山西省地热资源分布特征

山西省地热资源大多属于中低温热传导-对流型地热资源,地热异常多分布于汾渭地堑新裂陷盆地,为埋藏型地热,研究程度相对较高,而东部太行山断块隆起区及西部吕梁山断块隆起区内地热田分布少、研究程度相对较低。各地热异常区不同热储层地温场受边山深大断裂、隆起、陷隆、浅中深凹陷、次一级断块、断阶、基底岩性等条件影响分布特征明显,不同控热构造形成的导热通道和不同的热储类型决定了热储层地温场的分布特征。

1  地温场在水平方向的分布特征

1.1 不同热储类型地温场的分布特征

山西省地热主要热储类型有松散岩类孔隙型热储层、碎屑岩类裂隙型层状热储层、碳酸盐岩类岩溶型层状热储层以及变质岩类裂隙型带状带状热储层。

1.1.1  松散岩类孔隙型层状热储层

山西省松散岩类孔隙型层状热储层地热亚区主要分布于大同盆地、忻州盆地、临汾和运城盆地。根据区内收集的报告成果资料推测,运城盐湖永济城区地热异常亚区热储层地温最高为60℃~90℃;夏县南山底地热异常亚区热储层地温为50℃~9 0℃;临汾西芦地热异常亚区、闻喜新仪张地热异常亚区热储层地温一般为50℃左右。

1.1.2  碎屑岩类裂隙型热储层

区内碎屑岩类裂隙型热储地热异常亚区主要分布在太原(晋中)盆地和临汾盆地区。太原盆地区有徐沟地热异常亚区、祁县王村地热异常亚区、文水胡兰地热异常亚区、汾阳冀村地热异常亚区、平遥南良庄地热异常亚区、太谷范村西山底地热异常亚区;临汾盆地有临汾甘亭地热异常亚区、襄汾温泉村地热异常亚区。

热储时代为三叠系、二叠系及石炭系(T+P+C), 其中:热储层温度达到60℃~90℃的地热异常亚区有祁县王村地热异常亚区、临汾甘亭地热异常亚区、 襄汾温泉村地热异常亚;热储层温度达到40 ℃~60℃ 的地热异常亚区主要有徐沟地热异常亚区、文水胡兰地热异常亚区、祁县王村地热异常亚区,汾阳冀村地热异常亚区、平遥南良庄地热异常亚区、太谷范村西山底地热异常亚区、临汾甘亭地热异常亚区、 襄汾温泉村地热异常亚;热储层温度达到25℃~40℃ 的地热异常亚区有祁县王村地热异常亚区、临汾甘亭地热异常亚区。综合分析认为,影响裂隙型层状热储层(碎屑岩类)热储层中部地温的主要因素为深部热源运移通道的畅通性,深部热源运移通道畅通的热储层地温一般相对较高,深部热源运移通道畅通性相对较差的热储层地温一般较低。

根据收集的报告成果资料,太谷范村西山底地热异常亚区地热井的地温梯度约2.29℃/1 00 m;文水胡兰地热异常亚区地热井地温梯度为3.39℃/1 00 m;祁县王村地热异常亚区井温梯度为0.4 2℃~ 1.40℃/100 m。

1.1.3  碳酸盐岩类岩溶型热储层

碳酸盐岩类岩溶型热储层地热异常亚区主要分布在大同盆地、太原盆地、沁水复向斜盆地、临汾盆地、运城盆地,鄂尔多斯盆地东缘、宁武-静乐煤盆地。大同盆地主要为朔州福善庄地热异常亚区;太原盆地主要为太原城区凹陷、太原神堂沟、 太原晋源、太原农展馆、太原城东、小店西温庄— 化章堡、榆次南沟长凝、榆次万豪-经纬厂、清徐交城、平遥介休、孝义城区三泉振兴、孝义东许— 灵石静升等地热异常亚区;沁水复向斜盆地主要为太谷郭堡、榆社云竹、沁源地热异常亚区、古县安泽、沁水郑庄等地热异常亚区;临汾盆地主要为洪洞南段、临汾东亢、襄汾古城、襄汾汾阳岭新绛古堆、新绛北池南王马、曲沃高显侯马南西庄、曲沃海头、翼城南寿城、河津米家湾等地热异常亚区; 运城盆地主要为临猗万荣、绛县礼元、闻喜城区夏县水头、芮城平陆北等地热异常亚区。以上地热异常亚区热储时代一般为奥陶系(O),部分为奥陶系及寒武系地层(O+∈)。

根据收集的报告成果资料推测分析:

1) 碳酸盐岩类热储层地温60℃~90℃的地热异常亚区

小店西温庄—化章堡地热异常亚、榆次南沟长凝地热异常亚区、榆次万豪—经纬厂地热异常亚区、平遥介休地热异常亚区、襄汾汾阳岭新绛古堆地热异常亚区、曲沃高显侯马南西庄地热异常亚区、河津米家湾地热异常亚区、闻喜城区夏县水头地热异常亚区、石楼地热异常亚区。其中,榆次万豪—经纬厂地热异常亚区热储层地温最高为9 0 ℃,一般为60℃~80℃。

2) 碳酸盐岩类热储层温度40℃~60℃地热异常亚区

太原盆地主要为太原城区凹陷亚区、太原晋源亚区、太原农展馆亚区、小店西温庄—化章堡地热异常亚、榆次南沟长凝亚区、榆次万豪—经纬厂亚区、清徐交城亚区、平遥介休亚区、孝义城区三泉振兴亚区、孝义东许—灵石静升等地热亚区;沁水复向斜盆地主要为太谷郭堡亚区、榆社云竹亚区、 沁源亚区、古县安泽亚区、沁水郑庄亚区;临汾断陷盆地主要为洪洞南段亚区、临汾东亢地热异常亚区、襄汾古城亚区、襄汾汾阳岭新绛古堆亚区、新绛北池南王马亚区、曲沃高显侯马南西庄亚区、曲沃海头亚区、翼城南寿城亚区、河津米家湾等地热异常亚区;运城盆地主要为临猗万荣地热亚区、绛县礼元亚区、闻喜城区夏县水头亚区、芮城平陆北地热异常亚区;鄂尔多斯盆地东缘主要为石楼亚区、大宁隰县亚区、吉县兰家河乡宁十里铺等地热异常亚区。其中,太原城区凹陷亚区、小店西温庄—化章堡地热异常亚、榆次南沟长凝亚区热储层温度50℃~55℃;榆次万豪—经纬厂亚区、河津米家湾亚区热储层温度达6 0℃,一般热储温度 40℃~50℃。

3) 碳酸盐岩类热储层地温区间为2 5℃~4 0℃的地热异常亚区

大同盆地主要为朔州福善庄地热异常亚区;太原盆地主要为太原城东亚区、太原神堂沟亚区、清徐交城亚区,热储层地温区间均为30℃~40℃,热储层地温一般均为25℃~30℃;鄂尔多斯盆地东缘主要为临县林家坪柳林地热异常亚区;宁武—静乐地热异常区,热储层地温为30℃~38℃左右。

综合分析可知:岩溶型层状热储层(碳酸盐岩类)的热储层地温主要受热储层埋藏条件及其冷水干扰大小决定,岩溶型层状热储层埋藏条件深、 冷水干扰小的热储层地温一般较高,热储层埋藏条件及冷水干扰一般的热储层地温中等,热储层埋藏条件浅、冷水干扰大的热储层中部地温一般较低。

1.1.4  变质岩类裂隙型带状热储层

区内变质岩类裂隙型带状热储层地热异常主要分布在大同盆地、忻定盆地、临汾、运城盆地及太行山区等。其中,大同盆地主要有阳高孤山庙地热异常亚区、天镇马圈庠地热异常亚区、怀仁鹅毛口地热异常亚区、怀仁毛家皂地热异常亚区、山阴东榆林地热异常亚区、应县镇子梁地热异常亚区;忻定盆地主要有代县繁峙地热异常亚区、原平大营地热异常亚区、原平解村地热异常亚区、忻州奇村地热异常亚区、忻州顿村地热异常亚区、定襄上汤头地热异常亚区、忻定城区凹陷地热异常亚区;临汾盆地有稷山仁和七级地热异常亚区;运城盆地有夏县南山底亚区;太行山区主要为大同古店—马脊梁地热异常亚区、浑源汤头地热异常亚区、盂县寺平安地热异常亚区热储层为太古界(Ar)地层。

1)变质岩类热储层>150℃地热异常亚区

主要为大同盆地的天镇马圈庠地热异常亚区, 热储层地温达到160℃。

2) 变质岩类热储层温度90℃~1 50℃地热异常亚区

3) 

主要分布在大同盆地的阳高孤山庙地热异常亚区、天镇马圈庠地热异常亚区;太行山区的大同古店—马脊梁地热异常亚区。其中阳高孤山庙地热亚区、天镇马圈庠、大同古店—马脊梁地热亚区, 热储层地温达到104℃~1 10℃,一般地温为90℃~ 95℃。

3)热储层温度为60℃~90℃的地热异常亚区

主要分布在大同盆地的怀仁鹅毛口地热异常亚区、山阴东榆林地热异常亚区、应县镇子梁地热异常亚区;忻定盆地的代县繁峙地热异常亚区、原平大营地热异常亚区、忻定城区凹陷地热异常亚区; 临汾盆地的稷山仁和七级地热异常亚区;其中稷山仁和七级亚区热储层地温达到94℃,一般地温为 65℃~85℃。

4) 主要热储层地温较高达40℃~60℃的地热异常亚区

主要分布在大同盆地的怀仁鹅毛口地热异常亚区、怀仁毛家皂地热异常亚区、山阴东榆林地热异常亚区、应县镇子梁地热异常亚区;忻定盆地的原平解村地热异常亚区、忻州奇村地热异常亚区、忻州顿村地热异常亚区、定襄上汤头地热异常亚区; 太原盆地的阳曲地热异常亚区;运城盆地的夏县南山底地热异常亚区;太行山区的浑源汤头地热异常亚区、盂县寺平安地热异常亚区。热储温度基本都在40℃~55℃之间。

5) 主要热储层地温较高达25℃~40℃的地热异常亚区

主要分布在大同、忻定盆地区所以变质岩亚区中,热储温度基本都在25℃~35℃之间。 1.2  不同控热构造下地温场的分布特征地温场在水平方向受控热构造控制的分布特征归纳为三类:一是在沉积盆地边缘及河谷地带沿基底断裂分布的带状(及不规则状)地温场;二是在山前倾斜平原区受基底隆起控制的浑圆状地温场; 三是岩溶断块控制的块状地温场。

1.2.1  断裂控制的地温场特征

深循环的热水沿断裂运移到孔隙含水层时,与浅部冷水混合,使含水层的水温、水化学均发生改变,随着时间推移,浅部含水层的温度达到相对平衡,该热储层中温度分布特征为:沿断裂带分布周围热储层温度较高,两断裂交汇处热水温度会更高。

1.2.2  受基底隆起控制的地温场特征

受基底隆起控制的地下热水一般为浅埋型地热水,在隆起区及其外围部位通常有断裂切割,使隆起基底破碎,热水一般分布在隆起相对落差较大的一侧(即地下水补给充足的一侧)。热水分布形状大致与隆起区基岩地貌形状相似,并向排泄方向有一定延伸。

1.2.3  受基底断块控制的岩溶热水地温场特征

山西省地勘局在汾阳岭、九原山和高显隆起区施工了多眼热水井,该区域热水主要分布在由2条 NEE向及NNE向正断层组成且被断层切割的断块隆起带上,控制热水分布的主要构造为NEE和NNE向的 2组活动性断裂。岩溶热水的分布受隆起带断裂及岩溶发育层位控制,地温场呈沿断裂带和岩溶发育部位水温高的特点,热异常中心一般位于两组断裂交汇部位,沿断裂交汇切割通道水温最高。

2  地温场在垂直方向的分布特征

山西省有地温梯度资料的井孔主要分布在汾渭盆地内,山西省各类热储地热田的地温场在垂直方向的分布特征主要以汾渭地堑盆地为重点分析,其他区域低温梯度资料根据收集的钻孔资料、勘查成果资料推断。

松散岩类孔隙型层状热储层、碎屑岩类裂隙型层状热储层及变质岩类裂隙型带状热储层地热异常区由盖层到热储层的地温梯度一般呈递减趋势。碳酸盐岩类岩溶型层状热储层地热田由盖层到热储层的地温梯度一般呈递增趋势,在冷水干扰较大条件下地热田由盖层到热储层的地温梯度呈递减趋势。

各类热储层、盖层地温梯度值的垂直分布特征如下:

1)热异常区盖层地温梯度

据收集的勘查成果报告资料数据统计:松散岩类孔隙型层状热储层的盖层地温梯度1.06℃~ 3.7℃/1 00 m,平均2.27℃/100 m;碎屑岩类裂隙型层状热储层的盖层地温梯度0.6℃~3.0℃/100 m, 平均1.74℃/1 00 m;碳酸盐岩类岩溶型层状热储层的盖层地温梯度0.34~6.15℃/100 m,平均2.46℃/ 1 00 m;变质岩类裂隙型层状热储层的盖层地温梯度1.54~1 6.18℃/1 00 m,平均5.24℃/1 00 m。因此,裂隙型带状热储层变质岩类的盖层地温梯度值相对最高。

2)热异常区热储层地温梯度据收集的勘查成果报告资料数据统计:松散岩类孔隙型层状热储层地温梯度1.7 1℃~3.70℃/1 00 m,平均2.5 1℃/100 m;(碎屑岩类)裂隙型层状热储层地温梯度1℃~4.7 1℃/100 m,平均2.42℃/100m;碳酸盐岩类岩溶型层状热储层地温梯度1.40℃~ 7.62℃/100 m,平均3.14℃/100 m;变质岩类裂隙型带状热储层地温梯度2.67℃~14.89℃/100 m,平均 5.25℃/1 00 m。由此可以看出,变质岩类裂隙型带状热储层的热储层地温梯度值相对最高。

3  结论

1) 山西省地热资源主要集中分布在大同、忻定、太原(晋中)、临汾、运城断陷盆地区以及沁水复向斜盆地、鄂尔多斯盆地东缘、芮城平陆盆地区,此外,太行、吕梁隆起山区也有零星分布。

2)山西省地热主要热储类型为松散岩类孔隙型热储层,碎屑岩类裂隙型层状热储层,碳酸盐岩类岩溶型层状热储层以及变质岩类裂隙型带状带状热储层。

3)地热异常区地温场在垂直方向由盖层到热储层的地温梯度一般呈递减趋势,而裂隙型带状热储层变质岩类的盖层地温梯度值相对最高,裂隙型带状热储层变质岩类的热储层地温梯度值相对最高。