华北盆地梁村古潜山岩溶热储聚热机制及资源潜力_康凤新.pdf

地球科学 Earth Sciencehttp:/第 48 卷 第 3期2 0 2 3 年 3 月Vol.48 No.3Mar.2 0 2 3https:/doi.org/10.3799/dqkx.2022.324华北盆地梁村古潜山岩溶热储聚热机制及资源潜力康凤新1，2，3，4，赵季初2，5*，黄迅2，5，隋海波1，2 1.山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛 266590 2.山东省地质矿产勘查开发局八一水文地质工程地质大队，山东济南 250014 3.山东省地热清洁能源探测开发与回灌工程技术研究中心，山东德州 253072 4.济南大学水利与环境学院，山东济南 250022 5.山东省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质大队，山东德州 253072摘要：地热是一种绿色低碳的清洁能源，其规模化开发利用对减少碳排放量与改善大气环境意义重大，为促进中低温水热型地热流体发电技术在实现“双碳”目标中的应用，本文在揭示梁村古潜山潜凸起岩溶热储聚热机制、评价资源潜力的基础上，对 10 MW 地热电站示范工程的资源保证能力进行了论证.通过地温梯度、大地热流值与构造格架、岩石热导率相关性对比分析，岩溶发育特征、热储富水性与构造、岩性、水动力条件组合关系研究，揭示了梁村古潜山潜凸起岩溶热储的四元聚热机制：一元为华北克拉通破坏、岩石圈减薄导致的高大地热流传导聚热，二元为凸起区高热导率分流聚热，三元为深大断裂带对流聚热，四元为成岩压密水对流聚热；计算出梁村古潜山潜凸起寒武系奥陶系裂隙岩溶热储中蕴藏的可利用热资源量为 2.218 31019 J、地热水资源量为 6.34109 m3.在四元聚热驱动下，形成了梁村古潜山潜凸起高地温梯度岩溶热储地热田，其热能量与地热流体资源量满足 10 MW 地热电站建设需求.关键词：岩溶热储；四元聚热；地热发电；梁村古潜山；地热水资源.中图分类号：P314 文章编号：1000-2383(2023)03-1080-13 收稿日期：2022-08-05Heat Accumulation Mechanism and Resources Potential of the Karst Geothermal Reservoir in Liangcun Buried Uplift of Linqing DepressionKang Fengxin1，2，3，4，Zhao Jichu2，5*，Huang Xun2，5，Sui Haibo1，2 1.College of Earth Science and Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China 2.801 Institute of Hydrogeology and Engineering Geology，Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources（SPBGM），Jinan 250014，China 3.Shandong Engineering Technology Research Center for Geothermal Clean Energy Exploitation and Reinjection，Dezhou 253072，China 4.School of Water Conservancy and Environment，University of Jinan，Jinan 250022，China 5.Second Institute of Hydrogeology and Engineering Geology，SPBGM，Dezhou 253072，ChinaAbstract:Geothermal energy is a green and low-carbon clean energy,and its large-scale development and utilization to replace fossil energy is of great significance to reduce carbon emissions and improve the atmospheric environment.In order to promote the 基金项目：国家自然科学基金项目（Nos.U1906209，42072331）.作者简介：康凤新（1968），男，研究员，博士，主要从事水文地质地热地质研究.ORCID：0000000236158729.Email：*通讯作者：赵季初,ORCID:0000000233469425.Email:引用格式：康凤新，赵季初，黄迅，隋海波，2023.华北盆地梁村古潜山岩溶热储聚热机制及资源潜力.地球科学，48（3）：1080-1092.Citation：Kang Fengxin，Zhao Jichu，Huang Xun，Sui Haibo，2023.Heat Accumulation Mechanism and Resources Potential of the Karst Geothermal Reservoir in Liangcun Buried Uplift of Linqing Depression.Earth Science，48（3）：1080-1092.第 3 期康凤新等：华北盆地梁村古潜山岩溶热储聚热机制及资源潜力geothermal electricity production by low-median temperature geothermal resources,and to fulfill the goal of carbon peak and carbon neutrality,this paper evaluated the resource sufficiency for a 10 MW geothermal power plant demonstration project based on the heat accumulation mechanism and geothermal resources potential of the karst reservoir in Liangcun buried uplift.Based on the correlation analysis between geothermal gradient，heat flow value and concave-convex structural lattice，thermal conductivity of rocks,together with the combination relationship study between karst development characteristics,thermal water abundance and structure,lithology,hydrodynamic conditions,the four-sources heat accumulation mechanism of the karst reservoir in Liangcun buried uplift is revealed as:the first source is high terrestrial heat flux caused by the destruction of north China Craton and lithosphere thinning,the second source is the thermal accumulation of the high thermal conductivity diffluence in the uplift area,the third source is the belt shaped convective thermal accumulation in the deep fault zone,and the fourth source is convective heat flow accumulation of diagenetic compaction water.Furthermore,the available heat resources and geothermal water resources in the Cambrian-Ordovician karst reservoir in Liangcun buried uplift are estimated to be 2.218 31019 J and 6.34109 m3,respectively.Driven by four-sources heat accumulation,the Liangcun buried uplift karst geothermal field with high thermal gradient was formed,and its thermal energy and geothermal water resources met the demand of 10 MW geothermal power station.Key words:karst reservoir;foursources heat accumulation;power generation;Liangcun buried uplift;geothermal water resources.0 引言 地热是一种绿色低碳的清洁能源，其规模化开发利用以部分取代高污染的化石能源，对减少碳排放量与改善大气环境意义重大.地热发电全生命周期 CO2排放量约 15 g/（kWh），仅为传统燃煤火电CO2排 放 量 650 g/（kWh）的 2.31%（Zhu and Cheung，2012）.最初地热发电以利用高温蒸汽型地热资源为主，该类地热资源的分布受大地构造的控制，主要集中分布于板块边缘地带，包括板块碰撞、消减的环太平洋地热带与地中海喜马拉雅地热带，板块生长、开裂的大西洋中脊地热带，及板块内部 的 红 海 亚 丁 湾 东 非 裂 谷 地 热 带（毛 翔 等，2019）.随着技术的进步，分布范围更为广泛的中低温水热型地热资源在发电领域得到了长足发展.自意大利的拉德瑞罗（Larderello）地热电站于1904 年利用天然地热蒸汽发电成功后，1913 年世界上首座地热电站建成，地热发电技术经过 100余年的不断完善，形成了干蒸汽发电、扩容蒸汽发电、双循环式发电及螺杆膨胀全流发电 4 种地热发电技术（胡亮光等，1989；彭第等，2008；吕太等，2009），后 3 种技术被广泛应用于中低温水热型地热 电 站.目 前 地 热 发 电 利 用 的 最 低 温 度 为 美 国阿 拉 斯 加（Alaska）的 切 纳（Chena）温 泉，自 2006年 起 利 用 约 57 的 地 热 水，通 过 双 工 质 发 电 技术建成了 400 kW 的地热站（Erkan et al.，2008）.我国高温地热资源主要分布在藏南、滇西、川西和台湾地区（沈显杰，1985；廖志杰，1985；廖志杰和赵平，1999；汪新伟等，2022），其他地区以中低温地热资源为主.水热型中低温地热资源主要分布于华北平原、河淮平原、苏北平原、松辽盆地、下辽河平原、汾渭盆地等 15个大中型沉积盆地和山地的断裂带上（王贵玲等，2017；Wang et al.，2018），开发利用以供暖、洗浴、养殖等直接利用方式为主.相对于地热供暖等直接利用方式，地热发电可替代传统的煤碳火力发电，具有更广阔的应用前景.20 世纪70 年代我国曾在 7 处建立中低温水热型地热电站并发电成功（表 1