黄河三角洲地区地热资源与开发前景

朱友强

（山东省地矿工程集团有限公司，济南250013）

作者简介：朱友强（1956—）男，教授级高级工程师，现任山东省地矿工程集团公司董事长、总经理。

摘要：黄河三角洲地区地热资源丰富，开采潜力巨大。 地下热水主要赋存于新近系馆陶组、古近系东营组碎屑沉积岩中，属于层状孔隙-裂隙型热储，构成区内的主力热储层组。区内现有54～83℃的地热井14 口，利用地热供暖面积已达4.0×105m2，地热开发的前景十分可观。

关键词：黄河三角洲；地热资源；开发前景

1 概述

黄河三角洲是我国三大河口三角洲之一，也是世界上最新的并正在发展中的三角洲，具傍河傍海的区位优势。自1964年开始组织石油会战，逐步在黄河三角洲地区建成我国第二大油田——胜利油田以来，国内外各界对黄河三角洲的开发给予极大关注。国家先后把黄河三角洲列入农业综合开发区和把东营列为沿海经济开发区。山东省把黄河三角洲开发列为两个跨世纪工程之一。2001年初，联合国工业发展组织（UNIDO）中国投资促进处与东营市签署了“支持黄河三角洲可持续发展项目合作协定书”，联合国工业发展组织把黄河三角洲开发建设列为重点支持区域，把东营市列为“国际特色产业示范区”。九届人大四次会议上，“发展黄河三角洲高效生态经济”列入国家“十五”计划纲要。这些都标志着黄河三角洲进入大开发、大发展时期，必将有力地带动黄河中下游地区乃至整个黄河流域经济的发展与繁荣。

地热作为一种可供开发利用并有着巨大发展前景的可再生新型能源，有着巨大的经济开发潜力。地热矿水应用广泛，易于开发，费用低廉，无环境污染，已普遍应用于供暖、生活洗浴、热水理疗、温池游泳、温水养殖、温室种植、高效农业等领域，其开发前景十分广阔。地热资源的勘查与开发，必将对区域循环经济与高效生态经济，建立节约性社会，发展提供技术保障；对于实现东营市政府提出的“经济快速发展，环境清洁优美，生态良性循环”的总体目标，缓解黄河三角洲地区能源紧缺状况，促进经济的可持续发展，具有重要意义。

2 地热地质背景

2.1 地层与构造

黄河三角洲地区位于华北平原东南部，地处华北地台辽冀台向斜东部，中生代以来受燕山运动和喜马拉雅运动的影响，一直缓慢下降，沉积了巨厚的新生代地层。

泰山群变质岩（Ar）构成区内基底，在凸起区埋深一般1～2km，凹陷区最深达9km。古近纪晚期在埕东凸起、陈家庄-青坨子凸起、滨县凸起区南部皆有出露，岩性为红、棕黄、绿色花岗片麻岩。寒武系—奥陶系 则主要在埕东凸起东北部、义和庄凸起、陈家庄-青坨子凸起北部、广饶凸起上有揭露。岩性为浅灰、灰黄、灰黑色灰岩。

古近系属于干旱的温带-亚热带气候条件下形成的河湖相及山麓冲积相沉积，沉积厚度变化较大，凹陷区厚度可达1500～2000m，凸起区缺失。孔店组（Ek）分布较广泛，只在各凸起区缺失。以紫红、棕红色泥岩、砂岩、灰质砂岩、粉砂岩互层为主。沙河街组（Es）只在各凸起区缺失，自下而上分四段。沙四段为灰、灰褐色泥岩及页岩，部分地区夹碳酸盐岩、油页岩或白云岩；沙三段以块状细砂岩、粉砂岩、油页岩、泥岩及页岩为主；沙二段在东营凹陷发育较好，以灰绿、深灰、紫红色泥岩、砂岩、砾状砂岩互层为主。沙一段为灰色泥岩夹生物灰岩、白云岩、油页岩及粉砂岩。东营组（Ed）主要发育于东营凹陷和沾化凹陷，上部为灰绿、灰白色砂岩、细砂岩及泥岩；中部为棕红色泥岩、细砾岩；下部为灰白、灰绿色细砾岩、细砂及泥岩。

新近系馆陶组（Ng）在区域上沉积稳定，分布较广泛，区内只在陈家庄凸起局部地段缺失。以灰白色砾状砂岩、细砂岩、灰绿色细砂岩和棕红色泥岩的交互沉积为主，底部为含石英、黑色燧石的砾状砂岩、砂砾岩。新近系明化镇组（Nm）分布较普遍，主要为土黄、棕红色泥岩、砂质泥岩与灰白色砂岩。第四系平原组（Q）区内普遍分布，上部为浅棕黄、浅绿、灰色砂质粘土、粘土夹粘土质粉砂岩；下部为浅黄、浅灰绿色粉砂质粘土或浅灰绿色粘土质粉砂。

黄河三角洲地区在大地构造单元上属华北地台（Ⅰ）的辽冀台向斜（Ⅱ1）东部。陵县-渤海农场大断裂又将其分割成埕宁隆起（Ⅲ1）和济阳坳陷（Ⅲ2）两个Ⅲ级构造单元。埕宁隆起由车镇凹陷（Ⅳ1）和义和庄凸起（Ⅳ2）两个Ⅳ级构造单元组成；济阳坳陷由沾化凹陷（Ⅳ3）、孤岛凸起（Ⅳ4）、陈家庄凸起（Ⅳ5）、青坨子凸起（Ⅳ6）、东营凹陷（Ⅳ8）、广饶凸起（Ⅳ9）等构造单元组成。

受燕山运动和喜马拉雅运动的影响，区内断裂构造发育，构成本区主要构造单元的分界，均隐伏于新近系之下。较大的断裂有：齐河-广饶大断裂、义南断裂、陈南断裂、广南断裂等，断裂走向主要为EW、NW及NE向。喜马拉雅运动时期，区内以块断和差异性升降运动为主，并伴有少量的玄武岩等岩浆活动。

2.2 地温场特征

黄河三角洲地区位于近 EW 向莫霍面隆起带，莫霍面深度32 km 左右（陈墨香，1988）。地温梯度较平原区其他部位偏高，最高达4.5～7.2℃/100m，大地热流密度56～79mW/m2。恒温带温度14～15℃，相应的恒温带深度为15～17m。从区内深孔测温资料统计，广饶、孤岛、义和庄凸起地温梯度大于4.5℃/100m，陈家庄凸起北侧大于4.0℃/100m；凹陷区地温梯度一般为3.1～4.0℃/100m。

2.3 地球化学场特征

黄河三角洲地区地下热水水化学作用主要是离子交替、浓缩及生物化学等，因此，矿化度及某些元素含量较高，富含微量元素。在东营凹陷内，馆陶组、东营组等松散岩类层状热储水化学类型以Cl-Na型水为主，但矿化度差异较大。馆陶组一般8～20g/L，东营组18～23g/L。寒武系—奥陶系岩溶裂隙热储水化学类型亦为Cl-Na型，矿化度3～10g/L。凸起区的馆陶组热储与寒武系—奥陶系往往连通性较好，水化学特征有所变化。在凸起之上，馆陶组地下热水的矿化度呈升高趋势。在垂向上，地下热水的矿化度由浅至深也有逐渐增大的趋势。

受围岩、地下热水循环交替条件及水文地球化学环境的影响，地下热水中偏硼酸、偏硅酸、氟化物、溴化物、锶、铁、锂、钡等微量元素均有不同程度的富集。馆陶组热储地热水中溴化物含量8～30mg/L、锶22.8～49.72 mg/ L；东营组热储地热水中溴化物含量39.43mg/ L、锶62.56mg/ L；寒武系—奥陶系灰岩热储地热水中偏硅酸含量59mg/ L，锶48mg/ L，均达到命名矿水浓度标准。

3 热储地质特征

黄河三角洲地区经济型地热资源为低温地热资源的温热水和热水型。新近系明化镇组热储岩性多为粘性土，结构致密，阻热性能良好，但富水性差，热导率低。加之埋藏浅，温度低，故将其作为下伏热储层的保温盖层来研究（刘桂仪等，2001）。凹陷区古生界及古近系孔店组地层埋深较大，目前钻井深度难以达到。沙河街组埋深虽不大，但砂层处于胶结状态，多为低孔隙、裂隙含水层，且是主力含油层，地下热水中大多含有油污，其热水开发对油气生产影响较大。因此，孔店组、沙河街组中的地下热水不宜作为地热资源来开发利用。中生界地层、石炭系—二叠系砂岩及前震旦系花岗片麻岩裂隙中含水很少，属于“有热无水”层，形不成热储。区内馆陶组、东营组分布范围广、砂体单层厚度大，热储层岩性为未胶结或半胶结砂及砾岩，埋藏条件适中，构造条件相对简单。在东营凹陷、沾化凹陷、车镇凹陷内，地下热水主要赋存于新近系馆陶组、古近系东营组碎屑沉积岩中，属于层状孔隙-裂隙型热储，构成区内的主力热储层组。凸起区新近系热储以下还存在下古生界寒武系—奥陶系石灰岩热储，埋深1000～1500m，受断裂影响岩溶、裂隙较发育，属岩溶裂隙型热储。

3.1 新近系馆陶组热储

馆陶组热储层除在陈家庄凸起中部缺失外，几乎广布全区。其与下伏东营组、寒武系—奥陶系及太古宇地层呈不整合接触。顶板埋深850～1250m，砂层厚度一般80～240m，占地层总厚度的20%～40%。馆陶组热储层岩性为灰白色砾状砂岩、细砂岩、灰绿色细砂岩和棕色泥岩互层，底部为含石英、黑色燧石的砾状砂岩、砂砾岩。砾石直径为1～8mm，磨圆度中等，砂砾石层成岩性差，呈疏松状，孔隙率25%～35%。据河口区河热1地热井资料，利用热储层段1793～1948m，孔口水温73℃，出水量1920m3/d，水化学类型为Cl—Na型，矿化度为10.678g/L，并富含锶、溴、偏硼酸、偏硅酸等对人体健康有益的微量元素。

3.2 古近系东营组热储

古近系东营组热储在义和庄凸起、埕东凸起、陈家庄凸起、青坨子凸起、广饶凸起及工作区南部均有缺失。顶板埋深一般为1200～1700m，地层厚度一般200～500m（图1）。自下而上可以分出从粗到细三个沉积旋回，具明显的正旋回、正韵律的沉积特征。顶部为灰绿、灰白色砂岩、细砂岩及泥岩互层，以砂岩为主；中部为棕红色泥岩、细砾岩为主；底部为灰绿、灰白色含砾砂岩、细砂岩及泥岩。综观东营组砂层，三个沉积旋回的下部均以厚层砂岩为界，其底部砂砾岩厚层最大，三个沉积旋回均是在东营组地层最发育的地方才能全部出现。该组砂砾岩较松散，颗粒分选性较差，孔隙率不同区域差异性较大，在东营凹陷孔隙率为26%～31%；沾化凹陷为20%～25%。据东营西城东热11地热井资料，利用热储层段1586～1722m，孔口水温74℃，出水量1954m3/d，水化学类型为Cl -Na型，矿化度为18.875g/L。微量元素中，锶含量35.62mg/L，锶型地热矿水。

图1 东营凹陷东营组地层等厚度图

（据胜利油田资料编绘，1990）

1—东营组地层尖灭线；2—东营组地层厚度等值线（m）

3.3 寒武系—奥陶系热储

寒武系—奥陶系热储隐伏于新生界之下的古潜山热储层。热储层受地层结构、岩溶发育及构造控制。主要分布于义和庄凸起、埕东凸起南部与北部、孤岛凸起、陈家庄凸起的北部及广饶凸起。受构造控制，各凸起区寒武系—奥陶系顶板埋深差别较大。寒武系—奥陶系以灰、灰白色灰岩为主。义和庄凸起较特殊，除灰、灰白色灰岩外，还有鲕状灰岩、豹皮状灰岩及白云质灰岩。寒武系—奥陶系灰岩岩溶裂隙发育，受岩性、构造及埋藏条件的控制，一般来说，碳酸盐岩埋藏浅比埋藏深的裂隙岩溶发育，孔隙度较大；靠近较大断裂比远离处孔隙度与渗透率大；奥陶系灰岩比寒武系裂隙岩溶发育，孔隙度较大。其裂隙岩溶发育岩层占地层总厚度的15%～25%，单井涌水量1000～2000m3/d，矿化度3～10g/L，井口水温70～90℃。

4 勘查开发利用现状与前景分析

黄河三角洲地区地热资源的发现，最早起源于20世纪70年代胜利油田的石油勘探。在石油勘探中，曾打出十几口水温大于50℃的地热井，其中五号桩地区的桩12 地热井，井口水温达98℃，居山东省之冠。这些地热井均是在开发石油过程中形成的，成井质量较差，地热资源开发利用程度很低，仅局部用于洗浴、水产养殖和地震观测研究等，大部分未有开发利用。真正意义上的地热勘查与开发，始20世纪90年代后期。1998年以来，随着经济的发展，上级主管部门及东营市利用矿产资源补偿费资金，对黄河三角洲地区进行了专门性的地热资源调查工作，初步圈定了地热远景区，启动了地热井钻探示范工程。与此同时，山东省地矿工程集团公司及部分地热开发企业自筹资金2000余万元进行了商业性地热风险勘查与开发工作。申请勘查面积约600km2，提交地热普查报告3 份。在东营东西城区、河口及孤岛等地，打出了水温54～83℃的地热井14 口，单井出水量均在1500m3/d以上。这些工作，一方面拉开了黄河三角洲地区地区地热资源勘查与开发的序幕；另一方面为黄河三角洲地区地热开发提供了技术支撑。

黄河三角洲地区地热资源为低温热水型，井口温度54～83℃，适合直接利用。目前区内已有十余口地热井进行了不同程度的开发利用，主要开发项目有温泉洗浴、浴池游泳、生活供水、供暖等。东营宾馆、孤岛芙蓉、孤岛军马场、中建八局鲁班公寓、胜东建工新村五个住宅小区，利用地热供暖面积已达3.0×105m2，浴池游泳、洗浴及娱乐等开发也各具特色，初步形成了一定的规模，取得了显著的社会、经济和环境效益，展现出广阔的开发前景。经初步计算，黄河三角洲地区可利用地热资源量为5.888×1019J，热水资源量5.63×108m3/a，折合标准煤2.009×109t，潜在经济价值高达10000 亿元。随着经济的发展和人们环保意识的提高，作为石油枯竭后的替代能源——地热已逐渐被人们所接受，其开发前景十分可观。

5 地热勘查开发的主要建议

黄河三角洲地区地热开发利用还处于初始阶段，无论是开发利用规模还是取得的经济效益有待于进一步提高。因此建议：

（1）加快制定地热资源勘查与开发规划。黄河三角洲地区地热资源丰富，但缺少一个对地热资源开发利用合理、系统的规划和发展蓝图。一定程度上，影响了地热产业的发展和地热开发整体经济效益的提高。

（2）地热勘查的精度有待于进一步提高。黄河三角洲地区地热远景区面积为7425km2真正经过专门地热普查的面积不足600km2，查明的地热资源储量仅占总资源量的1/12，专门为寻找深部隐伏热储而进行的地热地质勘查工作还未启动。应加强地热资源勘查工作，提高资源储量级别，保障地热资源的可持续供给。

（3）增强综合开发利用意识，加快地热应用的产业化进程。黄河三角洲地区地热开发仅停留在供暖、洗浴等少数项目上，处在自发、分散和粗放的利用阶段。地热企业经营粗放，开发利用数量少且单一，综合开发利用率低。盲目追求高额利润，地热资源的浪费现象比较严重。

（4）建立地热资源应用的带动性示范工程和科研机构。综合研究国内外地热资源开发利用的历程，皆经历了地热资源勘查-建立示范工程-全面开发的过程。建立地热资源开发利用的产学研一体化示范工程，是推进地热资源的梯级开发、综合利用产业化进程最佳途径。

（5）加强地热勘查管理与地热专业法规建设。地热是一种矿产资源，属矿法调节范畴，但目前部门之间管理混乱。影响了地热资源勘查与开发利用的有序发展。

参考文献

陈墨香.1988.华北地热.北京：科学出版社

刘桂仪，孟庆峰.2001.德州市低温地热资源及开发利用研究.见：“九五”全国地质科技重要成果论文集.北京：地质出版社