基于三维地质建模的地热资源潜力评价：以施甸地热区为例_赵杰.pdf

第 48 卷 第 3期2 0 2 3 年 3 月Vol.48 No.3Mar.2 0 2 3地球科学 Earth Sciencehttp:/https:/doi.org/10.3799/dqkx.2022.343基于三维地质建模的地热资源潜力评价：以施甸地热区为例赵杰1，2，郭清海1，2*1.中国地质大学自然资源部深部地热资源重点实验室，湖北武汉 4300782.中国地质大学环境学院，湖北武汉 430078摘要：传统热储法进行地热资源评价虽简便，但评价结果误差通常较大，本研究以施甸地热田为研究区，基于区内地质和地热地质条件，结合地球物理和钻孔资料，用 GMS 软件建立了三维地质模型，展示了研究区地热储层和盖层的展布情况.考虑到研究区内地热资源评价参数的差异，按照热储温度将研究区划分为 9个子区，结合已建立的三维地质模型计算热储体积，利用改进的热储法来准确、动态评价研究区的地热资源量，计算出研究区地热水中储存的热量为 1.381017 J，热储岩石中储存的热量为 1.491019 J，地热资源总量为 1.51019 J.根据地热水可开采量计算结果，若合理开发利用施甸地热水资源，每年可节约 4.36107 t标准煤.本研究为施甸地热资源的科学、合理评价提供了新的模式.关键词：三维地质建模；地热资源评价；GMS；施甸；地热水资源.中图分类号：P314 文章编号：1000-2383(2023)03-1107-11 收稿日期：2022-05-12Geothermal Resources Evaluation Based on 3D Geological Modeling:The Case of Shidian Geothermal AreaZhao Jie1，2，Guo Qinghai1，2*1.Key Laboratory of Deep Geothermal Resources，MNR，China University of Geosciences，Wuhan 430078，China2.School of Environmental Studies，China University of Geosciences，Wuhan 430078，ChinaAbstract:Although it is simple to evaluate geothermal resources using the traditional thermal reservoir method,the deviation of the evaluation results is usually large.Taking the Shidian geothermal field as a typical study area,a 3D geological model showing the distribution of geothermal reservoirs and caprocks in the area was built,using GMS software on the basis of geological and geothermal geological conditions in the region,combined with geophysical and drilling data.Considering the differences in the evaluation parameters of geothermal resources,the study area is divided into 9 sub-areas according to the thermal storage temperature,and the thermal reservoir volume is calculated in combination with the established three-dimensional geological model,and the improved thermal storage method is used to accurately and dynamically evaluate the study area.The heat stored in geothermal waters of the study area was calculated to be 1.381017 J,the heat stored in thermal storage rocks was 1.491019 J,and the total geothermal resources was 1.51019 J.According to the calculation results of the extractable amount of geothermal water,as well as the reasonable development and utilization of geothermal water resources in Shidian,4.36107 t of standard coal 基金项目：国家自然科学基金项目(No.42077278)；中央高校基本科研业务费专项资金项目（No.CUGSDZX002）.作者简介：赵杰（1996-），男，博士，主要从事地热领域的研究工作.ORCID：0000000316038399.Email：*通讯作者：郭清海,ORCID：0000000166029664.Email:引用格式：赵杰，郭清海，2023.基于三维地质建模的地热资源潜力评价：以施甸地热区为例.地球科学，48（3）：1107-1117.Citation：Zhao Jie，Guo Qinghai，2023.Geothermal Resources Evaluation Based on 3D Geological Modeling：The Case of Shidian Geothermal Area.Earth Science，48（3）：1107-1117.第 48 卷地球科学 http:/can be saved annually.This study provides a new mode for the scientific and rational evaluation of geothermal resources in Shidian.Key words:3D geological modeling;geothermal resource evaluation;GMS;Shidian;geothermal water resources.0 引言 地热能是一种相对清洁、储量大、分布广的新型可再生能源.我国地热资源丰富，利用前景广阔，中低温地热资源的开发利用潜力尤为巨大.（詹麒和崔宇，2010；庞忠和等，2014；王俊鑫，2014；张梦昭等，2023）.地热资源的科学勘察和合理开发利用对于促进经济可持续发展、缓解能源紧张形势具有重要意义（刘明亮等，2020）.20 世纪 70 年代后，我国开始利用高温地热资源发电，并将中低温地热资源应用于供暖、洗浴、医疗保健等方面.为降低地热资源开发风险和难度，最大程度上实现地热资源的经济和社会效益，在大规模开发地热资源前进行地热资源评价意义重大，常见的评价方法包括热储法、自然放热量法、类比法、水热均衡法等（Lee et al.，2010；王亚军，2014）.其中，热储法不但可用于与火山活动有关的地热资源评价，对于非火山型地热资源评价同样适用，常用于孔隙型热储及裂隙型热储的资源量计算（何雨江和丁祥，2020）.前人已成功利用热储法对西安、淮南煤田、松辽盆地、鲁西平原等地区的地热资 源 进 行 评 价（刘 肖 梅，1986；蔡 致 中，1992；施龙，2004；朱喜等，2016），均是采用地热区面积和热储平均厚度的乘积来计算热储体积，虽计算结果一般误差较大，但仍可为本次研究提供借鉴.为 做 好 施 甸 地 热 资 源 开 发 利 用 潜 力 评 价，响 应 国 家 碳 中 和 战 略，改 善 施 甸 地 区 能 源 结构，本 研 究 尝 试 以 施 甸 地 热 区 为 典 型 研 究 区，基 于 该 区 地 热 资 源 前 期 勘 查 基 础，通 过 GMS软 件 建 立 了 地 热 系 统 三 维 地 质 模 型，以 直 观反 映 施 甸 地 热 系 统 空 间 展 布 规 律 和 地 层 分 布规 律，并 在 此 基 础 上 按 照 热 储 温 度 对 研 究 区进 行 划 分，在 各 三 维 模 型 分 区 下 分 别 计 算 热储 体 积，进 而 准 确、动 态 评 价 水 热 型 地 热 系 统地 热 资 源 量.研 究 结 果 不 但 有 助 于 施 甸 地 区地 热 资 源 的 合 理 开 发 利 用，对 于 在 同 类 型 地热 区 实 现 地 热 资 源 开 发 与 环 境、经 济、社 会 效益 协 调 发 展 的 目 的 也 有 借 鉴 意 义.1 施甸地质与地热地质条件 施甸地处横断山脉的云岭中南段，区内广泛发育中低温水热型地热资源，被选择为本文的研究 区.全 区 海 拔 560.02 895.4 m，气 候 属 中 亚热 带 气 候，年 平 均 气 温 18.区 内 出 露 寒 武 系、奥陶系、志留系灰岩，中上三叠系镁质碳酸盐岩，断裂条件发育，为地热流体提供了良好的储存和运移空间；新生界和中生界主要为未固结岩层、白云岩和玄武岩，透水性较差，构成地热系统盖层.研究区内新构造运动强烈，断裂继承性活动频繁，形成了一系列近南北向断裂带，如躲安寨断裂、搬家寨大断裂、白沙水断裂、里寨断裂等，这些断裂与区域最大主压应力方向夹角很小，易于运移、储存地热水，沟通了深部热储与浅部热储之间的联系.施甸地质概况如图 1 所示.2 地热系统三维地质建模 2.1建模数据与软件本次建模主要用到 1 10万地质图、两个地质剖面图、EH4 电磁测深剖面 7 条以及钻孔资料，现有地质资料已满足建模要求.据电磁测探数据解译的地层岩性与钻孔资料对比分析后，推断地层主要岩性为粘土、夹砂砾质粘土、玄武岩、页岩和灰岩.基于上述资料，将钻孔岩心岩性数据概化为钻孔柱状图，由于施甸盆地内地热勘察和开发利用程度有限，可利用钻孔资料较少；为提高三维地质模型精度，遂在现有资料基础上添加 6个虚拟钻孔，此类钻孔处各地层厚度按照区域地层平均厚度赋值.GMS是一款可以从平面到空间、从单元到系统以及从钻孔到地层的综合图形界面软件，不仅被广泛应用于地下水数值模拟、溶质运移等方面，而且可以用来研究地质结构，刻画复杂地质体中遇到的地层尖灭、抬升等问题.本文采用 GMS 建立研究区三维地质模型，立体展示地质要素分布情况（Lautz and Siegel，2006；黄新迎，2011；范书凯等，2015）.按 照 GMS 中 钻 孔 模 块 要 求 的 格 式 对 所 采用 钻 孔 的 地 层 沉 积 序 列 号、层 序 号 和 岩 性 编 号等 进 行 整 理，如 附 表 1 所 示.1108第 3 期赵杰等：基于三维地质建模的地热资源潜力评价2.2模型边界确定作为水热型地热系统，施甸地热系统的圈定与区域地下水补、径、排条件密切相关.施甸盆地周围基岩山区为地热水系统的补给区；盆地内上覆松散沉积层的厚度具有盆缘薄、向盆地中心方向 渐 厚 的 特 点，松 散 沉 积 层 下 伏 基 岩 为 碳 酸 盐岩，是地热水赋存和流动的主要场所，特别在盆地南北向断裂周围 1 0001 500 m 范围内岩溶发育，地热水循环条件好；天然条件下，盆地内地热水 以 温 泉 形 式 排 泄 于 盆 地 边 缘，南 北 断 裂 带 是其 主 要 排 泄 通 道.一 条 可 反 映 施 甸 地 热 系 统 地下水