安阳市某商业步行街地热地质条件初析

2012-08-30 16:54:00 科学时代·下半月 2012年6期

王琼

[摘 要] 项目区地处安阳次凹陷东部,沉积有巨厚的新生界碎屑岩、中生界碎屑岩、古生界碳酸盐岩,基底为太古界变质岩系。根据周边区域物探资料显示在深度2100m处有一断裂通过。预测分析认为,区内为传导型地热资源,主要为层状热储及断裂破碎带(影响带)热储,地温梯度2~3℃/100m。根据地热地质条件,统计并分析已开采地热井的井深、出水量、水温及单位涌水量等资料得出:本次项目设计井深1800m,水温55℃,水量60m3/h,是可行的。

[关键词] 地热地质条件热储层安阳次凹陷东部

地热是一种清洁、可再生的绿色能源,开发地热有助于提高城市品位,有利于实现生态城市的建设,改善环境、构建和谐社会,其意义远大。安阳市西临太行山,东与华北平原相连,地势西高东低、南北高中间低。按成因类型和形态差异可分剥蚀岗丘和洹河冲洪积扇两大地貌类型。本次论证区位于洹河冲洪积扇地热封闭条件优越,热能储量大。据统计:安阳市区目前开采地热水的深水井共有八眼,由于安阳地质构造复杂,地热井分布较不均匀,其中三眼分布在京广铁路以西,五眼位于京广铁路以东。安阳市已开采地热井井深一般在1000—1800m之间,井口出水温度31—56℃,单井出水量25—67m3/h。已开采的地热井主要用于供暖、洗浴,开发利用较为单一,但其产生的经济效益较为显著。

1.地质概况

1.1区域地层岩性

工作区属华北地层大区,太古界变质岩系形成区域结晶基底,其上依次覆盖以碳酸盐岩为主的下古生界寒武系—奥陶系,以碎屑岩为主的上古生界石炭—二叠系、中生界三叠系,以及以松散、固结、半固结碎屑岩类为主的新生界。工作区绝大部分地表为第四系覆盖。地层由老到新分述如下:

(1)太古界

登封群(Ardn),岩性主要为黑云(二云)斜长片麻岩、黑云(二云)变粒岩、斜长角闪片(麻)岩、千枚岩、绢云石英片岩,夹少量大理石及磁铁石英岩,为一套区域变质、混合岩化变质作用形成的不同程度的变质岩类。隐伏于盖层之下。

(2)古生界

包括下古生界寒武系—中奥陶统,上古生界中石炭统—二叠系,缺失上奥陶统—下石炭系。

①寒武系(∈)

分布全区,隐伏于盖层之下。为一套滨海氧化还原环境中的沉积产物,其岩性下部以碎屑岩为主,中部为灰岩、泥质灰岩为主夹碎屑岩,上部以厚层灰岩为主。

②奥陶系(O)

其岩性以厚层—巨厚层灰岩、白云岩为主。

③石炭系(C)

为一组海陆交互相沉积,岩性为铝土质页岩或泥岩,夹灰岩透镜体及薄煤层,其下与奥陶系平行不整合接触。

④二叠系(P)

彰武水库西部出露地表,产状105∠20,岩性为灰绿色、紫红色、灰白色砂页岩为主夹煤层。为一套海陆交互相、沼泽相、河湖相沉积。

(3)中生界

中原油田钻探揭露本区有中生界三叠系(T)分布。

①三叠系(T)

根据钻孔揭示,厚360—528m,为一套河湖—湖沼相的红色砂泥—暗色泥质夹煤线的沉积。其下统为一套红色碎屑岩建造;中统为紫色、紫红色泥岩与黄绿色中—粗砂岩互层,下部夹灰白色细砂岩;上统为暗色泥岩夹油页岩及少量煤线。被新生界所覆盖。

(4)新生界

①古近系(E)

为一组河湖相沉积含油盐泥砂岩建造,顶部剥蚀,残留沙河街组二段下部—沙四段。顶板埋深200—1000m。市城区一带最厚达4000m,汤参1井厚达2665m。与下伏地层不整合接触。

沙四段浅棕色粉砂岩与紫红色泥岩呈不等厚互层,夹钙质粉砂岩、高岭土质粉砂岩、钙质泥岩等。

沙三段下部以浅棕色粉砂岩与紫红色泥岩互层,夹薄层砾状砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩。上部为浅棕色粉砂岩与紫红色泥岩不等厚互层,夹薄层砾状砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩。总厚2099m。

沙二段上部剥蚀,仅存下部。岩性以灰白色砾岩、砾状砂岩为主。夹薄层紫红、棕红泥岩、沙质泥岩,厚186.5m。

②新近系(N)

主要出露于西南部丘陵区,自下向上可分为馆陶组、明化镇组,为一套河湖相至滨湖相沉积,主要为砾岩或砂岩与泥岩互层,底板埋深200—1000m。

馆陶组(N2g):棕红色泥岩和灰色粘土岩与灰、灰黄砾岩互层、夹砂质泥岩和泥质粉砂岩。

明化镇组(N2m):上部夹白色高岭土,中下部厚层杂粘土岩为主 、灰色砾岩、砾状砂岩、浅绿色泥质粉砂岩。

③第四系(Q)

基本覆盖全区,以河流相、河湖相沉积为主,主要岩性为浅黄、灰黄、浅褐色粘土、粉质粘土与砂层、砂砾层互层。厚度一般100m左右,局部大于100m。与下伏新近系不整合接触。

1.2区域地质构造

研究区位于太行断块和冀鲁断块的交接地带,自西向东横跨太行断块、汤阴断陷和内黄隆起三个构造单元,安阳市位于汤阴断陷北端的安阳次凹陷内。区内构造形迹以断裂为主,NNE、NE及NWW向两组断裂发育,其控制性断裂汤东和汤西(青羊口)断裂属区域性深大断裂,是良好的导热构造,同时与二者近于直交,分布着北西西向断裂安阳断裂、辛店断裂、安阳北断裂、安阳南断裂等正断层。

铜冶善应一带的断裂,倾向南东,上盘下降,下盘上升,使得奥陶系灰岩与石炭、二叠系对接,构成岩溶水的东部阻水边界。

安阳市区周围,由于NNE向汤东断裂(F1)、汤西断裂(F2)和NWW向安阳南(F4)、北(F5)断裂切错,形成了类棋盘格式的基底构造格局。详细情况叙述如下:

汤东断裂(太行山东麓深断裂)(F1):该断裂为隐伏深断裂,北起安阳,南至新乡市一线以东,沿汤阴断陷东侧呈NNE向。断层面倾向W,倾角约67°-80°。是汤阴断陷与内黄隆起的分界,东盘上升,西盘下降,切割太古界-新近系,为张性正断层,断距一般1500-2000m,最大落差可达5000-6000m。省内全长140km。

汤西断裂(青羊口大断裂)(F2):北起安阳安丰,经汤阴-新乡太公泉一线,断层面倾向E倾角约80°-85°。是太行隆起与汤阴断陷的分界。断层西盘上升,东盘下降,切割太古界-新近系,为正断层。全长150km。

安阳南断裂(F4):西起安阳龙泉,东到瓦店以南,走向近EW向,断层面倾向N,倾角约75°。北盘下降,南盘上升,为张扭性正断层。长约35km。

安阳北断裂(F5):西起安阳水冶,东到白璧,走向近EW向,断层面倾向S,倾角约85°。南盘下降,北盘上升,为张扭性正断层。区内长约38km。

曲沟一带近南北向断裂在挽近时期西升东降,下盘上升致使上新进系裸露地表形成残丘,上盘下降则堆积了晚更新世和全新世两期冲洪积扇。

另外,本区总体上位于太行山复背斜的东翼,为一巨型单斜构造。地层产状总体走向近南北,倾向东南。

2.区域地热地质特征

安阳市位于汤阴断陷北端的安阳次凹陷内,其控制性断裂汤东和汤西(青羊口)断裂属区域性深大断裂,是良好的导热构造,北西西向断裂安阳断裂、辛店断裂、安阳北断裂、安阳南断裂等正断层,具张性,是良好的导水构造,由此接受西部山地地下水的侧向补给,遇导热构造和自然增温,形成地下热水,储存于新生界碎屑岩类和下部奥陶系、寒武系灰岩中,上部巨厚的粘土岩则为良好的保温层。

3.区域热储特征及地温场分布

安阳市区埋深2500m以内主要热储层为新近系热储层、古近系热储层:

(1)新近系热储

市区东部一般底板埋深900—1200m,汤东断裂以东、汤西断裂以西,一般埋深小于600m,上部第四系覆盖层厚度约100m。热储含水介质岩性一般为细砂、粉砂岩。

(2)古近系热储

主要分布于汤东断裂与汤西断裂之间,呈带状分布,其顶板埋深一般900—1200m。含水介质岩性主要为砾岩、粉砂岩。

目前安阳市已开采的八眼地热井,取水段多在600—1800m左右,井口水温一般在31—56℃,单井出水量為25—67m3/h。

根据已有地热井资料计算,安阳市区地温梯度2.008—2.751℃/100m,平均2.414℃/100m,有西低东高的趋势。

4.结论

根据安阳市项目区地热地质条件,对工作区的地热信息进行总计分析,得出如下结论:

该地热井没做专门的地球物理勘探,依据区域的地热地质资料和周边地热井物探及测深的实测资料,判断井位地处安阳次凹陷的东部,有较好的储热条件,2000m以浅分布有新近下部热储层、古近系上部热储层、古近系底部破碎带热储层,有望打出出水量为60m3/h,温度为55℃的地热流体。

参考文献:

[1]河南省地质局地质科学研究所《河南省基岩地质图说明书》,1978.

[2]河南省地质局水管处、科技处《河南省地热资源调查研究报告》,1981.

[3]河南省地质矿产局主编《河南省区域地质志》,地质出版社,1989.