深泽县地热资源条件研究＊

吴陈冰洁

深泽县地热资源条件研究＊

吴陈冰洁

（中石化新星（北京）新能源研究院有限公司，北京 100083；中石化地热资源开发利用重点实验室，北京 100083）

河北省深泽县地热资源具有良好的开发利用价值，目前境内主要开采新近系馆陶组砂岩热储。对深泽县地热地质条件、热储层特征、地热井产能等方面展开系统分析。经计算，馆陶组砂岩热储储量丰富，地热资源量可达8.33×1012MJ，可采量为2.08×1012MJ。在目前回灌条件下，地热井开采权益保护半径为505.80 m。结合本研究结果和目前深泽县地热资源开发利用现状，为该地区地热资源的合理开发利用提出建议。

地热资源；热储特征；地质条件；产能

现代社会中人们对舒适的建筑热环境要求越来越高。传统以燃煤锅炉为主的供暖方式环保问题突出，采用清洁能源供暖的需求愈加迫切。地热资源是一种清洁可再生能源，因其分布地域广、储量大、稳定性强，在供暖方面优势突出，且运行维护成本相对较低，具有良好的经济效益和广阔的开发利用前景。目前世界上已有30多个国家利用地热能进行供暖，且规模还在继续扩大。近几年，中国的地热供暖产业发展十分迅速，特别是京津冀地区，已经成为地热资源开发利用的主战场。

深泽县隶属河北省石家庄市，位于石家庄城区以东 36 km，东、北两侧分别与衡水市和保定市相接，如图1所示，辖区总面积296.39 km2。2008年以来，深泽地区地热供暖范围不断扩大，良好的供暖效果进一步证实了该区地热资源的开发潜力[1]。但是前期地热资源勘探开发过程中，地热井缺乏地质、水文资料及详细研究，对后期的可持续开发利用存在不利影响。近年来，新钻凿的地热井加强了资料获取的力度，为深泽县区域地热资源系统研究和评价提供了依据。

1 区域地质背景

1.1 构造背景

深泽县在地质构造上位于华北板块（Ⅰ级）渤海湾盆地（Ⅱ级）冀中坳陷（Ⅲ级），跨越饶阳凹陷与高阳低凸起两个Ⅳ级构造单元，以北北东走向的高阳—安国断裂为界。饶阳凹陷构造位于冀中坳陷中部，西南部跨过衡水断裂则为无极—藁城低凸起、晋县凹陷。深泽县城及县城以东地区均属饶阳凹陷内的深泽—刘村低凸起，位于饶阳凹陷西南端，如图1所示。

安国断裂从县城西侧穿过，县城南部的旧城北断裂为饶阳凹陷和深县凹陷的分界断裂，为北西西向南掉正断层。

图1 深泽县行政位置与区域构造纲要图

1.2 地层发育特征

深泽县地区基底主要发育有太古界，中上元古界，下古生界奥陶系、寒武系地层，石炭-二叠系地层零星分布。新生界沉积盖层发育完整，古近系与下伏基底呈不整合接触。新近系自下而上发育馆陶组、明化镇组地层，整体厚度为800～1 500 m，埋藏深度西浅东深，岩性为泥岩、砂质泥岩与灰白色砂砾岩、含砾砂岩、砂砾岩互层，馆陶组底部发育一套砾岩。第四系以灰黄色粘土、亚粘土、粉细砂岩互层为主，结构松散，底界埋深约400 m。

2 地热地质条件

2.1 地温场特征

华北平原是中国地热资源赋存最为丰富的区域之一，属于大地热流作用机制下，以热传导为主的中低温地热资源区[2-3]。深泽地区属于非地热异常区的中低温地热资源区[4]。区域大地热流值52.5～57.5 mW/m2，属于中等热流区。地温梯度大多在2.7～3.3 ℃/100 m，略低于冀中坳陷内平均值3.47 ℃/100 m[5]。

2.2 盖层和热储层

根据深泽县地热资料显示，区域热储盖层为第四系松散堆积物以及新近系明化镇组地层，总厚度400～1 500 m。由于地层结构松散、导热性差，分布稳定且沉积厚度大，是良好的保温盖层。本区自上而下发育三套主要热储层，分别为新近系明化镇组热储层、馆陶组热储层及基岩热储层。目前县内供暖使用的所有地热井均开采新近系馆陶组砂岩孔隙型热储[1，6]。馆陶组岩性为棕红色泥岩、砂质泥岩夹灰绿色、灰白色中细砂岩、砂砾岩，为粒度向上变细的正旋回。储层中、下部单个砂体厚度较大，底部为大套杂色砾岩，测井显示明显。区域内热储底板埋深1 300～1 700 m，砂体厚度150～350 m，砂厚比38%～47%。单井有效热储层厚度173～285 m，平均227.7 m，孔隙度22%～30%，渗透率20～ 750 mD。单井涌水量1 800～2 208 m3/d，水温57～63 ℃。

3 水质评价

深泽地区地热流体水质化验分析结果显示，开采的馆陶组热水中主要阳离子为Na+，离子含量（毫克当量百分数）超过95%；主要阴离子为HCO3-，其次为Cl-和SO42-，按水化学类型分类多为HCO3-Na、HCO3·Cl-Na或HCO3·SO4- Na型水。矿化度600～1 200 mg/L，按矿化度分类为微咸水；pH值7.5～8.4，为弱碱性水；总硬度（CaCO3）平均值为16.3 mg/L，属极软水。该地热水属于非腐蚀性水，锅垢很少、碳酸钙不易结垢。

4 地热井生产现状

深泽县部分地热井基本情况如表1所示。2012年以前，深泽县境内已在王场村、银都花园、深泽县宾馆、王场温泉小区等地陆续建成地热井12口[1]。2017年以来在深泽华丽小区又陆续钻凿地热井12口。目前地热井生产层段均为新近系馆陶组砂岩热储，井口水温56～61 ℃，水量75～ 120 m3，成井井深1 500～1 900 m。华丽小区地热井通过合理的生产井、回灌井配置，为保持区域地下水环境和地热资源的可持续发展打下了良好的基础。

表1 深泽县部分地热井基本情况表

序号地热井名称井深/m水温/℃水量/（m3·h-1）取水段深度/m开采层系 1 王场村地热井1 55460751 369～1 442馆陶组 2银都花园地热井1 50560801 300～1 500 3深泽宾馆地热井1 56060801 350～1 500 4富泽园小区地热井1 65061801 380～1 600 5马庄村北地热井1 60060801 350～1 580 6华丽小区A井1 85259.51021 510～1 817 7华丽小区B井1 782601001 460～1 750 8华丽小区C井1 936581201 400～1 900

5 地热资源评价

5.1 区域地热资源量评价

采用热储体积法公式（1）计算深泽县馆陶组砂岩热储地热资源地质储量。经计算，馆陶组地热资源量为8.33× 1012MJ。新生代砂岩热储中孔隙度高于20%的按回收率25%[7]，馆陶组地热资源可采量为2.08×1012MJ。

式（2）中：r、w为岩石和水的密度，kg/m3；r、w为岩石和水的比热容，J/kg·℃；为热储岩石孔隙度。

5.2 单井开采影响半径

该地热田按照单井开采100年，供暖季实际每年生产120 d，消耗15%左右地热储量，采用公式（3）（4）分别估算未回灌和回灌条件下的地热井对热储的影响半径[6]。

假设地热系统中，除了地热井抽取和回灌的热量，不存在与外界的能量交换，且生产井井口水温等于回灌前的热储温度。

式（3）（4）中：为水比热与热储岩石比热的比值；为回灌率。

=（2－0）（1－0） （5）

式（5）中：2为回灌温度，℃；0为基准温度，取恒温带温度；1为热储回灌前温度，℃。

计算结果显示，无回灌时地热井单井开采影响半径为767.73 m，在目前的回灌温度条件下影响半径减小为 505.80 m。地热尾水回灌能够降低地热水开采对热储层的影响，同时可以减小井间距，增加布井数量。如果后期地热供暖面积增大，在不钻新井的条件下需要适当降低回灌温度以提供更多的热量，该影响半径也会相应增大。综合考虑，地热井间距至少保持在1 000 m以上为宜。评价参数取值与计算结果分别如表2、表3所示。

表2 评价参数取值

A/km2H/mT0/℃T1/℃T2/℃β 296.39227.714.959.2540100% ρr/（kg·m-3）Cr/（J·kg-1·℃-1）ρw/（kg·m-3）Cw/（J·kg-1·℃-1）φQ/（m3·d-1） 2 6008781 0004 18626.7%2 880

表3 计算结果

fαQr/MJR1/mR2/m 1.830.4388.33×1012767.73505.80

注：岩石比热和密度为经验值，热储层厚度、井口水温、孔隙度等均采用实测平均值。

6 结论与建议

深泽地区地热资源储量丰富，应当加以合理开发。新近系馆陶组砂岩热储埋深为1 000～1 700 m，井口水温可达到60 ℃，水量超过80 m3/h，水质较好。地热资源地质储量为8.33×1012MJ，可采资源量为2.08×1012MJ，能够满足地热供暖需求。在目前回灌条件下，地热井单井开采影响半径由无回灌时的767.73 m缩小为505.80 m。为减小地下水开采对周围热储层和环境造成的影响，延长地热田寿命，井距应至少保持在1 000 m以上，同时确保地热尾水100%回灌。建议对区内地热资源统一规划，进行整体井网部署，以提高地热井井网效率和资源利用率。地热井使用过程中应加强管理，加强地热水的动态观测工作，避免无序开发，为地热资源的可持续开发利用提供保障。

［1］刘庆宣，刘志明，蔺文静，等.河北省深泽县地热资源评价［C］//中国地质学会水文地质专业委员会年会暨气候变化与地下水环境学术研讨会，2012.

［2］陈墨香.华北地热［M］.北京：科技出版社，1988.

［3］牛树银，孙爱群，李红阳.华北地区地热特征及其成因机制［J］.地学前缘，2001，8（1）：112.

［4］张德忠，王蕴玉.河北平原非地热异常区地热资源［J］. 地球学报，2000，21（2）：151-154.

［5］常健，邱楠生，赵贤正，等.渤海湾盆地冀中坳陷现今地热特征［J］.地球物理学报，2016，59（3）：1003-1016.

［6］刘志明，王贵玲，蔺文静.地热回灌条件下单井开采权益保护半径的计算［J］.地下水，2014，36（6）：72，75.

［7］国土资源部储量司，中国矿业联合会地热开发管理专业委员会，北京市地质工程勘察院.GB /T 11615—2010 地热资源地质勘查规范［S］.北京：中国标准出版，2010.

P314

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.14.008

2095－6835（2020）14－0027－03

中国工程院重点咨询项目（编号：2019-XZ-35-02）

〔编辑：王霞〕