辽宁省盘锦市海外河地区地热资源研究与评价

■ 郭冬梅

（辽宁省工程勘察设计院，锦州 121000）

海外河地区位于辽宁省中南部，下辽河的最南端，为辽河油田主要的石油开发地区，是辽河油田采油基地和水源基地，地热资源丰富，有上第三系热储层，馆陶组砂砾岩层，下第三系热储层，包括东营组、沙河街组砂岩层。由于受油气分布影响，下第三系热储层研究程度较低，地热资源没有得到充分开发利用。

1 区域地质条件

1.1 地层

研究区处于下辽河南部凹陷区的中央凸起部位，前新生代地层属华北地层区，本区块基底以中生界（Mz）和太古界（Ar）为主，在其之上发育了新生界第三系和第四系巨厚沉积，地表大面积为第四系松散堆积物覆盖。由老到新的顺序依次是：下第三系房身泡组（E1-2f），下第三系沙河街组（E2s）四段、三段、二段、一段，下第三系东营组（E3d），上第三系馆陶组（Ng）、明化镇组（Nm）和第四系平原组（Qp）。

1.2 构造

盘锦市海外河地区大地构造单元属华北陆块之华北断坳，次级构造单元为下辽河断陷中央凸起的南端，划分为六个二级构造带，南部自西向东依次为：西部凸起带、西部凹陷带、中央凸起带、东部凹陷带、东部凸起带，整体上为“洼中隆”的特点。法库-盘山断层和二界沟-黄沙坨断层构成中央凸起的边界。

中生代以前的构造运动以地台型稳定的整体升降为主，中生代后期，构造运动比较活跃，老的格局开始解体，构造线方向由东西转为北东向，初步形成了凹凸相间的基本构造格局。对地热田地下热能的分配起到了重要的控制作用，加之第三系的河湖相沉积对热能起到很好的阻隔作用，中上元古界、古生界构成了该区中新生界覆盖下的潜山基底，是典型的断块控制含水岩组特征的地区。潜山顶面是受中—新生代以来的裂谷断裂分割的大型鼻状构造，潜山内幕由于被中生代不同期次逆冲断层切割，成叠瓦状排列。下辽河盆地区域地质构造，见图1。潜山顶面埋深一般1600-1800m，最浅处1430m。［1-3］

2 水文地质条件

区内地下水赋存在第四系松散岩类孔隙、第三系裂隙-孔隙含水层之中。淡水层位为上第三系馆陶组 含水岩组，咸水、微咸水层位为第四系、上第三系明化镇组含水岩组。

第四系松散岩类孔隙水遍布全区，含水层由冲海积、海积砂、砂含砾构成，含水层一般分选磨圆较好，颗粒均匀，结构松散，地下水丰富，单井涌水量600-2000m3/d，矿化度大于1g/L，氯化钠型水，为潜水-微承压水。地下水补给来源为大气降水入渗、河水渗入及邻区地下水迳流补给，排泄方式为人工开采、地下潜水蒸发。

上第三系地下水分为明化镇组、馆陶组两个含水岩组，地下水赋存于砂岩、砂砾岩之中，间夹2-5层泥岩。明化镇组地下水单井涌水量500-1500m3/d，局部小于500m3/d，矿化度大于1.0g/L，重碳酸钠型、重碳酸钠钙型水；馆陶组地下水单井涌水量1000-2500m3/d，矿化度0.5-0.7g/L，重碳酸钙钠型水。地下水补给来源主要为区外同层位地下水迳流补给，人工开采是唯一排泄方式。

下第三系地下水分为东营组、沙河街一段、沙河街二段三个含水岩组，地下水处于封闭-半封闭状态，据收集油田资料推测东营组自流量小于500m3/d,矿化度一般介于1.0-10g/L，PH值8-9，属重碳酸钠型咸水、微咸水，基本无补给来源，排泄方式为石油开采时油水混合排泄。［3］

3 地热地质条件

据区域资料初步分析认为，受深大断裂的影响和控制，老基底隆起的顶部是幔源热向上传导聚集热能的部位，该部位是形成区域下第三系热储层热能的直接供给区。另外，老基底上部发育的断裂构造，特别是早第三纪时期形成的分布相对密集的中小型断层，进一步沟通了下第三系热储层与基底隆起区的联系，而使深部幔源热经由老基底隆起的顶部，源源不断供给基底上部的下第三系储热层。

工作区从中生代开始，华北陆块纵向增生，岩石圈历经旋回式伸展-收缩过程，并最后转向岩石圈减薄，对应产生北北东向走滑正断层体系，断裂切割前新生代地层及基底断块产生差异沉陷，形成下辽河断陷盆地，新生代裂谷开始发育，下辽河裂谷演化过程，见图2。

新生代经历了伸展断陷裂谷初成及均衡调整二个阶段，演化成目前区内地层总体连续，谷坡地带明显超覆总体坳陷的盆地特征。同时，我国北方坳陷盆地内地温的分布主要受地质构造的影响，地温的高低与区域构造一致，基底的起伏常与地温的高低成正向关系。地壳相对隆起区地温高是深部热从导热率高的地层向导热率低的岩层传导而导致热量的重新分配，在隆起基底岩层顶部积聚，使地温相对较高。海外河地区位于地壳相对隆起的中央凸起地带，根据辽河油田地质资料，工作区北部发育有两条近东西向正断层F1、F2，西南部发育一条北东向正断层F3，断层均穿透东营组顶底板。

4 地下热水赋存特征

4.1 盖层特征

工件区内盖层主要为第四系和上第三系明化镇组地层，特别是明化镇组下段发育一段稳定且较厚的泥岩层，它们覆盖在馆陶组地层之上，导热性差，盖层总厚度500-1400m，地温梯度一般较高，最高可达3.39℃/100m。

4.2 热储层特征

本区沉积有巨厚的第三系地层，已证实几乎所有的地层段都有含水层，且地下热水赋存的层位连续、厚度稳定，构成层状热储层。盆地热能来源以幔源热 向热储层传导方式为主，深大断裂也是重要的热能上升通道。热传导型地热田热储层一般埋藏较深，多在800m以下。受盆地内断裂控制，地热田兼具层状和带状特征，一般通过钻探揭露，地表无显示。盆地内的断层和内部的凹陷、凸起控制着地温的分布，在下辽河平原中央凸起和其东西两个凹陷控制性断层地带，同样深度地温明显高于凹陷内部。按地层时代从新到老可分为二个热储系统，即上部为上第三系热储系统、中部为下第三系热储系统。

上第三系热储层，为馆陶组，是一套冲积、洪积地层，分布广，工作区内皆有分布，岩性以浅灰、灰白色厚层状块状含漂砾砂岩、砂砾岩为主，沉积物分选、磨圆差，泥质胶结疏松。埋深415-1397m，层状富水，厚度180-418m。物性好，有效孔隙度25-30%，井口水温可达50℃。富水性好，单井涌水量一般在3000m3／d左右，地下水头标高－7-－33m。矿化度在0.4-0.9g/l，硬度小于20德国度，PH值在8.0-9.0，水化学类型为HCO3-Na型，属淡水－微咸水。

下第三系热储层，包括东营组、沙河街组砂岩层，为一套内陆湖相碎屑沉积。东营组地层厚600-1622米，岩性由下至上显示为，下部为长石砂砾岩、砂岩、砂砾岩夹泥岩；中部为砂岩、砂砾岩与泥岩互层；上部为泥岩、粉砂岩夹砂砾岩、泥岩。沙河街组含水层主要由沙一段和沙二段组成，地层总厚598-1895m，岩性下部以泥岩为主，局部夹玄武岩；上部主要为粉砂岩、砂岩夹砾岩，局部夹火山岩。平面上区内皆有分布，但在斜坡部位沙二段缺失。层状富水，其中水层总厚88-312.5m。因受上覆地层较强的压实作用，成岩性好，物性差。孔隙度、渗透性较差，富水性较好，含水层处于封闭或半封闭状态，埋深大，产量低，单井涌水量一般较低，为150-1100m3／d，平均温度大于50℃。矿化度一般介于1.0-10g/l，属微咸水－咸水，硬度一般为20-40德国度，PH值8-9，属弱碱性水，水化学类型为HCO3-Na型。［4］

4.3 地温场特征

本区地处下辽河盆地南部，为下第三系地温梯度高值区，地温来源于大地热流，由地幔热流和地壳热流组成，主要热源为地幔热流。地温在平面分布上变化不大，但相对地温高值区多沿断裂或基底隆起区分布，说明地温在平面上受古地形地貌的控制，基本上不受上部地下水活动的影响。地温在垂向上可分为变温带、常温带及增温带。据已有资料，下辽河盆地的常温带深度为30-70m，常温带基准温度11.5℃。纵向上，馆陶组的地温梯度偏低，在本区地温梯度值为2.7-3.58℃/100m，东营组的地温梯度略高，在本区地温梯度值为3.32-4.17℃/100m。［4］

5 地热储量计算

5.1 地热储量的计算。

地热储量的计算采用热储法，估计地热田地热资源的潜力，计算公式如下：

(1)热储法计算公式：

式中：Q——热储中储存的热量，单位为焦（J）；

Qr——岩石中储存的热量，单位为焦（J）；

QL——热储中储存的水量，单位为立方米（m3）；

Q1——截止到计算时刻，热储孔隙中热水的静储量，单位为立方米（m3）；

Q2——水位降低到目前取水能力极限深度时热储所释放的水量，单位为立方米（m3）；

Qw——水中储存的热量，单位为焦（J）；

A——计算区面积，单位为立方米（m3）；

d—热储厚度，单位为立方米（m3）；

ρr——热储岩石密度，单位为千克每立方米（kg/m3）；

cr——热储岩石比热，单位为焦每千克摄氏度[J/kg·℃]；

φ—热储岩石的孔隙度，无量纲；

tr—热储温度，单位为摄氏度（℃）；

t0—当地年平均气温，单位为摄氏度（℃）；

ρw—地热水密度，单位为千克每立方米（kg/m3）

S—弹性释水系数，无量纲；

H—计算起始点以上高度，单位为米（m）

cw—水的比热，单位为焦每千克摄氏度[J/kg·℃]

(2)计算参数的确定

①热储面积、厚度及热储层温度的确定

面积取100km2，根据对钻孔资料研究计算，馆陶组热储层平均厚度为250m，热储层平均温度为50℃；东营组热储层平均厚度为150m，热储层平均温度为70℃，当地年平均气温8.4℃。馆陶组热储层顶板算起的水头高度45m，东营组热储层顶板算起的水头高度取油面距井口高度约100m，得出计算起始点以上高度馆陶组1019m,东营组1341m。

②热储的孔隙度和弹性释水系数

根据辽宁省下辽河平原南部上第三系地下水勘察报告，馆陶组砂岩孔隙度选25%，弹性释水系数0.0145。根据辽河断陷地热资源研究，东营组砂岩孔隙度选27%，因没有实测值，考虑泥岩层位压榨释水，东营组弹性释水系数，取0.005。

③比热和密度

热储岩石的比热、密度参照《地热资源地质勘察规范》（GB/T11615-2010）确定。水的比热确定为4180J/kg·℃，水的密度取1000kg/m³，砂岩比热取878J/ kg℃,砂岩密度取1956kg/m³。

(3)计算结果如下:

馆陶组地热资源量为2.68×1018J，东营组地热资源量为2.38×1018J，海外河地区地热资源总量为5.06×1018J，相当于1.73×108吨标准煤燃烧的热量值，地热资源丰富。

5.2 地热流体存储量及可开采量

地下热水属承压水，存储量为容积存储量与弹性存储量之和。

(1)计算公式

Q总=Q弹+Q容

Q弹=A·S*·H

Q容=A·S·Hm

式中：

Q总—热水总存储量（m3）

Q弹—弹性储存量（m3）

Q容—容积储存量（m3）

S*—含水岩组弹性释水系数，无量纲

S—含水岩组重力给水度，无量纲

A—计算区面积（m2）

H—含水层顶板算起的水头高度（m）

Hm—含水岩组厚度（m）

(2)计算参数的确定（参见表1）

馆陶组地热流体的可开采量参照海水103井，取1500m3/d，东营组水量在150-1100m3／d之间，考虑可持续开采，取400m3/d。开采深度依据《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615—2010）8.3.4条年压力下降值不大于0.02MPa，即最大为204m（或取200m）。

表1 计算参数确定一览表

(3)计算结果

经计算工作区馆陶组热水总资源量为77.28×108m3，其中弹性存储量为14.78×108m3；东营组热水总资源量为47.21×108m3，其中弹性存储量为6.71×108m3。

6 结论

(1)区内地下水较为丰富，为中低温水热系统。

(2)该地热田类型为热传导型，上第三系明化镇组地层和第四纪地层为盖层，岩性主要为第三系的泥岩、砂岩和砂砾岩；下第三系沙河街组及东营组的砂岩、砂砾岩为中部热储层，富水性相对较好；上第三系馆陶组砂岩为上部热储层，富水性好。

(3)本区地热资源量较为丰富，可采量大。馆陶组砂岩厚度大，透水性好，孔隙发育，埋藏浅，水量丰富，单井涌水量可达3000m3/d，含水层埋深900-1400 m，水温可达50℃，水质好，矿化度低，热水不经处理即可直接利用，是经济型地热资源。东营组热储层砂岩物性变差，水量在150-1100m3/d之间，矿化度高，水温可达70℃，达微咸水-咸水，一般位于油层下面，是亚经济型地热资源，可以利用油田条件较好的报废井和核销井开采地热。

[1]孙维义,高明久,等.辽宁省盘锦市上第三系地热及矿泉水资源调查评价报告[R].锦州:辽宁工程勘察院,1997.

[2]鲁景峰,闫宝强,等.辽宁省下辽河平原南部上第三系地下水勘察评价[R].锦州:辽宁省第一水文地质工程地质大队,1997.

[3]李荣辉，王铁玲，等.辽河断陷地热资源研究与评价[R].盘锦：辽河油田勘探开发研究院，1999.

[4]辽宁省盘锦市兴隆台地区下第三系地热资源调查评价[R].盘锦:盘锦市科海石油技术发展有限公司,2011.

[5]GB/T 11615－2010,地热资源地质勘查规范[S].[13]李娣,胡拥军,肖中良.长株潭区域产业生态化发展评价与对策研究[J].开放导报,2010(1):101-105.

[14]邹伟进,陈伟,郭明晶.我国钢铁产业生态化水平的评价[J].统计与决策,2010(8):113-116.

[15]王中亚,傅利平,陈卫东.中国城市土地集约利用评价与实证分析[J].经济问题探索,2010(11):95-100.

[16]吴志军.我国生态工业园区发展研究[J].当代财经,2007(11):66-72.