伊舒断陷盆地(伊通段)地热资源储量计算

孙艳玲，朱时佳，王雅男，朱彤

吉林省地质调查院，吉林 长春 130102

0 引言

随着社会的进步与发展，人们对能源的需求逐渐增加。同时环境问题越来越明显，需要加强能源的调整，开发新的能源方式。其中地热资源得到重视，有着非常重要的现实意义。伊舒断陷盆地(伊通段) 是典型的热传导增温型层状热储，采用热储法计算地热资源储量，对伊通县地热资源进一步合理开发利用具有指导意义。

1 研究区概况

研究区位于伊通满族自治县境内，隶属四平地区，位于东经125°06′00″～125°27′14″，北纬：43°17′44″～43°34′55″范围内，面积409.47 km2。北与长春市毗连，南与辽源市接壤，东与磐石市相邻、西与公主岭市接界。研究区属于温带大陆性气候，四季分明，春季干旱多风，夏季湿热多雨，秋季凉爽温差大，冬季寒冷漫长。

研究区位于伊通断陷盆地，西部边界为产状近于直立的边缘控盆断裂，与大黑山地垒相邻；东部呈缓坡状隆起区与那丹哈达岭相邻；南部以东辽河断裂为界，与叶赫断陷相邻；北部以伊丹隆起相隔，与鹿乡断陷为邻。热储类型为古近系碎屑岩类裂隙孔隙层间承压水。热储层岩性主要为砂砾岩、中粗砂岩及中细砂岩和粉细砂岩。热储层埋深奢岭组900～2 000 m，温度45.6～80.6 ℃，双阳组1 500～2 200 m，温度53.2～64.5 ℃，百米平均地温梯度为3.0～4.5 ℃左右。地热流体出口温度在40～60 ℃范围内，是目前已知的质量较好的低温温热水型(Ⅳ级)地热[1]。

2 热储模型

工作区距离隔水边界较远，且热储层分布较广。因此，可以将边界概述为稳定的定水头边界，热储层概述为地层水平的，各向同性的，无限延展的承压含水体系，地热井均为完整井。并满足以下条件：①无垂向补给、排泄，即w=0；②渗流满足达西定律；③完整井，假定流量沿井壁均匀进水；④水头下降引起地下水从储量中的释放是瞬时完成的；⑤降压前水头面是水平的；⑥热储层侧向无限延伸[2]。在上述假设条件下，降压后将形成以井轴为对称轴的下降漏斗，将坐标原点放在热储层底板降压井的井轴处，井轴为 Z 轴，此时，单井定流量的承压完整井流，可归纳为如下的数学模型：

(1)

式中：Q——地热井涌水量(m3/d);

r——半径(m);

s——降深(m);

T——导水系数(m2/d)。

上述数学模型经过推导可得出Thiem公式：

当u≤0.01时，Thiem 公式可简化为Jacob公式;

3 地热资源分区

根据本区水文地质特征、构造特征及物源补给条件，划分为两个地热田及一个空白区，地热田边界按照沉积边界划定[3]。两个地热田分别为马鞍山地热田、三家子地热田。其中，马鞍山地热田位于莫里青断陷，物源为西北方向，面积为69.43 km2。三家子地热田位于鹿乡断陷南侧，物源为东北方向，面积为105.18 km2。空白区内地热资源匮乏，不计入储量。

各地热田按照富水性等级划分不同的计算分区。富水性等级严格受沉积砂层厚度、岩性和埋藏深度等地质特征控制。区内主要热储层为永吉组、奢岭组及双阳组。结合已施工钻孔、收集钻孔及古地理环境图，确定热储层厚度分布。按照已有钻孔降压试验结果确定单井涌水量。综合考虑上述划分标准，将富水性等级划分为较富集区、中等区及贫乏区。其中，贫乏区水量小，基本无开发利用价值，因此，贫乏区只计算储量，不计算开采量。

各亚区及富水性等级分区分布情况及依据见表1、图1。

图1 伊通县地热资源计算分区图Fig.1 Calculation zoning map of geothermal resources in Yitong County1.热储等级界线；2.C级评价区；3.D级评价区；4.代表钻孔；5.地热田边界

表1 伊通县地热亚区分布简表

4 主要计算参数

本次地热资源普查为地热资源预可行性勘查及调查阶段，勘查区面积409.47 km2，热储分布面积174.61 km2，施工地热井5眼，根据《地热资源评价方法及估算规程》(DZ/T0331-2020)[4]，利用热储法计算储量需要确定的参数主要有热储面积及范围、热储厚度、热储温度及其他流体参数(表2)。

表2 伊通县地热资源计算分区表

4.1 地热资源评估范围

地热资源分布总面积为174.61 km2，其中马鞍山地热田面积为69.43 km2，三家子地热田面积为105.18 km2。控制的(C级)面积由已有地热井影响半径圈定范围，推断的(D级)面积由地热田地质特征确定。各地热田分区原则及面积参照表1、表2。

4.2 热储温度

本次热储温度采用地热流体的储层温度计算。对于施工钻孔，取地热井揭露热储层的测井平均温度计算。对于收集石油钻孔，有测井数据的，按照测井数据中温度平均值计算；无测井数据但有出口温度的，可根据出口温度推算。依据经验数据，一般热储层内水流至出水口的热损耗温度值为2～5 ℃。对于既无测井数据也无出口温度的，按照平均地温梯度，推算储层深度的地热流体温度[5]。

4.3 热储层厚度

根据地热井测井解释与录井资料确定，对于施工钻孔，根据测井解释报告，累计1 300～2 500 m内的所有具有储热能力的水层厚度总和。对于收集石油钻井，主要根据钻孔测井结果中钻孔柱状图推算热储层厚度。

4.4 孔隙率

根据地热井测井解释与录井资料确定，对于施工钻孔，孔隙度数据取自测井解释报告中孔隙度均值。收集的石油钻孔，主要按照测井结果中电阻率、自然电位等曲线数据，对比施工钻孔实测资料，推断平均孔隙度值。

4.5 地热流体参数

物理参数按照《地热资源评价方法》(DZ40-85)中表4选取。砂岩与地热流体的比热容分别为1.2 kJ/kg·℃、4.2 kJ/kg·℃， 砂岩与地热流体的密度分别为2 600 kg/m3、1 000 kg/m3；常温层为7 ℃。

5 地热资源储量计算

本次利用热储法计算地热资源储量，地热资源储量包含地热流体储存热量及岩石中储存热量两部分，其中，地热流体储存热量由地热流体储存量计算得出，地热流体储存量利用体积法计算，过程如下：

5.1 地热流体储存量(Q)

根据计算区的面积、热储岩石的孔隙率和热储层的厚度，利用体积法计算地热流体储存量(表3)。

表3 伊通县流体储存量分布表

Q=Aφd

式中：Q——地热资源静储量(m3)；

A——面积(m2) ；

φ——岩石有效孔隙度(无量纲)，取用加权平均值；

d——含水层厚度(m)。

全区地热流体储存量为4.51×109m3，其中，马鞍山地热田地热流体储存量为1.50×109m3，三家子地热田地热流体储存量为3.01×109m3。

5.2 地热资源储量(Qw)

地热资源储存量包括地热流储存热量及岩石储存热量两部分。

Qw=Q流+Q岩

(1)地热流体储存热量(Q流),利用水的比热、密度、水温计算地热流体储存热量，计算公式如下：

Q流=VCwρw(tr-t0)

式中：Q流—地热流体储存热量(kJ)；

V——流体体积(m3) ；

Cw——流体比热容(kJ/kg·℃)；

ρw——流体密度(kg/m3)；

tr——流体温度(℃)，取加权平均值；

t0——年平均温度(℃)。

经计算，全区地热流体储存热量为1.08×1015kJ，其中，马鞍山地热田地热流体储存热量为3.47×1014kJ，三家子地热田地热流体储存热量为7.33×1014kJ。

(2)岩石储存热量(Q岩),根据计算区面积、热储岩层厚度、岩石的密度和岩石的比热计算岩石中储存的热量。计算公式如下：

Q岩=Vrρrcr(tr-t0)

式中：Q岩—岩石储存热量(kJ)；

Vr—岩石体积(m3) ；

Cr—岩石比热容(kJ/kg·℃)；

ρr—岩石密度(kg/m3)；

tr—岩石温度(℃)，取加权平均值；

t0—年平均温度(℃)。

经计算，地热资源岩石储存热量为4.81×1015kJ，其中，马鞍山地热田岩石储存热量为1.53×1015kJ，三家子地热田岩石储存热量为3.28×1015kJ。

(3)地热资源储量(Qw),地热资源储量等于地热流体储存热量加上岩石中储存的热量之和，是计算区储存的总热量。计算结果见表4。

表4 伊通县地热资源储量计算表

经地热储存量计算，地热资源储量为5.89×1015kJ，其中，马鞍山地热田地热资源储量为1.87×1015kJ，三家子地热田地热资源储量为4.02×1015kJ。

6 结论

(1)该区地热资源属于中低温地热田，热储类型属热传导增温型层状热储。根据储热层沉积环境、物性、厚度及富水性等地热地质条件，将本区划分为两个地热田，分别为马鞍山地热田、三家子地热田。

(2)通过热储法计算，得出区内地热资源储量为 4.51×109m3，换算地热流体储存热量为1.08×1015kJ，岩石中储存热量为4.81×1015kJ，地热资源储量为5.89×1015kJ。