當前,河南省發展進入新的歷史階段,面臨著國家構建新發展格局戰略機遇、新時代推動中部地區高質量發展政策機遇、黃河流域生態保護和高質量發展歷史機遇,能源作為現代化河南建設的基礎支撐,在一定時期內仍將持續增長, 在碳達峰、碳中和目標牽引下,必須通過降低能耗強度、提高利用效率、加快外引清潔能源保障經濟社會發展目標實現, 這既對能源高質量發展提出了更高要求,也為能源發展拓展了更加廣闊的空間。河南省地熱資源條件優異,可利用資源量很大,未來河南省地熱能開發利用還有很大的提升空間。為此,需要持續推進地熱能資源的勘查評價工作,這也是河南省“十四五”規劃的重點。

本文依托《中深層地熱勘查選區技術研究和靶區篩選》 項目,結合多年來河南地熱資源勘查實踐,系統分析地物化遙已有資料優選有利區、利用地熱調查和遙感解譯等手段劃定重點區、采用多種物探方法組合驗證異常區、綜合分析圈定靶區的技術路線,開展中深層地熱勘查選區技術研究,總結形成一套完善的地熱勘查技術體系,對其他類似地區地熱勘查具有一定的指導和推廣作用。

1 地熱有利區塊優選初探

河南省位于我國華北平原南部,地熱資源稟賦條件較好。地熱資源按埋藏條件可分為沉積盆地傳導型和隆起山地對流型兩種。東部的黃淮海平原及西部山間盆地第四系覆蓋較厚,是良好的儲熱蓋層;沉積盆地凹(斷)陷區新生界熱儲分布廣泛且厚度巨大,蘊藏著豐富的中低溫地熱資源; 凸起區由于導熱率高、熱阻小的古老結晶基底及較古老的致密巖石覆蓋層較薄,利于大地熱流的富集,地溫梯度及熱流值相對較高。因此沉積盆地型地熱資源具有多層疊加、厚度大、面狀分布廣的特點,單個地熱田面積較大,資源潛力大,具有很高的開發價值,沉積盆地地熱資源占河南省地熱可采資源的95%以上,在供暖、洗浴、康養、種植等各領域均有成熟地應用。隆起山地型多呈帶狀分布于西部山區,多以溫泉形式出露于地表,受資源條件影響,開發利用方向單一,多以溫泉洗浴為主。

2010年以來河南省先后安排省財政地勘基金項目30余項,區域地質構造、大地熱流、航磁、重力、遙感、物探、地震等基礎數據,大多都設計實施了地熱井工程,對中深層地熱資源的分布規律和賦存條件以及地熱流體產量,有了進一步的了解。

2 地熱調查區選區技術研究

遙感技術具有速度快、時效性強、范圍廣、成本低、受地表條件限制小等優勢,可快速直觀獲取與地熱地質體相關的熱儲構造、蓋層、地熱異常等信息,在未來地熱勘查中將發揮重要作用。因此在地熱有利區塊依據熱紅外遙感影像上所顯示的地溫異常信息,結合必要的區域地熱地質調查驗證, 能夠快速圈定有價值的地熱調查區。

為順利完成《中深層地熱勘查選區技術研究和靶區篩選》項目,我們在新商斷裂西段沿線運用Landsat-8熱紅外遙感及高分一號衛星進行了地熱遙感地質和地溫反演解譯, 采用雙通道非線性劈窗算法,在排除城鎮及周邊熱島效應、各種地貌等因素對地面溫度異常的影響后,將地表溫度異常圖與遙感圖疊加,初步對溫異常分布區域進行了圈定(見圖1)。

依據熱紅外遙感影像上所顯示的地溫異常信息,勘查區中部、中南部存在明顯的溫度異常反映,顯桔紅色熱異常色, 信息強度較好,遙感異常分布與新商斷裂、湯東斷裂展布方向基本吻合,尤其是斷裂匯合部位地溫異常較為集中,基本可以確定工作區內的地溫異常與隱伏構造關系密切。受斷裂構造及其分支型斷層影響,覆蓋層以下巖層裂隙較為發育、巖石破碎,為地下熱水提供了可靠的儲集和運移空間。地熱流體沿斷層通道、巖石裂隙和土層孔隙緩慢地向上滲透的過程中,產生中、遠紅外電磁輻射,易被遙感熱紅外掃描捕捉,成為地熱資源遙感異常。

通過現場調查及資料收集,在不考慮井深(取水段深度) 及成井工藝條件下,對相同熱儲層以出水溫度為參照數據進行擬合,對新近系館陶組熱儲地熱流體溫度分布進行了推測 (見圖2)。

經數據處理后發現,在以青羊口斷裂為西邊界, 盤古寺斷裂、新鄉—商丘斷裂為南邊界,湯東斷裂為東部邊界內部,形成高溫閉合圈,邊界條件明顯,這與遙感解譯斷裂匯合部位地溫異常集中吻合度較好。因此選擇新鄉市東南部作為重點調查區較為適宜。

3 地熱靶區圈定關鍵技術

在基本圈定地熱資源重點調查區后,為進一步確定與熱95通道有關的深大斷裂,與熱儲體(層)有關的巖體(層)和斷裂構造,初步判定熱儲層的埋深和厚度,以便更好地研究地熱地質條件和開發利用潛力,應布置少量的電磁、微動或重力、地震等物探工作,科學圈定地熱靶區。

為基本查明通許凸起(許昌-鄢陵段)靶區控制范圍內地層電性結構特征,推測地層發育情況及斷裂構造特征,同時結合地質、鉆井及其他成果資料,分析靶區地熱地質條件, 圈定地熱資源賦存有利地段,在靶區布置了一條貫穿全區的大地電磁測深剖面,點距500m,探測深度2500m,共布設110個測點(圖3)。經二維反演和綜合解譯,區內北部凸起區新近系地層埋藏較淺,約900m,有效熱儲層較薄,地熱流體賦存可能會受其影響,但凸起區的地溫梯度相對凹陷區要高;南部凹陷區新近系地層埋藏深,約2000m,有效熱儲層較厚,有利于地熱流體的賦存,使其賦存的地熱流體會有較高的水溫、水量;凸起區古生界熱儲埋深約1600m,熱傳導值高,斷裂構造可作為溝通深部地熱的運移通道,為地熱流體賦存的有利位置,是靶區地熱資源開發利用的重點地區(圖4)。

4 綜合勘查技術

綜合勘查技術就是同時用多種勘查技術方法對地熱資源進行勘探。要根據不同地區的地質條件、熱儲特征、地形等因素,選擇合理的勘探技術方法組合,從不同角度獲取地熱資源可能引起的各類相關信息,既加強多信息融合,相互借鑒和補充,對地熱勘查起到關鍵性的作用;又降低單一勘查方法的多解性,實現相互驗證,可有效降低勘探風險,提高地熱勘探成功率和預期效果,是靶區優選的重要環節。依據收集、實測、以往數據成果等資料,綜合研究區域地熱地質條件,成礦規律、熱儲結構、構造控熱作用、地溫場特征及成因,估算地熱資源潛力和開發利用前景,科學圈定地熱勘查靶區,是我們多年在地熱立項和勘查中總結的經驗《河南省通許凸起(許昌-鄢陵段)巖溶熱儲地熱資源調查評價》為河南省自然資源廳2019年度省財政地質勘查項目已于2021年完成,取得了較好的效果;《河南省新鄉市東南部地熱資源預可行性勘查》作為河南省自然資源廳2023年度省財政地質勘查項目已經完成設計評審,即將開展勘查工作。

5 結語

利用以往資料結合開發利用需求優選地熱資源有利區塊,采用遙感解譯配合地熱地質調查初步選定地熱勘查重點區,通過少量的物探手段初步判定熱儲層的埋深和厚度,了解導控熱構造的分布特征,并結合以往數據成果等資料,綜合分析區域地熱地質條件,熱儲結構、構造控熱作用、地溫場特征及成因,估算地熱資源潛力和開發利用前景,科學圈定地熱勘查靶區的技術路線已在立項工作中得到驗證,是行之有效的快速優選地熱靶區的技術,值得在河南地熱勘查中應用和推廣。