地?zé)豳Y源具有儲(chǔ)量大、分布廣、穩(wěn)定可靠、利用效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)不可或缺的能源。根據(jù)賦存特征、埋藏深度和溫度條件的不同，分為淺層地?zé)?/a>（200 m 以淺）、中深層地?zé)?/a>（200～300 m）、深層地?zé)?/a>（3 000 m以下）。我國(guó)地?zé)豳Y源儲(chǔ)量豐富，約占全球地?zé)?/a>資源的六分之一，根據(jù)估算，我國(guó)中低溫地?zé)豳Y源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤1.23×10¹²t，每年地?zé)?/a>資源可采量折合標(biāo)準(zhǔn)煤 18.5× 10⁸ t。河南省中深層地?zé)豳Y源蘊(yùn)藏豐富、分布面積廣，主要分隆起山地對(duì)流型和沉積盆地傳導(dǎo)型兩大類型，多以地?zé)崴?/a>的形式被開(kāi)發(fā)利用，在供暖、洗浴、生態(tài)種養(yǎng)殖等方面被廣泛應(yīng)用。位于河南省東北部的濮陽(yáng)市，地?zé)豳Y源豐富，是較早開(kāi)發(fā)利用中深層地?zé)豳Y源的地區(qū)之一，但地?zé)豳Y源總量掌握不清，開(kāi)發(fā)利用模式較為粗放，地?zé)豳Y源綜合利用程度和綜合經(jīng)濟(jì)效益有待進(jìn)一步提升。本次研究將整個(gè)濮陽(yáng)市作為研究區(qū)，以研究區(qū)76個(gè)中深層地?zé)?/a>孔的鉆探成果和勘查研究成果為支撐，通過(guò)認(rèn)真整理和分析研究區(qū)地質(zhì)資料，對(duì)研究區(qū)地層分布、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、熱儲(chǔ)特征等進(jìn)行研究總結(jié)，采用體積法定量估算出研究區(qū)地?zé)?/a>資源總量，開(kāi)展了開(kāi)發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)，不僅摸清了濮陽(yáng)市中深層地?zé)豳Y源家底，還可以為濮陽(yáng)市科學(xué)編制地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃、推動(dòng)地?zé)?/a>資源高效開(kāi)發(fā)利用提供一定的理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 地層分布

研究區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)華北坳陷南部，基底由太古界泰山群花崗、片麻巖組成。地層由老到新主要有古生界寒武系∈（白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r等）、奧陶系O（致密灰?guī)r、泥灰?guī)r等）、石炭系C（鋁土頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖、砂巖等）、二疊系P（泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖等），中生界三疊系T（石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r等）、侏羅系J（砂巖、鈣質(zhì)泥巖、長(zhǎng)石石英砂巖等）、白堊系K（泥質(zhì)粉砂巖、安山玢巖、玄武安山巖、火山角礫巖等），新生界古近系E（砂巖等）、新近系館陶組N1g（礫巖、砂礫巖、細(xì)砂巖、粉砂巖等）、明化鎮(zhèn)組N2m（粉砂巖、黏土巖等），第四系Q 松散堆積物。其中，區(qū)域內(nèi)古生界、新生界沉積層與熱儲(chǔ)關(guān)系密切。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)構(gòu)造上橫跨內(nèi)黃凸（?。┢?、東濮凹陷、 菏澤凸起、臨清凹陷四個(gè)構(gòu)造單元（圖 1），其中，濮陽(yáng)市區(qū)及濮陽(yáng)縣西部屬內(nèi)黃隆起，東部屬東濮凹陷，南樂(lè)縣、清豐縣位于內(nèi)黃隆起東北部，范縣位于東濮凹陷及菏澤凸起的結(jié)合部位，臺(tái)前縣處于菏澤凸起。本區(qū)有影響的構(gòu)造均為隱伏構(gòu)造，以斷裂為主，主要分為深大斷裂和局部斷裂兩種類型，其中，深大斷裂主要有磁縣-大名斷裂、安陽(yáng)-清豐斷裂、長(zhǎng)垣斷裂、聊蘭斷裂，控制著內(nèi)黃隆起、東濮凹陷、菏澤凸起構(gòu)造單元?jiǎng)澐郑桓鳂?gòu)造單元內(nèi)局部斷裂也十分發(fā)育，內(nèi)黃隆起內(nèi)發(fā)育有南樂(lè)-龍王廟斷裂和張果屯-孟軻集斷裂，東濮凹陷內(nèi)發(fā)育有黃河斷裂等。

1.3 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地下含水層主要有六套，分別為第四系淺層孔隙含水層系統(tǒng)、第四系深層孔隙含水層系統(tǒng)、

新近系明化鎮(zhèn)組砂巖孔隙裂隙含水層系統(tǒng)、新近系館陶組砂巖孔隙裂隙含水層系統(tǒng)、古近系東營(yíng)組砂巖孔隙裂隙含水層系統(tǒng)和奧陶系灰?guī)r縫洞含水層系統(tǒng)。目前，研究區(qū)中深層地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用的主要是新近系館陶組砂巖孔隙裂隙含水層系統(tǒng)、奧陶系灰?guī)r縫洞含水層系統(tǒng)，其中，館陶組含水層層數(shù)10～40層，厚度150～400 m，補(bǔ)給主要為側(cè)向徑流補(bǔ)給；奧陶系含水層深度變化較大，內(nèi)黃隆起、菏澤凸起等構(gòu)造凸起區(qū)熱儲(chǔ)埋藏深度適中，東濮凹陷熱儲(chǔ)埋藏深度偏大，儲(chǔ)層巖溶裂隙發(fā)育，地?zé)崴?/a>的補(bǔ)給來(lái)源有所差異，菏澤凸起區(qū)奧陶系地?zé)崴?/a>來(lái)源主要為魯中山區(qū)自東南向西北徑流，內(nèi)黃隆起的巖溶地?zé)崴?/a>主 要來(lái)自太行山區(qū)自西向東的徑流補(bǔ)給。

2 地?zé)釤醿?chǔ)特征

2.1 熱儲(chǔ)層特征

研究區(qū)中深層地?zé)?/a>熱儲(chǔ)類型主要為層狀兼帶狀熱儲(chǔ)。根據(jù)研究區(qū)熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)、區(qū)域構(gòu)造和地層沉積特征，館陶組熱儲(chǔ)頂面埋深差別不大，在1 000 m左右，新近系館陶組底面、奧陶系頂面構(gòu)造如圖2所示。由圖2可知，館陶組熱儲(chǔ)底面埋深受構(gòu)造控制明顯，其中，清豐-濮陽(yáng)-南樂(lè)以西，內(nèi)黃隆起核部埋深1 000 m左右，聊蘭斷裂以東埋藏1200 m左右，呈現(xiàn)凹陷中心向斜坡帶逐步變淺的趨勢(shì)。奧陶系熱儲(chǔ)埋藏深度變化范圍較大，頂面埋深800～7 000 m，內(nèi)黃凸起、菏澤凸起熱儲(chǔ)頂面埋藏深度一般在2 000 m以淺，清豐縣西部埋藏最淺，濮陽(yáng)市南部與開(kāi)封市交界處埋藏最深，總體規(guī)律是越靠近隆起、凸起核部埋藏越淺，越靠近凹陷中心越深。

2.2 熱儲(chǔ)溫度特征

研究區(qū)館陶組熱儲(chǔ)層主要是由中、細(xì)砂巖組成，現(xiàn)有地?zé)峋?/a>開(kāi)采層 775～945 m 以下至 1 300～1 450 m；奧陶系熱儲(chǔ)層主要由奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r組成，現(xiàn)有地?zé)峋?/a>開(kāi)采層為 1 200～2 458 m。根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔測(cè)溫和恒溫帶地溫資料計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表1，館陶組熱儲(chǔ)層、奧陶系熱儲(chǔ)層的地溫梯度分別為 3.14 ℃/100 m、2.67 ℃/100 m。縱向上看，地溫梯度受地層巖性影響較大，奧陶系熱儲(chǔ)的增溫率低于新近系砂巖的增溫率；平面上看，地溫梯度變化與地?zé)峋?/a>所處構(gòu)造位置關(guān)系密切，靠近深大斷裂-聊蘭斷裂區(qū)域的范縣地?zé)峋?/a>地溫梯度普遍偏高。根據(jù)研究區(qū)熱儲(chǔ)埋深、地溫梯度，對(duì)研究區(qū)新近系館陶組熱儲(chǔ)溫度和奧陶系頂部熱儲(chǔ)溫度進(jìn)行分析。

其中，新近系館陶組熱儲(chǔ)底面溫度 45～70 ℃，濮陽(yáng)主城區(qū)至清豐一線熱儲(chǔ)溫度 45 ℃ 左右，南樂(lè)縣熱儲(chǔ)溫度 50 ℃ 左右，范縣、臺(tái)前區(qū)域熱儲(chǔ)溫度 40～45 ℃。 奧陶系巖溶熱儲(chǔ)頂面溫度跨度較大，主要受埋藏深度的影響，濮陽(yáng)-清豐主城區(qū)因所處構(gòu)造位置、熱儲(chǔ)埋藏深度相當(dāng)，熱儲(chǔ)頂面溫度 50～60 ℃；濮陽(yáng)縣東濮凹陷區(qū)域溫度大于 70 ℃；南樂(lè)縣熱儲(chǔ)溫度 60～70 ℃； 范縣聊蘭斷裂以西，熱儲(chǔ)溫度大于 120 ℃；聊蘭斷裂以東范縣區(qū)域熱儲(chǔ)溫度 60～70 ℃；臺(tái)前區(qū)域熱儲(chǔ)頂面溫度 60～90 ℃。

2.3 地?zé)崃黧w特征

根據(jù)研究區(qū)收集到的已有鉆孔水質(zhì)分析資料，新生界砂巖熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w水化學(xué)類型為 SO₄?Cl-Na，pH值為7.9，屬弱堿性水；礦化度為2 274.68 mg/L左右，屬微咸水；總硬度（以 CaCO₃ 計(jì)）為353.5 mg/L，屬硬水；總?cè)芙庑怨腆w一般在2 357.97 mg/L左右 ，H₂SiO₃含量一般在31 mg/L 左右；礦化度、總?cè)芙舛却笮‰S深度的增加呈明顯的變化，在 2 000 m 左右礦化度達(dá)6000 mg/L，水化學(xué)類型基本保持不變。古生界碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層地熱流體水化學(xué)類型主要為SO₄?Cl-Ca?Na、SO₄?Cl-Na?Ca型，pH一般7.1～7.6，屬弱堿性水；總硬度（以 CaCO₃ 計(jì)）在1 108～1594 mg/L之間，屬特硬水；礦化度一般在2 714.82～3 560.00 mg/L，屬咸水；H₂SiO₃ 含量一般 在 32.5～46.3 mg/L之間。研究區(qū)地熱流體水化學(xué)成分見(jiàn)表 2，奧陶系巖溶地?zé)崴c新近系館陶組砂巖地?zé)崴饕庩?yáng)離子含量表現(xiàn)出一定的差異性，新近系館陶組地?zé)崴甆a+離子含量明顯高于奧陶系巖溶熱儲(chǔ)，K +離子和Mg+離子含量相對(duì)低。

3 地?zé)豳Y源儲(chǔ)量估算

3.1 參數(shù)確定

研究區(qū)館陶組熱儲(chǔ)及奧陶系熱儲(chǔ)全區(qū)均有分布，熱儲(chǔ)面積按照研究區(qū)的面積進(jìn)行計(jì)算， 合計(jì)為4 272.7 km²。結(jié)合收集到的現(xiàn)有鉆孔資料、物探資料和巖石物性測(cè)試結(jié)果，以及地層劃分及各熱儲(chǔ)層段特征的平均值，確定研究區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)層主要物性參數(shù)，其中，館陶組熱儲(chǔ)的巖石密度為2600 kg/m³、地熱流 體密度為1 000 kg/m³、巖石比熱容為 878 J/kg·℃、水比熱容為4 180 J/kg·℃、熱儲(chǔ)平均溫度為55℃、有效厚度為200 m、孔隙度為25%，奧陶系熱儲(chǔ)的巖石密度為2700 kg/m³、地?zé)崃黧w密度為 1 000 kg/m³、巖石比熱容為920 J/kg·℃、水比熱容為 4 180 J/kg·℃、熱儲(chǔ)平均溫度為50℃、有效厚度為150 m、孔隙度為7%。根據(jù)收集到的淺層地?zé)?/a>井測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，研究區(qū)恒溫層溫度為13.5℃。

3.2 資源量計(jì)算

研究區(qū)的地?zé)豳Y源量計(jì)算采用熱儲(chǔ)體積法，計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

式中：Q 為熱儲(chǔ)中儲(chǔ)存的熱量總量，J；A 為研究區(qū)熱儲(chǔ)面積，m 2 ；H 為熱儲(chǔ)厚度，m；T_r 為熱儲(chǔ)平均溫度，℃；T_j 為恒溫層溫度，℃； 為熱儲(chǔ)巖石和水的平均比熱容，J/m³ ·℃。 ˉC 研究區(qū)熱儲(chǔ)巖石和水的平均比熱容的計(jì)算公式見(jiàn)式（2）。

式中：ρ_c、ρ_w 分別為巖石和水的密度，kg/m³ ；C_c、C_w 分別為巖石和水的比熱容，J/kg·℃；φ 為巖石孔隙度。研究區(qū)地?zé)豳Y源可采量的計(jì)算公式見(jiàn)式（3）。

式中：Q_WH為地?zé)豳Y源可采量，即可回收的地?zé)豳Y源量（從井口得到的熱），J；R_E為熱儲(chǔ)回收率，根據(jù)《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法及估算規(guī)程》（DZ/T 0331—2020）中B.2.3 條中推薦參數(shù)，研究區(qū)內(nèi)館陶組熱儲(chǔ)回收率取25%、奧陶系熱儲(chǔ)回收率取15%。根據(jù)上述確定的參數(shù)，利用式（1）～式（3）可以計(jì)算得出，研究區(qū)內(nèi)館陶組熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源總量為8.67×10¹⁰GJ， 折合標(biāo)準(zhǔn) 煤 2.96×10⁹ t，可采資源量為2.17×10¹⁰GJ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤 7.40×10⁸t；奧陶系熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源總量為 9.68×10¹⁰GJ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤 3.30×10⁹ t，可采資源量為1.45×10¹⁰GJ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤 4.95×10⁸ t，開(kāi)發(fā)利用前景廣闊。

4 適宜性評(píng)價(jià)

研究區(qū)主要地處內(nèi)黃隆起-東濮凹陷-菏澤凸起三大構(gòu)造單元內(nèi)，還有局部地區(qū)處于臨清凹陷。其中，內(nèi)黃隆起區(qū)主要包括濮陽(yáng)市區(qū)、濮陽(yáng)縣、清豐縣和南樂(lè)縣大部分地區(qū)，區(qū)內(nèi)奧陶系碳酸鹽巖地層溶蝕發(fā)育、水量充沛，可開(kāi)發(fā)利用價(jià)值較高；菏澤凸起區(qū)主要包括范縣東段和臺(tái)前縣，區(qū)內(nèi)奧陶系在該區(qū)域溶蝕孔洞發(fā)育、富水性強(qiáng)，為主要利用熱儲(chǔ)層；東濮凹陷區(qū)主要包括范縣縣城西部、文留鎮(zhèn)、濮城鎮(zhèn)等區(qū)域，臨清凹陷主要包括南樂(lè)縣北部局部地區(qū)，區(qū)內(nèi)奧陶系巖溶熱儲(chǔ)埋藏深度多超過(guò) 4 000 m，且富水性差，館陶組砂巖熱儲(chǔ)水量豐富。結(jié)合研究區(qū)所處地?zé)岬刭|(zhì)條件和已開(kāi)展的地?zé)峁ぷ鞒晒?，將研究區(qū)劃分為四大地?zé)豳Y源分區(qū)和 10 個(gè)次級(jí)分區(qū)見(jiàn)表 3、圖 3。

結(jié)合上述認(rèn)識(shí)，認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)凸起區(qū)熱儲(chǔ)頂面埋深 2 000 m 以淺的奧陶系巖溶熱儲(chǔ)地?zé)崴凰詮?qiáng)，更具開(kāi)發(fā)利用價(jià)值；凹陷及斜坡帶底面埋深大于1 400 m 的新近系館陶組砂巖熱儲(chǔ)地?zé)崴疁匾话愦笥?50 ℃，且下部含有富水的底礫石巖，地?zé)峋灰壮錾?，開(kāi)發(fā)利用條件更有利。綜上所述，按行政區(qū)劃對(duì)研究區(qū)進(jìn)行總結(jié)。其中，濮陽(yáng)市區(qū)及濮陽(yáng)縣處于橫跨東濮凹陷及內(nèi)黃隆起構(gòu)造帶，平均地溫梯度為 3.2～3.5 ℃/100 m，為研究區(qū)地溫梯度最大的區(qū)塊，在新近系明化鎮(zhèn)組砂巖和館陶組中細(xì)砂巖層中儲(chǔ)存有 30～60 ℃ 的地?zé)崴?；在古生界奧陶系灰?guī)r層儲(chǔ)存有60℃的地?zé)崴?，埋深?1 500 m 左右。清豐縣處于內(nèi)黃凸起地?zé)崽?/a>東北部，熱儲(chǔ)類型主要為層狀熱儲(chǔ)，熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)完整，熱儲(chǔ)蓋層、熱儲(chǔ)層齊全，新生界砂巖熱儲(chǔ)層遍布整個(gè)區(qū)域，熱儲(chǔ)層厚646～900 m、熱儲(chǔ)溫度 30～50 ℃；古生界碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層為該區(qū)主要利用熱儲(chǔ)層，頂板埋深1100～1 800 m，西部埋深較東部淺，裂隙及溶隙發(fā)育、富水性好，單井涌水量大于100 m³ /h，井口水溫52～60 ℃。南樂(lè)縣處于內(nèi)黃隆起東斜坡處，熱儲(chǔ)類型主要為新近系館陶組層狀熱儲(chǔ)及奧陶系灰?guī)r熱儲(chǔ)，熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)完整，熱儲(chǔ)層、蓋層齊全。由圖3可知，Ⅰ區(qū)的南樂(lè)斷裂以西地區(qū)利用熱儲(chǔ)層主要為館陶組熱儲(chǔ)，熱儲(chǔ)平均溫度為54℃；Ⅱ區(qū)的南樂(lè)斷裂以東地區(qū)主要利用熱儲(chǔ)層段為奧陶系熱儲(chǔ)，熱儲(chǔ)平均溫度為70℃，單井水量大于100 m³ /h。范縣橫跨東濮凹陷及菏澤凸起兩個(gè)構(gòu)造單元，熱儲(chǔ)類型主要為層狀兼帶狀熱儲(chǔ)，可供利用的熱儲(chǔ)層有兩個(gè)：聊蘭斷裂西部為新近系砂巖熱儲(chǔ)、聊蘭斷裂東部為奧陶系灰?guī)r熱儲(chǔ)，新近系砂巖熱儲(chǔ)遍布全區(qū)，熱儲(chǔ)溫度 50 ℃ 以上；奧陶系熱儲(chǔ)分布在聊蘭斷裂東部，儲(chǔ)層厚度一般在600～1 000 m左右，單井涌水量68～120 m³ /h，井口水溫60℃左右。臺(tái)前縣處于菏澤凸起上，初步評(píng)價(jià)認(rèn)為奧陶系巖溶熱儲(chǔ)具備一定的利用潛力。因此，本次評(píng)價(jià)認(rèn)為，濮陽(yáng)市區(qū)及濮陽(yáng)縣館陶組砂巖熱儲(chǔ)、奧陶系灰?guī)r熱儲(chǔ)都是開(kāi)發(fā)利用有利區(qū)，清豐縣優(yōu)先利用奧陶系灰?guī)r熱儲(chǔ)，南樂(lè)縣的南樂(lè)斷裂以西地區(qū)以利用館陶組砂巖熱儲(chǔ)為主，南樂(lè)斷裂以東地區(qū)以利用奧陶系灰?guī)r熱儲(chǔ)為主，范縣優(yōu)先利用新近系砂巖熱儲(chǔ)，臺(tái)前縣東部以利用奧陶系灰?guī)r熱儲(chǔ)為主。

5 結(jié) 論

1）研究區(qū)中深層地?zé)釤醿?chǔ)類型主要為層狀兼帶狀熱儲(chǔ)，主要開(kāi)發(fā)利用的熱儲(chǔ)層為孔隙型砂巖和巖溶型碳酸鹽巖兩套熱儲(chǔ)，通過(guò)采用體積法計(jì)算，館陶組熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源總量為 8.67×10¹⁰GJ、可采資源量為2.17×10¹⁰GJ，奧陶系熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源總量為 9.68×10¹⁰GJ、可采資源量為 1.45×10¹⁰GJ，綜合開(kāi)發(fā)利用潛力巨大，對(duì)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、改善環(huán)境具有重要意義。

2）研究區(qū)內(nèi)凸起區(qū)熱儲(chǔ)頂面埋深2000m以淺的奧陶系巖溶熱儲(chǔ)地?zé)崴凰詮?qiáng)、地?zé)崴疁囟?/a>高，凹陷及斜坡帶底面埋深大于1400m 的新近系館陶組砂巖熱儲(chǔ)地?zé)崴疁匾话愦笥?50 ℃，相比于砂巖熱儲(chǔ)，淺埋藏奧陶系熱儲(chǔ)的巖溶裂縫發(fā)育程度高、地?zé)崴h(huán)和補(bǔ)給強(qiáng)、礦化度低、易回灌，更適宜開(kāi)發(fā)利用。