黄河三角洲地区地热资源及开发前景
(山东地矿工程集团有限公司，济南250013)
作者简介:朱友强(1956-)，男，教授级高级工程师，现任山东地矿工程集团公司董事长、总经理。
文摘:黄河三角洲地区地热资源丰富，开发潜力巨大。地下热水主要赋存于新近系馆陶组和古近系东营组的碎屑沉积岩中，属于层状孔隙-裂缝热储层，构成该区主要热储层组。区内有54～83℃地热井14口，利用地热供暖面积达4.0×105m2，地热开发前景十分可观。
关键词:黄河三角洲；地热资源；发展前景
1概述
黄河三角洲是中国三大河口三角洲之一，也是世界上最新的、发展中的三角洲，具有临江临海的优势。自1964年组织石油会战，在黄河三角洲逐步建成中国第二大油田胜利油田以来，国内外各界对黄河三角洲的发展给予了极大的关注。国家把黄河三角洲列为农业综合开发区，把东营列为沿海经济开发区。山东省将黄河三角洲的开发列为两个跨世纪工程之一。2001年初，联合国工业发展组织(UNIDO)中国投资促进办公室与东营市签署了《支持黄河三角洲可持续发展项目合作协议》。联合国工业发展组织将黄河三角洲开发建设列为重点支持区域，将东营市列为“国际特色产业示范区”。在九届全国人大四次会议上，“发展黄河三角洲高效生态经济”被列入“十五”计划纲要。这些都标志着黄河三角洲进入了大发展时期，必将促进黄河中下游乃至整个黄河流域的经济发展和繁荣。
地热能作为一种可开发利用、发展前景巨大的新型可再生能源，具有巨大的经济发展潜力。地热矿泉水用途广泛，易于开发，成本低廉，无环境污染。已广泛应用于供暖、家庭洗浴、热水理疗、暖池游泳、温水养殖、温室种植、高效农业等领域，发展前景十分广阔。地热资源的勘探开发必将为区域循环经济和高效生态经济、节约型社会的建立和发展提供技术支撑；对实现东营市政府提出的“经济快速发展、环境清洁优美、生态良性循环”的总体目标，缓解黄河三角洲能源短缺，促进经济可持续发展具有重要意义。
2地热地质背景
2.1地层和结构
黄河三角洲位于华北平原东南部，华北地台辽冀向斜东部。中生代以来受燕山运动和喜马拉雅运动的影响，缓慢下降，沉积了巨大的新生代地层。
泰山群变质岩(Ar)构成该区基底，凸起区埋深一般为1 ~ 2 km，凹陷区最深为9km。古近纪晚期，在城东隆起、陈家庄-青坨子隆起、宾县隆起南部有露头，岩性为红色、褐色、绿色花岗片麻岩。寒武-奥陶系主要出露于城东隆起东北部、义和庄隆起、陈家庄-青坨子隆起北部和广饶隆起。岩性为浅灰色、灰黄色和灰黑色石灰岩。
古近系属干旱温带-亚热带气候条件下形成的河湖相和山前冲积相，沉积厚度变化较大，凹陷厚度达1500 ~ 2000 m，无隆起。孔店组(Ek)分布广泛，仅在各凸起区缺失。主要与紫红色、棕红色泥岩、砂岩、钙质砂岩、粉砂岩互层。沙河街组(Es)仅在各凸起区缺失，自下而上分为四段。沙河街组第四段为灰色、灰褐色泥岩和页岩，局部含碳酸盐岩、油页岩或白云岩；沙三段主要由块状细砂岩、粉砂岩、油页岩、泥岩和页岩组成。东营凹陷沙河街组二段非常发育，主要由灰绿色、深灰色、紫红色泥岩、砂岩和含砾砂岩互层组成。沙河街组一段为灰色泥岩夹灰岩、白云岩、油页岩和粉砂岩。东营组主要发育在东营凹陷和沾化凹陷，上部为灰绿色和灰白色砂岩、细砂岩和泥岩。中部为棕红色泥岩和细砾岩；下部为灰白色和灰绿色细砾岩、细砂和泥岩。
新近系馆陶组(Ng)在本区分布广泛，稳定性较好，仅在陈家庄凸起部分地区缺失。主要由灰白色砾质砂岩、细砂岩、灰绿色细砂岩和棕红色泥岩组成，底部为含应时和黑色火石的砾质砂岩和砂砾岩。新近系明化镇组(Nm)分布广泛，主要为土黄色、棕红色泥岩、砂质泥岩和灰白色砂岩。第四系平原地层(Q)分布广泛，上部为浅棕黄色、浅绿色和灰色砂质粘土，粘土夹粘土质粉砂岩；下部为浅黄色、浅灰绿色粉质粘土或浅灰绿色粘质粉砂。
黄河三角洲地区在大地构造单元上属于华北地台(ⅰ)的辽冀向斜(ⅱ1)的东部。陵县-渤海农场断裂将其划分为两个三级构造单元，即成宁隆起(ⅲ1)和济阳坳陷(ⅲ2)。成宁凸起由车镇凹陷(ⅳ1)和义和庄凸起(ⅳ2)组成。济阳坳陷由沾化凹陷(ⅳ3)、孤岛隆起(ⅳ4)、陈家庄隆起(ⅳ5)、青坨子隆起(ⅳ6)、东营凹陷(ⅳ8)、广饶隆起(ⅳ9)等构造单元组成。
受燕山运动和喜马拉雅运动的影响，本区断裂构造发育，构成本区主要构造单元的边界，均隐伏在新近系之下。主要断裂有齐河-广饶断裂、沂南断裂、陈南断裂、广南断裂等。断层走向主要为东西向、北西向和北东向。喜马拉雅运动时期，该区以断块断裂和差异隆升运动为主，并伴有少量玄武岩等岩浆活动。
2.2地热田特征
黄河三角洲位于近东西向的莫霍面隆起带，莫霍面深度约32 km(陈墨香，1988)。地温梯度高于平原区其他地区，最高为4.5 ~ 7.2℃/100 m，地温密度为56 ~ 79 MW/m2。恒温带温度为14 ~ 15℃，对应恒温带深度为15 ~ 17m。据该区深孔测温资料统计，广饶、孤岛、义和庄凸起地温梯度大于4.5℃/100m，陈家庄凸起北侧大于4.0℃/100m；凹陷区地温梯度一般为3.1 ~ 4.0℃/100 m。
2.3地球化学场特征
黄河三角洲地下热水的水化学过程主要是离子交换、浓缩和生化作用，因此盐度和某些元素含量高，富含微量元素。在东营凹陷，馆陶组、东营组等疏松岩石中层状热水储层的化学类型主要为Cl-Na型水，但矿化度差异较大。馆陶组一般为8 ~ 20g/L，东营组为18 ~ 23g/L..寒武-奥陶系岩溶裂缝中热水储集的化学类型也为Cl-Na型，矿化度为3 ~ 10g/L，隆起区馆陶组热储层往往与寒武-奥陶系连通良好，水化学特征发生了变化。在凸起之上，馆陶组地下热水的矿化度在增加。在垂直方向上，地下热水的盐度也有由浅至深逐渐增加的趋势。
受围岩、地下热水循环交替条件和水文地球化学环境的影响，偏硼酸、偏硅酸、氟化物、溴化物、锶、铁、锂、钡等微量元素均有不同程度的富集。馆陶组地热水中溴化物和锶的含量分别为8 ~ 30 mg/L和22.8 ~ 49.72mg/L；分别是。东营组地热水中溴化物和锶的含量分别为39.43毫克/升和62.56毫克/升；分别是。寒武-奥陶系灰岩热储地下热水中偏硅酸和锶的含量分别为59毫克/升和48毫克/升，均达到矿泉水标准。
3热储层的地质特征
黄河三角洲的经济地热资源有温水和热水，并伴有低温地热资源。新近系明化镇组热储层岩石多为粘性土，结构致密，热阻好，但富水性差，导热系数低。另外，它埋藏浅，温度低，所以作为下伏热储层的隔热盖层进行研究(刘贵义等，2001)。凹陷区古生界和古近系孔店组埋藏较深，目前钻井深度难以达到。沙河街组虽然埋深不大，但砂层呈胶结状态，多为低孔隙度和裂隙含水层，是主要含油层。地下热水大多含有石油污染，其热水开发对油气生产影响很大。因此，孔店组和沙河街组的地热水不适合作为地热资源开发利用。中生代地层、石炭-二叠系砂岩、前震旦系花岗片麻岩裂缝中几乎没有水，属于“热无水”层，不能形成热储层。该区馆陶组和东营组分布广泛，砂体单层厚度大。热储层岩性为松散或半胶结的砂砾岩，埋藏条件一般，构造条件相对简单。在东营凹陷、沾化凹陷和车镇凹陷，地下热水主要赋存于新近系馆陶组和古近系东营组的碎屑沉积岩中，属于层状孔隙-裂缝热储层，构成了该区的主要热储层组。隆起区新近系热储层下方还有一个下古生界寒武-奥陶系灰岩热储层，埋深1，000 ~ 1，500m。由于受断层的影响，岩溶和裂缝十分发育，属于岩溶裂缝热储层。
3.1新近系馆陶组热储层
除陈家庄凸起中部外，馆陶组热储层几乎在全区广泛分布。与下伏的东营组、寒武-奥陶系和太古界地层呈不整合接触。顶板埋深850 ~ 1250m，砂层厚度一般为80 ~ 240m，占该层总厚度的20% ~ 40%。馆陶组热储层岩性为灰白色砾石砂岩、细砂岩、灰绿色细砂岩与褐色泥岩互层，底部为砾石砂岩和砂砾岩，含应时和黑色火石。砾石直径1 ~ 8 mm，圆度中等。砾石层成岩性差，疏松，孔隙度为25% ~ 35%。根据河口区Here 1地热井资料，热储层段1793 ~ 1948m，孔口水温73℃，出水量1920m3/d，水化学类型为Cl-Na型，矿化度10.678g/L
3.2古近系东营组热储层
义和庄凸起、城东凸起、陈家庄凸起、青坨子凸起、广饶凸起及工区南部古近系东营组热储缺失。顶板埋深一般为1200 ~ 1700 m，地层厚度一般为200 ~ 500 m(图1)。自下而上可分为由粗到细的三个沉积旋回，具有明显的正旋回和正韵律沉积特征。顶部为灰绿色和灰白色砂岩、细砂岩和泥岩互层，以砂岩为主；中部主要为棕红色泥岩和细砾岩；底部为灰绿色和灰白色砾石砂岩、细砂岩和泥岩。再看东营组砂层，三个沉积旋回下部以厚砂岩为界，底部厚砾石层最大。三个沉积旋回都只能出现在东营组最发育的部位。该组砂砾岩松散，颗粒分选差，不同地区孔隙度差异较大。东营凹陷孔隙度为26% ~ 31%。沾化凹陷20% ~ 25%。根据东营西城东热11地热井资料，利用热储层段1586 ~ 1722m，孔口水温74℃，出水量1954m3/d，水化学类型为Cl -Na型，矿化度18.875。微量元素中，锶含量为35.62mg/L，为锶地热矿泉水。
图1东营凹陷东营组等厚图
(根据胜利油田1990的数据)
1 ——东营组地层尖灭线；2—东营组地层厚度等值线图(米)
3.3寒武-奥陶系热储
寒武-奥陶系热储隐藏在新生界之下的潜山热储中。热储层受地层结构、岩溶发育和构造控制。主要分布在义和庄隆起、城东隆起的南、北部、孤岛隆起、陈家庄隆起和广饶隆起的北部。受构造控制，各隆起区寒武-奥陶系顶板埋深差异较大。寒武-奥陶系以灰色和灰白色灰岩为主。义和庄隆起比较特殊。除灰色和灰白色灰岩外，还有鲕粒灰岩、豹皮灰岩和白云质灰岩。寒武-奥陶系灰岩中岩溶裂隙的发育受岩性、构造和埋藏条件控制。一般来说，埋藏浅的碳酸盐岩比埋藏深的碳酸盐岩更发育，孔隙度更大。大断层附近的孔隙度和渗透率大于远处的孔隙度和渗透率；奥陶系灰岩比寒武系裂隙岩溶更发育，孔隙度更大。裂隙岩溶地层占地层总厚度的15% ~ 25%，单井涌水量1000 ~ 2000m3/d，矿化度3 ~ 10g/L，井口水温70 ~ 90℃。
4 .勘探、开发利用现状及前景分析
黄河三角洲地热资源的发现源于20世纪70年代胜利油田的石油勘探。在石油勘探中，已钻探水温高于50℃的地热井十几口，其中5号桩所在区域的12号桩地热井，井口水温达98℃，居山东省之首。这些地热井都是在开发石油的过程中形成的，而且井的质量很差，地热资源的开发利用程度很低。仅用于洗浴、水产养殖和地震观测研究，大部分未被开发利用。真正的地热勘探开发始于20世纪90年代末。1998以来，随着经济的发展，上级主管部门和东营市对黄河三角洲地热资源进行了专项调查，初步圈定了地热远景区，启动了地热井钻探示范工程。同时，山东地矿工程集团公司和部分地热开发企业筹资2000多万元，用于商业性地热风险勘探开发。申请勘探面积约600km2，提交了3份地热调查报告。东营东西城、河口、孤岛共钻水温54 ~ 83℃地热井14口，每口出水量在1500 m3/d以上..这些工作一方面拉开了黄河三角洲地热资源勘探开发的序幕；另一方面，为黄河三角洲地热开发提供技术支持。
黄河三角洲地热资源属于低温热水型，井口温度54 ~ 83℃，适合直接利用。目前，该地区已有十余口地热井得到不同程度的开发利用。主要开发项目包括温泉洗浴、浴池游泳、生活供水和供暖。东营宾馆、孤岛芙蓉、孤岛军马场、中建八局鲁班公寓、胜东龚建新村利用地热供暖面积3.0×105m2，洗浴、游泳、洗浴、娱乐发展也各具特色，已初步形成一定规模，取得了显著的社会、经济和环境效益，展现出广阔的发展前景。据初步计算，黄河三角洲可利用地热资源5.888×1019J，热水资源5.63×108m3/a，折合标准煤2.009×109t，潜在经济价值高达10000亿元。随着经济的发展和人们环保意识的提高，地热能作为石油枯竭后的替代能源逐渐被人们所接受，其发展前景十分可观。
5地热勘探开发的主要建议
黄河三角洲的地热能开发利用尚处于起步阶段，开发利用的规模和取得的经济效益都有待进一步提高。因此，建议:
(1)加快制定地热资源勘查开发规划。黄河三角洲地热资源丰富，但缺乏合理系统的地热资源开发利用规划和发展蓝图。在一定程度上影响了地热产业的发展和地热开发整体经济效益的提高。
(2)地热勘探精度有待进一步提高。黄河三角洲地热远景面积7425km2，地热专项调查实际调查面积不到600km2。已查明的地热资源储量仅占总资源的1/12，专门寻找深埋热储量的地热地质勘探尚未开始。加强地热资源勘探，提高资源储量水平，确保地热资源的可持续供应。
(3)增强综合开发利用意识，加快地热应用产业化进程。黄河三角洲地热开发仅停留在供暖、洗浴等少数项目，处于自发、分散、粗放利用阶段。地热企业管理粗放，开发利用少且单一，综合开发利用率低。盲目追求高额利润导致地热资源浪费严重。
(4)建立具有带动作用的地热资源应用示范项目和科研机构。国内外地热资源开发利用综合研究经历了地热资源勘查、示范项目立项、综合开发的过程。建立地热资源开发利用产学研一体化示范工程是推进地热资源梯级开发和综合利用产业化进程的最佳途径。
(5)加强地热勘查管理和地热专业法规建设。地热是矿产资源的一种，属于采矿法的调整范围，但目前部门之间管理混乱。影响了地热资源勘查和开发利用的有序开展。
参考
陈墨香。1988.华北地热。北京:科学出版社。
刘贵义，孟庆丰。2001.德州市低温地热资源及其开发利用研究。见:九五地质科技重要成就论文选编。北京:地质出版社。