地熱資源具有儲量大、分布廣、穩定可靠、利用效率高、節能環保等優點，是實現碳達峰、碳中和目標不可或缺的能源。根據賦存特征、埋藏深度和溫度條件的不同，分為淺層地熱（200 m 以淺）、中深層地熱（200～300 m）、深層地熱（3 000 m以下）。我國地熱資源儲量豐富，約占全球地熱資源的六分之一，根據估算，我國中低溫地熱資源量折合標準煤1.23×10¹²t，每年地熱資源可采量折合標準煤 18.5× 10⁸ t。河南省中深層地熱資源蘊藏豐富、分布面積廣，主要分隆起山地對流型和沉積盆地傳導型兩大類型，多以地熱水的形式被開發利用，在供暖、洗浴、生態種養殖等方面被廣泛應用。位于河南省東北部的濮陽市，地熱資源豐富，是較早開發利用中深層地熱資源的地區之一，但地熱資源總量掌握不清，開發利用模式較為粗放，地熱資源綜合利用程度和綜合經濟效益有待進一步提升。本次研究將整個濮陽市作為研究區，以研究區76個中深層地熱孔的鉆探成果和勘查研究成果為支撐，通過認真整理和分析研究區地質資料，對研究區地層分布、地質構造、水文地質條件、熱儲特征等進行研究總結，采用體積法定量估算出研究區地熱資源總量，開展了開發利用適宜性評價，不僅摸清了濮陽市中深層地熱資源家底，還可以為濮陽市科學編制地熱資源開發利用規劃、推動地熱資源高效開發利用提供一定的理論依據。

1 區域地質背景

1.1 地層分布

研究區位于中朝準地臺華北坳陷南部，基底由太古界泰山群花崗、片麻巖組成。地層由老到新主要有古生界寒武系∈（白云質灰巖、灰巖等）、奧陶系O（致密灰巖、泥灰巖等）、石炭系C（鋁土頁巖、砂質頁巖、泥質頁巖、砂巖等）、二疊系P（泥巖、砂質泥巖、砂巖等），中生界三疊系T（石英砂巖、長石砂巖、砂質泥巖、泥灰巖等）、侏羅系J（砂巖、鈣質泥巖、長石石英砂巖等）、白堊系K（泥質粉砂巖、安山玢巖、玄武安山巖、火山角礫巖等），新生界古近系E（砂巖等）、新近系館陶組N1g（礫巖、砂礫巖、細砂巖、粉砂巖等）、明化鎮組N2m（粉砂巖、黏土巖等），第四系Q 松散堆積物。其中，區域內古生界、新生界沉積層與熱儲關系密切。

1.2 地質構造

研究區構造上橫跨內黃凸（隆）起、東濮凹陷、 菏澤凸起、臨清凹陷四個構造單元（圖 1），其中，濮陽市區及濮陽縣西部屬內黃隆起，東部屬東濮凹陷，南樂縣、清豐縣位于內黃隆起東北部，范縣位于東濮凹陷及菏澤凸起的結合部位，臺前縣處于菏澤凸起。本區有影響的構造均為隱伏構造，以斷裂為主，主要分為深大斷裂和局部斷裂兩種類型，其中，深大斷裂主要有磁縣-大名斷裂、安陽-清豐斷裂、長垣斷裂、聊蘭斷裂，控制著內黃隆起、東濮凹陷、菏澤凸起構造單元劃分；各構造單元內局部斷裂也十分發育，內黃隆起內發育有南樂-龍王廟斷裂和張果屯-孟軻集斷裂，東濮凹陷內發育有黃河斷裂等。

1.3 水文地質條件

研究區地下含水層主要有六套，分別為第四系淺層孔隙含水層系統、第四系深層孔隙含水層系統、

新近系明化鎮組砂巖孔隙裂隙含水層系統、新近系館陶組砂巖孔隙裂隙含水層系統、古近系東營組砂巖孔隙裂隙含水層系統和奧陶系灰巖縫洞含水層系統。目前，研究區中深層地熱資源開發利用的主要是新近系館陶組砂巖孔隙裂隙含水層系統、奧陶系灰巖縫洞含水層系統，其中，館陶組含水層層數10～40層，厚度150～400 m，補給主要為側向徑流補給；奧陶系含水層深度變化較大，內黃隆起、菏澤凸起等構造凸起區熱儲埋藏深度適中，東濮凹陷熱儲埋藏深度偏大，儲層巖溶裂隙發育，地熱水的補給來源有所差異，菏澤凸起區奧陶系地熱水來源主要為魯中山區自東南向西北徑流，內黃隆起的巖溶地熱水主 要來自太行山區自西向東的徑流補給。

2 地熱熱儲特征

2.1 熱儲層特征

研究區中深層地熱熱儲類型主要為層狀兼帶狀熱儲。根據研究區熱儲結構認識、區域構造和地層沉積特征，館陶組熱儲頂面埋深差別不大，在1 000 m左右，新近系館陶組底面、奧陶系頂面構造如圖2所示。由圖2可知，館陶組熱儲底面埋深受構造控制明顯，其中，清豐-濮陽-南樂以西，內黃隆起核部埋深1 000 m左右，聊蘭斷裂以東埋藏1200 m左右，呈現凹陷中心向斜坡帶逐步變淺的趨勢。奧陶系熱儲埋藏深度變化范圍較大，頂面埋深800～7 000 m，內黃凸起、菏澤凸起熱儲頂面埋藏深度一般在2 000 m以淺，清豐縣西部埋藏最淺，濮陽市南部與開封市交界處埋藏最深，總體規律是越靠近隆起、凸起核部埋藏越淺，越靠近凹陷中心越深。

2.2 熱儲溫度特征

研究區館陶組熱儲層主要是由中、細砂巖組成，現有地熱井開采層 775～945 m 以下至 1 300～1 450 m；奧陶系熱儲層主要由奧陶系中統馬家溝組灰巖、白云質灰巖組成，現有地熱井開采層為 1 200～2 458 m。根據區內鉆孔測溫和恒溫帶地溫資料計算結果，見表1，館陶組熱儲層、奧陶系熱儲層的地溫梯度分別為 3.14 ℃/100 m、2.67 ℃/100 m。縱向上看，地溫梯度受地層巖性影響較大，奧陶系熱儲的增溫率低于新近系砂巖的增溫率；平面上看，地溫梯度變化與地熱井所處構造位置關系密切，靠近深大斷裂-聊蘭斷裂區域的范縣地熱井地溫梯度普遍偏高。根據研究區熱儲埋深、地溫梯度，對研究區新近系館陶組熱儲溫度和奧陶系頂部熱儲溫度進行分析。

其中，新近系館陶組熱儲底面溫度 45～70 ℃，濮陽主城區至清豐一線熱儲溫度 45 ℃ 左右，南樂縣熱儲溫度 50 ℃ 左右，范縣、臺前區域熱儲溫度 40～45 ℃。 奧陶系巖溶熱儲頂面溫度跨度較大，主要受埋藏深度的影響，濮陽-清豐主城區因所處構造位置、熱儲埋藏深度相當，熱儲頂面溫度 50～60 ℃；濮陽縣東濮凹陷區域溫度大于 70 ℃；南樂縣熱儲溫度 60～70 ℃； 范縣聊蘭斷裂以西，熱儲溫度大于 120 ℃；聊蘭斷裂以東范縣區域熱儲溫度 60～70 ℃；臺前區域熱儲頂面溫度 60～90 ℃。

2.3 地熱流體特征

根據研究區收集到的已有鉆孔水質分析資料，新生界砂巖熱儲層地熱流體水化學類型為 SO₄?Cl-Na，pH值為7.9，屬弱堿性水；礦化度為2 274.68 mg/L左右，屬微咸水；總硬度（以 CaCO₃ 計）為353.5 mg/L，屬硬水；總溶解性固體一般在2 357.97 mg/L左右 ，H₂SiO₃含量一般在31 mg/L 左右；礦化度、總溶解度大小隨深度的增加呈明顯的變化，在 2 000 m 左右礦化度達6000 mg/L，水化學類型基本保持不變。古生界碳酸鹽巖熱儲層地熱流體水化學類型主要為SO₄?Cl-Ca?Na、SO₄?Cl-Na?Ca型，pH一般7.1～7.6，屬弱堿性水；總硬度（以 CaCO₃ 計）在1 108～1594 mg/L之間，屬特硬水；礦化度一般在2 714.82～3 560.00 mg/L，屬咸水；H₂SiO₃ 含量一般 在 32.5～46.3 mg/L之間。研究區地熱流體水化學成分見表 2，奧陶系巖溶地熱水與新近系館陶組砂巖地熱水主要陰陽離子含量表現出一定的差異性，新近系館陶組地熱水Na+離子含量明顯高于奧陶系巖溶熱儲，K +離子和Mg+離子含量相對低。

3 地熱資源儲量估算

3.1 參數確定

研究區館陶組熱儲及奧陶系熱儲全區均有分布，熱儲面積按照研究區的面積進行計算， 合計為4 272.7 km²。結合收集到的現有鉆孔資料、物探資料和巖石物性測試結果，以及地層劃分及各熱儲層段特征的平均值，確定研究區內熱儲層主要物性參數，其中，館陶組熱儲的巖石密度為2600 kg/m³、地熱流 體密度為1 000 kg/m³、巖石比熱容為 878 J/kg·℃、水比熱容為4 180 J/kg·℃、熱儲平均溫度為55℃、有效厚度為200 m、孔隙度為25%，奧陶系熱儲的巖石密度為2700 kg/m³、地熱流體密度為 1 000 kg/m³、巖石比熱容為920 J/kg·℃、水比熱容為 4 180 J/kg·℃、熱儲平均溫度為50℃、有效厚度為150 m、孔隙度為7%。根據收集到的淺層地熱井測溫數據，研究區恒溫層溫度為13.5℃。

3.2 資源量計算

研究區的地熱資源量計算采用熱儲體積法，計算公式見式（1）。

式中：Q 為熱儲中儲存的熱量總量，J；A 為研究區熱儲面積，m 2 ；H 為熱儲厚度，m；T_r 為熱儲平均溫度，℃；T_j 為恒溫層溫度，℃； 為熱儲巖石和水的平均比熱容，J/m³ ·℃。 ˉC 研究區熱儲巖石和水的平均比熱容的計算公式見式（2）。

式中：ρ_c、ρ_w 分別為巖石和水的密度，kg/m³ ；C_c、C_w 分別為巖石和水的比熱容，J/kg·℃；φ 為巖石孔隙度。研究區地熱資源可采量的計算公式見式（3）。

式中：Q_WH為地熱資源可采量，即可回收的地熱資源量（從井口得到的熱），J；R_E為熱儲回收率，根據《地熱資源評價方法及估算規程》（DZ/T 0331—2020）中B.2.3 條中推薦參數，研究區內館陶組熱儲回收率取25%、奧陶系熱儲回收率取15%。根據上述確定的參數，利用式（1）～式（3）可以計算得出，研究區內館陶組熱儲地熱資源總量為8.67×10¹⁰GJ， 折合標準 煤 2.96×10⁹ t，可采資源量為2.17×10¹⁰GJ，折合標準煤 7.40×10⁸t；奧陶系熱儲地熱資源總量為 9.68×10¹⁰GJ，折合標準煤 3.30×10⁹ t，可采資源量為1.45×10¹⁰GJ，折合標準煤 4.95×10⁸ t，開發利用前景廣闊。

4 適宜性評價

研究區主要地處內黃隆起-東濮凹陷-菏澤凸起三大構造單元內，還有局部地區處于臨清凹陷。其中，內黃隆起區主要包括濮陽市區、濮陽縣、清豐縣和南樂縣大部分地區，區內奧陶系碳酸鹽巖地層溶蝕發育、水量充沛，可開發利用價值較高；菏澤凸起區主要包括范縣東段和臺前縣，區內奧陶系在該區域溶蝕孔洞發育、富水性強，為主要利用熱儲層；東濮凹陷區主要包括范縣縣城西部、文留鎮、濮城鎮等區域，臨清凹陷主要包括南樂縣北部局部地區，區內奧陶系巖溶熱儲埋藏深度多超過 4 000 m，且富水性差，館陶組砂巖熱儲水量豐富。結合研究區所處地熱地質條件和已開展的地熱工作成果，將研究區劃分為四大地熱資源分區和 10 個次級分區見表 3、圖 3。

結合上述認識，認為研究區內凸起區熱儲頂面埋深 2 000 m 以淺的奧陶系巖溶熱儲地熱水富水性強，更具開發利用價值；凹陷及斜坡帶底面埋深大于1 400 m 的新近系館陶組砂巖熱儲地熱水水溫一般大于 50 ℃，且下部含有富水的底礫石巖，地熱井不易出砂，開發利用條件更有利。綜上所述，按行政區劃對研究區進行總結。其中，濮陽市區及濮陽縣處于橫跨東濮凹陷及內黃隆起構造帶，平均地溫梯度為 3.2～3.5 ℃/100 m，為研究區地溫梯度最大的區塊，在新近系明化鎮組砂巖和館陶組中細砂巖層中儲存有 30～60 ℃ 的地熱水；在古生界奧陶系灰巖層儲存有60℃的地熱水，埋深在 1 500 m 左右。清豐縣處于內黃凸起地熱田東北部，熱儲類型主要為層狀熱儲，熱儲結構完整，熱儲蓋層、熱儲層齊全，新生界砂巖熱儲層遍布整個區域，熱儲層厚646～900 m、熱儲溫度 30～50 ℃；古生界碳酸鹽巖熱儲層為該區主要利用熱儲層，頂板埋深1100～1 800 m，西部埋深較東部淺，裂隙及溶隙發育、富水性好，單井涌水量大于100 m³ /h，井口水溫52～60 ℃。南樂縣處于內黃隆起東斜坡處，熱儲類型主要為新近系館陶組層狀熱儲及奧陶系灰巖熱儲，熱儲結構完整，熱儲層、蓋層齊全。由圖3可知，Ⅰ區的南樂斷裂以西地區利用熱儲層主要為館陶組熱儲，熱儲平均溫度為54℃；Ⅱ區的南樂斷裂以東地區主要利用熱儲層段為奧陶系熱儲，熱儲平均溫度為70℃，單井水量大于100 m³ /h。范縣橫跨東濮凹陷及菏澤凸起兩個構造單元，熱儲類型主要為層狀兼帶狀熱儲，可供利用的熱儲層有兩個：聊蘭斷裂西部為新近系砂巖熱儲、聊蘭斷裂東部為奧陶系灰巖熱儲，新近系砂巖熱儲遍布全區，熱儲溫度 50 ℃ 以上；奧陶系熱儲分布在聊蘭斷裂東部，儲層厚度一般在600～1 000 m左右，單井涌水量68～120 m³ /h，井口水溫60℃左右。臺前縣處于菏澤凸起上，初步評價認為奧陶系巖溶熱儲具備一定的利用潛力。因此，本次評價認為，濮陽市區及濮陽縣館陶組砂巖熱儲、奧陶系灰巖熱儲都是開發利用有利區，清豐縣優先利用奧陶系灰巖熱儲，南樂縣的南樂斷裂以西地區以利用館陶組砂巖熱儲為主，南樂斷裂以東地區以利用奧陶系灰巖熱儲為主，范縣優先利用新近系砂巖熱儲，臺前縣東部以利用奧陶系灰巖熱儲為主。

5 結 論

1）研究區中深層地熱熱儲類型主要為層狀兼帶狀熱儲，主要開發利用的熱儲層為孔隙型砂巖和巖溶型碳酸鹽巖兩套熱儲，通過采用體積法計算，館陶組熱儲地熱資源總量為 8.67×10¹⁰GJ、可采資源量為2.17×10¹⁰GJ，奧陶系熱儲地熱資源總量為 9.68×10¹⁰GJ、可采資源量為 1.45×10¹⁰GJ，綜合開發利用潛力巨大，對調整能源結構、節能減排、改善環境具有重要意義。

2）研究區內凸起區熱儲頂面埋深2000m以淺的奧陶系巖溶熱儲地熱水富水性強、地熱水溫度高，凹陷及斜坡帶底面埋深大于1400m 的新近系館陶組砂巖熱儲地熱水水溫一般大于 50 ℃，相比于砂巖熱儲，淺埋藏奧陶系熱儲的巖溶裂縫發育程度高、地熱水循環和補給強、礦化度低、易回灌，更適宜開發利用。