天津武清凹陷东营组地热地质条件及开发利用前景浅析

李嫄嫄，唐永香，庞菊梅，曾梅香，陈瑞军

（1.天津地热勘查开发设计院，天津 300250;2.中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029）

天津武清凹陷东营组地热地质条件及开发利用前景浅析

李嫄嫄1，唐永香1，庞菊梅2，曾梅香1，陈瑞军1

（1.天津地热勘查开发设计院，天津 300250;2.中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029）

通过对武清凹陷内的地质构造特征的分析，并结合东营组地热井的勘探成果，对东营组地层特征及热储特征进行分析，计算了热储的开采潜力，评价了热流体的利用前景。分析结果表明：该区东营组热储层埋深较浅、渗透率较大、地热流体温度高达93℃、水质优良，并具有极高的理疗医用价值。如果在此以东营组地热资源为依托，建立温泉理疗项目，既响应了天津市建设“中国温泉之都”的号召，促进节能减排和生态城市建设进程，又在提高了市民的生活品质的同时，带来可观的经济效益。

地热流体；杨村斜坡；开发利用；医疗用途

地热资源作为一种可再生的清洁能源，具有绿色、环保、健康、稳定的特点，并以其富含矿物质、利用价值高等得天独厚的优势而备受关注。勘探成果显示：天津市武清区赋存有极为丰富的地热资源，是我市较早开发利用地热能的地区之一。区内主要以开采新近系馆陶组地热资源为主，全区共有13眼馆陶组地热开采井，年开采量约130×104m3[3]。由于多年持续开采，热储压力已开始逐年下降，地热井水位埋深、年降幅均较大。由动态监测可知：2007年该区最大动水位埋深超过130m、2010年已达到138m，降幅达2.4m/a[5]。因此在天津市两轮地热资源开发利用规划中，均把武清中心城区馆陶组热储层划为了限制开采区，但该区经济发展势头强劲，能源需求巨大，因此，在充分调查论证的基础上，积极寻找、勘查并客观评价可供开发利用的新能源已成为当务之急。

武清区古近系东营组发育稳定、埋深适中、具备形成地热资源的沉积环境和地质条件。近年来在行政主管部门的支持和社会资金的配合下，武清区已开始了对该热储层的初步勘查，并成功开凿了一眼东营组热储层地热勘探井——YR15井。完井资料表明：该区东营组地热流体温度高、水量适中、水质优良，具有极高的利用价值。本文结合YR15井有关资料，对武清凹陷古近系东营组地热资源开发利用前景作一简要分析。

1 地热地质条件

1.1 地质构造特征

天津地处Ⅰ级构造单元华北地台北缘，武清区位于宝坻断裂以南Ⅱ级构造华北断坳区内的Ⅲ级构造冀中坳陷东北部，武清凹陷为冀中坳陷内的Ⅳ级构造，YR15井就位于武清凹陷Ⅴ级构造单元杨村斜坡带上（见图1）。

图1 武清凹陷构造及东营组厚度等值线图

冀中坳陷：位于河北省中部及京津地区,呈北东—南西向展布，属于中、新生代断坳盆地。北与燕山隆起区相邻、西以太行山断裂为界与山西隆起相邻、南止邢衡隆起、东到沧县隆起，面积约3×104km2，是在中生代华北地台隆起的背景上因拉张断陷而成。冀中坳陷内部在北北东向断裂主控下，与早期发育的北西西向断裂组成东西分带、南北分块的构造格局。钻孔揭露潜山最高部位在牛坨镇凸起、基岩埋深约800m左右；物探资料证实，新生带沉积中心在廊固断陷，最大沉积厚度达11000m。

武清凹陷：位于冀中坳陷的东北部，总面积约2000km2，是西断东超的新生界箕状凹陷。北以宝坻断裂为界、西以河西务潜山断裂带与廊固凹陷相分隔、西南以鞍部与霸县凹陷相邻，东南以杨村斜坡带与沧县隆起相接。自中生代以来，长期处于沉降状态，形成了巨厚的新生界沉积物。根据地震勘探成果，武清凹陷沉降中心在大孟庄附近，新生界最大厚度约7000m。区内主要次级构造单元有：大孟庄洼槽、大口屯洼槽、孙孝庄洼槽和杨村斜坡[1]。

杨村斜坡带：是武清凹陷的主体构造，总体呈北东走向。东南以古近系缺失线为界、西南延伸至文安斜坡带。自东向西分为外带和内带，外带西边缘在武清县城—葛渔城一线，坡度较缓，基底以中生界为主；内带西边缘在泗村店—大良—大黄铺连线附近，坡度相对较陡。YR15井位于杨村斜坡带内侧带中心，新生界厚度较大[1]（见图2）。

图2 武清凹陷地质剖面示意图

区内发育的主要断裂构造为河西务潜山断裂带和小高庄断裂。其中河西务潜山断裂带北起河西务、南到雄县，由数条雁列展布断裂组成，断裂总体走向北北东、倾向南东东，正断层，是武清凹陷与廊固凹陷的分界线；小高庄断裂位于武清区的东南部，走向北北东、倾向北西西，属新生界正断层，是武清凹陷的内部断层（见图3）。

图3 武清凹陷东营组顶板埋深等值线图

1.2 东营组地层特征

在武清凹陷内东营组，为一完整沉积旋回。下部砂泥岩互层，砂岩颗粒粗，颜色红，泥岩为灰色、棕红色，致密、坚硬，固结程度高；中间砂泥岩互层，但砂岩颗粒细，颜色绿为其特征；上部以灰绿色、灰色、绿灰色、少量棕红色的泥岩为主，泥岩质纯性软，少量性脆，夹有薄层的细砂岩和粉砂岩，整体可钻性差。在杨村斜坡带上东营组为一套河道冲洪积、洪泛平原相沉积，顶板埋深2000～2600m，底板埋深3050m以浅，厚度小于450m。

YR15井揭露东营组厚度为348.3m（2500～2848.3m），其上部以灰绿色、灰色、绿灰色，少量棕红色泥岩为主，泥岩质纯者性软，少量性脆，夹有薄层的细砂岩和粉砂岩，可钻性差：

下部泥岩灰色、棕红色，致密、坚硬，固结程度更高，局部发育有不成熟的页理构造，可钻性极差，其中，2700m以后出现3层较厚的砂砾岩，从上到下砾石成分有逐渐增多的趋势，砂砾岩呈现以棕黄色、灰白色为主的杂色，主要矿物成分为石英、燧石、玉髓，夹有较多的玄武岩、火山碎屑等暗色矿物组成的砾石，多为隐晶质结构，砾径不均匀，成分杂乱，为一套山前冲洪积扇沉积物。

1.3 东营组热储特征

钻探资料表明：武清凹陷古近系东营组顶板埋深2500m左右，热储岩性为灰绿、绿色泥岩与灰白、浅灰色砂岩互层，砂岩呈反旋回序列。YR15井取水段2566.57～2810m、热储层有效厚度88.45 m。测井资料分析：热储层孔隙度21.16%～32.57%、渗透率150×10-3～1130×10-3μm2，泥质含量6.51%～19.64%。抽水试验得出的水文地质参数为：静水位埋深16.6m、地热井稳定流温93℃、单位涌水量0.33m3/h·m、导水系数11.06m2/d、渗透系数0.125m/d。水质分析成果表明：地热流体矿化度1175.9mg/L、硬度12.0mg/l（以CaCO3计）、pH值为7.99，为HCO3-Na型水[3]。

表1 YR15井地热流体主要化学组分含量表

1.4 地热井开采潜力分析

依据天津地区市地热井资源评价的相关规范要求，由YR15地热井抽水试验资料通过相关计算可知：地热单井的可采量为17m3/h，如果开采期按50a考虑，每年365d，开采所排放的总热量为2.31×1012kJ, 相当于3.96×103kW、5.53×1011kcal。地热井开采利用热储层单位面积开采的热储存量为3.17×106kJ/m2，合理布井间距为964m。YR15井的热流体储存量为5.58×106m3。

2 热储流体开发利用前景分析

由YR15井流体14C分析可知，武清凹陷古近系东营组地热流体属大气降水成因，其年龄超过3万年，具有典型的渗入-溶滤特征。依矿泉水检测结果看：热流体中主要阳离子为Na+、含量313.7mg/L，主要阴离子为HCO3-、含量671.2mg/L，属于无腐蚀、碳酸钙中等结垢热流体，依据舒卡列夫分为HC03-Na型水；矿化度为1175.9mg/l，按矿化度分类为淡水；pH值为7.99，按酸碱度分类为弱碱性水；总硬度（CaCO3计）12.0mg/L，按硬度分类为中等硬度水。

对比分析武清区各热储层水质分析结果（表1），本区各层地热流体及浅层第四系地下水在垂向上有较大变化：新近系明化镇组热流体和第四系地下水之间化学特征相仿，表明两者之间存在一定的水力联系；新近系馆陶组热流体与古近系东营组热流体化学特征相近，表明两者为同源水或者存在着一定的水力联系[4]。

2.1 地热流体利用方向

对照《国家生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）：YR15井地热流体的色度和浑浊度指标未达到生活饮用水标准，锰离子、氟化物、砷离子含量超标，因而不宜直接作为饮用水水源，只可作为生活洗浴用水。

依照《天然矿泉水地质勘查规范》（GB/T13727-92）：YR15井地热流体中偏硼酸的含量达到医疗矿水浓度，氟、偏硅酸的含量均达到命名浓度，并可命名为高温氟水、高温硅水。其中偏硅酸洗浴能改善血管扩张，降低心血管病发病率，可以治疗皮肤病、妇科病、糖尿病，对皮肤病及粘膜有洁净、洗涤消毒消炎作用，可治疗皮肤粘膜伤口及溃疡等，有较高的医疗价值；氟水洗浴能消除褐色斑、使皮肤变白，对银屑病疗效最佳，其疗效与水中氟含量成正比；但是地热流体中酚的含量（1.0mg/L）超出洗浴用水指标（＜0.05mg/L），可加入ClO2去除酚后直接用于理疗和生活洗浴。另外，该热矿水温度高达91℃，可实行37～42℃水温的温热浴和水温＞42℃的高温浴，具有促进血液循环和淋巴循环等作用，而且热矿水的相对密度比淡水高，人体在其中所受到的浮力也比淡水大，使得肢体重量在水中变轻，运动较容易，有利于运动障碍的肢体运动，促进血压循环。对关节功能障碍、骨折后遗症、神经麻痹均有利于功能恢复。如浴时胸围及四肢都因静水压力而缩减，加强了呼吸运动和气体交换，对呼吸器官有利[2]。

对比《国家饮用天然矿泉水标准》（GB8537-1995）可知：YR15井地热流体感官指标中色度和浑浊度都超标；界限指标只有锶、碘化物和偏硅酸达标，其他都没有达标；限量指标碘化物、砷和氟化物含量超标；污染指标亚硝酸盐含量超标，不能作为饮用天然矿泉水。

2.2 地热资源开发利用环境经济效益分析

地热流体用于理疗、生活热水，代替锅炉、燃气供热等常规热源，减少了废弃物的排放，节约了污染的治理费用，有效的保护了生态环境，对于以“健康”、“绿色”等主题的井权单位——天狮天津国际健康产业园区，有着十分深远的崇尚自然和环保意义。

如果按YR15井可采量17m3/h计算，地热单井开采一年的热资源量为5.53×1011kcal，可节省燃煤7.91×104t，折合人民币3.95×107元。

3 结论

华北断坳区冀中坳陷武清凹陷杨村斜坡带古近系东营组热储层埋深适中、渗透率较大、热储流体静水位较高、流温高达93℃，热储条件优越，是开采前景较理想的后备能源。且地热流体水质较好，属于高温、微咸的氟水、硅水，极宜适用于康复理疗保健。随着现代社会药物的副作用和药源性疾病给医疗带来的种种困扰，开发无毒副作用而又具有广泛临床疗效的热矿水理疗，充分利用热矿水的温度、浮力、压力等物理作用，以及热矿流体水质成分的药物化学性能和所含放射性元素对机体各系统器官功能调节的综合作用，有利于提高身体素质，也合乎人类越来越强烈的“回归自然”的心愿，必将会受到社会各界的广泛关注和欢迎，开发利用前景十分诱人。

本文的分析只是在单一地热井勘探成果和地热流体质量检测结果的基础上进行的。如果在该区要对古近系东营组热储层开展大规模开发和利用，还需进一步投入相关针对性的物探工作、地温场调查及地热地质勘查工作，更深入的了解本区地质构造、地层基本情况及热储水文地质参数。正式用于康复医疗之前，也需要经过有检验资质的专业部门进行专项化验和评价。

[1] 袁选俊, 靳久强, 孟庆仁等．冀中坳陷杨村斜坡结构成因及油气成藏模式[J]．石油学报，2004,30(4)：12～17．

[2] 李 奇．医疗矿水及其利用[J]．四川地质学报，2000，20（4）：311～316.

[3] 田光辉，宋美钰.天津地热资源动态监测年报[R].天津：天津地热勘查开发设计院，2010年.

[4]张百鸣，林 黎，赵苏民.天津地区地热形成机理分析[J].水文地质工程地质，2006，33（2）：28～107.

[5]田光辉，曾梅香，阮传侠.天津地热资源开发利用动态特征浅析[J].地下水，2008，30（5）：28～31.

Analysis on Geological Conditions and Utilization Prospect of Dongying Geothermal Fluids in Wuqing Depression, Tianjin

LI Yuanyuan1，TANG Yongxiang1，PANG Jumei2，ZENG Meixiang1，CHEN Ruijun1

（1.Tianjin Institute of Geothermal Expioration and Development Design, Tianjin 300250；2.Institute of Geology and Geophysics in Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100029）

Based on the analysis of the structural characteristics in Wuqing depression and the achievement of Dongying geothermal well drilling, we analysis the characteristics of Dongying Formation and reservoir. We also calculated the exploitation potentiality and evaluated the utilization prospect of Dongying geothermal water. The analysis result shows that: the burial depth of Dongying Reservoir is shallower and the permeability is larger in this area. The temperature is up to 93℃. The fl uid quality is fi ne and has a good value of physiotherapeutic and medical utilization. If some thermal spring medical projects is launched based on the Dongying geothermal here, it will not only respond to the call of Building Tianjin to be the Hot Spring Metropolis in China—to promote energy conservation and emission reduction and the process of building ecological city, but also advance residents quality of life and bring considerable economic bene fi ts.

Geothermal fl uids；Yangcun slope；Exploration and utilization；Medical utilization

P314.1 ,F407.1

A

1007-1903（2013）03-0022-04

天津市地热资源规划（2011-2015年）

李嫄嫄（1982- ），女，水工环工程师，工程硕士在读，主要从事地热资源勘查评价工作，E-mail：tj-lyy@126.com。