天津市地处华北平原的东北部,环渤海中心,东临渤海,北依燕山,地势北高南低、西高东低。由北向南依次为北部山区、山前冲洪积平原区、冲积平原区、冲积海积平原区和海积平原区。评价区是天津市地热资源集中开采利用区,坐标为:东经117°00'00″～117°48'21″,北纬38°47'50″～39°25'40″,面积约4535km2。
天津地区的南区和北区地质构造特征具有明显的差异。北区,古生界及前古生界发育。构造线主体呈东西(EW)向,断裂以东西向为主导,其次为北西(NW)向、北东(NE)向及北北东(NNE)向3组断裂,断裂构造控制着地层的分布和出露形态。
南区,是中、新生代断陷、坳陷盆地。区内Ⅲ级构造单元包括一隆两坳,即沧县隆起、冀中坳陷和黄骅坳陷。隆起和坳陷及Ⅳ级构造单元凸起、凹陷的延伸方向和较大断裂的走向均呈北北东(NNE)向,形成雁行式相间排列的构造格局(图5-1)。
图5-1 天津市地质构造单元分区示意图
根据近期地热勘探资料和2006年地热井井口温度测试数据,整理、换算出评价区盖层平均地温梯度值,并绘制出等值线图5-2。从图5-2可知,地温梯度高值区基本集中在评价区几条深大断裂部位。分析其变化机理,一方面是这些深大断裂具有较强的导水导热作用;另一方面是在这些断裂带部位近几年布井较多,单井开采量及累计开采量大,开采时间又集中,形成地热资源集中开采区。因为集中开采,热储压力下降,造成了侧向补给水循环深度增加,同时也刺激深部地热流体上涌,增强了热储层中流体侧向对流作用。
天津地区4000m以浅现查明有两类热储,即以陆相沉积为主的碎屑岩孔隙热储和以海相沉积为主的碳酸盐岩岩溶裂隙热储(又称基岩热储)。孔隙热储主要有新近系明化镇组热储层和馆陶组热储层。岩溶裂隙热储主要有古生界奥陶系、寒武系昌平组以及中元古界蓟县系岩溶裂隙热储层。各热储层特征如下:
图5-2 评价区盖层平均地温梯度等值线示意图
(1)新近系明化镇组热储层特征(图5-3)
该层是本区埋藏最浅的热储层,全区普遍分布,面积约4535km2,顶板埋深276～650m,底板埋深589～1996m,平均厚度788m(图5-3)。以半胶结的粉细砂、细砂岩和杂色泥岩不等厚互层,涌水量在40～100m3/h,出水水温40～70℃,地热流体化学类型(舒卡列夫分类)为HCO3-Na,HCO3·Cl-Na和SO4·Cl-Na型,矿化度一般小于1500mg/L,局部地区大于3000mg/L,多为无 轻微腐蚀性热流体。
图5-3 明化镇组热储范围及三角剖分计算图
明化镇组物源区为燕山隆起区,属平原曲流河沉积相。由于离物源区的距离不等,且受古地貌影响,造成了不同区域明化镇组热储层特征的不同。
(2)新近系馆陶组热储层特征(图5-4)
馆陶组热储层位于明化镇组热储层之下,在沧县隆起区、咸水沽和大港区局部缺失。分布面积约3919km2,缺失面积约616km2。底板埋深988～2660m,平均厚度416 m(图5-4)。馆陶组热储层是在准平原的基础上形成的,由砂、砾组成的冲积扇和含砾、砾质砂岩夹杂色泥质岩组成的河流堆积,沉积旋回明显,整个剖面呈粗-细-粗三分性,属河流相碎屑岩沉积。该热储层可细分为馆Ⅰ砂岩热储段和馆Ⅲ砂砾岩热储段。馆Ⅰ砂岩热储段厚100～200m,出水温度55～65℃。底部馆Ⅲ砂砾岩热储段出水水温60～80℃,水量80～130m3/h,流体化学类型以HCO3-Na,Cl·HCO3-Na型为主,矿化度800～1900mg/L。
图5-4 馆陶组热储范围及三角剖分计算图
(3)奥陶系热储层特征(图5-5)
该层在沧县隆起之Ⅳ级构造单元东侧背斜核部潘庄镇—青凝候—团泊一带,万家码头、八里台以及北闸口附近地区有缺失,缺失面积约820km2,其余地区均有分布 (东西侧凹陷区奥陶系热储埋深大于4000m,不予考虑),分布面积约1616km2,顶板埋深882～3104m,平均厚度385m(图5-5)。
图5-5 奥陶系热储范围及三角剖分计算图
奥陶系热储属海相碳酸盐岩沉积建造,岩性以灰色、深灰色灰岩、白云质灰岩为主夹泥质灰岩。评价区该层热储裂隙发育段占地层总厚度的25%～59%,裂隙度2%～6.25%,渗透系数0.46～2.16m/d,该热储层在断裂附近,裂隙度较高、富水性较好,因此渗透系数高值区大体分布在海河断裂以南、天津断裂以东和白塘口东、西断裂之间的地区,单井出水量在100～200m3/h之间,井口稳定流温48～76℃,流体化学类型以HCO3·Cl-Na,SO4·Cl-Na·Ca型为主,矿化度1000～4600mg/L。
该热储层水质普遍较差,用于供暖,腐蚀性较强;供生活用水,水质不能达标,所以该热储层的地热井相对较少,开发利用强度不大。
(4)寒武系昌平组热储层特征(图5-6)
图5-6 寒武系热储范围及三角剖分计算图
该层分布在咸水沽—八里台—团泊农场以及造甲城—大毕庄—东郊农牧场一带,分布面积较小。顶板埋深950～3734m,厚度14～103m。属海相碳酸盐岩沉积建造,岩性以灰白色灰质白云岩为主。成井于该热储层的地热井仅有6眼。
评价区昌平组富水性强的地区位于海河断裂以北,沧东断裂以西的一部分,面积约285km2。该层热储裂隙发育段占揭露总厚度的6%～24%,孔隙度2.6%～5.0%,渗透系数0.389～0.554m/d,单井出水量60～100 m3/h,井口稳定流温70～80℃,流体化学类型以HCO3-Na,HCO3·SO4-Na型为主,矿化度1000～2000mg/L。
(5)蓟县系雾迷山组热储层特征(图5-7)
图5-7 雾迷山组热储范围及三角剖分计算图
蓟县系雾迷山组是天津地区沉积厚度最大的热储层,也是天津地区地热开发的最主要层位,该热储层(埋深4000m内)在沧县隆起区普遍分布,即:北至宁河-宝坻断裂,东到沧东断裂,西至天津断裂,南达天津与河北省行政交界处,热储面积1922km2,目前尚无钻孔揭穿该地层。
该热储层在评价区沿白塘口西断裂3～5km带宽内直接与上伏新近系热储层接触,是该热储层的浅埋区,顶板埋深最浅为912 m,向西埋深逐渐加深。最深大于4041m,最大揭露厚度1278.52m。
该层岩溶裂隙发育,储存空间大,单井涌水量较大,沿白塘口西断裂,形成一条单位出水量6～12 m3/h·m的富水区。
总之,雾迷山组热储层具有分布稳定、厚度大(＞2000m)、埋深适中(1500～3500m)的特点。其岩溶裂隙发育受埋藏条件和区域构造控制,现有钻井资料显示,4000m之下岩层坚硬,孔隙、裂隙不发育。4000m以浅层面裂隙、风化裂隙、构造裂隙、岩溶孔隙裂隙发育,储存能力强,地热流体垂向循环活跃。该层热储裂隙发育段占揭露总厚度的6%～69%,孔隙度1%～5.8%,渗透系数0.49～2.81m/d,在不同地区差异较大,其中渗透系数高值区出现在沿沧东断裂、海河断裂、白塘口西断裂分布的裂隙发育的地区。流体化学类型以Cl·HCO3·SO4-Na,Cl·SO4·HCO3-Na和Cl·SO4-Na型为主,矿化度1700～2100mg/L,局部出现大于5000mg/L矿化度高值区,总硬度300mg/L, pH值7.5左右。