０ 引言

作為一種綠色低碳和可循環(huán)利用的非化石清潔能源，地熱能具有儲量大、分布廣、穩(wěn)定可靠等其他能源不可比擬的優(yōu)點，是實現(xiàn)碳達峰和碳中和的重要能源利用途徑。進入2１世紀以來，生態(tài)和環(huán)境保護越來越受到重視，在一定程度上推動了地熱能的開發(fā)利用和勘查研究。地熱資源可行性勘查是指在預可行性勘查或開發(fā)利用選定工程區(qū)，通過地質(zhì)地熱調(diào)查、地球物理勘查、動態(tài)監(jiān)測等方法，查明地質(zhì)地熱條件、建立熱儲模型、計算地熱資源量等的系統(tǒng)工作，對于后續(xù)開采設計和開發(fā)規(guī)劃具有重要意義。王花園井位于亳州市城區(qū)西北渦河北岸、藥王大道西，自２０世紀７０年代至今廣大地質(zhì)工作者在該區(qū)周邊及亳州市開展了基礎地質(zhì)、水文地質(zhì)及地熱地質(zhì)工作。其中亳州市城南地熱資源可行性勘查及王花園井地熱成井工作等成果，反映了王花園井周邊具備地熱資源開發(fā)利用的較好潛力。基于以上，本次在綜合前人研究的基礎上，在王花園井周邊開展了以專項水文地質(zhì)調(diào)查、取樣測試、動態(tài)監(jiān)測等技術方法為主的地熱資源可行性勘查工作，在勘查區(qū)地熱地質(zhì)條件、地熱田成因、熱儲概念模型、地熱資源量等方面取得豐碩成果，為該區(qū)后續(xù)探礦權(quán)申請和開發(fā)利用規(guī)劃提供了重要依據(jù)。

１ 勘查區(qū)地質(zhì)地熱條件

１．１ 地質(zhì)構(gòu)造特征

１．１．１ 地層結(jié)構(gòu)

勘查區(qū)主要為新近系、古近系和第四系地層，新近系和第四系松散層厚７５０～８７０ｍ左右。古近系分為：（１）古近系古新統(tǒng)雙浮組（Ｅ_１ｓｈ），巖性下部主要為細砂巖與泥巖、砂質(zhì)泥巖互層，上部主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖與砂巖、粉砂巖互層，厚度大于５００ｍ，頂板埋深１１９６．８０ｍ；（２）古近系始新統(tǒng)界首組（Ｅ_２ｊ）：巖性下部主要為泥巖與細砂巖互層，中部為泥巖與細砂巖、粉砂巖互層，上部為泥巖夾細砂巖、粉砂巖，總厚約４２０．８５～４２７．１５ｍ。新近系分為：(1) 新近系中新統(tǒng)館陶組（Ｎ_１ｇ），巖性下部主要細砂，中部粘土與中砂、細砂、粉砂互層，上部為粘土夾細砂、中細砂，總厚約２０５．２０～３１５．９０ｍ；（２）新近系上新統(tǒng)明化鎮(zhèn)組（Ｎ２ｍ）：下部為粘土、亞粘土與粉砂、細砂、中砂互層，上部為粉砂、細砂、中砂與粘土、粉質(zhì)粘土互層，總厚約３６７．８５～３９５．４９ｍ。

勘查區(qū)第四系厚約１６６．２５～１８１．７８ｍ，自老到新分為：

（１）下更新統(tǒng)，分上、中、下三段，總厚７５～９３．６２ｍ；（２）中更新統(tǒng)，分上、下兩段，總厚約４１．３０～６２．０５ｍ；（３）上更新統(tǒng)，分上、下兩段，總厚約２５．９０～４８．３２ｍ；（４）全新統(tǒng)，勘查區(qū)總厚約０．５５～１３．０５ｍ，南部厚度較小。

１．１．２ 斷裂構(gòu)造及基底構(gòu)造

勘查區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造均為區(qū)域性斷裂的次生斷裂，主要有ＮＮＥ向張完集斷裂Ｆ１和ＥＷ 向的渦河斷裂Ｆ推１（圖１）。前人在區(qū)內(nèi)布設有兩條大地電磁測深平行剖面（１線、２線），通過明顯的“Ｖ”型寬大低阻異常和同步向下彎曲典型斷裂異常特征，于區(qū)內(nèi)東側(cè)邊界解譯推斷了走向約４０°、ＮＷＷ 傾的張完集斷裂Ｆ１（圖２）。渦河斷裂Ｆ推１位于勘查區(qū)南側(cè)亞珠石油城—化肥廠一線，該斷裂為亳州隆起的北界斷裂，其主要通過重力資料推測為ＥＷ 走向、Ｎ傾的正斷層。

勘查區(qū)基底為阜陽拗陷，坳陷地區(qū)自下而上沉積有厚度大于１４６７ｍ的古近紀沉積物，８４８ｍ厚的新近紀沉積物，１６０ｍ厚的第四紀沉積物。鉆探和物探工作均未揭穿基底，基底埋深大于２５００ｍ。

１．２ 熱儲特征

根據(jù)地熱田熱儲埋藏條件，將勘查區(qū)熱儲劃分為新近系熱儲和古近系上部熱儲。新近系熱儲在勘查區(qū)全區(qū)分布，頂板埋深約５４６．５ｍ，底板埋深約８４８ｍ，勘查區(qū)內(nèi)頂板埋深和厚度變化不大。熱儲主要由較松散的粉細砂、中細砂組成，局部微固結(jié)。本次通過分析物探測井資料，劃出７層含水層，揭露總厚度１０４．１ｍ，測井溫度３８．６℃ ～４４．８℃。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，單井涌水量１０００～２０００ｍ^３／ｄ。

古近系上部熱儲在勘查區(qū)全區(qū)分布，頂板埋深９２９．８ｍ，底板未揭穿，勘查區(qū)內(nèi)頂板埋深和厚度變化不大。熱儲主要由細粒砂巖、粉砂巖，局部中砂巖組成，呈固結(jié)狀。本次通過分析物探測井資料，劃出５３層含水層，揭露總厚度４９３．７ｍ，測井溫度３８．６℃ ～７２．２９６℃，井口出水地熱水溫度６９．５℃。

１．３ 地溫場特征

１．３．１ 垂向分布特征

根據(jù)勘查區(qū)內(nèi)王花園井測溫資料，本區(qū)恒溫帶１７℃，恒溫帶深度２０ｍ。本井２４０～２３０５ｍ井段溫度為３４．５６３℃ ～７２．２９６℃，計算得到本井地溫梯度２．４２℃ ／１００ｍ。根據(jù)前人已完成的亳州市（城南）地熱資源可行性勘查成果，區(qū)內(nèi)蓋層地溫梯度３．０８～３．８８℃ ／１００ｍ；新近系熱儲層地溫梯度１．２℃ ／１００ｍ，古近系上部熱儲層地溫梯度２．０４～２．０６℃ ／１００ｍ；平均地溫梯度２．８４～３．２３℃ ／１００ｍ。

１．３．２ 平面分布特征

本次統(tǒng)計了１０ｍ埋深處的溫度數(shù)據(jù)，并依據(jù)測溫數(shù)據(jù)進行地溫梯度暈圖繪制。由圖３（ａ）可見，１０ｍ埋深處地溫約１５．９℃ ～１８．３℃，地溫高異常區(qū)主要位于探礦權(quán)南部和西北部。

考慮淺部地溫受多因素影響，為有效識別淺層地溫異常區(qū)域，本次求取了７．５ｍ埋深處地溫梯度公式（１），并繪制了７．５ｍ埋深地溫梯度暈圖。由圖３（ｂ）可見可見，７．５ｍ埋深

與１０ｍ埋深地溫梯度暈圖，在平面布局上發(fā)生存在較大差異性，７．５ｍ埋深高地溫梯度區(qū)主要分布在勘查區(qū)北部和中部。

式中：Ｔ１０為１０ｍ埋深處的地溫，Ｔ５ 為５ｍ埋深處的地溫，ΔＴ／Δｈ７．５為７．５ｍ埋深處的地溫梯度。

２ 地熱田成因分析

２．１ 地下水補給來源

對地熱流體、地表水和淺層地下水分別采取樣品測定氫氧穩(wěn)定同位素氘δＤ（ＶＳＭＯＷ‰）和δ１８Ｏ（ＶＳＭＯＷ‰），測定結(jié)果為：王花園井地熱流體δＤ＝－６７．０、δ１８Ｏ＝－８．０，ＢＲ０３井地熱流體分別為δＤ＝－６８．０、δ１８Ｏ ＝－８．７，地表水δＤ＝－５０．０、δ１８Ｏ ＝－７．４，淺層地下水分別為δＤ＝－６２．０、δ１８Ｏ ＝－８．９。

如圖４所示，地表水與淺層地下水均落在全國大氣降水線附近，說明該區(qū)域淺層地下水的補給與大氣降水關系密切。王花園井與ＢＲ０３井地熱水投影點均落在全國大氣降水線δＤ＝７．８３δ１８Ｏ＋８．１６附近，略向左偏移，說明其補給來源來自大氣降水。

２．２ 地下水年齡

本次通過測定地下水中３Ｈ與大氣降水中的３Ｈ含量比較確定年齡，測試結(jié)果表明：區(qū)域內(nèi)地表水和雨水中的３Ｈ含量分別為８．０～１９．８４ＴＵ、１６．４０ＴＵ，為現(xiàn)代水標準值；研究區(qū)位于內(nèi)陸地區(qū)，古近系３Ｈ含量４．５±１．１ＴＵ，說明地熱流體主要為１９５４年以前補給的地下水并混有一部分現(xiàn)代大氣降水。

２．３ 地熱成因

本區(qū)古近系地熱流體溶解性總固體含量約１４４３０～１８６４７ｍｇ／Ｌ，為Ｃｌ－ －Ｎａ＋型，說明古近系地熱流體水交替緩慢，補給源微弱，水文地質(zhì)環(huán)境封閉，天然狀態(tài)下勘查區(qū)地熱流體補給和逕流緩慢。地熱流體中大部分為萬年前大氣降水補給，少部分為近帶大氣降水溶濾而成。

３ 熱儲概念模型建立

綜合與前人資料與本次淺部地溫測量、氫氧同位素地球化學測試、區(qū)內(nèi)典型地熱井的抽水試驗等成果，分別從熱源、熱儲層、蓋層、地熱流補給及運移通道建立了勘查區(qū)熱儲概念模型（圖５）。

３．１ 熱源

勘查區(qū)總體屬于地熱正常區(qū)，熱源來自上地幔。同時，由于勘查區(qū)與相鄰地區(qū)相比莫霍面相對較淺，對地幔熱能的傳遞較為有利；其基底起伏及斷裂構(gòu)造分布有利于地球內(nèi)熱能向勘查評價的熱儲層傳遞。

３．２ 熱儲層

勘查區(qū)主要有新近系中新統(tǒng)館陶組和古近系古新統(tǒng)界首組、雙浮組兩個熱儲層，其中新近系中新統(tǒng)館陶組熱儲層頂板埋深５４６．５ｍ，熱儲層砂層平均厚度約１０４．１ｍ。古近系古新統(tǒng)界首組、雙浮組熱儲層頂板埋深９２９．８ｍ，由粉細砂巖、粉砂巖組成，平均厚度約４９３．７ｍ。

３．３ 蓋層

勘查區(qū)５４６．５ｍ以淺為地熱第一蓋層，由新近系和第四系組成，巖性為粘土、粉質(zhì)粘土交互成層，其保溫性能較好、熱導率較低，是新近系熱儲的良好保溫蓋層。勘查區(qū)總厚約８００ｍ的古近系古新統(tǒng)泥巖、粉砂巖為地熱第二蓋層，其滲透性差、熱導率低、保溫性能好。

３．４ 地熱流補給及運移通道

區(qū)域上地熱流體在自然狀態(tài)下以遠處的側(cè)向補給為主，在開采狀態(tài)下可通過無限邊界從區(qū)外補給，垂向補給微弱。地熱流體一部分為盆地沉積物形成時保留下來的古沉積水，一部分為大氣降水溶濾而成。地熱流體受近代補給較少，徑流緩慢，與近代水交替條件差。

４ 地熱資源量計算

４．１ 計算方法

地熱資源量計算常用方法為熱儲法和比擬法，基于勘查區(qū)已有王花園井鉆探、試驗、測試等一線數(shù)據(jù)，熱儲法計算更為精準，故而本次使用熱儲法計算地熱資源量ＱＲ。地熱資源量ＱＲ 由熱儲層平均熱容量等Ｃ參數(shù)計算得到公式（２），熱儲層平均熱容量Ｃ由比熱容等參數(shù)計算得到公式（３）。ＱＲ ＝Ｃ·Ａ·Ｈ·（ｔｒ－ｔｊ） （２）Ｃ＝ρｃＣｃ（１－φ）＋ρｗＣｗφ （３）式（２）中：ＱＲ 為地熱資源量（Ｊ）；Ｃ為熱儲層平均熱容量（Ｊ／ｍ３·℃）；Ａ為熱儲面積（ｍ２）；Ｈ 為熱儲層砂層厚度（ｍ）；ｔｒ為熱儲溫度（℃）；ｔｊ為基準溫度（常溫層溫度℃）。式（３）中：ρｃ、ρｗ 分別為巖石和水的密度（ｋｇ／ｍ３）；Ｃｃ、Ｃｗ 分別為巖石和水的比熱容（Ｊ／ｍ３·℃）；φ為熱儲中巖石孔隙度，無量綱。

４．２ 計算參數(shù)及結(jié)果

區(qū)內(nèi)熱儲層劃分為兩層，新近系中新統(tǒng)下部為第一熱儲層組，古近系古新統(tǒng)熱儲層為第二熱儲層組，熱儲層平均熱容量計算參數(shù)如表１所示。經(jīng)計算得到新近系熱儲層平均容量＝２．９３５×１０６ Ｊ／ｍ３·℃，古近系熱儲層平均容量＝２．７３９×１０６Ｊ／ｍ３·℃。綜合前述熱儲層平均熱容量Ｃ計算結(jié)果及本次統(tǒng)計、采取的熱儲溫度和面積等參數(shù)，計算得到新近系熱儲地熱資源量ＱＲ ＝２．４７×１０１７ Ｊ，古近系熱儲地熱資源量ＱＲ ＝３３×１０１６Ｊ，勘查區(qū)地熱資源總量ＱＲ ＝２．８０３×１０１７Ｊ。

５ 結(jié)語

（１）根據(jù)前人已開展的亳州市城南地熱資源可行性勘查及王花園井地熱成井工作等成果，認為亳州市王花園井周邊具備開發(fā)利用地熱資源的巨大潛力。出于后期開發(fā)利用對查明地熱資源量和評價開發(fā)風險的現(xiàn)實需求，迫切需要開展安徽省亳州市王花園井地熱資源可行性勘查工作。

（２）綜合前人研究與本次開展的專項水文地質(zhì)調(diào)查、取樣測試、動態(tài)監(jiān)測等成果，系統(tǒng)總結(jié)了勘查區(qū)地熱地質(zhì)條件，利用氫氧同位素分析了勘查區(qū)地熱田成因，科學建立了勘查區(qū)熱儲概念模型，并合理利用熱儲法計算得到勘查區(qū)地熱資源總量ＱＲ ＝２．８０３×１０１７Ｊ。

（３）安徽省亳州市王花園井地熱資源可行性勘查具備系統(tǒng)性，為采礦權(quán)的申請和后續(xù)開發(fā)提供了必須的地質(zhì)資料，也為下一步勘查區(qū)地熱資源的開發(fā)利用前景指明了方向。