北京延庆三里河地区地热资源特征及开发利用

工作，在其指导下相继钻探成延热-2、延热-4、延热-2灌、延热灌-2（水温65℃～70℃、水量2200～3300m3/d）和延热-5地热井（北京市地质勘察技术院，2002），深化了人们对该区地热地质条件的认识，使得该地区的地热勘查和开发进入了一个新的阶段。

目前，研究区及周边已知地热井有新延热-1、延热-2、延热-2灌、延热灌-2、延热灌-3、小鲁庄地热井、延热-4、延热-5和延热-6井。其中小鲁庄和新延热-1井位于靳家堡断裂西侧，而延热-5井离研究区较远，各井揭露地层、出水量、出水温等参数见表1。

2 地热地质条件

研究区划分为四个构造单元，包括西白庙-三里河凹陷、五里营凸起、东卓家营凹陷和西桑园-八里店单斜带。其中，五里营凸起北侧以黄柏寺断裂为界，东临靳家堡断裂，南侧以五里营-古城断裂为界并与西白庙-三里河凹陷相接;西白庙-三里河凹陷的西北侧以五里营-古城断裂为界，东侧以靳家堡断裂为界并与东卓家营凹陷连接，南侧则为西桑园-谷家营断裂;西桑园-八里庄单斜带北临西桑园-谷家营断裂，东临古城-苏庄断裂，西侧为靳家堡断裂，南侧则为康庄-沈家营断裂;卓家营凹陷则被靳家堡断裂、五里营-古城断裂和西桑园-谷家营断裂包围（图1）（北京市地质研究所，1995）。

东卓家营凹陷内主要分布有延热-5、延热-6和延热灌-3井。根据区域地质资料并结合实钻地质资料分析，区内第四系埋深由南西到北东逐渐加深，从570m至1200m，凹陷中心可能位于东卓家营附近，而蓟县系雾迷山组顶板埋深从南边的2000m向北部逐渐加深至2400m。

延热-2、延热-2灌、延热-4和延热灌-2地热井分布于西桑园-八里店单斜带内。区内第四系厚度约为530～560m，下伏地层为白垩系和侏罗系，蓟县系顶板埋深在1500～1600m左右。高精度磁测资料显示，在广积屯东侧有一椭圆形状磁力高值异常，推测为花岗岩体。延热-2灌井和延热2井的实钻资料则显示在1400～1590m有石英正长斑岩岩脉和闪长玢岩岩脉，这也验证了区内深部存在着侵入岩体。

西白庙-三里河凹陷内的新延热-1井钻遇第四系厚为580m，在1397m钻遇蓟县系，且至2006m处未穿;根据区域地质资料及该井资料的综合分析，区内蓟县系顶板埋深在1400～2000m之间，最深处位于西白庙一带。

庆2和小鲁庄地热井揭示了五里营凸起内的第四系厚度在300～900m之间，蓟县系顶板埋深在500～1000m之间，且从西南到东北逐渐加深，最浅处在五里营一带。

3 热储结构特征

延庆地热田属于沉积盆地型低温（小于90℃）地热类型，主要靠地层增温聚热（丁连靖等，2007）。

（1）导热导水通道

研究区北东部的佛峪口-黄柏寺断裂是一条燕山期形成的规模较大、走向多变的张性大断裂，与北东走向的五里营-古城断裂共同控制了延庆盆地的北部边界;南部的康庄-沈家营断裂控制着盆地的南侧边界;而研究区中部则发育有西桑园-谷家营断裂。南北向的古城-苏庄断裂、靳家堡断裂在一定深度上与上述4条大断裂交汇，形成良好的纵横交错热通道网络（丁连靖等，2007）。区内已钻探成功的地热井的出水量及出水温度均较理想，说明上述断裂是地下热能向上运移的良好通道。

（2）热储盖层

研究区内热储盖层为第四系、白垩系、白垩系和侏罗系（李春昱，2004），地层岩性致密、厚度大，隔热、隔水性能好，是比较好的热储盖层。

（3）热储

研究区内热储为蓟县系雾迷山组，地层岩性主要为硅质白云岩（张进平，2019），岩溶裂隙发育，厚度较大，有利于热水赋存。

（4）地温场分布特征

区内已知地热井的测温资料详见表2，由统计数据可以看出，该地区每百米的平均地层增温率较高，第四系可达到4.0℃/100m以上，白垩系和侏罗系约为2.0℃/100m以上;蓟县系的地层增温率也达到了1.0℃/100m以上，说明该地区具有较好的热储盖层条件。

4 地热资源量估算

4.1 估算方法

热储法是热水资源评价中最为常用的方法，其优点在于用热储法计算热储的热量时，岩石和水的比热、密度和孔隙度都可在实验条件下获得较为准确的数据，而且适用范围较为广泛，不仅适用于孔隙型热储，对裂隙型热储也同样适用。依据《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615-2010），有关的热储计算公式如下：

式中：A为计算区面积（m2）; d为热储厚度（m）;pr为热储岩石密度（kg/m3），cr为热储岩石比热（J/（kg·℃））;φ为热储岩石的空隙度，无量纲;tr为热储温度（℃）;to为当地年平均气温（℃）;pw为地热水密度（kg/m3）;cw为水的比热（J/（kg·℃））。

4.2 参数选取

（1）热储面积（A）

研究区的总面积约为48km2。由于区内断裂构造发育，首先根据断裂构造和地层展布规律将研究区划分为4个区域，分別为五里营凸起（Ⅰ区）、西白庙-三里河凹陷（Ⅱ区）、卓家营凹陷（Ⅲ区）和西桑园-八里店单斜带（Ⅳ区），详见图1。

Ⅰ区：面积约为12km2，区域内地热井主要有庆-2和小鲁庄地热井。

Ⅱ区：面积约为7.65km2，区域内地热井为新延热-1井。

Ⅲ区：面积约为18.5km2，区域内地热井主要有延热灌-3、延热-5和延热-6地热井。

Ⅳ区：面积约为9.85km2，区域内地热井主要有延热-2、延热-2灌、延热灌-2和延热-4地热井（表3）。

（2）热储厚度（d）

根据研究区内热储的展布特征，以蓟县系雾迷山组作为主要热储，即主要计算雾迷山组热储内的地热资源。

由于区内已有地热井均未揭露雾迷山组底板埋深，且已有地热井均未穿透3000m深度，则本次工作以3000m作为雾迷山组底板埋深进行资源量估算。则研究区内4个区域的热储厚度分别为：Ⅰ区，2000m;Ⅱ区，1600m;Ⅲ区，1000m;Ⅳ区，1600m。

（3）热储温度（tr）

根据表1和表2中所示已有地热井的出水温度和地热增温率，计算各区域内热储顶板温度和底板温度的平均值作为该热储的温度，则研究区内4个区域的热储温度分别为：Ⅰ区，42℃;Ⅱ区，58.85℃;Ⅲ区，63.5℃;Ⅳ区，70℃。

（4）当地年平均温度（to）

根据以往工作经验，取当地的年平均气温8℃作为基准温度。

（5）热储岩石密度（ρr）

据《地热资源评价方法》（DZ40-85），石灰岩密度取2600kg/m3。

（6）热储岩石比热（cr）

据《地热资源评价方法》（DZ40-85），石灰岩比热取220cal/（kg·℃），取1cal=4.1868J，则岩石比热为921.096 J/（kg·℃）。

（7）地热水密度（ρw）

地热水的密度取1000 kg/m3。

（8）水的比热（cw）

取1000cal/kg/℃，取1cal=4.1868J，则岩石比热为4186.8 J/（kg·℃）;

（9）热储岩石的孔隙度（φ）

据《北京市地热资源潜力的勘查评价》，16组蓟县系雾迷山组孔隙率数据分布在0.12%～0.6%范围内，均值为0.36%（表4）。

4.3 估算结果

研究区内的地热资源评价结果见表4，蓟县系雾迷山组的热储存量为8.27×1018J，折合标准煤2.82亿吨;热水资源量为25.37×107m3，地热水中热量为5.19×1016J，折合标煤177万吨。取回采率RE为0.25，则可采地热水热储存量为1.3×1016J，折合标准煤44.25万吨。

5 地热资源开发利用评价

根据研究区内地热井的成井深度判断，该区内的热储地热资源的开采主要为经济型（成井深度为1000～3000m），即B级;依据地热井的地热流体单位产量判断，则该区为较适宜性开采区（地热京地热流体单位产量大于50m3/d·m），等级同样为B级;同时，区域内地热流体温度均低于90℃，属于低温地热资源，适合直接利用，可用于供暖、洗浴等方面。

研究区内地热流体温度高于50℃的地热资源储存量为6.31×1018J，折合标煤2.15亿吨。研究区内地热流体温度高于50℃的热水资源量为16.73×107m3，地热水中热量为3.96×1016J，折合标煤135万吨。为确定这一区域内利用深层地热资源进行建筑物供暖的能力，取回采率RE为0.25，则可采地热水热储存量为0.99×1016J，折合标准煤33.75万吨。以开采100年计，且该部分热量全部用于冬季供暖（以165天计），居室采暖热指标取50W/m2，则每年可供暖面积约1.07×105m2。若加用调峰负荷占供热总量30%计，则每年可供暖面积约1.53×105m2。可见在使用地源资源进行采暖可大大减少排放到大气中的污染物，其环境效益十分可观。

6 结论

研究区位于延庆盆地地热开采远景区，钻探资料揭示了区内深部地层层序为第四系、 白垩系、白垩系加侏罗系和蓟县系雾迷山组。蓟县系雾迷山组为研究区内的主要热储，且地热增温率在1.0℃/100m以上。

研究区内热储量约为8.27×1018J，折合标准煤2.82亿吨;热水资源量为25.37×107m3，地热水中热量为5.19×1016J，折合标煤177万吨。取回采率RE为0.25，则可采地热水热储存量为1.3×1016J，折合标准煤44.25万吨。如果将地热流体温度高于50℃的地热资源用于建筑物供暖，每年可供暖面积约为1.07×105m2。若加用调峰负荷占供热总量30%计，则每年可供暖面积约1.53×105m2。

参考文献

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北京市地质勘察技术院， 2002. 北京市延庆县平原区地热资源调查报告[R].

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