周紹智 鄒祖光 趙季初
（山東省魯北地質工程勘察院，德州253015）
作者簡介：周紹智（1963—），山東萊西人，研究員，從事水工環地質勘查評價工作。
摘要：本文闡述了魯北地熱田地質背景，地溫場、熱儲層特征，估算了地熱資源量，分析了區內地熱資源的勘查開發利用現狀，並提出了勘查開發利用建議。
關鍵詞：地熱田；熱儲層；地熱資源；開發利用；魯北
魯北平原地處華北平原東部，本區蘊藏著豐富的地熱資源，形成了面積廣大的地熱田。目前，在德州、東營、聊城等地的地熱資源得到了不同程度的開發利用，在節約能源、改善環境、供暖洗浴、醫療保健等方面取得了明顯的經濟和社會效益，其開發前景十分廣闊。
1 魯北地熱田的地質背景及劃分
1.1 區域地質構造
本區大地構造單元屬中朝準地臺（Ⅰ級）。聊城-蘭考斷裂、齊河-廣饒斷裂將其劃分為兩個Ⅱ級構造單元，斷裂以北為華北臺拗，斷裂以南為魯西臺隆。中新生代以來，由於強烈的斷裂活動，形成Ⅲ級構造單元埕寧隆起、濟陽坳陷、臨清坳陷和魯西隆起（山東省地質礦產局，1995）（見表1）。在坳陷和隆起區內受斷裂活動的影響和控制，形成了眾多的次級構造單元——凸起與凹陷。
表1 構造單元劃分表
受新華夏構造體系影響，區內基巖斷裂構造發育，活動強度大，斷裂發育的主要方向為NNE、NE、近EW向。齊河-廣饒斷裂、聊城-蘭考斷裂，是區內二級構造單元的分界斷裂，對於新生界地層的沈積起控制作用；滄東斷裂、邊臨鎮-羊二莊斷裂、陵縣-老黃河口斷裂，是區內三級構造單元的分界斷裂，對隆起區和坳陷區的新生界地層起控制作用。
1.2 地層
本區位於中朝準地臺的東部，為廣闊平坦的平原區，多被第四系沈積物覆蓋。區內自新生代以來，受差異性升降運動的影響，壹直緩慢下沈，沈積了厚度大於3000m的新生代地層。第四系覆蓋的基底巖層主要有新近系和古近系湖相碎屑巖地層，含油、石膏、鹽巖等；白堊系和侏羅系陸相碎屑巖、火山碎屑巖；石炭系和二疊系陸相碎屑巖夾煤系地層；寒武系和奧陶系淺海相碳酸鹽巖及前古生界（太古宇）變質巖系等。
1.3 魯北地熱田的劃分
魯北平原在埋深2000m以內，地熱資源按其溫度屬於低溫地熱資源中的溫熱水-熱水型地熱資源（國家技術監督局，1990），其熱儲層介質類型為孔隙-裂隙型熱儲。地熱資源的分布受控於區域地質構造及地層的分布情況，所處構造部位不同，其地層及地溫場的分布情況也各異。因此，根據區內地熱資源所處構造位置，將魯北地熱田劃分為埕寧隆起、濟陽坳陷、臨清坳陷、魯西隆起四個地熱田（圖1）。各地熱田又根據其構造特征，劃分為凸起區、凹陷區次級地熱資源評價區。
圖1 魯北地熱田劃分示意圖
2 熱儲地質特征
2.1 熱儲層
魯北平原為中新生代斷陷盆地，新生界沈積厚度達1000～4000m以上，地溫隨著深度的增加而加大。在古近系—新近系碎屑巖熱儲系統中，古近系東營組、沙河街組、孔店組為封閉或半封閉湖盆沈積物，在地層總厚度中以泥巖為主，是生油、儲油的主要巖系；地下熱水礦化度為10～30g/L，高者可達50～70g/L，單井湧水量小於30m3/h；埋深大，熱儲分布連續性差，在目前條件下，開采利用價值較小。基巖熱儲系統中，中生界侏羅系—白堊系和上古生界石炭系—二疊系碎屑巖裂隙熱儲因埋深大，結構致密，裂隙不發育，富水性差，開采利用價值低。因此，從地熱資源開發利用的經濟、社會與環境效益出發，魯北地熱田適於開發利的熱儲層為新近系館陶組碎屑巖孔隙熱儲和奧陶系—寒武系碳酸鹽巖巖溶-裂隙熱儲。
2.2 地熱田地溫場及熱儲分布特征
2.2.1 埕寧隆起地熱田
埕寧隆起地熱田北界為邊臨鎮-羊二莊斷裂，南以陵縣-老黃河口斷裂為界，西鄰德州凹陷，東及東北經埕口向渤中凹陷延伸，面積為3370km2。蓋層地溫梯度為3～5℃/100m，平均地溫梯度為4.2℃/100m，表現為地溫梯度正異常。其熱儲層的埋藏分布規律：
新近系館陶組熱儲：其類型為碎屑巖孔隙裂隙熱儲，為熱傳導型；蓋層巖性為第四系和新近系明化鎮組。館陶組層底埋深700～1300m，厚度0～300m，熱水層巖性以中細砂巖、砂礫巖為主，累計厚度為0～200m，占地層總厚度的40%～45%。區內現有熱水井井深1200～1300m，取水段1000～1300m，單井湧水量700～1500m3/d，礦化度5～7g/L，井口水溫50～58℃，水化學類型為Cl—Na。
寒武系—奧陶系熱儲：隱伏在新生界或上古生界地層之下，巖性以石灰巖為主，熱儲類型為巖溶 -裂隙型，熱水成因類型以熱傳導型為主，呈局部分布。頂板埋深700～1400m，其水溫與富水性受熱儲巖性、結構、埋藏深度的控制。
2.2.2 臨清坳陷地熱田
臨清坳陷地熱田東以聊城-蘭考斷裂與魯西隆起區相鄰，西靠內黃隆起的東明凹陷，西北瀕臨衡水-隆堯隆起，北與黃驊坳陷相通，區域面積6942.5km2。蓋層地溫梯度為2.5～4℃/100m，平均地溫梯度為3.3℃/100m，表現為地溫梯度正異常。其熱儲層的埋藏分布規律：
新近系館陶組熱儲：館陶組熱儲層層底埋深受區域次級構造控制，在凹陷區深，凸起區淺。凹陷區層底埋深1400～1700m，凸起區為1300～1400m，厚度為100～500m。熱儲層巖性以中細砂巖為主，底部有砂礫巖及含礫砂巖，含水巖層累計厚度80～220m。區內現有地熱井取水段1000～1500m，單井湧水量1000～1800m3/d，礦化度為3～5g/L，水化學類型為Cl—Na，滲透系數1.2～1.9m/d。
寒武系—奧陶系熱儲：主要分布在凸起構造區，隱伏在新生界、上古生界地層之下，頂板埋深在1000～1800m。熱儲類型為碳酸鹽巖巖溶-裂隙型，熱水成因以傳導型為主，其次為對流型；推算溫度為50～60℃；地熱溫度和富水性受控於熱儲層埋深和碳酸鹽巖的巖性、地質條件、古風化殼的分布、構造破裂及巖溶發育程度等因素。
2.2.3 濟陽坳陷地熱田
濟陽坳陷地熱田北以陵縣-老黃河口斷裂為界與埕寧隆起相鄰，南以齊河-廣饒斷裂為界與魯西隆起相依，西與臨清坳陷相通，東靠沂沭斷裂，面積20712km2。區內地溫梯度為2.5～5℃/100m，平均地溫梯度為3.6℃/100m，表現為地溫梯度正異常。其熱儲層的埋藏分布規律：
新近系館陶組熱儲：在凹陷區壹般為1200～1800m，凸起區壹般為500～1300m，在孤島凸起壹帶層底埋深為1700～1800m。地層厚度在凹陷區為350～500m，凸起區為250～325 m。熱儲層巖性以中細砂巖、砂礫巖、含礫砂巖為主，累計厚度為100～200m。區內現有地熱井主要分布在凹陷區。在取水段1200～1400m深度內，單井出水量1900～2500m3/d，井口水溫56～60℃，礦化度6～20g/L，水化學類型為Cl·SO4—Na 和Cl—Na型。
寒武系—奧陶系熱儲為碳酸鹽巖溶-裂隙類型，主要分布在凸起區新生界地層之下，頂板埋深在500～1800m，面積大小不等，最大720km2。熱儲為層狀或斷裂帶狀，裂隙巖溶發育程度受基巖埋深、巖性、結構及斷裂帶的影響，具不均勻性，富水性差異較大。根據石油勘探地質資料，單井水量300～1000m3/d，井口水溫52～90℃，礦化度8～15g/L。
2.2.4 魯西隆起地熱田
魯西隆起地熱田位於魯西隆起構造單元，東、北以聊城-蘭考、齊河-廣饒斷裂為界，西、南以黃河為界，面積6404.5km2。區內蓋層地溫梯度為2.5～5℃/100m，平均地溫梯度為3.8℃/100m，表現為地溫梯度正異常。其熱儲層的埋藏分布規律：
新近系館陶組熱儲層：為孔隙-裂隙型熱儲，主要分布在聊城-蘭考斷裂和齊河-廣饒斷裂的附近及邊緣，層底埋深為600～1000m，地層厚度為100～300m，熱儲層厚度為50～200m。因蓋層薄，保溫條件差，距山前較近，受地下冷水補給的影響，熱儲溫度較低。據地溫梯度推算，熱儲溫度為30～42℃。
寒武系—奧陶系熱儲：隱伏在新生界與上古生界地層之下，頂界面埋深自南向北、自西向東埋深逐漸加大。陽谷、聊城東部頂面埋深為300～1200m；東阿-濟南以北，頂面埋深為250～600m。區內現有地熱水井在取水段1500～1600m深度內，熱儲層主要為奧陶系灰巖巖溶裂隙，富水性變化大，單井出水量1600～2000m3/d，水溫為42～62℃，礦化度為2～5g/L，水化學類型為HCO3—Na型。
3 區內地熱資源量
地熱資源量的評價主要從兩個方面進行，即區內可采熱資源量與地下熱水可開采量。只有當熱儲中貯存有足夠的熱資源量時，地熱田才能形成。而地熱資源的開發，需要以地熱水為載體，將熱儲中的熱量帶到地表加以開發利用。依據“魯北地區地熱資源遠景預測報告”的計算結果，根據評價區面積加以修正，區內地熱資源量（表2）為：館陶組地熱水可開采量1.12×109m3/a，熱量為1.19×1017J/a；奧陶系—寒武系碳酸鹽巖巖溶-裂隙地下熱水可開采量為8.09×107m3/a，熱量為1.12×1016J/a。
表2 區內地熱資源量計算結果壹覽表
4 勘查開發利用現狀
4.1 區內地熱資源勘查現狀
區內對深層地質條件的研究始於20世紀60年代，地礦、石油系統為石油勘查進行了區域性的水文地質調查、深層重力勘查、航磁測量、地震勘查和石油鉆探等工作。20世紀80年代以來，地礦部門相繼在區內開展了不同規模地熱資源的普查和研究工作，其中山東省地勘局第二水文地質工程地質大隊於1996年率先在德州市城區進行了地熱資源勘查工作，完成了《德州市城區地熱資源詳查報告》，這是全省第壹份孔隙-裂隙型地熱資源詳查報告，於2002年對整個魯北地區進行地熱資源普查，提交了遠景預測報告。目前，大部分地熱田的勘查精度相對較低，多數為調查階段的工作，且地熱資源量的計算評價方法較單壹。因此，所計算評價的資源量精確度較低。魯北地區地熱資源的勘查現狀詳見圖2。
4.2 區內地熱資源開發利用現狀
區內地熱資源的開發源於20世紀70年代，在石油勘探中，打出十幾口水溫大於50℃的地熱井，受當時條件限制，開發利用程度很低，僅局部用於洗浴、水產養殖和地震觀測研究等。
20世紀90年代以來，山東省地勘局第二水文地質工程地質大隊在聊城、德州、濟南、濱州、東營市，進行了地熱資源的地質普查和地熱井的鉆探工作，帶動了區內地熱資源的開發利用。目前***有地熱井近50 眼，還有數眼正在施工。地熱井井口水溫49～86℃，單井出水量1000～2400m3/d。
目前，區內地熱資源開發利用，主要有溫泉洗浴、浴池遊泳、生活供水、采暖、種植養殖等，形成了壹定的規模，取得了顯著的社會、經濟和環境效益（表3）。
圖2 地熱資源勘查現狀示意圖
表3 魯北地熱田開發利用現狀表
5 結論與建議
5.1 結論
（1）據地熱資源所處構造位置，本區可劃分為埕寧隆起、濟陽坳陷、臨清坳陷、魯西隆起四個地熱田；地熱田熱儲層溫度均小於90℃，為低溫地熱資源中的溫熱水-熱水型地熱資源。
（2）區內地熱資源十分豐富，全區館陶組地熱水可開采量1.12×109m3/a，可采熱資源量1.19×1017J/a；奧陶系—寒武系碳酸鹽巖巖溶-裂隙地下熱水可開采量為8.09×107m3/a，可采熱資源量為1.12×1016J/a。
（3）區內地熱資源勘查已具有壹定規模，已完成勘查項目8 項，正在進行的勘查項目19項，這些項目的開展，對區內地熱資源的進壹步勘查提供了基礎性資料。
（4）區內地熱資源開發利用已進入實踐階段，目前主要用於溫泉洗浴、浴池遊泳、生活供水、供暖、種植養殖等，並形成了壹定的規模，取得了顯著的社會、經濟和環境效益。
5.2 建議
地熱資源作為壹種可再生的綠色新能源，具有傳統能源無可比擬的優越性；加強對區內地熱資源的勘探與開發利用，是緩解區內能源緊張的有效途徑。同時，需對其進行有效管理，防止過量開采產生的不良地質後果。
參考文獻
蔡義漢.2004.地熱直接利用.天津：天津大學出版社
陳墨香.1988.華北地熱.北京：科學出版社
國家技術監督局.1990.地熱資源地質勘查規範.北京：地質出版社
山東省地質礦產局.1995.山東省環境地質圖集.濟南：山東省地圖出版社