山东省干热岩地热资源靶区研究

山东省干热岩地热资源靶区研究

张少华1张玲2许传杰2

1山东省物化探勘查院山东济南250013；2山东省地热温泉研究所山东济南250000

摘要：本文通过对山东省地热地质条件进行综合分析研究，借鉴中国干热岩靶区选择的地热地质指标，圈定了我省16个干热岩靶区，主要分布在鲁西北潜凸区、沂沭断裂带中段及附近地区以和胶东温泉出露区。

关键词：干热岩；赋存条件；指标体系；靶区

前言

随着替代传统煤改变能源结构的人类需求期望值的增加，干热岩这种清洁能源的研究也日趋成熟。二十世纪七十年代，美国芬顿山干热岩示范基地的建立标志着干热岩的开发利用研究从概念模式转入到实验阶段。随后，日本、英国、法国、德国等国家相继进行了有关实验，并建立EGS工程，其中法国上莱茵地堑建立的Soultz干热岩工程成为目前为止全球最成功的EGS工程（MaFengetal.，2015）。经过40多年的科学研究与生产试验，干热岩概念不断修正发展（BrownDW，1995；BariaRetal.，1999），其具备传统能源无法比拟的优势。

国内的干热岩方面的研究尚处于起步阶段，主要是学习国外先进的技术经验并在国内进行适宜性研究。（LinWenjingetal.，2012）干热岩勘查研究工作在全国范围内展开，从2013年开始至今，在青海省贵德县扎仓沟、共和恰卜恰镇先后钻获多处大于150℃的高温岩体。2017年9月，在共和盆地3705m深处钻获236℃的高温岩体，成为我国目前钻获温度最高的干热岩体，随后，在我国福建漳州、海南琼北盆地等东南沿海地区相继钻获高温岩体。我国干热岩的研究工作也逐渐进入发展阶段。

目前，山东省17个市均已开发利用地热资源，为干热岩地热资源选区研究奠定了良好的地热地质基础。多年来，山东省地矿、石油、冶金、煤炭等勘查研究部门和单位，因不同目的在全省范围内开展过精度不一的地热资源勘查研究工作，积累了大量的资料，为干热岩地热资源选区研究工作奠定了基础。2014年对东营利津县进行干热岩调查项目，并施工一眼干热岩孔，孔深2500m，井底温度104℃（WangLidongetal.，2016），标志着山东省正式进入干热岩研究领域。2015年由山东省国土厅下达任务书，实施《山东省干热岩地热资源选区研究》，全面对省内干热岩进行摸底工作，为今后山东省干热岩勘查开发工作奠定了坚实的基础。2016年，在威海文登成功施工ZKCW01测温孔，终孔2000.76m深度处实测孔底温度为114.12℃。山东省干热岩研究工作逐渐走向正轨。

1地质背景

山东陆块地质构造格局复杂，包括华北板块（陆块）和苏鲁造山带两个一级构造单元，华北拗陷区、鲁西隆起区、胶辽隆起区（鲁东隆起区），苏北隆起区、胶南-威海隆起区五个二级构造单元（图1）。

图1山东省地质构造图

Fig.1GeologicalstructuralmapofShandongprovince

山东中生代断裂系统主要受沂沭断裂（郯庐断裂的山东段）以及聊考断裂，这二条走滑岩石圈断裂控制，形成了围绕沂沭断裂带的羽状断裂系统和鲁西南棋盘格状断裂系统两种构造格局。

侵入岩分布面积较广，中生代岩浆岩在境内出露面积最大。其中，沂沭断裂带以西的古元古代花岗岩类和新元古代花岗岩类以及鲁东的燕山期花岗岩类主要表现为从早期的钠质花岗岩向钙碱性花岗岩及晚期的偏碱性花岗岩的演化趋势。

2地热地质条件分析

2.1大地热流值特征

根据中国科学院最近发布的中国大陆地区大地热流值分布图，并结合山东省境内大地热流值实测资料显示，山东省的大地热流值范围在45-100mW/m2。空间上表现规律为，深大断裂附近大地热流值相对较高，鲁中南隆起地区大地热流值较低。最高的地区在鲁西北的陈家庄潜凸区以及广饶潜凸区等、鲁东文登地区、另外鲁中南的菏泽凸起区也表现为省内大地热流值较高的地区（图2）。

图2山东省大地热流值等值线图

Fig2Heatflowmapofshandong

2.2居里面埋深

山东省居里面埋深一般在18-29km（图3），其中埋深深度较浅的主要在招远-蓬莱一带，仅18-20km，埋深深度较深的在菏泽北部一带，达29km。居里面位于岩石圈的中上部，主要反映较浅部位的物性界面变化，其起伏变化的规律对不同地质构造单元地热的热成因有不同的影响，因此，居里面埋深对山东省地热热源贡献是不可忽视的重要因素之一。

图3山东省居里面埋深简图

Fig.3DepthCurveofCurieSurfaceinShandongProvince

2.3地温梯度

山东省地温梯度值总体由南向北逐渐递增，鲁西北地区为环带分布，鲁中南、沂沭断裂带以及鲁东地区为点状分布。为避免浅部环境因素对地温的干扰，我们选取1500m深度为界，山东省各地热区地温梯度以及大地热流值情况如下：（表1）（FangBaoming，2006）。

表1山东省区域地温梯度情况

2.4生热率分布特征

山东省花岗岩岩石类型多样，主要有中-粗粒花岗岩、二长花岗岩、花岗斑岩、细粒花岗岩、碱长花岗岩、球状风化花岗岩、黑云母花岗岩以及花岗闪长岩等，见表2及图4。

表2山东省采样点生热率统计表

图4山东省生热率分布图

Fig.4DistributionofHeat-generatingRateinShandong

从生热率分布图中显示（图4），放射性生热率范围为0.22-4.79μW/m2，其中生热率大于世界地壳平均生热率2.5μW/m2有8处。

从总体含量特征来看（表3），与地壳平均值相比，研究区岩石样品的放射性元素含量不高。研究区内岩石样品中238U平均含量约1.1µg/g、232Th平均含量约8.93µg/g、低于地壳平均值（238U≈3.8µg/g，232Th≈16.0µg/g，），40K的平均含量约3.5%，略高于地壳的平均值（40K≈2.74µg/g）数据来源于（Haack，1983），放射性元素均大于地壳平均值的样品共4个，考虑为生热率的重点异常区，分别位于日照石场乡的中细粒二长花岗岩、莱芜雪野镇的中粒二长花岗岩、临沂沂南县的花岗斑岩以及临沂莒南县闪长岩。总的来说，花岗岩的生热率普遍高于同一地质时期的其他岩性，按岩性生热率高低排序为花岗岩>花岗闪长岩>闪长岩。从时间角度来看，古元古代到白垩纪的花岗质岩石放射性元素的生热率与时间变化相关性较差。

从生热率分布图中可以看到，生热率较高的地区集中在沂沭断裂带中段以及邻区，形成以日照石场乡、临沂莒南县及沂南县为生热率等值线高值中心带。

3干热岩选区评价

结合山东省干热岩赋存条件，参考马峰等2015年研究的中国干热岩靶区指标评价标准，共选取了6个地热特征突出指标，热储岩性、大地热流值、地壳稳定性、放射性生热率、居里面埋深、地温梯度。将这6个指标分为4个等级，等级范围的划分主要在我国干热岩选区指标评价标准的基础上，参考山东省赋存条件的平均水平和专家打分确定，A为4分，B为3分，C为2分，D为1分。各指标权重确定参考我国干热岩靶区指标评价标准（表3）。

表3山东省干热岩选区地热地质指标评价标准

注：指标评价标准参考中国干热岩靶区指标评价标准以及山东省干热岩赋存条件平均水平

针对山东省侵入岩分布图，我们将其划分为7718个小单元，每单元格面积为2km*2km。通过对六个标准指标进行综合叠加，可知评价区内综合得分区间为6.2-18.4，我们将其分为四个等级，得分12-18.4分定为重点区；得分10.4-11.8定为次重点区；得分在6.2-10.2为一般区。其中，重点干热岩勘查区，面积约占13743.75km2，次重点干热岩勘查区，面积约占20913.25km2，一般干热岩勘查区，面积约占13805.5km2，其余为远景干热岩勘查区见图5及表4。

图5山东省干热岩重点勘察区分区图

Fig.6ThepartitionmapofkeyhotrockexplorationareainShandong

表4干热岩重点勘查区一览表

新太古代变质岩

从图中可以看出重点干热岩勘查区主要集中在鲁西北潜凸区、莱芜雪野一带、日照莒南-五莲一带、青岛崂山一带、烟台招远-蓬莱一带、威海温泉集中区。鲁西北潜凸区具有较为明显的有利条件，其具备高热流值得分，高生热率得分以及高地温梯度得分等特点，招远-蓬莱地区则具有高居里面得分及高岩性得分的特点，威海温泉出露区的大地热流值和地温梯度等因素对干热岩的形成提供有利条件，莱芜雪野一带具有高生热率得分的特点，青岛崂山地区稳定性、居里面及大地热流值均具有较高得分，莒南-五莲一带大地热流值、生热率以及稳定性等指标因素获得较高得分。

5结论

（1）根据对山东省干热岩资源的地热地质背景以及赋存条件的分析，认为省内大地热流值、生热率平均水平较低，但存在鲁西北平原、沂沭断裂带中段等局部地热异常区，这些地区干热岩赋存条件良好。

（2）在参考国内外干热岩开发选址原则的基础上，综合考虑山东省干热岩赋存条件特征，认为大地热流值、热储岩性、地温梯度、生热率、地壳稳定性，居里面埋深等几个方面是山东省干热岩选区的重要地热地质指标。

（3）山东省干热勘查开发优先靶区为鲁西北潜凸区、蓬莱-招远一带、胶北温泉出露区以及五莲-莒县一带。

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作者简介：

张少华（1980—），女，山西文水人，工程师，工作单位山东省物化探勘查院，从事水工环地质和矿山环境地质工作。