石家庄凹陷地热资源研究

石家庄凹陷地热资源研究

胡君春1，2，郭纯青1

（1.桂林工学院资源与环境工程系，广西桂林541004；2.河北水文工程地质勘察院，河北石家庄050021）

摘

要：地热资源作为一种洁净环保能源被开发利用在石家庄有着悠久的历史.为评估地热资源开发潜力和前景，从

石家庄凹陷区地热地质条件、已知地热信息及水文地球化学过程跟踪，归纳出地热水化学类型，分析石家庄地区地热水的形成时代、热储温度、热水动态特征，并对热水补给来源进行同位素分析.结果表明参与混合的冷水年代久远，地热水水温稳定，水量大，有较大开发潜力.

关键词：水化学特征；同位素特征；地热资源；石家庄

石家庄地区地热资源丰富，有着多年的开发利用

历史.2003年，经河北水文工程地质勘察院对石家庄地区地热调查评价，确定存在4个地热田：（1）平山温塘地热田，分布于西部山区平山县温塘镇一带，由太古宇片麻岩断层破碎带构成其热储.热储厚度120m ，单井涌水量45~65m 3/h ，水化学类型为Cl ·SO 4-Na 型，矿化

度1~2g/L ，水温45~72.4℃.（2

）无极-藁城地热异常区，主要热储层为新近系馆陶组热储和基岩热储.基岩热储单井涌水量5.0~57m 3/h ，水化学类型为HCO 3-Na 型，矿化度7.0~8.69g/L 左右，水温87~98℃.（3）辛集地热田，主要热储层新近系热储和基岩热储均较发

育.单井涌水量50m 3/h 左右，

水化学类型为HCO 3·Cl -Na 型，矿化度1.0g/L ，水温45~50℃.（4）新河凸起地热异常区，分布于辛集市东部边缘一带，新近系明化

镇组热储厚度80~125m ，

馆陶组热储厚度130~170m.1地质背景和热储概况

1.1地质背景

石家庄凹陷由古生界、

中生界、古近系、新近系4套地层组成，各地层的构造特征均有所不同.古生界的顶面形态呈簸箕状，凹槽的中心在正定县东，西翼为太行山断裂所控制，东及南翼较缓，由西向东逐渐

抬升至藁城凸起，埋深约2500m ，

东北翼较陡.中生界顶面即古近系底面，基本形态与奥陶系顶面形态相似，凹槽的中心在正定县东南，最大埋深3400～3600m .构造西陡东缓，北陡南缓.边缘地区埋深800～1000m ，南部古近系缺失.新近系底面构造形态是个东倾的大

单斜（图1

），由西向东埋深逐渐增加，从600m 增至1500m ［1］.

据《河北省北京市天津市区域地质志》［2］

，研究区

位于中朝准地台的中间部位.以太行山山前深断裂为界，以西属山西断隆（Ⅱ1）的东部边缘，处于太行山拱断束（Ⅲ211）中的赞皇穹褶束（Ⅳ232）；以东属华北断拗（Ⅱ24）的西部边缘，地处临清台陷（Ⅲ216）中的晋县断凹

收稿日期：2007－10－15；修回日期：2008－01－21．张哲编辑．

文章编号：1671-1947(2008)04-0297-05

中图分类号：P641.8

文献标识码：A

地质与资源

GEOLOGY AND RESOURCES

第17卷第4期2008年12月

Vol.17No.4

Dec.2008

图1石家庄地区大地构造单元分区图Fig.1

Tectonic divisions of Shijiazhuang region

1—II 级构造单元（Grade II tectonic unit ）；2—III 级构造单元（Grade III tectonic unit

）；3—IV 级构造单元（Grade IV tectonic unit ）；4—研究区（studied area ）；5—市界（city boundary ）

（Ⅳ

2

64），见图1.较强的断裂作用能产生大量热量，同时断裂构造具备导热和储热作用.显然，断裂的规模、活动的强度及活动的长期性和晚进期性等决定了断裂对热的控制性.构造或裂隙发育带成为热水产生对流的通道，从而导致热流在较大断裂或基岩斜坡带热能局部富集，易形成热异常.因此较大的断裂不仅是石家庄地热流的通道，也是深部热水对流循环的有利通道.

石家庄凹陷西界为定兴-石家庄深断裂，东界为北席断裂，南界为高迁断裂，北界为藁城西断裂的北端（位于研究区外）.受水平错断定兴-石家庄深断裂的2条三级断裂影响，以桃园-西兆通一线为界，形成南北2个凹陷中心——

—石家庄凹陷中心和正定凹陷中心.

其中正定凹陷中心规模较大，奥陶系顶板埋深最大达8000m以上.石家庄凹陷位于冀中拗陷西部凹陷带南端，地质活动激烈，新近系、古近系、下白垩统上段和奥陶系储层均为具备热水储层的良好条件.

1.2主要热储层特征

热储层为新生界新近系明化镇组（N m）、馆陶组（N g）、古近系，中生界白垩系、奥陶系，古生界寒武系和中、新元古界.太行山山前深断裂以西基岩埋深浅，盖层较薄，不具备地热开发条件，因此热储层特征仅论述太行山山前深断裂以东地区.石家庄凹陷地区主要包括了三个储热层.

1.2.1新近系明化镇组热储层

该组地层在平原区分布较广，顶板埋深221～661m，底板埋深671.5～1239m，厚度252～700m.区内热储层累计厚度90～280m，单层厚度5～25m，砂厚比30%～45%，孔隙度平均为23%～35%.单井涌水量300～1200m3/d，矿

化度为0.5～1.0g/L，水化学类型为Cl·HCO

3

-Na型，井口水温30～48℃.

1.2.2新近系馆陶组热储层

馆陶组地层在平原区广泛分布，顶板埋深671.5～1239m，底板埋深943～1825.5m，沉积厚度200～656m.砂岩以粗砂岩为主，累计厚度45.5～201m，单层厚度最厚达数十米，一般厚5～15m，砂厚比25%～55%，孔隙度平均为23%～31%.单井涌水量2000～3000m3/d，矿化度大多为1～3g/L，有随深度增加而升高的变化趋势，

水化学类型为Cl·HCO

3

-Na型，井口水温50～69℃.

1.2.3寒武-奥陶系及元古宇长城-蓟县系岩溶裂隙热储层

热储层主要为奥陶系和蓟县系雾迷山组及长城系高于庄组，基岩热储层厚度35～350m，温度在61～106℃之间.埋深1300～2000m.一般自流量120～450m3/d，井口温度50～83℃，地热梯度3～4℃/100m，矿化度2.08～3.13g/L，水化学类型为Cl·HCO3-Na、HCO3-Na型.

1.3热源及热水通道

热源主要来自上地幔和深部巨厚花岗岩体中放射性元素的蜕变热.热能通过热传导较均匀地供给基岩热储.由于受基底构造的影响，在构造凹陷部位产生局部热流集中，且在岩溶裂隙发育地段有部分热对流.在热传导和热对流的共同作用下，在凹陷上部一定范围内产生较高的地热异常或形成地热田.

凹陷区主要由岩层破碎带构成热储.新近系热储层直接覆盖在古近系或各不同时代基岩之上，孔隙度和砂厚比较大.基岩热储主要是奥陶系-寒武系、长城-蓟县系的碳酸盐岩层，裂隙岩溶发育，为地下热水的富集储存提供了良好的空间.

凹陷区内热导率较高的碳酸盐岩为热能的传递创造了有利条件，构造带及裂隙岩溶成为热水产生对流的通道.

2凹陷区地热水化学特征

从各热水层的化学特征可以看出，从馆陶组到中生界到下古生界-中新元古界，矿化度由低变高；pH值则由呈弱碱性过渡为中性或弱酸性；Na+、Ca2+、Cl-、SO42-、HCO3-含量均是下古生界-中新元古界热水最高，馆陶组热水最低；Mg2+含量的规律性较差；γNa/γCl 系数都大于1，标准海水的γNa/γCl系数平均值为0.85，证明地热水无海相沉积水组成，在这种水中，Na+除与Cl-和SO42-结合成NaCl和Na2SO4外，还与HCO3-结合成NaHCO

3

，故构成NaHCO

3

型水.各含水层热水的水化学特征见表1.

图2水化学成分三线图

（据Piper，1953）

Fig.2Trilinear diagramofhydrochemical composition

（afterPiper,1953）

地质与资源2008年298