根据以往调查资料,县城南、北的地热地质条件不同,地热显示也有差别,县城以及县城北部有地热异常显示,南部目前没有发现地热异常。现根据以往地热地质调查情况,分别叙述昌乐县北部和南部的地热异常情况和地热资源开发利用预测区。
(一)北部地热异常区
2001年,山东省地矿工程集团有限公司在北部地区开展了地热资源调查,工作区位于潍坊市西25km的昌乐县城一带,具体范围为:北起孙家庄,南到昌乐一中,西起崔家庄,东至朱刘店,地理坐标为东经118°47'26″～118°55'37″,北纬36°41'00″～36°45'40″,面积约100km2。
利用不同时相的全方位地热异常解译,工作区内具有地热异常显示,异常区基本上沿北东东向昌乐断裂延伸,呈东西向不规则状展布,其范围大致西从马家庄附近大丹河东岸起,东到东任疃村东,最北到东、西管庄,南到王家庄—东风村—商家庄—柴家庄一线,异常区东西长约9km,南北最宽处2.5km,最窄处0.7km,面积约12km2,形状为不规则蠕虫状。遥感地热异常在多时相影像图上呈暗紫红略带微橘黄色调,由于受非地热因素干扰,地热异常显示不十分清晰,而在刘家庄以西及四图村一带显示色调较为明显,所显示的特征也易辨认。从地热异常区分布的特征看,明显受北东向和北西向断裂交会带控制。
结合物化探勘查结果综合分析,确定了北到西管庄北,东到王家庄,南至东风村,西至宝昌路,面积约10km2的地热重点勘查区。
根据我国华北地区地热正常区的地温梯度一般在3℃/100m以下,并结合有关规范的要求,将地温梯度3℃/100m等值线作为工作区内地热正常区与地热异常区的界线,即地温梯度大于3℃/100m地区为地热异常区。据此,工作区内共圈划出东风、前石埠、龙角和西任疃等四个地热异常区,见图2-2-4。
图2-2-4 昌乐县北部地区地温梯度等值线及地热异常区分布图
1.东风地热异常区
位于昌乐县城北部东风村东一带,北起G309道北200m处,东到佳迪肥料有限公司西侧,南至玉皇庙村北,西至东风村,面积约0.34km2。该异常区地处昌乐断裂与五图断裂的交会处,其中心在东风村东N13号井附近,该区第四系厚度一般在23.50～32.00m之间,东部较薄,西部较厚;第四系以下为新近系临朐群牛山组玄武岩类,底板埋深在100～120m之间;以下地层依次为古近系、二叠系、石炭系及奥陶系。区内地下水位埋深一般在10.26～19.22m之间,南部水位埋深较浅,北部埋深较大,并且水位埋深随井孔深度的增加而变大。区内恒温层地温一般在15.5～16.0℃,在该区测温截至深度37.33～100m内,东风村东井地温梯度最大,为4.71℃/100m。该异常区处在北东向昌乐断裂和北西向五图断裂的交会处,构造条件较好。根据区内的测温资料,热储顶板埋深按800m计,底板埋深按1300m计,上覆盖层的地温梯度采用4.36℃/100m,奥陶系灰岩孔段的地温梯度采用工作区奥灰测温孔的资料(1.92℃/100m),推算热储在1050m深处的温度为51.41℃。
2.前石埠地热异常区
位于县城东北3km处,昌乐县经济开发区前石埠村西南一带,总体沿昌乐断裂呈带状展布,东西长1km,南北宽0.4km,面积约0.31km2。该区第四系厚度较薄,一般在4～10m;第四系以下为新近纪玄武岩类,底板埋深在100m左右,以下地层依次为古近系、二叠系、石炭系及奥陶系。该区水位埋深在16.82m左右。该区恒温层地温15.3℃,井深76m处地温17.65℃,地温梯度4.20℃/100m。经综合分析,热储顶板埋深1000m,热储底板埋深按1400m计,推算热储在1200m处的温度为57.60℃。
3.龙角地热异常区
位于昌乐县城东北5.5km处,昌乐县经济开发区龙角村北一带,北部靠近济青高速公路,东至后于刘村西部,南至龙角村北部,西距大沂公路约0.4km,面积约1.03m2。该区东南距昌乐断裂1.5km,以东紧靠一组北西走向的断裂破碎带,第四系厚度一般在30～35m之间,第四系以下依次为新近系、古近系、二叠系、石炭系及奥陶系。其中新近系底板埋深一般在130～150m。该区水位埋深变化较大,西部55.0m,东部仅13.61m,相差达41.39m。西部在105～110m深度之间为一层较松散的砂砾石,单井涌水量较大约1200m3/d,而在东部150m深度内,没有上述较松散的砂砾石,单井涌水量仅240m3/d,该异常区内有两眼机井异常,最大地温梯度为6.17℃/100m。根据区域资料和岩性测深曲线综合分析、推测,热储顶板埋深约1100m,热储底板埋深按1400m计,利用异常区内盖层地温梯度4.24℃/100m和工作区灰岩孔段的地温梯度1.92℃/100m,推算热储在1250m深处的地温为61.27℃。
4.西任疃地热异常区
位于昌乐县城北东东4.5km处,西任疃村南一带。北到西任疃村南部,东到东任疃村,南到侯家庄、柴家庄,西至G309国道东尖庄大桥以东,面积约0.75km2,紧靠朱刘店断裂,其中西任疃村南井深60m,自42m深度以下,断裂破碎带厚达18m。在朱刘店断裂以南,第四系厚度一般为20～46m,下伏奥陶系。在朱刘店断裂以北,第四系厚度一般在34～41.5m之间,以下依次为新近系、古近系、二叠系、石炭系及奥陶系,该区奥陶系顶板埋藏较浅,奥灰顶板埋深仅38～302m,该区水位埋深一般西部较浅,东部较深,恒温层地温较高,一般在16.0～16.8℃之间,区内地温梯度最大为10.00℃/100m,一般为5.29℃/100m和5.00℃/100m。该异常区不仅具层状特征,而且具有较典型的带状特征。如按盖层厚度300m以上地温梯度6.76℃/100m,灰岩孔段按1.92℃/100m计,推算500m深处的热储温度为35.37℃。
该异常区虽地热异常明显,地温梯度也较高,但因热储盖层较薄,温度较低,地热的开采利用价值较小。
(二)南部地热异常区
昌乐县南部鄌郚-葛沟断裂西侧,大面积为新近纪临朐群玄武岩覆盖,其中临朐群尧山组厚度＞108m,山旺组0～20m,牛山组＞247m,其下伏古近纪五图群在工作区北部厚度1500m左右。鄌郚-葛沟断裂与沂水-汤头断裂之间,为马站-苏村地堑,主要发育白垩系,且以大盛群田家楼组和青山群八亩地组为主,莱阳群城山后组分布局限。沂水-汤头断裂以东为古元古代侵入岩。总体分析,南部地热地质条件较差,以往调查也没有发现确切的地热异常显示。
2013年,山东省地质科学研究院开展了南部地区的地热资源调查,从现有民井测温情况看,南部地区地温梯度普遍低于3℃,按照地热异常区的划分原则,除北岩村地温梯度稍高外,没有发现地温异常区。
根据区域地热资源分布情况,结合昌乐县地质条件,推测昌乐县南部地热热源来源于下部地壳和上地幔,特殊大地构造背景下形成的深大断裂成为导热通道,热流沿断裂上升、扩散,到近地表扩散的方式为传导和对流。在传导方式下,低热导率的岩层聚积热流,是局部地温异常的关键因素;在对流方式下,断裂构造的发育程度和地下水的贫富、流动性是关键因素。远离沂沭断裂带断裂构造相对不发育,为封闭或半封闭的对流体系,有利于热异常的产生;靠近沂沭断裂带断裂构造发育,形成开放的热对流体系,不利于热流的聚积。因此,距沂沭断裂带合适的距离,才能既有相对封闭的对流环境,使热能聚集,也有地下水径流环境,形成热水富集区。而上部的古近系砂岩、黏土岩为盖层(可能还有部分白垩系)。
南部地区沿沂沭断裂带出露的中新生代地层也可能发育孔隙水、裂隙水,这些出露的含水层向深部延伸时,有的连续或基本连续,有的则被大型断层完全断开。在前一种情况下,大气降水直接以侧向地下径流的方式补给热储;在后一种情况下,大气降水先通过断层带或断层另外一盘的含水层,然后沿侧向补给热储。
据区内的水文地质调查和区域资料,热储地下水的补给来源一是大气降水入渗的补给,即在南部或沿断裂破碎带缓慢入渗至深部,经深部地热加温形成地热水;二是沿地层接触面接受上游地下径流的补给,沿断裂构造或裂隙带下渗至地壳深部,经断裂径流深循环加热,在断裂破碎带储集,形成可利用地热资源。另外也不排除有沉积间断的古风化壳地下水或古封存水。
通过CSAMT和大极距激电测深测量调查,初步推测在乔官镇梁家庄附近、庞家淳于附近,深部(1400～2000m)有低阻异常显示,宽度在600～1000m之间,具有一定规模,结合附近地质构造分析,应是鄌郚-葛沟断裂及其次级断裂与东西向断裂交会所致的破碎带,推测具有一定的导水性和储水空间,是地热资源形成的有利部位,属于构造热储中的带状热储,其中的热水依靠浅部冷水通过构造渗入热储部位,经深部地温加热成为热水。根据区域地温梯度推测,应为低温地热资源。而上部较厚的新近纪、古近纪黏土岩、砂岩及白垩纪大盛群砂岩、黏土岩等,成为良好的盖层。
从淳于钻遇地层(0～40m为玄武岩风化带及砂岩、砂砾岩,40～145m以黏土岩为主,见紫红色黏土块,未揭穿)来看,上部应为新近纪牛山组,下部为古近纪李家崖组,见图2-2-5。根据区域上古近系北厚南薄的规律分析,古近系厚度在900m左右,其下应为白垩系,其中大盛群田家楼组和马朗沟组视厚度在600m左右,再往下推测为青山群(八亩地组)。建议地热井深度在(1800±200)m,根据地温梯度(1.5℃/100m)估算,1800m深度热储温度为41±5℃。
图2-2-5 淳于地热预测区
1—第四纪更新统大站组;2—新近纪牛山组玄武岩;3—新近纪尧山组玄武岩;4—古近纪朱壁店组砾岩;5—白垩纪田家楼组砂岩、粉砂岩;6—可控源音频大地电磁测深断面线;7—拟地热井井位及编号;8—深部低阻陡变异常区;9—断层
根据大极距电测深测量等值线、CSAMT剖面、结合区域地质资料,推测梁家庄预测区古近纪朱壁店组厚度在200m左右,其下的白垩纪大盛群田家楼组、马朗沟组底界深度在450～500m之间,下部应有白垩纪青山群八亩地组、莱阳群城山后组与侏罗纪三台组,三组地层总厚度可能大于1000m,其下是否有更早的地层或直接覆盖于花岗岩基底,有待于进一步调查确定,见图2-2-6。建议地热井深度在(1800±200)m,根据地温梯度(2.6℃/100m)推算,1800m深度热储温度为61℃±5℃。
图2-2-6 梁家庄地热预测区
1—第四纪更新统大站组;2—新近纪牛山组玄武岩;3—新近纪尧山组玄武岩;4—古近纪朱壁店组砾岩;5—白垩纪田家楼组砂岩、粉砂岩;6—白垩纪马郎沟组砾岩、砂岩;7—可控源音频大地电磁测深断面线;8—深部低阻陡变异常区;9—断层
总之,昌乐县南部预测区的地热水资源概念模型是:地壳深部供热—深大断裂导热—低热导率岩层聚热—侧向地下径流及断裂破碎带补水。
其他地区的地热地质条件有待于进一步综合分析研究,建议对鄌郚-葛沟断裂带的北展—鄌郚—高崖一带、五图断裂两侧、北部县界附近进行进一步调查研究,尤其是五图断裂两侧。