龄
Table 4 The 14C age correction model age of the Wucheng uplift geothermal field
编号 | 14C活度/ PMC | 表观 年龄/a | Tamers模型 校正年龄/a | Pearson模型 校正年龄/a | 热储 类型 |
---|---|---|---|---|---|
丽景明居2井 | <0.44 | 44 856 | 40 012 | 37 264 | O |
富邦花园1井 | 0.70 | 41 018 | 37 387 | 27 608 | O |
运河丽景1井 | 3.60 | 27 480 | 22 395 | 20 312 | Ng |
图11 武城凸起地热田地下热水样品Na-K-Mg三角图解(a)和SiO2溶解度图解(b)
Fig.11 Na-K-Mg ternary diagram (a) and solubility diagram of SiO2 (b) of water samples from the Wucheng uplift geothermal field
井号 | T/℃ | TNa-K/℃ | TK-Mg/℃ | T石英/℃ | 平均热储 温度/℃ |
---|---|---|---|---|---|
丽景明居1井 | 90 | 107.67 | 54.74 | 88.61 | 127.94 |
丽景明居2井 | 54 | 169.16 | 71.20 | 71.33 | 189.71 |
富邦花园1井 | 74 | 154.97 | 65.76 | 77.55 | 161.58 |
富邦花园2井 | 47 | 90.67 | 48.51 | 70.01 | 94.68 |
南湖现代城1井 | 53 | 111.63 | 56.41 | 75.84 | 123.76 |
运河丽景1井 | 54 | 113.25 | 56.92 | 72.89 | 121.55 |
表5 研究区地下热水地球化学温标计算结果
Table 5 Temperature of geothermal reservoir by temperature scale method in the study area
井号 | T/℃ | TNa-K/℃ | TK-Mg/℃ | T石英/℃ | 平均热储 温度/℃ |
---|---|---|---|---|---|
丽景明居1井 | 90 | 107.67 | 54.74 | 88.61 | 127.94 |
丽景明居2井 | 54 | 169.16 | 71.20 | 71.33 | 189.71 |
富邦花园1井 | 74 | 154.97 | 65.76 | 77.55 | 161.58 |
富邦花园2井 | 47 | 90.67 | 48.51 | 70.01 | 94.68 |
南湖现代城1井 | 53 | 111.63 | 56.41 | 75.84 | 123.76 |
运河丽景1井 | 54 | 113.25 | 56.92 | 72.89 | 121.55 |
层位 | 面积/km2 | 平均有效 厚度/m | 平均 温度/℃ | 平均 孔隙度/% | 地热资源 总量/GJ | 折合 标煤/t | 可采地热 资源量/GJ | 可采资源量 折合标煤/t |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
新近系馆陶组 | 840.56 | 181 | 52 | 33.4 | 1.64×1010 | 5.6×108 | 4.1×109 | 1.4×108 |
奥陶系 | 944.22 | 196 | 83 | 6.15 | 3.22×1010 | 11×108 | 4.83×109 | 1.65×108 |
表6 武城凸起地热田地热资源评价参数与计算结果汇总表
Table 6 Summary of evaluation parameters and calculation results for the geothermal resources in the Wucheng uplift geothermal filed
层位 | 面积/km2 | 平均有效 厚度/m | 平均 温度/℃ | 平均 孔隙度/% | 地热资源 总量/GJ | 折合 标煤/t | 可采地热 资源量/GJ | 可采资源量 折合标煤/t |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
新近系馆陶组 | 840.56 | 181 | 52 | 33.4 | 1.64×1010 | 5.6×108 | 4.1×109 | 1.4×108 |
奥陶系 | 944.22 | 196 | 83 | 6.15 | 3.22×1010 | 11×108 | 4.83×109 | 1.65×108 |
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