内黄地热田地热资源评价及开采潜力分析

张海娇

（河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘查院，河南 郑州 4500001）

内黄隆起地处华北盆地边缘，具有较高的地热流值和地温梯度，巨厚的新生界沉积及其覆盖下的下古生界奥陶系、寒武系形成良好的地下水热储层，地热资源丰富。

近年来，随着中原城市群的崛起及人民群众生活质量的提升，该区对地热资源的需求迅速上升。目前该区已有地热井70余眼,主要用于供暖、洗浴和理疗，带来积极的社会、环境效益。但由于该区未进行系统的地热资源量、地热开发潜力评价，地热资源的开发、管理具有盲目性，导致局部地区开采过于集中,热储压力下降较快,已形成局部的降落漏斗，严重影响地热资源的可持续开发利用。因此，进行地热资源量计算及开发潜力评价，对于地热资源可持续开发利用意义重大。本文以内黄隆起地热田为研究对象，采用热储法、最大允许降深法及热量开采系数法分别进行地下热水资源评价和开采潜力分析。

1 工作区地热地质概况

1.1 地质构造特征

内黄隆起位于中朝准地台南部的华北坳陷，为一中生代—新生代早期断块隆起。

研究区属华北地层大区，华北平原地层分区豫北小区，地层具有明显变质岩基底和沉积岩盖层，为典型的台型沉积。地表广为第四系覆盖，其余地层为隐伏地层或零星出露。地层自下而上分布有太古界、元古界、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、白垩系、古近系、新近系、第四系等。

研究区边缘为断裂所围限，汤东断裂、长垣大断裂、焦作—商丘深断裂共同控制着地层分布。研究区内断裂不发育，地温场主要受地壳深部结构、地质构造和地层岩性结构控制。

1.2 热储层特征

内黄隆起地热类型主要为传导型，热储类型为层状热储。区内主要热储层为新近系碎屑岩孔隙热储层、古近系碎屑岩孔隙裂隙热储层和古生界碳酸盐岩岩溶裂隙热储层。第四系埋深浅、水温低，形成热储盖层。

新近系热储遍布全区，在浚县火龙岗一带直接出露地表，其余地区均隐伏于第四系之下，其顶底板埋深、厚度由隆起核部向东、南北方向逐渐加大。可细分为明化镇组热储和馆陶组热储，热储岩性主要为粉砂岩、细砂岩等，局部地区下部为含砾岩或砂砾岩。越往下部，储层物性越好，储层泥质含量一般低于10%，孔隙度一般在12.7%～31.6%之间；涌水量一般 840 m3/d～2600 m3/d，地下水类型以 SO4·Cl—Na、Cl·SO4—Na为主，总溶固一般2.8 g/L～4.2 g/L。

古近系系热储区内仅局部存在，主要为一组河湖相沉积含油泥砂岩建造，岩层一般胶结较好，且泥质岩石层较多，砂岩层较少，热储层地热流体富集性较差。因此，在目前情况下，不具有很大的开发利用价值。

下古生界寒武-奥陶系溶隙型热储在隆起区核部及内黄县北部缺失，其余地区均有分布。浚县局部直接出露于地表，其余地带埋藏在新生界或上古生界地层之下。埋藏型热储顶板埋深781 m～2170 m不等，最大揭露厚度597 m，其埋深、厚度由隆起区核部向东、东南方向变深变厚，至东南部长垣一带大于3000 m。热储岩性以灰岩、白云质灰岩、质灰岩为主，由于受构造控制，其裂隙、溶隙、溶洞发育程度不等，富水性不均，在构造带附近，裂隙、溶隙发育，富水性较好。统（图1）。对于资料稀少的下古生界热储，将其简化为一水平向无限延伸、平均深度2000 m、平均厚度为400 m的层状岩溶体。

根据《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615-2010），地热储存资源评价采用热储法；地热流体可开采量评价，新生界采用最大允许降深法，开采年限限定为100年，最大允许降深为150 m；下古生界寒武-奥陶系岩溶热储采用可回采系数法。

在计算参数选用方面：地热分区面积根据矢量图实际量取得；热储层含水介质厚度根据区内钻孔资源统计得出；热储孔隙度依据华北地区钻孔岩心资料建立的新近系砂岩孔隙度-深度统计曲线确定；热储温度根据热储平均深度及平均地温梯度值计算取得；岩石及水的比热容根据《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615—2010）确定，最大允许降深取 150 m，设计开采年限为100年；弹性释水系数综合前人研究成果确定；下古生界地热回采系数根据规范取0.2，具体选用参数见表1。

图1 新生界地热资源计算分区图

2 地热资源评价及开采潜力分析

2.1 地热资源计算及评价

2.1.1 热储模型、评价方法及参数选用

根据新近系、古近系砂岩层与泥岩层频繁交互叠置的复杂沉积结构特征将新生界新近系、古近系热储简化为如下概念模型：分为6个地热小区，各区在平面上无限伸展，垂向上为3～4个主要含水砂层，其上、下为相对隔水的泥岩层所组成的多层结构系

2.1.2 资源量计算与评价

依据前述的计算方法对内黄隆起地热田地热资源进行了计算，计算结果见表2。

表1 地热资源计算选用参数一览表

表2 新近系、古近系地热积存资源量计算表

由表2可知，隆起区新近系热储储存的热水量、热能量及热水可开采量都远远大于古近系热储的量，隆起区新生界热储以新近系热储为主。隆起区下古生界碳酸盐岩储层中地热流体可采量为4391.2万m3/a，大于新生界热储总的可开采量2713.79万m3/a，可见隆起区下古生界热储极具开采前景。

2.2 地热资源开采潜力评价

2.2.1 地热资源开发利用现状

内黄隆起属沉积盆地型地热田，地热开发利用方式主要为井采，地热开采主要层位为新近系明化镇组、馆陶组热储，下古生界寒武-奥陶系仅在极个别地段有少量开采。目前，区内有不同深度的地热开采井76眼，主要集中在南乐、清丰、濮阳市、长垣等县市的城区范围内。其中濮阳市、南乐县、清丰县3地有部分地热井用于小区供暖，有尾水回灌设备，其余地热井主要为洗浴、医疗、游泳所用，尾水直接排放。

全区地热水开采总量为734.55万m3/a（见表3），其中新近系明化镇组地热水开采量为472.13万m3/a，下古生界寒武奥陶系地热水开采量262.42万m3/a。

表3 内黄隆起区地热水开发利用情况统计表

2.2.2 地热资源开发利用潜力

地热地热资源开发利用潜力受可开采量限制,根据前述的地热流体可开采量,计算工作区各热储层地热流体剩余可采资源量见表4。

表4 研究区地热流体剩余可采资源量一览表

由表4可知，研究区新近系地热流体热量剩余开采量总计为1854.71万m3/a，古近系地热流体热量剩余开采量总计为541.15万m3/a，寒武奥陶系剩余开采量为4324.89万m3/a，除南乐、濮阳、清丰、浚县等城区地带部分热储层开采量较大外，其余地带仍有巨大的开发利用空间。

2.2.3 地热资源开发利用潜力区划

根据工作区地热资源开发利用现状及其赋存分布特征，本次选取地热流体热量开采系数指标作为地热资源开采潜力分区依据。具体公式如下：

式中：CE为地热流体热量开采系数；Ek为地热流体已开采热能，kJ/a；Ey为地热流体允许开采热能，kJ/a。

采用地热流体热量开采系数来划分，分区标准见表5。

表5 地热流体热量开采系数分区表

据此，对工作区新近系、寒武-奥陶系地热流体热量开采系数热量进行了计算（见表6），并进行了相应的地热资源开发潜力分区（见图2、图3）。

表6 工作区地热资源热量开采系数表

图2 新近系地热资源开采潜力分区图

由表6、图2可知，新近系地热流体热量开采指数除南乐、濮阳、长垣、清丰、延津等城区，均小于40%，表明广大地区新近系热储仍极具开采潜力。其中南乐、濮阳、长垣3地为超采区，展布面积约136.18 km2，占全区面积的1.98%，该区应合理调配地热井分布格局，关闭部分地热井以降低地热资源的开采数量；清丰县城为采补平衡区，面积28 km2，约占全区面积的0.4%，该区地热水开采量已达到其开采极限，政府部门应进行严格管控，控制地热井数量及开采量维持在现有水平上不再进一步增大；延津为具有一定开采潜力区，面积60.78 km2，约占全区面积的0.9%，该区可在进一步论证基础上，适度的扩大开采；滑县-长垣一带的农村为极具开采潜力区，面积2507.44 km2，约占全区面积的30.46%，可继续积极提倡当地进行地热资源的开发利用；其余新近系热储分布地带仅有零散的地热井分布，开采潜力巨大。

图3 寒武-奥陶系地热资源开采潜力分区图

由表6、图3可知，工作区寒武-奥陶系热储层开发利用较少，仅在清丰、濮阳、浚县3地有开采。其中清丰、浚县城区为超采区，濮阳市区虽对该层位有所开发利用，但热量开采系数仅14.12%，为极具开采潜力区；其余广大地带尚未开发利用该层热储，为极具开采潜力区，可大力提倡当地进行该层地热资源的开发利用。

总体来看，工作区地热资源量比较丰富，现有开发只涉及很小的范围，总体开发利用水平较低。因而，地热开发市场广阔，前景看好。

3 结论

（1）内黄隆起地热田属沉积盆地型地热田，热源供给为大地热流传导。区内主要热储层为新近系碎屑岩孔隙热储层和古生界碳酸盐岩岩溶裂隙热储层。

（2）地热田地热资源积存量12117.66亿m3，地热流体可开采总量7104.99万m3/a。其中新生界地热资源积存量11898.10亿m3，地热流体可采量2713.79万m3/a；古生界碳酸盐岩储层积存热水量219.56亿m3，地热流体可采量4391.2万m3/a。

（3）全区地热水总开采量734.55万m3/a，其中新近系开采量472.13万m3/a，下古生界寒武奥陶系开采量262.42万m3/a。剩余可开采总量6720.75万m3/a，仍有巨大的开发利用潜力。

（4）开采潜力分区显示工作区地热开采潜力巨大。其中新近系地热资源南乐、濮阳、长垣三地为超采区，清丰为采补平衡区、延津为具有一定开采潜力区，其余地带为极具开采潜力区；寒武-奥陶系热储除清丰、浚县两地城区属超采区外，其余地带均为极具开采潜力区。