江汉平原地热资源评价的初步研究

李 伟, 叶 疆, 廖 媛, 王 亮, 陈梦源

((湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034)

江汉平原地热资源评价的初步研究

李 伟, 叶 疆, 廖 媛, 王 亮, 陈梦源

((湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034)

地热能作为一种清洁的可再生能源,已经在全球多个国家得到直接利用,并显现出较高的经济效益和环境效益,所以开发利用地热能可以作为实现可持续发展的一个重要途径。不过, 地热资源的合理开发必须建立在对其资源量和分布规律的科学评价基础之上。中低温地热资源是中国地热开发的重点,主要蕴藏在大小断陷盆地和坳陷盆地中。湖北省境内的江汉盆地坳陷有中国中部最大的油田——江汉油田,其所处的江汉平原地区地热资源开发利用起步较晚、开发利用水平较低。利用在油气勘探过程中掌握的大量地热资料,对该地区的地热资源评价进行初步研究和探讨,为今后合理开发利用江汉盆地地热资源,使其发挥应有的经济效益提供参考。

地热资源;地热地质背景;地温梯度;热储;资源量

湖北省地热资源热储可划分为裂隙型带状热储层,岩溶层状、岩溶带状热储层及上部孔隙、下部裂隙复合型层状热储层三类。其中,隆起山地型热储主要为裂隙型带状热储层和岩溶层状、岩溶带状热储层,沉积盆地型热储为上部孔隙、下部裂隙复合型热储层。

江汉沉积盆地型地热资源热源主要是来自地壳深部的热传导。江汉盆地地热水形成机制,可用层状热储、热传导供热的模式加以概括。江汉盆地丰富的热卤水资源是在石油勘探过程中发现的,通过几十年的石油勘探和开发及油盐兼探研究发现：江汉盆地内热储层分布很广,渔洋组(Ky)、新沟嘴组(Ex)、沙市组(Es)、荆沙组(Ej)、潜江组(Eq)、荆河镇组(Ejh)和广化寺组(Ng)的砂岩中都存在丰富的热卤水资源。分布在江汉盆地不同时代的砂岩是地下热卤水的储集层,而页岩、泥岩、泥质灰岩则构成隔热层,影响地下热卤水储集的因素有岩层孔隙、裂隙发育程度。江汉盆地热储的特征可以概括为：①具有多层平行叠置的热储层,层间水力联系较差；②热储层集中分布在砂岩中,局部热储层渗透性能较差,单井产量不大且延续时间长；③热储中的热卤水处于深埋封闭状态,具有很高的测压水头,不同热储构造之间水力联系较差。

1 区域地质条件

江汉平原地处湖北省中南部,系长江和汉江泛滥淤积形成的冲积平原,总面积约35 000 km2。古生代—中三叠世,江汉盆地沉积了上万米的海相碳酸盐岩和砂、泥岩地层,中三叠世末的印支运动使全区上升为陆地,遭受剥蚀。在晚三叠世—侏罗纪再度下沉,形成3 000～5 000 m厚的陆相煤系及砂泥岩沉积。侏罗纪末期发生的燕山运动第Ⅱ幕,使凹陷剧烈褶皱上升,大部分地区侏罗系、三叠系及古生界遭受不同程度的剥蚀。在这一区域背景上,江汉盆地在白垩纪—第三纪发育了裂陷下降,沉积了约9 600 m厚的陆相沉积,至古近纪末期的喜山运动,导致了盆地的整体抬升,使古近系荆河镇组—潜江组遭受不同程度剥蚀。新近纪及第四纪区内沉积了约200～800 m的砂砾岩及粘土层[1]。

盆地内断裂十分发育,可分为北西向或北北西向、北东向、北北东向、东西向及南北向多组断裂。据石油部门勘察资料,盆地由7个相对独立的次级凹陷(如枝江凹陷、江陵凹陷、潜江凹陷、沔阳凹陷、云应凹陷)和位于凹陷之间的4个低凸起(丫角新沟凸起、天门凸起、洪湖凸起、陈沱口地堑)组成。在其生成发育时期,控制白垩系—第三系沉积。在构造形态上,主要有构造断裂带、背斜构造带,鼻状构造斜坡、凸起和凹陷、古潜山带等多种类型,其构造框架见图1[2]。

图1 江汉盆地构造框架图Fig.1 Frame diagram of structure in Jianghan Basin

江陵凹陷是江汉盆地最大的次级负向构造单元,发育了白垩系—下第三系厚度近万米的陆相地层,自下而上分别为白垩系渔洋组,下第三系的沙市组、新沟嘴组、荆沙组、潜江组、荆河镇组,上第三系广华寺组及第四系地层,以碎屑岩沉积为主。

2 地热地质条件

2.1 区域地温梯度特征[3]

江汉盆地的地温和地温梯度的分布与区域地质构造的性质,两者之间密切相关,地温梯度的高值带往往对应构造活动带,并且与隆起、断陷、快速沉降过程有关。江汉盆地由燕山运动末期形成的数个断陷和断隆所组成。其中,潜江凹陷位于盆地中部,其沉积中心在潜江、广华寺、新沟嘴等地区,是江汉盆地中新生代沉积最厚的地区。这里也是盆地中地温最高的分布区,凹陷中由于基底和盖层岩性组合的影响使地温分布又有局部的变化。盆地的区域地质构造特征对地温分布有着重要的控制作用。

江汉盆地的地温梯度一般在3.0～3.5 ℃/100 m左右,盆地中心的广华寺、新沟嘴、沙市、江陵等地区的地温梯度多在3.5 ℃/100 m,盆地边缘为2.0～3.5 ℃/100 m。利用江汉油田系统测温资料,计算出的各个钻孔的地温梯度为28.36～39.32 ℃/km,平均为33.59 ℃/km,比周围地区的地温梯度值高。根据测井资料及江汉油田已有数据,绘出江汉盆地地温梯度分布图(图2)。

从图中可以看出,盆地中部的地温梯度较高,与测温数据有关,因为所选井位位于构造坳陷带,测温层位只达到第三系(E),而第三系地层为松散的沉积层,岩石热导率小,导致浅层地温梯度值相对较大。

盆地的沉积地层的岩性结构对地温的分布有重要影响,特别是纵向上作用更为明显。江汉盆地的新沟嘴组和潜江组是由1 000余米厚的盐岩、膏岩、软泥岩等含盐岩石组成的地层,它们具有较高的岩石导热率,使地层中的地温分布发生了较大的变化。在该段上的地温梯度偏低,形成盐丘构造的良好导热层,如距地表较近,除使上覆地层地温梯度增高外,并易于将地下热量在地表散失,而形成较其周围地温偏低的地区。岩性结构对地温分布的影响是江汉盆地的一大重要特征,同时较高的地温分布是盐地中盐岩构造形成的重要因素之一。

江汉平原地热储存于新生界松散类热储地区。地温梯度受沉积基底的构造形态影响,与构造有着密切的关系。在长期的地质演化中,江汉盆地经历了多次构造运动,对基底的地层构造有不同程度的改造。目前江汉盆地区构造格局的形成,燕山运动起着主导作用,由于后期的构造运动,发育了一系列大规模的隆起和坳陷,沉积了巨厚的中生代和新生代地层,且具有粗屑的砂层和泥岩交互叠置的沉积构造,为地下热水的储集和积热保温提供了良好的地质环境。

图2 江汉盆地地温梯度等值线图Fig.2 Contour map of geothermal gradient in Jianghan Basin

图3 江汉盆地不同深度测温曲线Fig.3 Measured temperature curve at different depth in Jianghan Basin

2.2 区域不同深度的地温分布特征

按照收集的不同深度的地温数据,绘制了江汉平原1 000 m、2 000 m、3 000 m深地温分布图和地温梯度图。这些图大致反映了江汉盆地地温分布的基本面貌[4]。

2.2.1 1 000 m深地温分布图

1 000 m深地温梯度图(图4)表明,江汉盆地1 000 m深地温一般在45～50 ℃,其中潜江、广华寺、沙市、新沟嘴、熊口及拖船埠一带,1 000 m深地温多超过50 ℃。仙桃、洪湖、监利等地的1 000 m深地温一般在45～50 ℃。在江陵以西以及当阳、应山等地的1 000 m深地温,一般在40～45 ℃。中部高地温分布区处广华寺、新沟嘴和沙市之间,形似“三角形”。区域地温分布呈倒三角形环状,地温等值线在北部沿东西向延伸。南部则以北西向和北东向分布为主。

图4 江汉盆地1 000 m深地温分布图Fig.4 Distribution map of ground temperature at 1 000 m in Jianghan Basin

2.2.2 2 000 m深地温分布

江汉盆地的2 000 m深地温平均在80～85 ℃,最高地温分布在沙市、习家口、熊口及公安以东地区,区内2 000 m深地温可达90 ℃以上,以“心形”圈闭。潜江、广华寺、浩口、拖船埠及江陵和新沟嘴等地区,2 000 m深地温多在85～90 ℃；其外围仙桃、天门、钟市等地区2 000 m深地温在70～80 ℃左右。从2 000 m深地温分布图上(图5)可以看出,地温从盆地边缘当阳、宜昌、应山、洪湖地区向盆地中心增高,大体呈倒三角环形分布。地温等值线的延展方向在南边主要为北东和北西向,与长江流向基本一致,而在盆地北部呈近东西向。

图5 江汉盆地2 000 m深地温分布图Fig.5 Distribution map of ground temperature at 2 000 m in Jianghan Basin

2.2.3 3 000 m深地温分布

江汉盆地3 000 m深地温分布与1 000 m、2 000 m深地温分布情况类似,其3 000 m深地温多在100～120 ℃之间。在江陵、习家口、广华寺南部、潜江及新沟嘴、沙市和公安的东部等地区3 000 m深度多超过120 ℃,为盆地较高地温分布区。由此向外地温逐渐降低,至钟祥、天门、仙桃地区,3 000 m深度多在100～110 ℃之间,至盆地外围边缘地区的3 000 m深地温下降到80～90 ℃,如当阳、应山、丰收洲等。地温分布具有心状同心环形特征,分布方向同样为南部北东和北西向,与长江走向一致;盆地北部为近东西向。

图6 江汉盆地3 000 m深地温分布图Fig.6 Distribution map of ground temperature at 3 000 m in Jianghan Basin

综上所述,江汉盆地1 000～3 000 m深度地温分布具有以沙市、潜江为中心向外围逐渐降低的环状分布特点。

2.3 热储类型

江汉盆地地热源主要是大地热流供热,热储中放射性物质衰变产生的热量,在理论上可以作为地热源,但在实践中热储只具备放射性元素含量高的单一条件还不能构成地热源。江汉盆地地热储的地热水形成机制,可用层控热储、侧向径流补给、大地热流供热的模式加以概括。

分布在江汉盆地不同时代的砂岩是地下热水的储集层,而页岩、泥岩、泥质灰岩则构成隔热层,影响地下热水储集的主要因素是岩层孔隙的大小和多少。虽然江汉盆地热储层中地下热水的分布可以认为是遍及盆地范围的,但是具有开采意义的深层地下热水的分布却是局限在一定范围内的,即热水只在一定范围内富集。深层地下热水的富集主要受地质构造的控制。地质构造对热储层的孔隙性和渗透性起到重要的改造作用,使热储层在不同构造部位的热水富集程度差异很大[5-6]。

2.4 热储层

江汉平原地热储存在新生界松散类热储地区。地温梯度受沉积基底的构造形态影响,与构造有着密切的关系。江汉盆地丰富的热水资源是在石油勘探过程中发现的,大量的试油资料说明江汉盆地内热水层分布很广。渔洋组、沙市组、新沟嘴组、荆沙组和潜江组的孔渗性砂岩中都存在丰富的热水资源,荆河镇组地层中也可能存在热水资源,有待于试水证实[7],下面对江汉盆地热水资源进行说明[8]。

2.4.1 渔洋组

晚白垩统渔洋组地层分布范围为28 000 km2,地层厚度达2 800 m,现已钻井80多口,井层砂岩百分比0.2%～55.6%。通过试水,渔洋组已发现两种类型热水层:一种是自喷、高压、高矿化度的过热水层,第二种是不自喷热水层。渔洋组在有的地区砂岩十分发育,厚度一般100～400 m。由于无油气显示未下套管,没有试水,但可以预测渔洋组可以找到高矿化度的大型自喷工业热水。

2.4.2 沙市组

古新统沙市组厚度200～900 m,根据岩性特征可分为两段。沙市组下段主要是一套含盐系地层,是江汉盆地主要盐类矿床之一,目前已投入小规模开采。沙市组上段砂岩较发育,砂层厚度薄(单层一般厚1～5 m)、层数多(最多达10～20层)三角洲沉积。在沙市组上段现已发现两种不同类型的热水层:一种是自喷、高压和高矿化度的过热水层;另一种是不自喷热水层。

图7 白垩系渔洋组顶板埋深等值线三维图Fig.7 Three-dimension graph of contour of roof depth of Yuyang Formation of the Cretaceous

图8 白垩系渔洋组底板埋深等值线三维图Fig.8 Three-dimension graph of contour of bottom depth of Yuyang Formation of the Cretaceous

2.4.3 新沟嘴组

早始新统新沟嘴组地层分布范围24 100 km2,地层厚度500～700 m,热水赋存在新沟嘴组下段的砂岩中。新沟嘴组储集砂岩的分布受到来自盆地北部的枝江、马山、后港等三支较大的物源体系的控制。由于受北部多条水系的控制和影响,各砂体主体部位均分布于凹陷的北部,呈朵状由北向南延伸,砂岩厚度由北向南逐渐减薄。各砂体最大厚度在158～236.6 m之间,占地层厚度45.3%～61.2%。从储层物性来看,江陵凹陷的北部地区由于埋深较浅,一般<2 500 m,成岩作用较弱,孔隙度一般达到18%以上,具有良好的储集性能。

新沟嘴组砂岩按沉积体系分东部和西部,西部江陵凹陷属河流三角洲沉积,东部潜江凹陷南部属滨湖滩砂和远岸滩砂沉积。沉积体系不同,热水性质也不同。西部砂岩体是以氯化钠为主的非自喷热水矿产,东部砂岩体水型以硫酸钠为主,不自喷。

图9 沙市、新沟嘴组顶板埋深等值线三维图Fig.9 Three-dimension graph of contour of roof depth of Xingou Formation and Shashi

2.4.4 荆沙组

中始新统荆沙组地层分布范围19 430 km2,地层厚度600～1 800 m,目前钻达荆沙组地层的井超过500口,主要在江陵凹陷,潜江凹陷和沔阳凹陷。荆沙组砂岩较发育,如江陵凹陷路8井地层厚度1 480.5 m,有205层共350.5 m砂岩,井层砂岩占23.7%；潜江凹陷潭2井地层厚度656.5 m,有49层共104 m砂岩,井层砂岩占15.8%；沔阳凹陷沔l5井地层厚度1 338 m,有8层共17 m砂岩,井层砂岩占1.3%；应城凹陷应1井地层厚度1 235 m,有18层共140 m砂岩,井层砂岩占11.3%。物源大体可分三个方向：一是来源于江陵凹陷西北,至江陵凹陷东南部赤3井一带尖灭；二是盆地东北方向应1井砂岩单层厚度大,在3.5～15.5 m之间,并有多层含砾砂岩,这个砂岩体从应城凹陷经小板凹陷延伸到沔阳凹陷西南；三是来自潜江凹陷北部潭口一带。

图10 荆沙组顶板埋深等值线三维图Fig.10 Three-dimension graph of contour of roof depth of Jingsha Formation

荆沙组沉积时期江汉盐湖盆地有着明显的收缩和干旱气候条件,沉积一套以红色为主的砂泥岩地层,荆沙组地层是重要含水层。

2.4.5 潜江组

潜江组热水层主要分布在潜江凹陷北部,其次在江陵凹陷东北和小板凹陷西北部分地区。潜江凹陷潜江组热水矿床,分布面积1 630 km2,单层砂岩厚度最厚达49.4 m,单井砂岩累积最厚计164层共512.2 m,可分为5个地热含水组和29个地热含水亚组,热水地质储量227亿m3。

图11 潜江组顶板埋深等值线三维图Fig.11 Three-dimension graph of contour of roof depth of Qianjiang Formation

2.4.6 荆河镇组

荆河镇组地层分布在潜江凹陷北部,面积仅有1 200 km2,以周矶向斜最厚。荆河镇组砂岩目前尚无试水资料,但根据测井解释砂岩较发育,岩心录井有丰富的钙芒硝存在,推测可以找到产量高的工业热水层。

总之,大量试水资料说明：在江汉盆地二级构造单元的凹陷内,凡是有渔洋组、沙市组、新沟嘴组、荆沙组和潜江组砂岩集中分布的部位,都有丰富的地下热水资源赋存。

图12 荆河镇组顶板埋深等值线三维图Fig.12 Three-dimension graph of contour of roof depth of Jinghe Formation

2.5 地热田划分及类型

根据《地热资源评价方法》(DZ40—85),在一定范围内,具有盖层、热储、热流体通道和热源的地质体,其热能可供开发并具有社会经济效益的区域,可确定为地热田和地热异常区。江汉盆地地热储层的地热水形成机制可概括为层控热储、侧向径流补给和大地热流供热。由于各种原因未能收集到盆地油气勘探井的地层分布以及测温、测水资料,作为没有油气勘探井控制的盆地,通过盖层平均地温梯度≥2.5 ℃/100 m,作为圈定地热田和地热异常区的主要标准。

江汉盆地处于封闭或半封闭的低洼洼地,沉积盆地中厚度大、分布广的各时代沉积地层为地下热水提供了有利的储存空间。江汉盆地中分布有多层地下热水,热储层和隔热层在剖面上呈层状分布,彼此平行叠置。这种遍及整个沉积盆地的分布和多层产出、平行叠置的特点,要求地下热水资源量的评价也要着眼于整个盆地范围内的所有热储层[9]。

2.6 地热流体化学特征

根据对江汉盆地10个地区的自喷和非自喷热水井层热水化学成分统计,江汉盆地热水工业类型属氯化钠型溴、硼、锂、钾、碘多组分工业热卤水,并含铷、铯和锶等伴生有用组分[10-11]。

江汉盆地深层地下热卤水的特征可以概括为:①处于深埋封闭状态,无天然补给；②热水具有很高的测压水头,天然条件下处于停滞状态,不同热储构造之间无水力联系；③具有多个平行叠置的热储层,不同热储层之间无水力联系；④热水主要富集于背斜、裂隙带和断层带； ⑤热储层渗透性能差,单井产量不大且延续时间长；⑥有些地区存在地下热水与天然气共存的现象；⑦水化学和物理特征稳定,几乎不随时间发生变化[10]。

3 地热资源评价初步研究

3.1 评价方法及原则

江汉盆地地热资源评价的对象为具有一定开发利用价值的层状热储,包括渔洋组、沙市组、新沟嘴组、荆沙组、潜江组、荆河镇组和广华寺组。对成热条件差的地段不予评价, 且评价不考虑动态补给。评价内容包括：地热资源量,地热资源可开采量,地热流体储存量,地热流体可开采量和回灌条件下允许开采量。

评价方法为：依照《全国地热资源现状评价与区划技术要求(试行)》,采用热储法计算地热资源量,采用回收率法计算地热资源可开采量,采用开采系数法计算地热流体可开采量。

3.2 主要参数选择

计算分区按构造分区进行,见表1。

①计算分区原则,首先根据构造分区,在构造分区内按照热储中部温度等值线(25 ℃、40 ℃、60 ℃、90 ℃、150 ℃)分小区。每个小区分别计算。②计算分区热储温度取值原则:有两条边界为不同数值的温度等值线,此类分区计算时,该分区内的热储温度必须选取为两个温度等值线的中间值(32 ℃、50 ℃、75 ℃、120 ℃、150 ℃)。③其他计算区,边界受热储分布范围、构造等影响较大,此类分区计算时,分区热储温度选取合理值。④在不同地层时代热储中,根据区内地热田及热储顶底板埋深分布及热储砂岩的分布、厚度特征进行分区[12]。

3.2.1 白垩系渔阳组(图14-图16)

3.2.2 古近系新沟嘴组、沙市组(图17-图19)

图13 江汉盆地构造计算分区图Fig.13 Zone map of structure calculation in Jianghan Basin

表1 江汉盆地构造分区特征一览表

Table 1 Schedule of structural division characteristics in Jianghan Basin

构造分区两湖断坳鄂中褶断区构造单元分区编号计算分区面积/km2潜江凹陷Ⅷ12720丫角—新沟低凸起Ⅷ2440江陵凹陷Ⅷ34560云应凹陷Ⅷ4640天门—龙赛湖低凸起Ⅷ51900沔阳凹陷Ⅷ6510汉水凹陷Ⅷ7950乐乡关凸起Ⅷ8210荆门凹陷Ⅷ9770河溶凹陷Ⅷ10260地层时代层序编号分布面积/km2地层平均厚度/m砂厚比/%广华寺组Nga1100060028荆河镇组Ejhb12008006．2潜江组Eqc1630120035荆沙组Ejd19430118013新沟咀组Exe241004503．4沙市组Esf96080021．5渔洋组Kyg2800028005．8在不同的区域内，分列选取参数数值。

图14 底板埋深等值线图Fig.14 Contour map of bottom depth

图15 中间层埋深等值线图Fig.15 Contour map of buried depth of the middle layer

图16 计算分区图Fig.16 Calculation partition map

图17 底板埋深等值线图Fig.17 Contour map of bottom depth

图18 中间层埋深等值线图Fig.18 Contour map of buried depth of the middle layer

图19 计算分区图Fig.19 Calculation partition map

3.2.3 古近系荆沙组(Ej)(图20-图22)

图20 底板埋深等值线图Fig.20 Contour map of bottom depth

图21 中间层埋深等值线图Fig.21 Contour map of buried depth of the middle layer

图22 计算分区图Fig.22 Calculation partition map

3.2.4 古近系潜江组(Eq)(图23-图25)

图23 底板埋深等值线图Fig.23 Contour map of bottom depth

图24 中间层埋深等值线图Fig.24 Contour map of buried depth of the middle layer

图25 计算分区图Fig.25 Calculation partition map

3.2.5 古近系荆河镇组(Ejh)(图26-图28)

图26 底板埋深等值线图Fig.26 Contour map of bottom depth

图27 中间层埋深等值线图Fig.27 Contour map of buried depth of the middle layer

图28 计算分区图Fig.28 Calculation partition map

3.2.6 新近系广华寺组埋深(图29-图31)

图29 底板埋深等值线图Fig.29 Contour map of bottom depth

图30 中间层埋深等值线图Fig.30 Contour map of buried depth of the middle layer

图31 计算分区图Fig.31 Calculation partition map

3.3 地热资源量计算

目前地热资源量计算方法有很多,主要有热储法、自然放热量推算法、水热均衡法、类比法等。热储法是一种常用且较简单的方法。其适用于孔隙型、裂隙型热储。凡是条件具备的地方一律可以采用热储法,本论文采用热储法进行地热资源的计算与评价,表达式为：

Q=Crρr(1-φ)V(T1-T0)+Cwρwqw(T1-T0)

(1)

式中：Q为地热资源量,kJ；Cr、Cw分别为热储岩石比热和水的比热,kJ/kg·℃；ρr、ρw分别为热储岩石密度和水的密度,kg/m3；φ为热储岩石孔隙率(或裂隙率)；qw为流体储量,包括静储量和弹性储量,m3；T1为热储温度,℃；T0为恒温层温度,℃；V为热储体积,m3。

3.4 热储温度计算

由地温梯度推算确定。热储温度计算公式：

(2)

式中：TZ为热储中部温度,℃；T0为恒温带温度或多年平均气温,℃；ΔT为地温梯度,℃/100 m；H0为恒温层深度,m；H为热储中段平均埋深,m。

表2 江汉盆地传导型热储温度计算参数表

3.5 地热资源可开采量计算

在考虑地热回灌的情况下,地热资源可开采量即为可利用地热资源量,利用地热资源量采用回收率法进行计算,江汉沉积盆地砂岩与泥岩呈韵律层,孔隙度平均值为17%～19%,<20%,热储回收率RE暂定为0.20。在考虑地热回灌的情况下,地热资源可开采量即为可利用地热资源量,可利用地热资源量采用回收率法进行计算。

3.6 地热流体储存量计算

包括容积储存量与弹性储存量两部分。计算公式如下：

Q储=φV+S(h-H)A

(3)

式中：Q储为地热流体储存量,m3；φ为热储岩石孔隙率(或裂隙率)；V为热储体积,m3；S为弹性释放系数；h为平均承压水头标高,m；H为平均热储顶面标高,m；A为评价热储面积,m2。

3.7 地热流体可开采量

采用开采系数法,开采系数的大小取决于热储岩性、孔隙裂隙发育以及补给情况,江汉盆地属于封闭无补给条件孔隙型层状热储层,X取值3%(100年),即0.000 3(每年)。

地热远景区采用可采系数法,开采系数的大小取决于热储岩性、孔隙裂隙发育以及补给情况,有补给情况下取大值,无补给情况下取小值。

3.8 考虑回灌条件下地热流体可开采量

对于盆地型地热田,按回灌条件下开采100年,消耗15%的地热储量,根据热量平衡计算影响半径和允许开采量。

3.9 热储层地热评价计算结果讨论

计算得出江汉平原地热资源量为3.58×1017kJ,地热资源可开采量为7.15×1016kJ,地热流体储存量为7.39×1011m3,地热流体可开采量为2.22×108m3,回灌条件下允许开采量为6.0×106m3/d(表3)。

由表3可知,江汉平原地热资源主要集中在荆沙组、新沟嘴组、沙市组和渔洋组热储砂层较厚且分布较广的地层中。

表3 江汉盆地储层地热资源量统计一览表

由表4可知,江汉平原地热资源主要集中在潜江凹陷和江陵凹陷,此外,小板凹陷、天门—龙赛湖低凸起以及荆门凹陷地热资源也较丰富,以江陵凹陷地热资源量最为丰富。

表4 江汉盆地地热资源量构造分区统计一览表

表5 江汉盆地地热资源量温度区间分布统计一览表

由表5可知,江汉平原地热资源以深部2 400～4 000 m埋深的中—高温地热资源为主,主要集中60～90 ℃及90～150 ℃区间,其赋存地层为新沟嘴组、沙市组、渔洋组。>150 ℃地热资源埋深多>4 000 m,不在本次地热资源评价的埋深范围内。

经计算,江汉平原可替代的常规能源量为2.04×107t/a标准煤,可减少排放二氧化碳4.86×107t/a,减少排放二氧化硫3.46×105t/a,减少排放氮氧化物1.22×105t/a,减少排放悬浮质粉尘1.63×105t/a。

4 结语

江汉盆地位于江汉平原北部,面积近28 000 km2,从白垩系上统渔洋组—下第三系潜江组均有地下热水分布。从江汉盆地地热资源量评价结果可看出,其地热资源主要集中在荆沙组,新沟嘴组、沙市组和渔洋组热储砂层较厚且分布较广的地层中。荆沙组,新沟嘴组、沙市组和渔洋组的资源量合计2.12×1017kJ,占江汉盆地地热资源总量的85%。其中,荆沙组地热资源量较大,且其地热流体可开采量及可开采热量均为最大,故荆沙组为江汉盆地主要热储层。

构造上,江汉盆地地热资源主要集中在潜江凹陷和江陵凹陷,地热资源量达1.58×1017kJ,地热资源可开采量达3.16×1016kJ,占江汉盆地地热资源总量的63%。此外,小板凹陷、天门—龙赛湖低凸起、汉水凹陷以及荆门凹陷地热资源也较丰富,地热资源量共有7.57×1016kJ,地热资源可开采量共有1.51×1016kJ,占江汉盆地地热资源总量的30%。

江汉盆地地热资源以深部2 400～4 000 m埋深的中—低温地热资源为主,主要集中在60～90 ℃及90～150 ℃区间,分别占江汉盆地地热资源总量的41%和28%。其中60～90 ℃地热资源量和地热资源可开采量分别为1.03×1017kJ和2.06×1016kJ,90～150 ℃地热资源量和地热资源可开采量分别为6.93×1016kJ和1.39×1016kJ。

按各个凹陷的各层卤水浓缩程度不同,可分为潜江北部砂岩层中的高矿化、非自喷热水和江陵凹陷自喷高压、高产、埋深较大的高矿化富含微量组分的热水两种类型。江汉盆地热水属硫酸钠亚型及氯化物型,水成分中以氯化钠为主,其他微量元素如溴、碘、锂、铷、钾等含量较高。江汉盆地除有巨厚盐层外,还见有钾芒硝和无水钾镁钒的沉积及广泛分布的富钾热水。

综上所述,虽然江汉平原地热资源总量巨大,但是由于江汉盆地砂岩单层厚度小、砂体成因类型多、规模小、物性差异大,其分布具有明显的成群成带的特点。不同沉积类型的砂体与北东向构造、斜坡、断裂配合,可以形成各种纯岩性圈闭以及各种复合型岩性圈闭,包括岩性变化、透镜体、上倾尖灭、侧缘尖灭等。深层地下热水水矿化度高,受断层切割的断块限制,热水径流范围小、高产期短、产水量小,地热开发利用存在诸多不利因素。

同时笔者也看到,利用江汉油田已有勘探井发展地热产业有着许多先天优势,如资源、勘探资料、技术、人才、废井利用等等。建议江汉油田钻探地热勘探井,进行地热井试水,开展三维地震资料处理、解译,全面深化地热资源分布调查和评价工作,地热产业搞得好、形成规模,有可能成为江汉油田的伴生产业或接替产业。同时可以查明江汉盆地地下热卤水资源量及有益元素资源储量,利用卤水制盐、钾盐及提取所含有益元素,为大规模开发提供基础资料。

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(责任编辑：陈姣霞)

Preliminary Research on the Geothermal Resource Evaluation of Jianghan Plain

LI Wei, YE Jiang, LIAO Yuan, WANG Liang, CHEN Mengyuan

(HubeiGeologicalEnvironmentStation,Wuhan,Hubei430034)

Geothermal energy as a kind of clean renewable energy,has direct use of many countries around the world,and shows higher economic benefits and environmental benefits,so the development and utilization of geothermal energy can be used as an important way to realize sustainable development. However,rational development of geothermal resources must be based on the resource and the distribution laws of science evaluation. In the low temperature geothermal resources is the key of the geothermal development in China,mainly contained in size in the fault basin and depression basin. Jianghan oilfield is largest oil field in Jianghan basin. The development and utilization of geothermal resources in Jianghan plain area is late,and the level of development and utilization is low. In this paper,using the master of a large number of geothermal resources in the process of oil and gas exploration,the geothermal resources evaluation for a preliminary study of the region,provide a reference for the rational development and utilization of geothermal resources,make it play their economic benefits.

geothermal resources; geothermal geology background; geothermal gradient; geothermal reservoir; resource amount

2016-08-29;改回日期:2016-10-17

李伟(1972-),男,高级工程师,水工环地质专业,从事水文地质工程地质、环境地质、调查评价工作。E-mail:499644566@qq.com

P314.2

A

1671-1211(2016)06-0882-13

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.06.016

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161109.1112.032.html 数字出版日期:2016-11-09 11:12