雄安新区地热资源潜力评价_朱喜.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.2022.200雄安新区地热资源潜力评价朱喜1，2，王贵玲1，2*，马峰1，2，蔺文静1，2，张薇1，2，张保建3，贾小丰4，张汉雄1，2 1.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄 050061 2.自然资源部地热与干热岩勘查开发技术创新中心，河北石家庄 050061 3.中国地质科学院，北京 100037 4.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定 071051摘要：分析地热资源的形成、准确评估地热资源量是实现雄安新区地热资源可持续开发利用、推进碳中和的重要途径之一.本文通过研究雄安新区 26口地热勘探井及水质分析、试采试验等数据，对地热田内馆陶组、寒武系、蓟县系雾迷山组、高于庄组热储的空间分布范围及热储特征进行了分析，采用可采系数法和采灌均衡法评价了雄安新区地热资源量.结果表明，采灌均衡法计算的可采资源量和热量远大于开采系数法.采灌均衡法更贴近实际开发条件，且可靠性经过了比拟法验证.采灌均衡条件下全区地热流体可开采资源量为 401.77106 m3/a，地热流体可开采热量为 1 013.21014 J/a，折合标准煤 346.99104 t/a.以上研究可优化新区地热资源区划，推动“碳达峰、碳中和”目标实现.关键词：雄安新区；地热能；蓟县系；采灌均衡；碳中和.中图分类号：P641 文章编号：1000-2383(2023)03-1093-14 收稿日期：2022-05-17Evaluation of Geothermal Resources of the Xiong an New Area Zhu Xi1，2，Wang Guiling1，2*，Ma Feng1，2，Lin Wenjing1，2，Zhang Wei1，2，Zhang Baojian3，Jia Xiaofeng4，Zhang Hanxiong1，2 1.Insitute of Hydrogeology and Environmental Geology，CAGS，Shijiazhuang 050061，China 2.Technology Innovation Center of Geothermal&Hot Dry Rock Exploration and Development，Ministry of Natural Resources，Shijiazhuang 050061，China 3.Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China 4.Center for Hydrogeology and Environmental Geology Survey，China Geological Survey，Baoding 071051，ChinaAbstract:Analysis of the formation of geothermal resources and accurate assessment of the amount of geothermal resources are of great significance for the scientific and sustainable development and utilization of geothermal resources in Xiong an New Area and achievement of carbon neutrality.This paper analyses the spatial distribution range and geothermal reserve characteristics of Guantao Formation,Cambrian System,Wumishan Formation and Gaoyuzhuang Formation in the geothermal field by studying data from 26 geothermal exploration wells including water quality analysis and mining tests in the Xiong an New Area,and evaluates the geothermal resources of the Xiong an New Area using the recoverable coefficient method and the equilibrium method of extraction-reinjection.The results show that the recoverable resources and heat calculated by the balanced extraction and 基金项目：国家科技研发计划项目（No.2019YFB1504101）；河北省自然科学基金（No.D2021504041）；中国地质调查局地质调查项目（No.DD20221676）.作者简介：朱喜（1986-），男，助理研究员，主要从事地热地质、水文地质研究.ORICID：0000000312082878.Email：*通讯作者：王贵玲，Email:引用格式：朱喜，王贵玲，马峰，蔺文静，张薇，张保建，贾小丰，张汉雄，2023.雄安新区地热资源潜力评价.地球科学，48（3）：1093-1106.Citation：Zhu Xi，Wang Guiling，Ma Feng，Lin Wenjing，Zhang Wei，Zhang Baojian，Jia Xiaofeng，Zhang Hanxiong，2023.Evaluation of Geothermal Resources of the Xiong an New Area.Earth Science，48（3）：1093-1106.第 48 卷地球科学 http:/reinjection method are much larger than those by the extraction coefficient method.The balanced extraction and reinjection method is closer to the actual development conditions and verified by the comparison method.The recoverable resources of geothermal fluids in the whole area under the balanced extraction and reinjection conditions are 401.77106 m3/a,and the recoverable heat of geothermal fluids is 1 013.21014 J/a,equivalent to 346.99104 t standard coal/year.This study will optimise the zoning of geothermal resources in the new area and promote the achievement of goal of“carbon peaking and carbon neutrality”.Key words:Xiong an New Area;geothermal energy;Jixian System;extraction and reinjection balance;carbon neutrality.0 引言 随着经济的迅速发展，能源短缺问题日益受到重视，地热资源由于其清洁可再生的优点成为新能源的热门选择（王贵玲等，2017a；Long et al.，2021）.世界地热大会数据显示，2019年全球地热直接利用装机容量 1.08106 MWt，中国为 4.06105 MWt，分别比 2015 年增长了 52%和 127%.我国地热能的直接利用量增长迅速，近年来一直保持着世界第一的 地 位（Lund and Boyd，2016；Lund and Toth，2021）.雄安新区成立以来一直贯彻落实国家“推进北方地区冬季清洁取暖”、“蓝天保卫战”的宗旨，推动该地区的地热资源开发利用.在“3060 碳达峰、碳中和”目标发布以来，促进地热资源开发利用、推进节能减排将被提升到更加重要的地位.雄安新区属于典型的沉积盆地古潜山型复合水热系统（张薇等，2019；王贵玲和蔺文静，2020），是我国中东部水热型地热资源开发利用条件最好的地区（王贵玲等，2017a）.前人在雄安新区开展过大 量 的 调 查 研 究 工 作，周 瑞 良（1987）、陈 墨 香（1990）以丰富的低温和大地热流测试数据为基础，对雄安新区牛驼镇凸起地温场形成机制进行了分析，对区域地下热水的形成、性质和开发利用进行了探索；邱楠生等（2017）利用钻井测温资料和实测的岩石热导率数据分析了冀中坳陷的地温梯度、大地热流、热岩石圈厚度、岩石圈热结构等地热特征参数，总结了现今地热特征；王贵玲等（2017b）在分析京津冀地区构造、大地热流、地温梯度等地质背景基础上总结了京津冀地区隆起山地对流型与沉积盆地传导型地热资源的成藏模式与赋存条件；胡秋韵等（2020）采用数值模拟的方法对雄安新区容 城 凸 起 地 热 资 源 进 行 了 预 测；苏 永 强 和 李 郡（2018）、鲁锴等（2019）、王朱亭等（2019）更加细化了对雄安新区大地热流、地温梯度等地温场数据的研究，这些工作主要集中在地热资源的形成机制、温度场的分布特征等方面，难以满足全区资源量评价及开发利用的需求（王树芳等，2013）.为进一步推动雄安新区地热开发利用，中国地 质 调 查 局 2018-2020 年 实 施 了 系 统 的 地 热 整装勘查工作，获得了大量的地热参数井、水文地球 化 学、试 采 试 验 等 相 关 数 据（朱 喜 等，2021），本文系统收集了雄安新区 26 口地热勘探井及物探、试采试验等数据，对馆陶组、寒武系、蓟县系雾 迷 山 组、高 于 庄 组 热 储 的 空 间 分 布 范 围 及 热储 特 征 进 行 了 分 析，评 价 了 采 灌 均 衡 条 件 下 的地 热 资 源 量，对 于 推 动 新 区 大 规 模 开 采 利 用 地热资源、助力绿色雄安建设具有重要意义.1 研究区地质概况 1.1构造条件雄安新区于 2017 年设立，地处华北平原腹地，由河北省保定市所辖雄县、容城、安新 3县以及任丘县七间房乡、鄚州镇、苟各庄镇及高阳县的龙化乡组成，全区面积 1 770 km2.在区域构造地质上，雄安新区位于华北盆地区（级）的廊坊衡水火山沉积盆地（级），区内包括廊坊凹陷、容城凸起、牛驼镇凸起、保定凹陷、高阳低凸起、饶阳凹陷、霸县凹陷等次一级构造单元（图 1）.根据热储顶板埋深程度，雄安新区可被划分为牛驼镇地热田、容城地热田和高阳地热田.容城地热田位于容城凸起及周边 廊 坊 凹 陷、保 定 凹 陷 等 部 分 地 区（陈 墨 香，1990）.牛驼镇地热田以牛驼镇凸起为中心，西部由大河镇洼漕与容城凸起相隔，北为廊坊凹陷，东部为霸县凹陷，南部为饶阳凹陷.两凸起地区蓟县系热储顶板埋深多在 2 500 m 以内.高阳地热田以 高 阳 低 凸 起 为 中 心，东 西 位 于 保 定 凹 陷 和 饶阳 凹 陷 之 间，北 部 与 通 过 安 新 转 换 带 与 两 凸 起相连，蓟县系顶板埋深多在 3 000 m 以下（图 1）.1.2地层特征华北克拉通基底由太古宇和下元古界经过褶皱变质形成的复杂结晶变质岩系组成（翟明国等，2014），盖层由两套沉积层组成，中上元古界和下古1094第 3 期朱喜等：雄安新区地热资源潜力评价生 界 为 海 相 碳 酸 盐 岩，新 生 界 为 陆 相 碎 屑 岩（Kong et al.，2017）.雄 安 新 区 发 育 地 层 有 新 生界、古生界、中元古界和太古界（图 2），其中新生界岩性主要为砂层、砂岩及砂砾岩等，导热能力稍 差；深 部 热 储 岩 性 主 要 为 蓟 县 系 白 云 岩，具有 较 好 的 热 物 性 特 征.区 内 第 四 系、新 近 系 和古 近 系 作 为 蓟 县 系 的 覆 盖 层 广 泛 发 育，亦 是 雄安地热资源优越的必要条件（毛小平等，2018）.1.3构造演化雄安新区的莫霍面埋深约为 3235 km，由北向南逐渐加深.在构造演化方面，以太古宙古元古代 为 克 拉 通 结 晶 基 底 形 成 阶 段（Kusky and Li，2003），之后华北克拉通进入盖层演化阶段，并相应地沉积了较厚的地层（翟明国等，2014）；新元古代晚古生代，地层整体升降运动、北部古亚洲洋的南向俯冲以及早中生代华南与华北的碰撞，均对华北克拉通的发展、演化产生了重要的影响（朱日祥等，2012；何登发等，2018）.早中生代后热演化保持稳定（崔悦等，2020），目前的构造格局起于印支运动，期间近南北向的挤压造成区域近东西向的构造格局.燕山运动发育容城断裂等北北东向的逆冲构造，喜山期时构造格局由近南北向的收缩变为北西西南东东向的伸展.在此背景下，地层大量剥蚀，岩石圈发生大规模减薄（朱日祥等，2012）.雄安新区在太行山山前断层和一系列次级断层的控制下，发生强烈的 伸 展 块 断 活 动，这 一 过 程 持 续 至 古 近 纪 末 期（Allen et al.，1997）.新近纪第四纪，雄安新区连同整个渤海湾盆地进入裂后热沉降阶段（马杏垣等，1983；Allen et al.，1997；何登发等，2018）.2 地热地质特征 雄安新区断裂十分发育，以伸展断层为主，主图 1雄安新区地理位置及地质条件图Fig.1The location and geological conditions of Xiong an New AreaF1 为容西断裂；F2 为容东断裂；F3 为牛东断裂；F4 为徐水牛南断裂；F5 为安新断裂；F6 为容城断裂；F7 为高阳断裂；F8 为博野断裂；F9 为任西断裂1095第 48 卷地球科学 http:/要有 NE 向容城断裂、牛东断裂和高阳博野断裂，NWW 向徐水牛南断裂，以及近 EW 向、呈弧形展布的安新断裂（图 1和图 3）.容城断裂断至结晶基底（图 3 剖面 AA，BB），是控制新近系发育的生长断层；牛东断裂是控制牛驼镇凸起和霸县凹陷、断开基底的深大断裂（图 3剖面 AA，BB）；高阳、博野断裂是控制古近系厚度和构造的断层；徐水断裂控制容城凸起与保定凹陷的发育，为断开结晶基底的长期活动深大断裂（图 3剖面 CC）；牛南断裂是控制牛驼镇凸起西南边界的正断层，同样也是断开基底、长期活动的深大断裂（图 3 剖面 CC）.深大断裂为深部热量的传递提供了运移通道（李卫卫等，2014）.其中，容东断裂走向 NNE，为牛驼镇凸起和容城凸起的边界；徐水断裂为走向近 EW 的正断层，是控制容城凸起和保定凹陷边界的断裂构造；牛南断裂走向近 EW，是控制牛驼镇凸起西南边界的正断层；牛东断裂走向 NE，是控制牛驼镇凸起与霸县凹陷的大断裂；高阳断裂走向 NE，是控制古近系厚度和构造的断层.这些断裂不仅控制区域构造格局，同时为地热流体提供运移通道，对雄安新区深部地热系统的形成具有十分重要的意义.研究区发育地层有新生界（第四系、新近系）、古生界（寒武系、奥陶系）、中元古界（青白口系、蓟县系、长城系）和太古界（深变质岩）.中元古界蓟县图 2雄安新区地层综合柱状图Fig.2Comprehensive stratigraphic bar chart of the Xiong an New Area据何登发等（2018）、马峰等（2020），有改动1096第 3 期朱喜等：雄安新区地热资源潜力评价系雾迷山组在区内均有分布（图 4），沉积厚度变化 较 大，5001 500 m，岩 性 主 要 为 含 燧 石 条 带白云岩、巨厚叠层石白云岩、沥青质白云岩和粉砂泥状白云岩夹薄层棕红、灰绿色泥岩.整个渤海 盆 地 大 地 热 流 值 多 在 6065 mW/m2之 间（王良 书，2002；Furlong and Chapman，2013），雄 安新 区 位 于 区 内 热 流 值 较 高 的 地 区，结 合 实 测 数据，热 流 值 取 70 mW/m2（马 峰 等，2020）.根据勘探孔数据（图 1），研究区有砂岩孔隙型热储和基岩裂隙型热储两种热储类型.孔隙型热储包括新近系明化镇组和馆陶组砂岩热储，均在区内广泛分布，但明化镇组由于新区政策等原因一直处于禁采状态，故评价时不考虑；馆陶组热储在牛驼镇凸起西部和高阳低凸起以及周边凹陷地区广泛分布，并在容城、牛驼镇两凸起中间的大河镇洼槽处也有发育；裂隙型碳酸盐岩热储主要包括寒武系和蓟县系热储，分布于牛驼镇凸起、容城凸起和高阳低凸起（图 1），呈北东向连续分布.根 据 雄 安 新 区 部 署 的 26 口 地 热 勘 探 孔 及 相 关资料，笔者绘制了穿过雄安新区的 3 条剖面（图1 和图 3），基本厘清雄安新区热储空间特征.2.1馆陶组热储特征平面上，馆陶组砂岩孔隙型热储在廊固凹陷和牛驼镇凸起及保定凹陷大部分缺失，在其他地区和大河镇洼槽区分布（图 4）.从剖面 AA来看，垂向上馆陶组热储在容城地热田南部开始出现，位于新近系明化镇组以下，古近系东营组之上，向南进入高阳地热田内保定凹陷和高阳低凸起范围，埋深自D18处 1 037.5 m 到 D34井 1 538.3 m，呈缓慢下降的趋势，厚度 215330 m.剖面 BB、CC也显示热图 3地质剖面示意Fig.3Geological profile in Xiong an New Area1097第 48 卷地球科学 http:/储进入高阳低凸起东西侧后沉积于馆陶组，埋藏深度、厚度与剖面 AA特征一致.大河镇洼槽地区馆陶组呈碗状发育，依该区内猛进庄地热井揭露情况，地层顶界埋深约为 1 0001 400 m，地层厚度最大约 800 m.馆陶组岩性以砂岩、砂砾岩为主，呈微固结半固状态.热储层数一般为 511层，单层厚度一般为 715 m，最薄 2.0 m，最厚可达 33.3 m.砂 厚 比 为 29.2%51.4%，孔 隙 度 在22%30%.热储中部温度为 47.174.9.水化学类型以 ClHCO3Na 型及 ClNa 型为主（图 5），pH一 般 在 8.008.72，属 于 弱 碱 水，TDS 含 量 为0.972.89 g/L.涌水量为 2070 m3/h（吴爱民等，2018），单位涌水量一般为 0.241.04 m3/（hm）.2.2寒武系热储特征寒武系热储在区内分布范围较小，平面上主要分布在容城县西部的容西断裂以西，D12、D21、D23井 3 口勘探孔揭露有炒米店组、崮山组、馒头组、张夏组等，各层厚度普遍较小，故视为一组，统称寒武系热储.剖面 CC显示了寒武系的展布情况，在容城凸起西侧斜坡之上以 4550沉积在蓟县系之上，上覆地层为古近系.岩性主要为灰岩、白云质灰岩、鲕状灰岩，多夹有泥岩、泥灰岩等.岩溶裂隙发育，地层储厚比为 16.5%，岩溶裂隙发育程度一般.揭露热储厚度 7221 084 m，顶界埋藏深度 1 1851 996 m，热储温度 5063.水化学类型以 ClNa型 为 主（图 5），pH 值 7.269.35，属 于 弱 碱 水，TDS 含量为 2.212.45 g/L.涌水量为 3060 m3/h，单位涌水量一般为 0.240.44 m3/（hm）.2.3蓟县系热储特征蓟 县 系 广 泛 分 布 于 容 城 凸 起、牛 驼 镇 凸 起和 高 阳 低 凸 起 及 周 边 地 区，整 体 呈 北 东 向 连 续分 布.以 雾 迷 山 组 和 高 于 庄 组 为 主，局 部 揭 露杨 庄 组，厚 度 较 小.全 系 岩 性 主 要 为 白 云 岩、燧石 条 带 白 云 岩、泥 质 白 云 岩 等.2.3.1雾迷山组热储上部雾迷山组岩溶裂隙发育空间差异性较大，总体呈现裂隙发育、连通性好图 4不同热储顶板埋深示意Fig.4The depth of burial of the tops of the different thermal reservoirsa.馆陶组；b.寒武系；c.雾迷山组；d.高于庄组1098第 3 期朱喜等：雄安新区地热资源潜力评价的特征.3 条剖面显示蓟县系热储空间分布变化特征明显，在容城凸起、牛驼镇凸起顶部埋藏较浅，向凸起两侧至凹陷处埋深迅速增加，总体形态 为“三 凹 三 凸”，特 别 是 北 部 呈 现“两 山 夹 一槽”的 特 征.受 容 城 断 裂、牛 东 断 裂、徐 水 断 裂、牛南断裂等影响，厚度变化较大且无规律性.在容城凸起（D13 附近）、牛驼镇凸起（D03）的顶部热储埋深减至 600800 m 左右，两凸起形态相似，凸起斜坡处埋深约 1 2001 600 m，两者中间的洼槽处（D15、D05）以及两凸起的外侧凹陷区（D12、D04）埋深超过 2 500 m.剖面 AA、BB显示容城断裂两侧雾迷山组厚度变化巨大，凸起中心（D13附近）局部缺失，明化镇组直接覆盖于高于庄组之上，呈不整合接触，太古界揭露深度 2 165 m，明显浅于其他地区；剖面 AA显示凸起中心向北，雾迷山组厚度明显增大，D11 孔揭穿厚度 850 m.容城断裂东侧 D18、D19及周边区域受容城断裂影响，与西侧地层明显不同，D19 孔雾迷山组埋深深至 2 920 m，厚度明显增大，最厚处超过 800 m.结合剖面 CC来看，整个储层在容城凸起呈西北厚、中间薄的特征；牛驼镇凸起呈现东北厚、南部薄的特征.高 阳 低 凸 起 地 区 雾 迷 山 组 埋 藏 深、厚 度小，现 有 钻 孔 显 示 埋 深 在 3 4833 853 m，揭 穿厚 度 在 29193 m.北 部 与 两 凸 起 相 交 的 安 新转 换 带 地 区 受 徐 水 断 裂 和 牛 南 断 裂 影 响，蓟县 系 埋 深 下 降 至 4 000 m，并 沉 积 更 加 厚 的 古近 系，整 体 厚 度 超 过 2 500 m.雾 迷 山 组 热 储 温 度 多 在 6585 之 间，涌水 量 为 30198 m3/h，单 位 涌 水 量 1.16.1 m3/（hm）.水 质 类 型 以 ClNa 为 主（图 5），pH 值7.098.63，属 于 弱 碱 水，矿 化 度 1.402.96 g/L.雾 迷 山 组 热 储 较 馆 陶 组 热 储 埋 藏 更 深、温 度更 高，地 热 水 与 热 储 围 岩 的 水 岩 相 互 作 用 更为 强 烈，因 此 水 化 学 组 分 含 量 更 高.2.3.2高于庄组热储高于庄组多下伏于杨庄组之下，容西斜坡带、容城断裂附近和牛驼镇凸起顶部等杨庄组缺失地区与雾迷山组直接接触.其下多为长城系大红峪组，容城断裂附近缺失.高于庄组顶板埋深在 8953 693 m，变化巨大.在容城凸起、牛驼镇凸起顶部埋藏相对较浅，特别是部分地区高于庄组与上覆盖层直接接触，中间古近系、蓟县系雾迷山组等缺失.凹陷与高阳低凸起区埋藏较深，多在 2 500 m 以下.储层厚度变化也较大，一般在1741 240 m，受容城断裂影响，容城凸起中部，D20图 5不同热储层地热流体水化学 Piper图Fig.5Piper diagram showing the water samples in different thermal reservoirs1099第 48 卷地球科学 http:/附近最薄，揭穿厚度 88 m，而容城凸起西部（D16、D22）厚度达 1 556 m.容城断裂断至太古界基底，太古界侵入至 2 000 m 以内，造成两侧地层发生巨大变化，是影响新区热储空间特征、温度、水量的重要断层.其附近的 XK031、D13、D17、D20等井都钻遇太古界，热储层减薄至百米左右，断裂带附近呈现蓟县系热储埋藏浅、厚度小、温度高、水量小的特点.高 于 庄 组 热 储 温 度 65123，单 井 涌 水 量 30 170 m3/h，单位涌水量 0.25.3 m3/（hm）.水质类型以 ClHCO3Na 型 及 ClNa 型 为 主（图 5），pH 值6.928.56，属于弱碱水，矿化度 2.323.68 g/L.图5显示深部 3层碳酸盐岩热储水化学特征较为相似，而浅部馆陶组热储各离子含量差距较大，两者区别明显，且前者 TDS比后者高（刘明亮等，2020）.3 地热资源量计算 笔者在各勘探孔进行热储产能测试，获取各孔目的层水文地质参数，试验参照 地热资源地质勘查规范（GBT116152010）进行.抽水前要进行测井和试抽水，测井可掌握热储层裂隙分布段位置，根据试抽水情况，选择与扬程、出水量、耐温度、功率等技术指标相适宜的热水泵型号，初步确定抽水最大降深（Smax）并采用水位恢复法初步确定最高热水位埋深.抽水试验采用无观测井、稳定流的方法，通过涌水量及所对应的井中水位降深计算热储层渗透系数等水文地质参数.最终计算出地热资源量、地热流体储存量、地热流体可开采量、地热流体可开采热量 4 个主要指标.3.1评价方法选 择 热 储 法 和 采 灌 均 衡 法 进 行 资 源 量 评价，热 储 法 是 以 往 地 热 资 源 评 价、地 热 勘 查 等工 作 中 常 用 的 计 算 地 热 资 源 量 方 法（朱 喜 等，2016；Wang et al.，2019），方法成熟，适用性广.采 灌 均 衡 法 基 于 热 突 破 公 式（刘 志 明，2016），考虑了热储回灌，符合实际开发条件.（1）地 热 资 源 量 计 算.采 用 热 储 法 计 算，计算公式如下：Q=Crr(1-)V(T1-T0)+Cwwqw(T1-T0)，（1）式中：Q 为地热资源量，kJ；Cr、Cw分别为热储岩石比热和水的比热，kJ/（kg）；r、w分别为热储岩石密度和水的密度，kg/m3；为热储岩石孔隙率（或裂隙率）；qw为流体储量，包括容积储量和弹性储量，m3；T1为 热 储 温 度，；T0为 恒 温 层 温 度，取14.5；V 为热储体积，m3.（2）地热流体储存量计算.包括容积储存量与弹性储存量两部分.计算公式如下：Q储=V+SA(H-h)，（2）式中：Q储为地热流体储存量，m3；为热储岩石孔隙率（或裂隙率）；V 为热储体积，m3；S 为弹性释放系数；H 为平均承压水头标高，m；h 为平均热储顶面标高，m；A 为评价热储面积，m2.（3）地热流体可开采量计算.该指标是评价地热资源丰富与否的最重要参数，本文采用开采系数法和采灌均衡法 2种方法进行计算.开采系数法：Qwk=Q储X，（3）图 6热储分区Fig.6The distribution of thermal reservoirsa.砂岩热储分区；b.碳酸盐岩热储分区1100第 3 期朱喜等：雄安新区地热资源潜力评价式中：Q储为地热流体储存量，m3；X 为可采量系数，其中裂隙型层状热储层，X取值 5%（100 a）.采 灌 均 衡 法.计 算 动 态 资 源 量 的 约 束 条件：首先，设定 100 a 作为地热资源可持续利用的表 1主要计算参数Table 1Main calculation parameters地层馆陶组雾迷山组高于庄组寒武系分区J区L区M 区N区O区P区Q区R区A区B区C区D区E区F区G区H区I区J区K区L区M 区O区P区Q区R区A区B区C区D区E区F区G区H区I区J区K区L区M 区N区O区A区B区储厚比0.360.360.360.240.360.360.360.360.400.400.300.300.300.200.300.300.250.300.300.300.300.200.180.160.160.150.150.150.150.200.200.150.150.150.150.150.130.150.130.300.150.15热储温度（）5050.550.550.550.548606870626653606075858080808080801201181158066707065658595909090909090907676水位埋深（m）86909090904549601151131141221101101101121151051001001101101251201151151131141221101101101121151101001051151051008080岩石密度(kg/m3)2 6002 6002 6002 6002 6002 5002 5002 5002 8502 9402 8332 8332 8332 8332 8332 8332 8032 8032 8032 7502 7502 7502 8702 8702 8702 8502 8542 8002 8332 8332 8332 8332 8332 8142 8032 8032 7502 7502 7502 7502 7002 700岩石比热(J/(kg)879.23879.23879.23879.23879.23879.27879.27879.27877.01788.58848.32870.251 170.63870.25870.251 091.031 044.181 044.181 044.181 044.181 044.181 044.181 309.241 309.241 309.24877.01788.58856.08812.30812.30812.30812.30812.301 055.521 055.521 055.521 055.521 055.521 055.521 055.52982.05982.05孔隙率/裂隙率（%）30303030302020203.53.544443.53.53.53.53.53.53.53.533322222222222222233弹性释水系数(105)37.6737.6737.6737.6737.6730.0030.0030.002.912.913.523.321.671.113.612.873.893.603.603.603.604.323.283.283.280.420.421.041.041.111.380.620.611.021.021.021.021.021.022.451.321.321101第 48 卷地球科学 http:/时间尺度；其次，水温百年最大下降量定为 2，水位百年最大下降量 50 m.按采灌均衡条件下开采 100 a，消耗 15%的地热储量，考虑大地热流及周边对热储层热能的补给作用，区域平均大地热流按照 70 mW/m2计算，100 a 内大地热流对热储层能量的补给按照总热流量的 10%进行补给，根据热量平衡计算影响半径，确定允许开采量.R=1-tfQ抽0.15H,（4）f=wCweCe,（5）eCe=rcr(1-)+Cww,（6）=Q回灌Q抽,（7）=T2-T0T1-T0,（8）Q允=AQ抽R2=0.15AH(1-)tf,（9）式中：R 为采灌均衡条件下的影响半径，m；为回灌率，考虑热储岩性、孔隙裂隙发育情况，孔隙型层状热储层取 30%、岩溶型层状热储层取 90%、裂隙型层状热储层取 50%；为回灌前后流体温度差比值；t 为时间，取 100 a，36 500 d；f 为水的密度和比热乘积与岩体总密度和比热乘积之比；w、r分别为热储水和岩石的密度，kg/m3；Cw、Cr分别为热储水和岩石的比热，kJ/（kg）；为热储岩石孔隙度；Q回灌为回灌量，m3/d；Q抽为 20 m 水位降深时，单井涌水量，m3/d；T1为热储温度，；T2为回灌温度，取 25；T0为恒温层温度，；Q允为采灌均衡条件下允许开采量，m3/d；A为评价面积，m2；H 为热储层厚度，m.（4）地热流体可开采热量计算.地热流体可开采热量可用下式计算：Qp=QwkCww(T1-T0),（10）式中：Qp为地热流体可开采热量，kJ/d；Qwk（Q允）为地热流体可开采量，m3/d；Cw为地热流体的比热，kJ/（kg）；w为地热流体的密度，kg/m3；T1为热储温度，；T0为恒温层温度，.根 据 公 式 10 分 别 求 取 两 种 地 热 流 体 可 开采 量 计 算 结 果 的 可 采 热 量.3.2热储分区根 据 热 储 条 件 将 新 区 分 为 数 个 区 块 并 分别 计 算 各 自 的 地 热 资 源 量.以 构 造 单 元 和 雄安 新 区 边 界 作 为 一 级 分 区 界 线；以 断 裂、地 层缺 失 线、地 层 厚 度 变 化 较 大 的 界 线、热 储 顶 板埋 深 等 值 线、地 温 场 等 值 线 作 为 二 级 分 区 界线 依 据 进 行 细 分（图 6），馆 陶 组 共 8 个 子 区，表 2不同地热田资源量计算结果Table 2Results of resource calculations for different geothermal fields地热田容城牛驼镇高阳合计总面积(km2)309.97699.11628.041 637.12地热资源量(1016J)1 230.732 062.622 635.315 928.66地热流体储存量(108m3)30.25124.94221.50376.68地热流体可采量(开采系数法)(106m3/a)1.516.2511.0818.84地热流体可开采热量(开采系数法)(1014J/a)3.3511.7222.7937.86地热流体可采量(采灌均衡法)(106m3/a)100.07141.01160.69401.77地热流体可开采热量（采灌均衡法)(1014J/a)223.85356.67432.681 013.20表 3不同热储层资源量计算结果Table 3Results of resource calculations for different thermal reservoirs地热田馆陶组寒武系雾迷山组高于庄组合计总面积(km2)1 026.7247.001 637.12925.80-地热资源量(1016J)1 372.6981.033 200.151 274.805 928.67地热流体储存量(108m3)287.931.7171.0516.00376.68地热流体可采量(开采系数法)(106m3/a)14.400.093.560.8018.84地热流体可开采热量(开采系数法)(1014J/a)25.310.2110.092.2537.86地热流体可采量(采灌均衡法)(106m3/a)125.386.21190.9279.26401.77地热流体可开采热量（采灌均衡法)(1014J/a)222.1715.13553.44222.451 013.201102第 3 期朱喜等：雄安新区地热资源潜力评价寒 武 系 共 2 个 分 区，蓟 县 系 共 18 个 分 区.3.3计算参数选取计算深度上，容城、牛驼镇地热田为 4 000 m；高 阳 地 热 田 由 于 盖 层 巨 厚，蓟 县 系 热 储 埋 深 一般 在 3 500 m 以 下，考 虑 实 际 开 采 条 件，定 为 4 500 m.根 据 各 分 区 的 地 热 地 质 特 征 赋 予 相 应的热储参数（表 1），其中面积依据 Mapgis 软件从图 上 求 得，厚 度、储 厚 比、热 储 温 度 依 据 测 井 数据获得，水位埋深依据动态监测数据获得，岩石密 度、岩 石 比 热、孔 隙