太原盆地岩溶热储地热资源评价

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.02.09

摘要/Abstract

摘要：

太原盆地断裂构造发育,地热资源丰富,是我国具有代表性的中低温地热田,故太原盆地地热资源的整体评价对其大规模的开发利用具有重要意义。以太原盆地构造演化分析、地震和电法等剖面解释、最新钻井测井解释成果为研究基础,以盆地二级构造单元为划分依据,采用“热储体积法”将太原盆地划分为8个地热田并作为评价单元。针对8个评价单元的寒武-奥陶系碳酸盐岩岩溶热储进行了精细评价。综合评价得出太原盆地碳酸盐岩岩溶热储具有热储盖层稳定、埋深浅、储集层段多、储量大等特点。表现为岩溶热储上覆盖层厚度400~2 000 m,储集层从老至新依次发育了奥陶系峰峰组、上马家沟组、下马家沟组、亮甲山组和寒武系凤山组、长山组6套主力含水层段。地温梯度一般为3~4 ℃/100 m之间,热储温度为30~80 ℃。在此基础上,根据地热田热储面积和厚度、热储温度、孔隙度、比热容和密度等参数,计算西温庄地热田地热资源量,得出太原盆地可采资源量13.84×10⁸ GJ,折合标煤4 721.9×10⁴ t,初步摸清了太原盆地的地热资源分布规律以及资源量。

关键词: 岩溶热储, 地热田, 地热资源量, 太原盆地

Abstract:

Taiyuan basin is a representative low-moderate temperature geothermal field in China, with well-developed fault structure and abundant geothermal resources. The overall evaluation of geothermal resources in Taiyuan basin is of great significance to its large-scale development and utilization. Based on the structural evolution analysis, seismic and electrical profiles interpretations and the latest well logging interpretations, the basin is divided into eight geothermal fields as evaluation units with the “thermal energy storage method” based on the secondary structural units. Carbonate karst thermal reservoirs of Cambrian-Ordovician in eight evaluation units have been carefully evaluated. The results show that the carbonate karst thermal reservoir in the basin is characterized by stable thermal reservoir and caprock, shallow burial depth, multiple reservoir sections and large reserves. The cap rocks of karst thermal reservoir result in burial depths of 400 to 2,000 m. From top to bottom, six major aquifer sections of Ordovician Fengfeng Formation, Upper Majiagou Formation, Lower Majiagou Formation, Liangjiashan Formation, Cambrian Fengshan Formation and Changshan Formation are deposited successively. The average geothermal gradient is 3.0 to 4.0 ℃/100 m, and the geothermal water temperatures range is 30 to 80 ℃. Based on that and the parameters of geothermal reservoir area, thickness, temperature, porosity, heat capacity and density, the total exploitable geothermal reserves in the geothermal field is calculated to be 13.84×10⁸ GJ, which is equivalent to 4,721.9×10⁴ t of standard coal. Distribution regularity and amount of geothermal resources in the Taiyuan basin is thus preliminarily clarified.

Key words: karst thermal reservoir, geothermal field, geothermal resource, Taiyuan basin

中图分类号:

P314

王婷灏, 汪新伟, 张瑄, 毛翔, 王迪, 武明辉. 太原盆地岩溶热储地热资源评价[J]. 现代地质, 2020, 34(02): 297-308.

WANG Tinghao, WANG Xinwei, ZHANG Xuan, MAO Xiang, WANG Di, WU Minghui. Geothermal Resources Evaluation of Karst Thermal Reservoir in Taiyuan Basin[J]. Geoscience, 2020, 34(02): 297-308.

图/表 9

参考文献 34

[1]	刘和甫, 李景明, 李晓清, 等. 中国克拉通盆地演化与碳酸盐岩—蒸发岩层序油气系统[J]. 现代地质, 2006,20(1):1-18.
[2]	林畅松. 沉积盆地的构造地层分析——以中国构造活动盆地研究为例[J]. 现代地质, 2006,20(2):185-194.
[3]	任大忠, 孙卫, 魏虎, 等. 华庆油田长8₁储层成岩相类型及微观孔隙结构特征[J]. 现代地质, 2014,28(2):379-387.
[4]	樊太亮, 于炳松, 高志前. 塔里木盆地碳酸盐岩层序地层特征及其控油作用[J]. 现代地质, 2007,21(1):57-65.
[5]	陈光平. 太原盆地西温庄地热田地热地质条件分析[J]. 华北国土资源, 2011(3):5-7.
[6]	丰成君, 张鹏, 戚帮申, 等. 郯庐断裂带附近地壳浅层现今构造应力场[J]. 现代地质, 2017,31(1):46-70.
[7]	王聪明. 太原盆地地热构造研究[J]. 中国科技信息, 2011(6):16-18.
[8]	山西省地质工程勘探院. 太原市小店区西温庄地热田地下热水资源评价及其开发利用和保护[R]. 太原: 山西省地质工程勘察院, 2008: 1-3.
[9]	赵明, 樊太亮, 于炳松, 等. 塔中地区奥陶系碳酸盐岩储层裂缝发育特征及主控因素[J]. 现代地质, 2009,23(4):709-718.
[10]	汪新伟, 王婷灏, 张瑄, 等. 太原盆地西温庄地热田的成因机制[J]. 地球科学, 2019,44(3):1042-1056.
[11]	马瑞. 碳酸盐岩热储隐伏型中低温热水的成因与水—岩相互作用研究[R]. 武汉: 中国地质大学, 2007.
[12]	马腾, 王焰新, 马瑞, 等. 太原盆地区碳酸盐岩中-低温地热系统演化[J]. 地球科学——中国地质大学学报, 2012,37(2):229-237.
[13]	张海永. 山西沉积盆地型地热资源分布及其特征[J]. 华北国土资源, 2016(6):115-116.
[14]	姜光政, 高堋, 饶松, 等. 中国大陆地区大地热流数据汇编(第四版)[J]. 地球物理学报, 2016,59(8):2893-2910.
[15]	熊盛青, 杨海, 丁燕云, 等. 中国陆域居里等温面深度特征[J]. 地球物理学报, 2006,59(10):3604-3617.
[16]	梅冥相, 张丛, 张海, 等. 上扬子区下寒武统的层序地层格架及其形成的古地理背景[J]. 现代地质, 2006,20(2):195-208.
[17]	吴奇, 许立青, 李三忠, 等. 华北地块中部活动构造特征及汾渭地堑成因探讨[J]. 地学前缘, 2013,20(4):104-114.
[18]	关英斌, 李海梅. 太原地区构造格局及其演化[J]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版), 2001,20(1):32-35.
[19]	史晓颖, 张传恒, 蒋干清, 等. 华北地台中元古代碳酸盐岩中的微生物成因构造及其生烃潜力[J]. 现代地质, 2008,22(5):669-682.
[20]	贺鹰. 太原盆地西温庄隆起地热田地质特征[J]. 山西焦煤科技, 2010,34(6):47-56.
[21]	徐世光, 郭远生. 地热学基础[M]. 北京: 科学出版社, 2009: 1-200.
[22]	DZ40-85地热资源评价方法[S]. 北京: 中华人民共和国地质矿产部, 1996: 1-19.
[23]	张保健, 高宗军, 张凤禹, 等. 华北盆地地下热水的水动力条件及水化学响应[J]. 地学前缘, 2015,22(6):217-226.
[24]	郭世炎, 李小军. 河北保定容城凸起地热田储层属性与资源潜力[J]. 地质科学, 2013,48(3):922-931. DOI URL
[25]	王治祥, 温金梅, 李德龙. 热储法在地热资源评价中的应用——以重庆巴南区地热田为例[J]. 地下空间与工程学报, 2015,11(增刊):342-346.
[26]	张寿山. 山西省太原地区的岩溶水文地质结构系统[J]. 地质科学, 1990(2):173-182.
[27]	赵铭海, 李晓燕, 宋明水, 等. 济阳坳陷东营组—馆陶组地热资源评价[J]. 油气地质与采收率, 2015,22(4):1-5+13.
[28]	王贵玲, 张薇, 蔺文静, 等. 京津冀地区地热资源成藏模式与潜力研究[J]. 中国地质, 2017,44(6):1074-1085.
[29]	赵振, 于漂罗, 陈惠娟, 等. 青海省西宁地热田成因分析及资源评价[J]. 中国地质, 2015,42(3):803-810.
[30]	韩征, 崔一娇, 王树芳, 等. 基于蒙特卡罗法的地热资源评价——以河北省雄县地热田为例[J]. 城市地质, 2015,10(4):58-62.
[31]	韩颖, 白雪峰, 张欣. 山西省地热资源及其开发利用模式探讨[J]. 中国地质调查, 2018,5(5):13-20.
[32]	朱喜, 张庆莲, 刘彦广. 基于热储法的鲁西平原地热资源评价[J]. 地质科技情报, 2016,35(4):172-177.
[33]	郭清海, 王焰新. 典型新生代断陷盆地内孔隙地下水地球化学过程及其模拟:以山西太原盆地为例[J]. 地学前缘, 2014,21(4):83-90.
[34]	李向全, 侯新伟, 周志超, 等. 太原盆地地下水系统水化学特征及形成演化机制[J]. 现代地质, 2009,23(1):1-8.

编号	井名	地理位置	构造单元	取水层段/m	热储层位	奥陶系顶面埋深垂深/m	井口水温/℃
1	RN32	西华苑	西铭断阶	1 547~1 803	∈₃	940	31.5
2	N₁	农展馆	城南隆起	.01 245~1 690.5	O₂f+O₂s	1 200	50
3	L₁	丽华苑	城南隆起	.001 287~1 803.35	O₂f+O₂s	1 200	62.5
4	DKY-1	地勘院	城区凹陷	.0 00875~1 339.21	O₂x+O₂s	1 000	51
5	S₁	神堂沟	西边山断阶	.00410~603.71	O₂f+O₂s	470	43
6	伞₁	伞儿树村	城东断阶	.0 660~1 200	O₂	661	33
7	M₁	煤炭学院	亲贤地垒	.0 755~1 300	O₂		33
8	SSSS-5	三十三所	西温庄隆起	1 405.11~2 308.0	O+∈₃f	1 430	61
9	QGY-2	青干院	西温庄隆起	1 895~2 628	O+∈₃f	1 860	66
10	NMC-1	农牧场	西温庄隆起	.001 512~2 219.70	O+∈₃f	1 469.09	72
11	CDL-1	昌达隆	西温庄隆起	.001 576~2 353.80	O+∈₃f	1 526.3	53
12	TD-1	太原大学	西温庄隆起	1 550.13~2 260.00	O+∈₃f	1 505	68
13	GXWL-1	高新物流	西温庄隆起	1 842~2 690	O+∈₃f	1 805	66
14	JLQC-1	江铃汽车	西温庄隆起	1 598~2 369	O+∈₃f	1 552	60

编号	井名	地理位置	构造单元	取水层段/m	热储层位	奥陶系顶面埋深垂深/m	井口水温/℃
1	RN32	西华苑	西铭断阶	1 547~1 803	∈₃	940	31.5
2	N₁	农展馆	城南隆起	.01 245~1 690.5	O₂f+O₂s	1 200	50
3	L₁	丽华苑	城南隆起	.001 287~1 803.35	O₂f+O₂s	1 200	62.5
4	DKY-1	地勘院	城区凹陷	.0 00875~1 339.21	O₂x+O₂s	1 000	51
5	S₁	神堂沟	西边山断阶	.00410~603.71	O₂f+O₂s	470	43
6	伞₁	伞儿树村	城东断阶	.0 660~1 200	O₂	661	33
7	M₁	煤炭学院	亲贤地垒	.0 755~1 300	O₂		33
8	SSSS-5	三十三所	西温庄隆起	1 405.11~2 308.0	O+∈₃f	1 430	61
9	QGY-2	青干院	西温庄隆起	1 895~2 628	O+∈₃f	1 860	66
10	NMC-1	农牧场	西温庄隆起	.001 512~2 219.70	O+∈₃f	1 469.09	72
11	CDL-1	昌达隆	西温庄隆起	.001 576~2 353.80	O+∈₃f	1 526.3	53
12	TD-1	太原大学	西温庄隆起	1 550.13~2 260.00	O+∈₃f	1 505	68
13	GXWL-1	高新物流	西温庄隆起	1 842~2 690	O+∈₃f	1 805	66
14	JLQC-1	江铃汽车	西温庄隆起	1 598~2 369	O+∈₃f	1 552	60

地热田名称	层位	评价单元面积/km²	热储层平均有效厚度/m	热储层平均温度/℃	热储层平均孔隙度/%	地热资源量 /10⁸GJ	折合标煤 /10⁸t	可采地热资源量/10⁸GJ	岩石比热/ (J/(kg·℃))
西温庄	峰峰组	124.94	37.5	56.4	7.0	6.09	0.21
	上马家沟组	124.94	58.2	62.4	6.0	10.52	0.36
	下马家沟组	124.94	46.8	71.3	5.0	9.74	0.33
	亮甲山组	124.94	26.3	75.8	4.5	5.81	0.20
	冶里组	124.94	15.8	78.4	4.0	3.59	0.12
	凤山组	124.94	18.6	78.5	3.5	6.32	0.22
	长山组	124.94	7.4	78.9	3.0	2.53	0.09
	崮山组	124.94	2.1	79.1	2.0	0.73	0.02
小计						45.33	1.55	6.80	2 320.3
城区凹陷	奥陶系	30.6	166.3	40	5.5	4.01	0.14
城区凹陷	寒武系	30.6	35	42.7	3.0	0.82	0.028
西铭断阶	奥陶系	43.77	158.8	37	5.5	4.88	0.17
西铭断阶	寒武系	43.77	28	38.5	2.5	0.81	0.027
城东断阶	奥陶系	65.19	160.0	43	5.5	9.12	0.31
城东断阶	寒武系	65.19	30	45	2.5	1.61	0.056
亲贤地垒	奥陶系	10.68	162.5	38	5.5	1.27	0.04
亲贤地垒	寒武系	10.68	31	40	2.5	0.23	0.008
城南隆起	奥陶系	24.12	180.0	53	5.5	5.04	0.17
城南隆起	寒武系	24.12	40	56.5	3.0	1.18	0.041
西边山断阶	奥陶系	59.61	157.5	30	5.5	4.71	0.16
西边山断阶	寒武系	59.61	26	31.3	3.5	0.74	0.026
晋源凹陷	奥陶系	128.92	175.0	55	5.5	27.47	0.94
晋源凹陷	寒武系	128.92	38	57.9	3.0	5.64	0.194
合计						112.86	3.86	16.93	5 782.7

地热田名称	层位	评价单元面积/km²	热储层平均有效厚度/m	热储层平均温度/℃	热储层平均孔隙度/%	地热资源量 /10⁸GJ	折合标煤 /10⁸t	可采地热资源量/10⁸GJ	岩石比热/ (J/(kg·℃))
西温庄	峰峰组	124.94	37.5	56.4	7.0	6.09	0.21
	上马家沟组	124.94	58.2	62.4	6.0	10.52	0.36
	下马家沟组	124.94	46.8	71.3	5.0	9.74	0.33
	亮甲山组	124.94	26.3	75.8	4.5	5.81	0.20
	冶里组	124.94	15.8	78.4	4.0	3.59	0.12
	凤山组	124.94	18.6	78.5	3.5	6.32	0.22
	长山组	124.94	7.4	78.9	3.0	2.53	0.09
	崮山组	124.94	2.1	79.1	2.0	0.73	0.02
小计						45.33	1.55	6.80	2 320.3
城区凹陷	奥陶系	30.6	166.3	40	5.5	4.01	0.14
城区凹陷	寒武系	30.6	35	42.7	3.0	0.82	0.028
西铭断阶	奥陶系	43.77	158.8	37	5.5	4.88	0.17
西铭断阶	寒武系	43.77	28	38.5	2.5	0.81	0.027
城东断阶	奥陶系	65.19	160.0	43	5.5	9.12	0.31
城东断阶	寒武系	65.19	30	45	2.5	1.61	0.056
亲贤地垒	奥陶系	10.68	162.5	38	5.5	1.27	0.04
亲贤地垒	寒武系	10.68	31	40	2.5	0.23	0.008
城南隆起	奥陶系	24.12	180.0	53	5.5	5.04	0.17
城南隆起	寒武系	24.12	40	56.5	3.0	1.18	0.041
西边山断阶	奥陶系	59.61	157.5	30	5.5	4.71	0.16
西边山断阶	寒武系	59.61	26	31.3	3.5	0.74	0.026
晋源凹陷	奥陶系	128.92	175.0	55	5.5	27.47	0.94
晋源凹陷	寒武系	128.92	38	57.9	3.0	5.64	0.194
合计						112.86	3.86	16.93	5 782.7

区块	热储顶板埋深 /m	热储层有效厚度 /m	热储层温度 /℃	热储层平均孔隙度/%	可采资源量丰度/ (10⁴t标煤/km²)	供热市场需求
西温庄中西部	1 300~1 500	184.5	65~75	6.0	14.65	有需求
城区凹陷南部	600~700	166.3	45~50	5.5	6.71	有需求
城南隆起北部	0 800~1 200	180.0	50~55	5.5	10.69	有需求
晋源凹陷东部	1 400~1 600	175.0	65~70	5.5	10.91	有需求
晋源凹陷西北部	1 400~1 600	175.0	65~70	5.5	10.91	有需求