Detection of carbonate geothermal reservoir in Niudong fault zone of Xiong'an New Area and its geothermal exploration significance
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摘要:
雄安新区在暂不考虑开采砂岩热储地热资源的前提下,探明碳酸盐岩热储东部边界断裂牛东断裂带的分布位置与地热资源品质,对新区地热资源开发利用规划的编制与整体能源利用布局均有着重要意义。以雄安新区高铁片区第一口碳酸盐岩热储勘探井D09孔的探测数据为依据,结合地震剖面解释成果,分析了牛东断裂带内碳酸盐岩热储的空间展布特征、储集层物理性质与单井产能参数,并简述其对地热勘探的指导意义。探测结果表明,牛东断裂带的碳酸盐岩热储主要为蓟县系雾迷山组含硅质的白云岩,分布在断裂西侧基岩宽缓背斜顶部,层状稳定,厚约2000m,顶板埋深1000~1200m,井口水温约70℃,单井水量约102m3/h。D09孔揭示,在距风化壳顶部678m的地层内共发育122个裂隙带,累计厚度达251.20m,裂隙发育率37%,平均孔隙度9.26%,裂隙发育率与平均孔隙度明显比断裂带外地热井高出50%。D09孔与牛东断裂带周缘地热井的地层地温梯度、地热水水化学特征、储集层导水系数等对比分析表明,垂直断距达7000m的牛东断裂带是一条导水导热的盆内隐伏型深断裂,其限定了雄安新区碳酸盐岩热储含水系统的东部边界,构成了西侧牛驼镇凸起的导水通道与东侧霸县凹陷油气运移的阻隔屏障,控制了牛驼镇凸起面积达1000km2的整装地热田的形成。
Abstract:In Xiong'an New Area,because of prohibiting the exploitation of sandstone geothermal reservoir,it is of a great significance to find out the distribution position and the resources quality of the karst geothermal reservoir of the Niudong fault zone,as an eastern boundary of the karst geothermal resources,for the compilation of geothermal resources development and utilization planning and the layout of overall energy utilization. Based on the detection data of the D09 borehole,as the first exploration well for karst geothermal reservoir in the high-speed railway area of the Xiong'an New Area,and combined with the interpretation results of seismic sections,the spatial distribution characteristics,physical properties of reservoir and single well productivity parameters of the karst geothermal reservoir in the Niudong fault zone are analyzed,and its guiding significance for geothermal exploration is also summarized. The results show that the karst geothermal reservoir in the Niudong fault zone is mainly siliceous dolomite in the Wumishan Formation of the Jixian System,which is distributed at the top of the broad,gentle anticline of the bedrock on the west side of the fault,and is high quality geothermal heating utilization resource with the stable layers thickness of about 2000 m,the roof buried depth of 1000~1200 m,the geothermal water temperature of about 70℃ and the single well production of about 102 m3/h. There are 122 fractured karst zones in the strata of 678 m from the top of the weathering crust in the D09 borehole,with the total thickness of 251.20 m,the fracture ratio of 37%,and an average porosity of 9.26%. The fracture rate and average porosity are obviously 50% higher than those of the geothermal wells out of the fault zone. A comparative analysis of geothermal gradient of the strata,geochemical characteristics of geothermal water and water-conductivity of reservoir between the D09 hole and the geothermal wells around the Niudong fault zone shows that the Niudong fault zone with a vertical fault distance of 7000 m is a deep fault of water-conducting and thermal-conducting in the basin. The fault zone defines the eastern boundary of the karst water-bearing systems in the Xiong'an New Area,constitutes a water channel for the Niutuozhen uplift and a oil-gas migration barrier for Baxian depression,and results in formatting a complete geothermal field of the Niutuozhen uplift with an area of 1000 km2.
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表 1 D09孔主要出水层测井解释成果
Table 1. Well logging interpretation results of major aquifers in D09 borehole
层号 起始深度/m 终止深
度/m厚度/m 电阻率/(Ω·m-1) 声波时差/(μs·m-1) 孔隙度/% 渗透率/mD 泥质含
量/%井温/℃ 解释结论 1 1132.6 1135.2 2.6 310.5 218.7 11.8 25.85 8 48.4 一类裂缝层 2 1136.2 1139.2 3 1307.4 212.9 9 22.48 6.6 47.8 一类裂缝层 3 1142 1143.7 1.7 4815.8 220.9 9.3 32.52 7 48.5 一类裂缝层 4 1150 1152.3 2.3 11682 230.1 9.3 39.79 2.7 48.3 一类裂缝层 5 1157.7 1161.2 3.5 5328.5 215.5 9.4 22.12 5 48.2 一类裂缝层 6 1171.2 1174 2.8 3760.2 211.6 9.5 34.9 2.5 49 一类裂缝层 7 1182 1183.6 1.6 13716 207.6 9.7 35.69 2 49.1 一类裂缝层 8 1232.5 1234.8 2.3 453.6 209.7 9.8 24.23 7.7 44.1 一类裂缝层 9 1235.7 1238 2.3 3206.8 203.6 10 27.17 2.2 43.6 一类裂缝层 10 1240.3 1243.8 3.5 3472.6 206.3 10.1 15.4 9.8 43.8 一类裂缝层 11 1250.8 1257.6 6.8 2666 203.9 10.1 18.9 5.3 45.7 一类裂缝层 12 1259.8 1264 4.2 4136.6 199.3 10.6 16.74 3.1 45.5 一类裂缝层 13 1266 1269.3 3.3 4934.2 201.9 10.7 16.66 5.2 46.4 一类裂缝层 14 1282 1286.3 4.3 3777.9 203.3 10.7 28.44 2.2 45.9 一类裂缝层 15 1323.2 1330.6 7.4 3804.6 203.7 10.7 19.13 3.4 42.4 一类裂缝层 16 1342.3 1345.7 3.4 1717.8 219.4 10.8 20.92 8.2 43.2 一类裂缝层 17 1348 1353.8 5.8 7770 223.2 10.8 36.53 2.3 44.1 一类裂缝层 18 1358.2 1362.2 4 7071.1 233.5 10.9 35.54 2.7 43.5 一类裂缝层 19 1364 1367 3 11798 266.4 11 42.19 4.3 43.5 一类裂缝层 20 1367.7 1369.6 1.9 7056.1 231 11.1 34.56 1.9 44.3 一类裂缝层 21 1384.1 1385.2 1.1 2396.6 207.3 11.1 34.22 2 43.8 一类裂缝层 22 1400.6 1404.2 3.6 1847.5 210.3 11.1 25.66 4.4 45 一类裂缝层 23 1412.2 1414.9 2.7 3884 201.3 11.2 22.07 2.5 46 一类裂缝层 24 1426 1429.9 3.9 4907.4 218.6 11.3 21.16 6 46.4 一类裂缝层 25 1437.8 1441.2 3.4 1537.9 195.8 11.4 10.16 4.5 46.2 一类裂缝层 26 1449.8 1451.8 2 1986.7 204 11.5 29.87 2.6 46.8 一类裂缝层 27 1455.8 1460 4.2 1261.5 222.5 11.6 38.81 5.4 47 一类裂缝层 28 1460.6 1463.6 3 1021.5 202.2 11.6 15.35 8.7 47.2 一类裂缝层 29 1467.6 1469.8 2.2 283.7 223.7 11.7 22.96 8 47.1 一类裂缝层 30 1474.8 1476.8 2 706.8 228.7 11.8 22.84 8.2 48.3 一类裂缝层 31 1477.5 1478.7 1.2 762.9 236.7 11.8 19.35 7.9 47.8 一类裂缝层 32 1480 1481.4 1.4 2165 223.7 11.8 26.97 4.7 48.9 一类裂缝层 33 1491.1 1493.1 2 2259.2 201.8 11.9 12.68 5.6 47.2 一类裂缝层 34 1493.8 1495.8 2 3499.5 223.6 12 29.05 4 48.5 一类裂缝层 35 1534.4 1537.1 2.7 1284 202.7 12 25.51 1.8 48.3 一类裂缝层 36 1541.8 1543.2 1.4 1323.7 198.7 12 13.96 3.9 48.9 一类裂缝层 37 1603.7 1606 2.3 1589.9 194 12.1 13.06 1.5 51.3 一类裂缝层 38 1759.9 1760.8 0.9 2564 220.3 12.3 13.3 3.6 56.4 一类裂缝层 39 1776.7 1777.9 1.2 2332.4 202.7 12.6 14.41 4.8 58.2 一类裂缝层 40 1806.4 1807.3 0.9 2041.5 199.2 12.6 13.24 2.9 60.9 一类裂缝层 41 1811.7 1812.9 1.2 2141.6 203.1 12.6 17.46 2.5 62 一类裂缝层 
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表 2 牛东断裂带及附近地热井岩溶水水化学分析数据
Table 2. Data of karst water chemical analysis of the geothermal wells in Niudong fault zone and nearby area
序号 井名 取水段深
度/m层位 静水
位埋
深/m水温/℃ 流量/(m3·
h-1)TDS pH K+ Na+ Ca2+ Mg2+ Cl- SO42- HCO3- 备注 /(mg·L-1) 含量/(mg·L-1) 1 D09 1122.5~1871 Jxw 121.40 70 102.12 2764 7.59 46.22 876.1 41.1 20.38 1208 3.22 474 断裂中段 2 XZ1 839.5~1420 Jxw 123.33 68 120.1 2627 7.64 45.57 804.4 33.73 25.17 1127 3.49 508 3 XZ2 778~1350 Jxw 131.20 72 121 2810 7.42 46.69 878.8 39.64 24.46 1132 103.4 501.8 4 NM1 3246~4049 Jxw 122 100 119.30 3412 7.86 60.03 992.08 81.56 51.83 1707 2.91 395.0 断裂北段 5 霸9 2668~2718.8 Jxw 2949 76.89 1270.8 85.52 53.08 1215 14.75 235.92 1043.29~1098.53 Jxw 2796 57.0 1244 86.67 61.51 1152 0 246.05 6 霸25 1725.5~1756.21 Jxw 2826 28.26 1271.14 87.6 56.52 1155.83 6.49 251.23 1756.21~1801.35 Jxw 2826 28.26 1271.14 87.6 56.52 1155.83 5.65 251.51 7 雄101 1035~1183 Jxw 2938 75.98 1255.82 48.48 88.73 1065.32 40.54 363.14 断裂南段 8 LY1 1046~1500 Jxw 79 69 127 2935 7.43 50.3 851.4 55.23 24.16 1113 79.08 676.5 9 BR11 1943.4~2502.1 Ng 100.3 67 74.66 1562 8.16 3.92 486.00 6.63 0.64 498.9 26.53 488.6 霸州凹陷 10 BR9 1615.7~2490 Ng 89.05 62 84 1348 8.39 3.01 410.50 5.46 0.67 336.1 62.54 486.01 11 BR15 1973.6~2781.4 Ng 132 68 64.11 1617 8.49 5.10 503.50 9.86 0.99 450.6 43.85 548.22 注：除样品5、6、7据曹新来(1989)外，其余样品全部为地热井封闭采灌循环系统下的地热水水样；样品的测试分析工作委托自然资源部济南矿产资源监督检测中心完成；Jxw—蓟县系雾迷山组；Ng—新近系馆陶组
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表 3 D09孔抽水试验结果参数
Table 3. Pumping test results of D09 borehole
落程 流量
Q/(m3·h-1)静水位/m 降深
S/m含水层厚
度M/m单位涌水量
q/(m3·(h·m)-1)井半径
r/m渗透系数
K/(m·d-1)影响半径
R/m导水系数
T/(m2·d-1)小落程 63.65 121.40 6.9 251.2 9.22 0.0889 0.9252 66.37 232.42 中落程 79.3 121.40 13.75 251.2 5.76 0.0889 0.6693 112.49 168.13 大落程 102.12 121.40 22.9 251.2 4.46 0.0889 0.4937 160.91 124.03
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表 4 XZ1井抽水试验结果参数
Table 4. Pumping test results of XZ1 borehole
落程 流量
Q/(m3·h-1)静水位/m 降深S/m 含水层
厚度M/m单位涌水量
q/(m3·(h·m)-1)井半径
r/m渗透系数
K/(m·d-1)影响半径
R/m导水系数
T/(m2·d-1)小落程 60.05 123.33 11.99 152.6 1.39 0.0889 0.674 98.42 102.85 中落程 90.16 123.33 20.19 152.6 1.24 0.0889 0.645 162.13 98.43 大落程 120.1 123.33 24.49 152.6 1.36 0.0889 0.733 209.69 111.86
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图(7)
表(4)
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