地熱資源是儲存在地球內部的可再生熱能，具有對環(huán)境污染小、可就近利用的特點，是目前最受關注的清潔能源類型。魯北平原位于渤海灣盆地西南部，屬華北平原的一部分，是在華北地臺基礎上發(fā)展起來的中—新生代斷陷盆地，其地熱資源豐富，發(fā)育典型的沉積盆地型砂巖孔隙熱儲，屬傳導型地熱資源。陽信縣屬于魯北平原地熱田的一部分，熱儲層主要為新近系館陶組（Ｎ１ｇ），其地熱勘查開發(fā)工作始于2005年，隨著地熱資源的開發(fā)利用和地質環(huán)境條件的逐步變化，以往獲取的地熱資源動態(tài)數據在時效性上已大不如前，不能正確地反映當前該縣地熱資源的實際情況；而且以往該縣開展的地熱勘查工作多集中在城區(qū)，因此縣域其他地區(qū)的館陶組熱儲層的地熱資源量還不清楚，嚴重制約了當地地熱產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為進一步查明陽信縣地熱資源家底，以該縣東部地區(qū)為研究區(qū)，通過資料收集、地熱地質調查、大地電磁測深、地熱鉆探、產能測試、水質檢測分析等手段，查明研究區(qū)地熱地質條件、地溫場分布特征及地熱水水化學特征，建立熱儲概念模型并分區(qū)計算館陶組熱儲層的地熱資源量和地熱水可采量，提出地熱資源開發(fā)利用建議，以期為陽信縣地熱資源開發(fā)利用、當地地熱資源規(guī)劃管理等提供重要依據。

１ 研究區(qū)概況

陽信縣地處魯北平原區(qū)之三角洲平原亞區(qū)，地形較平坦，地勢南高北低、西高東低，自西南部向東北部傾斜，形成了緩崗、微坡平地和淺平洼地相間的地貌。地面高程一般在５～１３ｍ，平均約９ｍ，坡度為１／５０００～１／１００００。陽信縣地處中緯度地區(qū)，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區(qū)，四季分明，多年平均氣溫為１２.８℃，最冷月為１月，最熱月為７月。境內年降水量較少且不穩(wěn)定、不均勻，歷年平均降水量為５６７.７ｍｍ，１月最少，為３．８ ｍｍ；７月最多，為１９１.６ｍｍ。境內排澇河道主要是南部的鉤盤河和北部的白楊河，兩河橫貫縣境東西，東流入海。在大地構造位置上，陽信縣主體位于惠民潛凹陷，北部邊緣為無棣潛凸起， 東部邊緣為沾化潛凹陷（圖１）?；菝駶摪枷萏幱跐栛晗葜胁?，為中—新生代斷陷盆地。受斷陷盆地深部的地幔結構、巖漿活動和地殼淺部的地質構造、地層巖性、地下水活動等影響，區(qū)內具備良好的熱演化條件。山東省大地熱流值由西往東逐漸升高，表現出東高西低的分布規(guī)律。華北地區(qū)大地熱流值平均為４７． １５５ ｍＷ／ ｍ^２，而研究區(qū)所在區(qū)域的大地熱流值達到６０ ～ ７０ ｍＷ／ｍ^２，高于華北地區(qū)平均值，具備良好的大地熱流背景。館陶組上覆第四系平原組（Ｑ_ｐｐ）和新近系明化鎮(zhèn)組（Ｎ_２ｍ），下伏古近系東營組（Ｅ_３ｄ），巖性主要為砂巖、泥巖、砂礫巖，富水性強，具備較好的儲集空間，構成了區(qū)內最主要的孔隙—裂隙層狀熱儲層。

２ 地熱地質條件及熱儲概念模型

２．１ 熱儲蓋層

研究區(qū)全區(qū)被第四系所覆蓋，館陶組上覆的平原組和明化鎮(zhèn)組屬于黏性土與砂性土組成的松軟層，沉積厚度為９００～ １ １００ ｍ，其巖性多為黏性土，結構致密，富水性差，巖性熱導率低，屬隔水層和隔熱層，為該區(qū)地熱成藏提供了良好的蓋層條件。

２．２ 地熱源

研究表明，區(qū)域上地熱主要屬傳導型地熱，熱源為正常的大地熱流增溫。館陶組地層中發(fā)育良好的孔隙、裂隙空間，起到了導熱、導水作用。從區(qū)域水文地質條件來看，本區(qū)地熱水的補給來源很遠。地下水在水頭差和密度差的作用下，緩慢地進行循環(huán)交替運動，逐漸加熱并在館陶組孔隙—裂隙中存儲?？傮w上，區(qū)域上徑流條件較差，因此將地熱水視為靜態(tài)，可以不考慮其側向徑流補給和垂向越流補給。

２． ３ 熱儲層

館陶組砂礫巖層為本區(qū)可供開發(fā)利用的最佳熱儲層，該套地層中砂礫成分多，孔隙度高，含水性好，形成了良好的孔隙—裂隙層狀熱儲。研究區(qū)館陶組頂面埋深在９４０ ～１ １００ ｍ，底面埋深在１ ２００ ～１ ４００ ｍ，厚度為２００ ～３４５ ｍ，熱儲砂巖一般厚１２０ ～ ２２０ ｍ；地層產狀平緩，研究區(qū)西南部底面埋深＞ １ ３００ ｍ，地層厚度＞３００ ｍ；東北部底面埋深＜１ ２００ ｍ，地層厚約２００ ｍ（圖２）。

２． ４ 地溫梯度

通過調查發(fā)現研究區(qū)恒溫帶深度約為２０ ｍ，平均地溫為１４℃，２０ ｍ 以下為增溫帶。研究區(qū)現有６眼地熱井，取水層段均為館陶組，井口水溫為４８ ～５３℃。根據地熱井井口水溫、井深及恒溫帶深度，計算出區(qū)內地溫梯度為２． ９３ ～ ３． ７０℃ ／１００ ｍ，平均為３． ５０℃ ／１００ ｍ，由南向北逐漸升高，全區(qū)均顯示明顯的地熱異常。

２． ５ 地熱水水化學特征

根據水質分析結果， 研究區(qū)地熱水礦化度為６ ４７６． ３７ ～ １３ ９７５． ６８ ｍｇ／ Ｌ， 總硬度為５３４． ２０ ～１ ４４８． ２６ ｍｇ／ Ｌ，ｐＨ 值為７． ２ ～ ８． ０。水中陰離子以Ｃｌ－ 為主，含量為２ ７３４ ～ ８ ００９ ｍｇ／ Ｌ，毫摩百分數為４２％ ～９３． ８６％；其次為ＳＯ２ －４ ，含量為５９６ ～ １ ３６８ｍｇ／ Ｌ，毫摩百分數為５． １６％ ～ ２５． ０７％。陽離子以Ｎａ ＋ 為主，含量為２ １１７ ～４ ７１５ ｍｇ／ Ｌ，毫摩百分數為８５． ９４％ ～８９． ６５％。ＴＤＳ 含量為６ ４７７． ６４ ～１３ ９９７． ４５ｍｇ／ Ｌ，屬于咸水—鹽水 。ＳｉＯ_２含量為１５． １１ ～２１． ７７ｍｇ／ Ｌ，偏硅酸含量為１９． ６４ ～ ２８． ３０ ｍｇ／ Ｌ，Ｓｒ 含量為４． ６５ ～４２． ７ ｍｇ／ Ｌ，Ｌｉ 含量為０． ４２ ～ １． ５５ ｍｇ／ Ｌ，可作為理療礦泉水 。同時，水中的Ｆｅ、Ｍｎ、氯化物、硫酸鹽、ＴＤＳ 等含量均超過了《生活飲用水衛(wèi)生標準》（ＧＢ５７４９—２００６），說明研究區(qū)館陶組地熱水不能作為生活飲用水。

２． ６ 熱儲概念模型

根據前述地熱地質條件，參考前人地熱資源量計算方法，將不規(guī)則的多斷塊的地質形態(tài)，簡化為一個理想的幾何形態(tài)，并建立由熱儲蓋層、熱儲層、地熱源等組成的熱儲概念模型，具體如圖３ 所示。

３ 地熱資源量計算

３． １ 主要參數選擇

（１） 熱儲面積。熱儲面積按整個研究區(qū)面積５１５． ２６ ｋｍ^２考慮，同時根據地熱地質條件和已有地熱井揭露的館陶組砂巖層厚度及地溫梯度，將研究區(qū)劃分為１１ 個分區(qū)（圖４），各分區(qū)面積為１９． ０５ ～ ６７． １１ｋｍ^２不等。

（２） 熱儲層厚度。據區(qū)內鉆孔資料和物探資料，采用厚度近似加權平均值作為地熱資源量計算的熱儲層厚度，為１２５ ～２２５ ｍ。

（３） 熱儲溫度。利用蓋層地溫梯度及厚度來推算館陶組的熱儲溫度，可知熱儲溫度為５０． ０ ～５９． ３℃，總體較集中。

（４） 巖石和水的物理參數。根據《地熱資源評價方法及估算規(guī)程》（ＤＺ／ Ｔ ０３３１—２０２０）查得巖石密度、比熱容和地熱水比熱容，結果顯示本區(qū)館陶組熱儲巖石密度為２ ６００ ｋｇ／ ｍ^３，比熱容為８７８ Ｊ／ （ｋｇ·℃）；地熱水比熱容?。?１８６． ８ Ｊ／ （ｋｇ·℃）。根據區(qū)內地熱井測井資料等推測巖石孔隙度，然后根據《地熱資源評價方法及估算規(guī)程》（ＤＺ／ Ｔ ０３３１—２０２０）附錄插值求得地熱水密度，為９８３． ７ ～９８８． ０ ｋｇ／ ｍ^３。

（５） 熱儲層水頭高度。以區(qū)內地熱井水位標高的平均值作為本次計算的水頭標高，然后根據館陶組頂面標高計算熱儲層水頭高度，各分區(qū)水頭高度按近似加權平均取值，為８８９ ～１ ０６９ ｍ。

（６） 熱儲回收率。根據《地熱資源評價方法及估算規(guī)程》（ＤＺ／ Ｔ ０３３１—２０２０）附錄Ｂ． ２． ３ 中有關規(guī)定，館陶組熱儲回收率定為２５％。

（７） 熱儲層水動力參數。根據本次抽水試驗資料及區(qū)域地質資料，確定熱儲層的滲透系數、給水度、彈性釋水系數取區(qū)內地熱井平均值，分別為１． ７９７ ２ ｍ／ ｄ、０． ２３、０． ０００ ２１。

３． ２ 計算結果

３． ２． １ 地熱資源量計算結果

本文采用熱儲法計算熱儲中儲存的地熱資源量，計算公式如下：

式中：Ｑ 為熱儲中儲存的總熱量；Ｑ_ｒ 為巖石中儲存的熱量；Ｑ_ｗ 為地熱水中儲存的熱量；Ａ 為計算區(qū)面積；Ｍ為熱儲層厚度；ρｒ 為熱儲巖石密度；ｃ_ｒ 為熱儲巖石比熱容；?_ｒ 為熱儲巖石孔隙度；ｔ為熱儲溫度；ｔ_０為當地年平均氣溫，?。保玻浮妫唬?為熱儲中儲存的水量；ｃ_ｗ 為地熱水比熱容；ρｗ為地熱水密度；Ｗ_１ 為截止到計算時刻，熱儲孔隙中地熱水的靜儲量；Ｗ_２ 為水位降低到目前取水能力極限深度時，熱儲所釋放的水量（彈性儲量）；μ 為熱儲層彈性釋水系數；Ｈ 為計算熱儲起始點以上高度。經計算，研究區(qū)館陶組熱儲層中的地熱資源總量為９． ６７７ ３ ×１０１８ Ｊ，折合標準煤３． ３０２ ０ ×１０８ ｔ，其中巖石儲存熱量為５． ３８２ １ × １０１８ Ｊ，地熱水儲存熱量為４． ２９５ ２ ×１０１８ Ｊ。從館陶組各計算分區(qū)儲存的熱量分布可以看出，巖石儲存的熱量均比地熱水儲存的熱量多（圖５），巖石中儲存的熱量占熱儲總熱量的５５.６％，是地熱水儲存熱量的１． ２５ 倍。

３． ２． ２ 地熱水可采資源量計算

（１） 單井可采資源量。按照《地熱資源評價方法及估算規(guī)程》（ＤＺ／ Ｔ ０３３１—２０２０）附錄Ｃ． ３． ２，求取計算區(qū)地熱水可開采量，計算公式為：

式中：Ｗｗｋ為地熱水可開采資源量；Ｔ 為導水系數；ｓ_１ 為計算區(qū)中心水位降深；ｔ_ｋ 為開采時間；Ｒ_ｋ 為開采半徑；Ｗ_ｗｄ為地熱水單井可采量；ｓ_２ 為單井附加水位降深；Ｒ_ｄ為單井控制半徑；ｒ 為抽水井半徑。經計算，研究區(qū)中心水位降深與單井開采附加水位降深之和不大于１００ ｍ 的情況下，地熱水開采期限內（１００ ａ）的可采量可達到２ １７１． ３１ 萬ｍ^３ ／ ａ，單井可采量為６４． ６６ 萬ｍ^３ ／ ａ?？刹季當涤嬎慵昂侠砭?。可布井數計算公式為：

式中：Ｎ 為可布井數。

計算結果表明研究區(qū)可以布設３３ 眼地熱井。其合理井距為：

式中：Ｒ′為單井開采權益保護半徑。

按照單井開采權益保護面積為矩形進行計算，得出單井開采權益保護半徑為１ ９７５ ｍ，則合理井距為３ ９５０ ｍ。

４ 地熱資源開發(fā)利用建議

通過本次調查可知，區(qū)內地熱水出口溫度為４８ ～５３℃，主要用于取暖。地熱水中富含對人體健康有益的Ｓｒ、Ｌｉ 和偏硅酸等微量元素，具有一定的醫(yī)療價值，可作為洗浴和理療保健用水。同時地熱水礦化度及Ｃｌ－ 含量較高，屬咸水，不宜直接排放，不能作為農田灌溉用水，但可以用于漁業(yè)養(yǎng)殖。區(qū)內地熱資源開發(fā)利用存在以下問題：①缺少地熱回灌井，未制定回灌方案，應及時制定“以灌定采”措施，并確保回灌質量；②利用方式單一，綜合利用程度較低，沒有形成地熱資源的梯級開發(fā)方式；③開采布局不合理，現有地熱井主要集中在城區(qū)范圍，開采時間段集中在采暖季節(jié)，在時間、空間上過于集中。針對上述問題，建議采取以下措施：①施工１ 眼回灌井，利用地熱尾水回灌，在保證地熱資源可持續(xù)開發(fā)的同時，解決尾水排放問題；②對區(qū)內地熱資源采取梯級利用，以提高資源利用率；③加強地熱資源管理，及時調整開采布局，合理開采利用地熱資源，防止地熱資源過度開發(fā)利用。

５ 結論

（１） 陽信地區(qū)地熱資源豐富，成因類型為熱傳導型，最佳熱儲層為新近系館陶組砂礫巖層，屬層狀孔隙—裂隙型熱儲，熱儲層頂面埋深９４０ ～ １１００ ｍ，厚２００ ～３４５ ｍ，其中熱儲砂巖厚度為１２０ ～２２０ ｍ。

（２） 通過地熱資源量評價，估算館陶組熱儲中地熱資源總量為９． ６７７ ３ ×１０１８ Ｊ，折合標準煤３． ３０２ ０ ×１０８ ｔ；地熱水可開采量為２ １７１． ３１ 萬ｍ^３／ ａ，可布井３３眼，合理井距為３ ９５０ ｍ。