地?zé)豳Y源是儲存在地球內(nèi)部的可再生熱能，具有對環(huán)境污染小、可就近利用的特點(diǎn)，是目前最受關(guān)注的清潔能源類型。魯北平原位于渤海灣盆地西南部，屬華北平原的一部分，是在華北地臺基礎(chǔ)上發(fā)展起來的中—新生代斷陷盆地，其地?zé)豳Y源豐富，發(fā)育典型的沉積盆地型砂巖孔隙熱儲，屬傳導(dǎo)型地?zé)?/a>資源。陽信縣屬于魯北平原地?zé)崽?/a>的一部分，熱儲層主要為新近系館陶組（Ｎ１ｇ），其地?zé)峥辈殚_發(fā)工作始于2005年，隨著地?zé)?/a>資源的開發(fā)利用和地質(zhì)環(huán)境條件的逐步變化，以往獲取的地?zé)豳Y源動態(tài)數(shù)據(jù)在時(shí)效性上已大不如前，不能正確地反映當(dāng)前該縣地?zé)豳Y源的實(shí)際情況；而且以往該縣開展的地?zé)峥辈?/a>工作多集中在城區(qū)，因此縣域其他地區(qū)的館陶組熱儲層的地?zé)?/a>資源量還不清楚，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/地?zé)岙a(chǎn)業(yè).html" >地?zé)岙a(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為進(jìn)一步查明陽信縣地?zé)?/a>資源家底，以該縣東部地區(qū)為研究區(qū)，通過資料收集、地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查、大地電磁測深、地?zé)徙@探、產(chǎn)能測試、水質(zhì)檢測分析等手段，查明研究區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件、地溫場分布特征及地?zé)崴?/a>水化學(xué)特征，建立熱儲概念模型并分區(qū)計(jì)算館陶組熱儲層的地?zé)豳Y源量和地?zé)崴?/a>可采量，提出地?zé)豳Y源開發(fā)利用建議，以期為陽信縣地?zé)豳Y源開發(fā)利用、當(dāng)?shù)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/地?zé)豳Y源規(guī)劃.html" >地?zé)豳Y源規(guī)劃管理等提供重要依據(jù)。

１ 研究區(qū)概況

陽信縣地處魯北平原區(qū)之三角洲平原亞區(qū)，地形較平坦，地勢南高北低、西高東低，自西南部向東北部傾斜，形成了緩崗、微坡平地和淺平洼地相間的地貌。地面高程一般在５～１３ｍ，平均約９ｍ，坡度為１／５０００～１／１００００。陽信縣地處中緯度地區(qū)，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，多年平均氣溫為１２.８℃，最冷月為１月，最熱月為７月。境內(nèi)年降水量較少且不穩(wěn)定、不均勻，歷年平均降水量為５６７.７ｍｍ，１月最少，為３．８ ｍｍ；７月最多，為１９１.６ｍｍ。境內(nèi)排澇河道主要是南部的鉤盤河和北部的白楊河，兩河橫貫縣境東西，東流入海。在大地構(gòu)造位置上，陽信縣主體位于惠民潛凹陷，北部邊緣為無棣潛凸起， 東部邊緣為沾化潛凹陷（圖１）?；菝駶摪枷萏幱跐?jì)陽坳陷中部，為中—新生代斷陷盆地。受斷陷盆地深部的地幔結(jié)構(gòu)、巖漿活動和地殼淺部的地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地下水活動等影響，區(qū)內(nèi)具備良好的熱演化條件。山東省大地熱流值由西往東逐漸升高，表現(xiàn)出東高西低的分布規(guī)律。華北地區(qū)大地熱流值平均為４７． １５５ ｍＷ／ ｍ^２，而研究區(qū)所在區(qū)域的大地熱流值達(dá)到６０ ～ ７０ ｍＷ／ｍ^２，高于華北地區(qū)平均值，具備良好的大地熱流背景。館陶組上覆第四系平原組（Ｑ_ｐｐ）和新近系明化鎮(zhèn)組（Ｎ_２ｍ），下伏古近系東營組（Ｅ_３ｄ），巖性主要為砂巖、泥巖、砂礫巖，富水性強(qiáng)，具備較好的儲集空間，構(gòu)成了區(qū)內(nèi)最主要的孔隙—裂隙層狀熱儲層。

２ 地?zé)岬刭|(zhì)條件及熱儲概念模型

２．１ 熱儲蓋層

研究區(qū)全區(qū)被第四系所覆蓋，館陶組上覆的平原組和明化鎮(zhèn)組屬于黏性土與砂性土組成的松軟層，沉積厚度為９００～ １ １００ ｍ，其巖性多為黏性土，結(jié)構(gòu)致密，富水性差，巖性熱導(dǎo)率低，屬隔水層和隔熱層，為該區(qū)地?zé)岢刹靥峁┝肆己玫纳w層條件。

２．２ 地熱源

研究表明，區(qū)域上地?zé)嶂饕獙賯鲗?dǎo)型地?zé)幔?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/熱源.html" >熱源為正常的大地?zé)崃髟鰷?。館陶組地層中發(fā)育良好的孔隙、裂隙空間，起到了導(dǎo)熱、導(dǎo)水作用。從區(qū)域水文地質(zhì)條件來看，本區(qū)地?zé)崴?/a>的補(bǔ)給來源很遠(yuǎn)。地下水在水頭差和密度差的作用下，緩慢地進(jìn)行循環(huán)交替運(yùn)動，逐漸加熱并在館陶組孔隙—裂隙中存儲?？傮w上，區(qū)域上徑流條件較差，因此將地?zé)崴?/a>視為靜態(tài)，可以不考慮其側(cè)向徑流補(bǔ)給和垂向越流補(bǔ)給。

２． ３ 熱儲層

館陶組砂礫巖層為本區(qū)可供開發(fā)利用的最佳熱儲層，該套地層中砂礫成分多，孔隙度高，含水性好，形成了良好的孔隙—裂隙層狀熱儲。研究區(qū)館陶組頂面埋深在９４０ ～１ １００ ｍ，底面埋深在１ ２００ ～１ ４００ ｍ，厚度為２００ ～３４５ ｍ，熱儲砂巖一般厚１２０ ～ ２２０ ｍ；地層產(chǎn)狀平緩，研究區(qū)西南部底面埋深＞ １ ３００ ｍ，地層厚度＞３００ ｍ；東北部底面埋深＜１ ２００ ｍ，地層厚約２００ ｍ（圖２）。

２． ４ 地溫梯度

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)研究區(qū)恒溫帶深度約為２０ ｍ，平均地溫為１４℃，２０ ｍ 以下為增溫帶。研究區(qū)現(xiàn)有６眼地?zé)峋?/a>，取水層段均為館陶組，井口水溫為４８ ～５３℃。根據(jù)地?zé)峋?/a>井口水溫、井深及恒溫帶深度，計(jì)算出區(qū)內(nèi)地溫梯度為２． ９３ ～ ３． ７０℃ ／１００ ｍ，平均為３． ５０℃ ／１００ ｍ，由南向北逐漸升高，全區(qū)均顯示明顯的地?zé)岙惓！?/p>

２． ５ 地?zé)崴?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/化學(xué)特征.html" >化學(xué)特征

根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果， 研究區(qū)地?zé)崴V化度為６ ４７６． ３７ ～ １３ ９７５． ６８ ｍｇ／ Ｌ， 總硬度為５３４． ２０ ～１ ４４８． ２６ ｍｇ／ Ｌ，ｐＨ 值為７． ２ ～ ８． ０。水中陰離子以Ｃｌ－ 為主，含量為２ ７３４ ～ ８ ００９ ｍｇ／ Ｌ，毫摩百分?jǐn)?shù)為４２％ ～９３． ８６％；其次為ＳＯ２ －４ ，含量為５９６ ～ １ ３６８ｍｇ／ Ｌ，毫摩百分?jǐn)?shù)為５． １６％ ～ ２５． ０７％。陽離子以Ｎａ ＋ 為主，含量為２ １１７ ～４ ７１５ ｍｇ／ Ｌ，毫摩百分?jǐn)?shù)為８５． ９４％ ～８９． ６５％。ＴＤＳ 含量為６ ４７７． ６４ ～１３ ９９７． ４５ｍｇ／ Ｌ，屬于咸水—鹽水 。ＳｉＯ_２含量為１５． １１ ～２１． ７７ｍｇ／ Ｌ，偏硅酸含量為１９． ６４ ～ ２８． ３０ ｍｇ／ Ｌ，Ｓｒ 含量為４． ６５ ～４２． ７ ｍｇ／ Ｌ，Ｌｉ 含量為０． ４２ ～ １． ５５ ｍｇ／ Ｌ，可作為理療礦泉水 。同時(shí)，水中的Ｆｅ、Ｍｎ、氯化物、硫酸鹽、ＴＤＳ 等含量均超過了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ５７４９—２００６），說明研究區(qū)館陶組地?zé)崴荒茏鳛樯铒嬘盟?/p>

２． ６ 熱儲概念模型

根據(jù)前述地?zé)岬刭|(zhì)條件，參考前人地?zé)豳Y源量計(jì)算方法，將不規(guī)則的多斷塊的地質(zhì)形態(tài)，簡化為一個(gè)理想的幾何形態(tài)，并建立由熱儲蓋層、熱儲層、地熱源等組成的熱儲概念模型，具體如圖３ 所示。

３ 地?zé)豳Y源量計(jì)算

３． １ 主要參數(shù)選擇

（１） 熱儲面積。熱儲面積按整個(gè)研究區(qū)面積５１５． ２６ ｋｍ^２考慮，同時(shí)根據(jù)地?zé)岬刭|(zhì)條件和已有地?zé)峋?/a>揭露的館陶組砂巖層厚度及地溫梯度，將研究區(qū)劃分為１１ 個(gè)分區(qū)（圖４），各分區(qū)面積為１９． ０５ ～ ６７． １１ｋｍ^２不等。

（２） 熱儲層厚度。據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔資料和物探資料，采用厚度近似加權(quán)平均值作為地?zé)豳Y源量計(jì)算的熱儲層厚度，為１２５ ～２２５ ｍ。

（３） 熱儲溫度。利用蓋層地溫梯度及厚度來推算館陶組的熱儲溫度，可知熱儲溫度為５０． ０ ～５９． ３℃，總體較集中。

（４） 巖石和水的物理參數(shù)。根據(jù)《地?zé)豳Y源評價(jià)方法及估算規(guī)程》（ＤＺ／ Ｔ ０３３１—２０２０）查得巖石密度、比熱容和地?zé)崴葻崛?，結(jié)果顯示本區(qū)館陶組熱儲巖石密度為２ ６００ ｋｇ／ ｍ^３，比熱容為８７８ Ｊ／ （ｋｇ·℃）；地?zé)崴葻崛萑。?１８６． ８ Ｊ／ （ｋｇ·℃）。根據(jù)區(qū)內(nèi)地?zé)峋?/a>測井資料等推測巖石孔隙度，然后根據(jù)《地?zé)豳Y源評價(jià)方法及估算規(guī)程》（ＤＺ／ Ｔ ０３３１—２０２０）附錄插值求得地?zé)崴芏?，為９８３?７ ～９８８． ０ ｋｇ／ ｍ^３。

（５） 熱儲層水頭高度。以區(qū)內(nèi)地?zé)峋粯?biāo)高的平均值作為本次計(jì)算的水頭標(biāo)高，然后根據(jù)館陶組頂面標(biāo)高計(jì)算熱儲層水頭高度，各分區(qū)水頭高度按近似加權(quán)平均取值，為８８９ ～１ ０６９ ｍ。

（６） 熱儲回收率。根據(jù)《地?zé)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/資源評價(jià).html" >資源評價(jià)方法及估算規(guī)程》（ＤＺ／ Ｔ ０３３１—２０２０）附錄Ｂ． ２． ３ 中有關(guān)規(guī)定，館陶組熱儲回收率定為２５％。

（７） 熱儲層水動力參數(shù)。根據(jù)本次抽水試驗(yàn)資料及區(qū)域地質(zhì)資料，確定熱儲層的滲透系數(shù)、給水度、彈性釋水系數(shù)取區(qū)內(nèi)地?zé)峋骄?，分別為１． ７９７ ２ ｍ／ ｄ、０． ２３、０． ０００ ２１。

３． ２ 計(jì)算結(jié)果

３． ２． １ 地?zé)豳Y源量計(jì)算結(jié)果

本文采用熱儲法計(jì)算熱儲中儲存的地?zé)豳Y源量，計(jì)算公式如下：

式中：Ｑ 為熱儲中儲存的總熱量；Ｑ_ｒ 為巖石中儲存的熱量；Ｑ_ｗ 為地?zé)崴袃Υ娴臒崃浚唬?為計(jì)算區(qū)面積；Ｍ為熱儲層厚度；ρｒ 為熱儲巖石密度；ｃ_ｒ 為熱儲巖石比熱容；?_ｒ 為熱儲巖石孔隙度；ｔ為熱儲溫度；ｔ_０為當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?，?。保玻浮?；?為熱儲中儲存的水量；ｃ_ｗ 為地?zé)崴葻崛?；ρｗ為地?zé)崴芏?；?sub>１ 為截止到計(jì)算時(shí)刻，熱儲孔隙中地?zé)崴撵o儲量；Ｗ_２ 為水位降低到目前取水能力極限深度時(shí)，熱儲所釋放的水量（彈性儲量）；μ 為熱儲層彈性釋水系數(shù)；Ｈ 為計(jì)算熱儲起始點(diǎn)以上高度。經(jīng)計(jì)算，研究區(qū)館陶組熱儲層中的地?zé)豳Y源總量為９． ６７７ ３ ×１０１８ Ｊ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤３． ３０２ ０ ×１０８ ｔ，其中巖石儲存熱量為５． ３８２ １ × １０１８ Ｊ，地?zé)崴畠Υ鏌崃繛椋矗?２９５ ２ ×１０１８ Ｊ。從館陶組各計(jì)算分區(qū)儲存的熱量分布可以看出，巖石儲存的熱量均比地?zé)崴畠Υ娴臒崃慷啵▓D５），巖石中儲存的熱量占熱儲總熱量的５５.６％，是地?zé)崴畠Υ鏌崃康模保?２５ 倍。

３． ２． ２ 地?zé)崴刹少Y源量計(jì)算

（１） 單井可采資源量。按照《地?zé)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/資源評價(jià).html" >資源評價(jià)方法及估算規(guī)程》（ＤＺ／ Ｔ ０３３１—２０２０）附錄Ｃ． ３． ２，求取計(jì)算區(qū)地?zé)崴?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/開采.html" >開采量，計(jì)算公式為：

式中：Ｗｗｋ為地?zé)崴?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/開采.html" >開采資源量；Ｔ 為導(dǎo)水系數(shù)；ｓ_１ 為計(jì)算區(qū)中心水位降深；ｔ_ｋ 為開采時(shí)間；Ｒ_ｋ 為開采半徑；Ｗ_ｗｄ為地?zé)崴畣尉刹闪?；?sub>２ 為單井附加水位降深；Ｒ_ｄ為單井控制半徑；ｒ 為抽水井半徑。經(jīng)計(jì)算，研究區(qū)中心水位降深與單井開采附加水位降深之和不大于１００ ｍ 的情況下，地?zé)崴_采期限內(nèi)（１００ ａ）的可采量可達(dá)到２ １７１． ３１ 萬ｍ^３ ／ ａ，單井可采量為６４． ６６ 萬ｍ^３ ／ ａ。可布井?dāng)?shù)計(jì)算及合理井距。可布井?dāng)?shù)計(jì)算公式為：

式中：Ｎ 為可布井?dāng)?shù)。

計(jì)算結(jié)果表明研究區(qū)可以布設(shè)３３ 眼地?zé)峋?。其合理井距為?o:p>

式中：Ｒ′為單井開采權(quán)益保護(hù)半徑。

按照單井開采權(quán)益保護(hù)面積為矩形進(jìn)行計(jì)算，得出單井開采權(quán)益保護(hù)半徑為１ ９７５ ｍ，則合理井距為３ ９５０ ｍ。

４ 地?zé)豳Y源開發(fā)利用建議

通過本次調(diào)查可知，區(qū)內(nèi)地?zé)崴隹跍囟葹椋矗?～５３℃，主要用于取暖。地?zé)崴懈缓瑢θ梭w健康有益的Ｓｒ、Ｌｉ 和偏硅酸等微量元素，具有一定的醫(yī)療價(jià)值，可作為洗浴和理療保健用水。同時(shí)地?zé)崴V化度及Ｃｌ－ 含量較高，屬咸水，不宜直接排放，不能作為農(nóng)田灌溉用水，但可以用于漁業(yè)養(yǎng)殖。區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源開發(fā)利用存在以下問題：①缺少地?zé)峄毓?/a>井，未制定回灌方案，應(yīng)及時(shí)制定“以灌定采”措施，并確保回灌質(zhì)量；②利用方式單一，綜合利用程度較低，沒有形成地?zé)豳Y源的梯級開發(fā)方式；③開采布局不合理，現(xiàn)有地?zé)峋饕性诔菂^(qū)范圍，開采時(shí)間段集中在采暖季節(jié)，在時(shí)間、空間上過于集中。針對上述問題，建議采取以下措施：①施工１ 眼回灌井，利用地?zé)嵛菜?/a>回灌，在保證地?zé)豳Y源可持續(xù)開發(fā)的同時(shí)，解決尾水排放問題；②對區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源采取梯級利用，以提高資源利用率；③加強(qiáng)地?zé)豳Y源管理，及時(shí)調(diào)整開采布局，合理開采利用地?zé)豳Y源，防止地?zé)豳Y源過度開發(fā)利用。

５ 結(jié)論

（１） 陽信地區(qū)地?zé)豳Y源豐富，成因類型為熱傳導(dǎo)型，最佳熱儲層為新近系館陶組砂礫巖層，屬層狀孔隙—裂隙型熱儲，熱儲層頂面埋深９４０ ～ １１００ ｍ，厚２００ ～３４５ ｍ，其中熱儲砂巖厚度為１２０ ～２２０ ｍ。

（２） 通過地?zé)豳Y源量評價(jià)，估算館陶組熱儲中地?zé)豳Y源總量為９． ６７７ ３ ×１０１８ Ｊ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤３． ３０２ ０ ×１０８ ｔ；地?zé)崴砷_采量為２ １７１． ３１ 萬ｍ^３／ ａ，可布井３３眼，合理井距為３ ９５０ ｍ。