基于多源地质信息的红层覆盖区深部地热资源勘查——以仪征市白羊山为例.pdf

中国资源综合利用China Resources Comprehensive UtilizationVol.41 No.82023 年 8 月-55-应用研究基于多源地质信息的红层覆盖区深部地热资源勘查以仪征市白羊山为例徐爱民1，3，宋涛1，3，吴建峰1，3，金光华2，3，卢俊2，3（1.江苏华东八一四地球物理勘查有限公司；2.南京勘察工程有限公司，南京210007；3.江苏省地质局，南京210001）摘要：白羊山位于仪征市刘集镇西南部，上覆厚层白垩系浦口组红色陆源碎屑岩。为了勘探白羊山深部地热资源，本研究基于区域地质、周边钻井、地球物理勘探等多源信息，从源、通、储、盖等方面分析地热地质条件，在有利构造部位部署地热探井揭露侏罗系象山群孔隙-裂隙型热储。XF01井完井深度为2550m，涌水量为 317m3/d，水温为 47，经计算，可采资源量为 299m3/d。实践证明，基于多源地质信息，在红层覆盖区的储层中，优选有利汇水构造部署地热探井，可有效获取深部地热资源。关键词：地热资源勘查；红层；地球物理勘探；地热探井；白羊山中图分类号：P631.325文献标识码：A文章编号：1008-9500(2023)08-0055-04DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.017Exploration of Deep Geothermal Resources in Red Bedded Areas Based on Multisource Geological InformationTaking Baiyang Mountain in Yizheng City as an ExampleXU Aimin1,3,SONG Tao1,3,WU Jianfeng1,3,JIN Guanghua2,3,LU Jun2,3(1.Jiangsu East China 814 Geophysical Exploration Co.,Ltd.;2.Nanjing Exploration Engineering Co.,Ltd.,Nanjing210007,China;3.Jiangsu Geological Bureau,Nanjing210001,China)Abstract:Baiyang Mountain is located in the southwest of Liuji Town,Yizheng City,overlying a thick layer of red terrigenous clastic rocks from the Pukou Formation of the Cretaceous System.In order to explore the deep geothermal resources in Baiyang Mountain,based on multisource information such as regional geology,surrounding drilling,and geophysical exploration,this study analyzes the geothermal geological conditions from the perspectives of heat sources,channels,reservoirs,and caprocks,and deploys geothermal exploration wells in favorable structural areas to reveal the pore-fracture type thermal reservoirs of the Jurassic Xiangshan Group.The completion depth of XF01 well is 2 550 m,with a water inflow of 317 m3/d and a water temperature of 47 ,after calculation,the recoverable resource is 299 m3/d.Practice has proven that based on multisource geological information,selecting favorable catchment structures to deploy geothermal exploration wells in reservoirs of red bedded areas can effectively obtain deep geothermal resources.Keywords:geothermal resource exploration;red beds;geophysical exploration;geothermal exploration well;Baiyang Mountain收稿日期：2023-06-30作者简介：徐爱民（1967），男，江苏南通人，工程师。研究方向：地质勘查。通信作者：宋涛（1986），男，山东青岛人，高级工程师。研究方向：地质勘查。高质量发展是中国未来发展的主题，构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系是能源高质量发展的本质要求。地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，高度契合国家当代能源需求1-2。地热资源具有分布广泛、储量巨大的优点，同时也在资源类型和资源量、热储介质和赋存深度、利用需求和开发难度等方中国资源综合利用第 8 期-56-应用研究面表现出明显的地域性差异。目前，江苏省主要开发 1 500 m 以深（盆地传导型）的水热型地热资源，温度多在 40 80，下扬子凹陷区浅部常见数百米厚的红层，勘查开发难度较大。以需求为导向，结合当地地热资源特点，基于区域地质、周边已有勘探孔、地球物理勘探成果等多源地质信息，评价地热资源，优选靶区，布设地热探井揭露验证，可以提高地热资源勘查成功率。本文以仪征市白羊山地热资源勘查为例，基于多源地质信息，从源、通、储、盖等方面分析地热地质条件，开展钻井选址和钻探验证工作，计算资源储量，为地热资源的评价和开发提供基础数据3-5。1区域地质背景研究区位于仪征市刘集镇西南部，构造位置属下扬子凹陷区通扬隆起的江都凸起西北部，北接高邮凹陷，南邻仪征凹陷。扬子地层区地层发育齐全，在中元古界海州群、张八岭群浅变质岩基底上发育两大套盖层，分别是以海相沉积为主的震旦系-三叠系碳酸盐岩-碎屑岩和以陆相沉积为主的侏罗系-新近系碎屑岩。其中，白垩系内陆盆地堆积的红色碎屑岩广泛分布于下扬子地区，厚度普遍达到数百米6-7。研究区地表第四系广泛覆盖，根据周缘地表地质与钻井揭露，中新生界侏罗系、白垩系、新近系陆相沉积层发育较全，白垩系浦口 组（K2 p）出露于刘集镇西南部，新近系玄武岩（N）在谢家集-马集镇一带零星出露，如图 1 所示7。图 1区域地质构造2地热地质特征2.1区域热背景传导型地热资源的热量大多来自地球内热向地表的直接传导。仪征市地处下扬子凹陷区通扬隆起与苏北盆地的相接部位，大地热流值大于 70 mW/m2，地温梯度为 25 30 /km，显示良好的热源基础条件。基于重力密度界面反演计算的莫霍面深度为 30 32 km，居里面埋深则在 28 32 km，反映了仪征市不仅处于地幔隆升区附近，也位于较浅的居里面位置，深部的热流易向浅部传导，具备较好的热异常条件8-9。新生代以来的火山活动也反映了区域热活动的形迹，马家集镇一带大量的玄武岩零星出露以及谢家集附近的玄武岩火山机构均是新近纪的岩浆活动。江都凸起南北的两条东西向边界断层主要表现为仪征凹陷和高邮凹陷的同沉积断层，与凸起内一系列近南北向的断层共同构成了研究区的断裂体系，具有一定的导热导水作 用（见图 1）。2.2地热资源赋存条件水热型地热资源勘探的关键是确定适宜深度的含水层或含水构造。分析区域水文地质资料，根据地下水在介质中的赋存特征，可将仪征市地下水分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩岩溶裂隙水三类。松散岩类孔隙水主要分布于浅部约 650 m 以内的新近系-第四系地层中，碎屑岩类孔隙裂隙水主要赋存于深 650 2 500 m 的白垩系浦口组（K2 p）砂岩及侏罗系象山群（J1-2x）砂砾岩中，碳酸盐岩岩溶裂隙水主要赋存于深 2 500 m 以下的寒武系-奥陶系（-O）碳酸盐岩地层中。鉴于含水层埋深和地热资源商业价值，碎屑岩类孔隙裂隙水的温度和埋深对于商业开发最为经济，碳酸盐岩岩溶裂隙水 次之。已有钻井资料表明，研究区周边新近系到第四系（N-Q）厚度小，古近系（E）在本区范围缺失，中生界厚度变化较大。区域布格重力剖面和同线解译地质剖面（忽略薄层 N-Q）如图 2 所示，布格重力显示中部高、南北两端低的特征，大致反映奥陶系顶面的展布特征，中部重力高反映江都凸起，南、北部重力降低分别反映仪征凹陷和高邮凹陷。值得注意的是，18 井及其南部发育白垩系浦口组和侏罗系象山群，而古参 1 井及其北白垩系浦口组地层直接不整合于奥陶系之上，未见有侏罗系象山群地层发育。经钻井揭露，浦口组之下是古生界地层倒转或叠瓦状逆冲，未见象山群地层发育10，也印证了江都凸起南、北两侧沉积地层的重要差异。第 8 期-57-应用研究徐爱民等：基于多源地质信息的红层覆盖区深部地热资源勘查3地热钻井选址与验证3.1重力-电磁联合勘探钻井选址通过可控源音频大地电磁测深（CSAMT）、大地电磁测深（MT）以及重力勘探，了解研究区内地热储层、盖层以及含水构造的空间展布特征。CSAMT与重力勘探同线布置 7 条，线长为 2.5 km，点距为 50 m；MT 测线有 4 条，线长为 2 km，点距为 250 m。另外，部署古参1井和18井，获得井旁大地电磁测深，以提供电性参数。以可控源大地电磁测深与重力勘探的处理反演结果为依据，以古参 1 井和 18 井的井旁大地电磁测深反演电阻率和实测密度数据为桥梁（见表 1），联合解译研究区深部地质特征。表 1研究区地层岩石电阻率及密度地层代号主要岩性电阻率/（m）密度/（g/cm3）Q松散沉积物5 102.02K2 p棕色泥岩、膏质钙质砂岩18 732.56J1-2x砂岩、砾岩242.41O灰岩3122.70测线 L9 基于 MT 校正的 CSAMT 反演断面及同线重力上延区域场、重力水平总梯度剖面如图 3 所示。电法反演断面显示，自表层至底部-4 km，电阻率呈低-高-低-高的变化特征，分别代表 N-Q、K2 p、J1-2x 和 O 地层；重力上延区域场显示奥陶系顶面南浅北深，重力水平总梯度在断面中段存在明显的高值异常，这是断层的显示。经重力-电磁联合解译，确定以侏罗系象山群低阻地层为主的地热储层与有利构造断层位置，了解上覆浦口组红层地热盖层规模，选定地热探井 XF01，目标热储层（构造）侏罗系象山群砂砾岩含水层深度为 1.2 2.0 km，预测奥陶系碳酸盐岩主体深度在 2.5 km 以深。图 3CSAMT、MT 校正联合反演的重力综合地质解释断面3.2验证结果XF01 井完井深度为 2 550 m，终孔地层岩性为侏罗系象山群砂砾岩，揭露的地层从第四系至侏罗系象图 2区域布格重力剖面及同线解译地质剖面中国资源综合利用第 8 期-58-应用研究山群均与选址预测一致，钻遇地层深度与预测深度的差值在 50 190 m。测井解译揭露含水层有 39 层，经射孔取水 9 层，取水段深度为 1.0 1.6 km，涌水量为 317 m3/d，水温为 47。3.3地热资源评价根据三次降深抽水试验结果绘制降深曲线，与水文地质手册11中的管井涌水量经验公式表对照，选择最优函数预测不同降深的涌水量，如式（1）所示。为保护地下水资源，保障可持续开采，依据地热资源地质勘查规范（GB/T 116152010），取水位降深为 40 m 时的涌水量（299 m3/d）作为 XF01 井可采资源量。Q=248.53S 0.050 3（1）式中：Q 为涌水量，m3/d；S 为水位降深，m。根据水质分析结果，XF01 井地热流体矿化度为17 496 mg/L，pH 为 7.40，总硬度为 241 mg/L，水化学类型为 HCO3-Na 型。地热井口水温为 47，按地热资源温度分级，它属于温热水型低温地热资源。4结论充分利用已有区域地质、物探、水文以及钻孔资料，分析区域地热背景和地热储层发育特征，根据研究目的选择重点热储层进行进一步勘探，这是合理可行的。基于重力-电磁联合地球物理勘探方法，分析研究区热储层及热储构造的空间展布特征，了解地热盖层厚度，科学设计地热探井，是地热资源勘查的关键。实践证明，基于多源地质信息勘探红层覆盖区深部的地热资源，可以取得良好效果，为同类工作提供借鉴。参考文献1 刘晓龙，崔磊磊，李彬，等.碳中和目标下中国能源高质量发展路径研究 J.北京理工大学学报（社会科学版），2021（3）：1-8.2 周总瑛，刘世良，刘金侠.中国地热资源特点与 发 展 对 策 J.自 然 资 源 学 报，2015（7）：1210-1221.3 宋涛，刁谦，真允庆.青藏高原地热资源与地幔柱构造的关系：地幔热柱多级演化导致岩浆上侵成为浅部热源 J.河北地质大学学报，2018（6）：1-24.4 宋涛，刁谦.时频电磁法在地热资源勘查中的应用 J.内蒙古煤炭经济，2022（16）：190-192.5 赵季初，郭国强，吴清华.综合物探方法在隆起型地热田找矿中的应用 J.中国地质调查，2021（3）：21-29.6 顾连兴.注意在下扬子地区寻找白垩系红层铜矿 J.有色金属矿产与勘查，1994（6）：343.7 宋意勤，孙桂石，王振友，等.扬州市地质构造背景与氡浓度之间关系分析 J.上海地质，2010（1）：41-42.8 陈艳，张景发，姜文亮，等.苏北盆地重力场及地壳结构特征J.地球物理学进展，2017（6）：2295-2303.9 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