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【摘 要】随着社会各界对地热资源优越性的逐步认识，地热资源开发的规模迅速扩大，对地热的研究也逐步加深，本文主要以石家庄市赵县地区的地热的形成条件地温场特征及其影响因素和地热资源的合理开发利用做进一步的介绍。
【关键词】地热地质条件; 地温场特征及其影响因素; 合理开发利用方案
开发地热资源对于缓解能源紧张，调整能源消耗结构，改善环境质量，对加快城市的发展进程有着重要的现实意义。因此，近几年人们对地热的研究也逐渐增多，现对石家庄市赵县地热资源的地热地质条件、地温场特征、地温场的影响因素等进行研究评价。
1 区域地热地质条件
1.1 地热地质背景
赵县位于河北平原中南部，新生代以来，由于太平洋基底相对于亚洲大陆的右行扭动，导致河北平原上地幔软流层的不均衡活动，冀中—临清为上地幔隆起区，莫霍面埋深35～36km，其上对应的为冀中——临清凹陷区，见图1-1[1]。赵县即处于这样的上地幔隆起区对应的浅层凹陷区，其上部接受了巨厚层的第三系沉积，为新生代大型沉积盆地。在盆地内新生界沉积层厚度较大，沉积层中既含有大量粗碎屑物质组成的高孔隙度和高渗透性砂岩储集层，又有大量由细颗粒物质组成的隔水层，后者对储集层起着积热和保温的作用。并且大型盆地还具有利于热水聚存的水动力环境，地下水从山前地带向盆地内部长距离缓慢径流运移过程中可以充分吸收岩层的热量，因此这样的地层、浅层及深部构造及水动力环境等特征构成了赵县地区地温场总体偏高的地热地质背景。
1.2 区域地热地质条件
赵县位于临清台陷西北部，其县域大部处于晋县断凹的晋县凹陷内和宁晋断凸西北侧，其上部发育有巨厚层的新生界地层，构造展布方向以北北东—北东向为主，受其影响地热异常高低相间亦呈带状展布，县域东部靠近宁晋断凸一带地温梯度一般为3.0～4.0℃/100m，县域西部断凹部位地温梯度一般为2.0～3.0℃/100m。
赵县依据大地构造单元上划分属临清台陷，该地温场分布具有较为明显的规律性，除了山前平原受天然冷水流的干扰，使地温明显降低，形成沿盆地边缘展布的宽度30-60km低温带，1000m深地温<35℃，其余广大地区受凹凸相间的地质构造格局控制，地温明显呈北北东—北东向，高低相间带状展布，在宁晋断凸、新河断凸、故城断凸等基岩隆起地区，表现为相对高温区，2000m地温70-80℃，3000m地温90-100℃，均发育有较为丰富的地热资源，相对低温区与断凹区对应，新生界沉积较厚的断凹部位，往往是低温区所在，反映较低地温特征，如晋县断凹、南宫断凹、邱县断凹等基岩凹陷区，地温梯度一般为2.0-3.0℃/100m，1000m地温40-45℃，2000m地温60-70℃，3000m地温80-90℃。
图1-1 华北盆地构造与地壳厚度及上地幔起伏关系示意图
2地温场特征
根据本次研究成果，并结合以往研究资料，赵县地区地温场分布在水平和垂向上，均具有一定的规律性。
赵县地区地温分布受基底埋深、盖层厚度、储油构造等因素影响，各深度水平地温分布具有一致性，整体地温分布自西向东，地温逐渐增加，在县城和县域东部温度较周边高。垂向上，地温变化受地层岩性、基底起伏和深部构造控制。区内不同岩性地层的地温梯度不同，本区内主要热储主要为新生界地层，根据本次施工地热井测温资料，以及收集区域资料显示，新生界各层段地温梯度的纵向变化与该层段泥质岩和砂质岩厚度相关，以泥岩为主的层段，地温梯度较高，增温较快，以砂岩为主的层段，地温梯度较低、增温较慢。此外，地温的垂向变化除受低层岩性控制外，还受基底构造的控制和地下水的影响，在隆起区垂向增温较快、温度较高，在塌陷断凹区则增温较慢、温度相对较低[2];在地下水径流交换强烈的地区，地温梯度变化较大，在地下水径流缓慢的地区地温梯度增加较为平缓。
本区地温在恒温在以下随深度增加而升高，各时代地层的地温梯度分别为：第四系2.0-3.5℃/100m;新近系明化鎮组2.0-3.0℃/100m;馆陶组2.5-3.5℃/100m;新近系沙河街组在3.0℃/100m左右。
3地温场的影响因素
影响现今浅层地温场的因素很多，有地质构造、地层岩性、水文地质条件，以及地壳深部、上地幔和岩浆活动等[3]。地壳深部和上地幔影响整个平原区的地温场，莫霍面的相对拱升是造成华北平原北部具有较高地热背景的主要原因，此外地壳浅部的地质构造、地层岩性、水文地质条件也是影响华北平原地温场变化的重要因素。
3.1基底条件
基底和盖层是相对的两个地热系统，其中基底起伏控制了上覆盖层的地温场变化，地热异常通常出现在基岩凸起部位。一般来说结晶岩及坚硬致密岩石热导率高、热阻小，松散碎屑岩和泥岩热导率底、热阻大;垂直岩层层面热导率小导热性差，平行岩层热导率大导热性好[4]。因此在没有其他热源存在时，来自地壳深部的热流会在导热性良好的岩层中迅速传导，并在基岩凸起处相对集中，使基岩凸起部位地温明显高于周围同深度的地层。
赵县位于华北平原临清台陷内，处于宁晋凸起的北部，该区基岩起伏对浅层地温场有着很大的影响，盖层中基岩凸起部位的地温梯度高，凹陷的部位地温梯度低，从凸起到凹陷地温起伏很大。赵县东南部的位于处于宁晋凸起北翼的基岩隆起区，地温梯度较高，有资料显示，该区一个深1160m的钻孔，基岩地温达61.68℃，县域东北的凹陷地区，虽地温相对于基岩隆起区偏低，据赵县石油井资料显示，该区-2000m深度，地温在70-80层，主要岩性为砂岩、粉砂岩、粉质粘土、粘土等，可以起到了保温和储水作℃，亦仍具备较好的地热地质条件。
3.2盖层条件
本区自基底以上为新生界地层，是一套良好的相对隔热层、热储层。宏观上看，新生界地层可以作为基岩热储的隔热保温层，它的隔热性能好、坏，关系到来自地球内部热量的保存和散失，所以具有一定厚度的由高热阻率岩层组成的盖层是理想的隔热层。根据调查，赵县西部盖层厚度较小，在盖层厚度小于500m热量容易散失，同时易受浅层及地表冷水影响，不利于地热异常形成，500-1000m左右时最有利于高温异常的形成，厚度大于1000-1500m的地区，由于盖层热导性能差、厚度大，深部的热量不能及时完全地传导上来，地温梯度反而较低，通常盖层越厚平均地温梯度值越小，浅层地温就越低，因而县域东北部的地温梯度较东南部低。 3.3地下水活动对地热异常的影响
地下水具有较高的比热容，是热的良载体，借助地下水运动和热对流传热方式，热量在地下水储集层中才得以迅速传递，因此地下水的侧向径流或者垂向渗透可带走或带来热量，进而影响地温场的分布，强烈的冷、热水交替地带，直接或靠近补给区被冷水替换强烈，浅层地温场表现为低温区，远离补给区则为相对高温区。
水动力条件对深层地下水的运动起着十分重要的作用，活跃的水动力环境，地下水运动强烈;稳定的水动力环境，地下水运动就迟缓微弱[5]。而水动力条件完全决定于盆地地质构造和各含水层的渗透性能。赵县所处的地区为凹陷区，以下第三系沉积为主，沉积物中的泥岩、互层状或透镜状砂岩，由于沉积压实作用孔隙度随着深度增加而逐渐减小。深度2000m以下的地层富水含水性渐差、渗透性渐弱，加之后来的断裂分割，使原来连续性较好的砂岩层被错断，分成许多断块，其地下水处于被封存的滞留状态，水动力条件进一步削弱，属水动力条件稳定地区。
凹陷内第三系地下水动力条件差，下第三系地下水相对停滞，径流不发育，主要运动方向，自凹陷中心向两侧隆起、凸起区或通过断裂直接向上部含水层运动。
3.4其他条件对地热异常的影响
油气田也是影响浅层地温的因素之一，油气对地温的影响有三个方面：①在深层相对高温高压的成油环境中生成的石油天然气本身吸收了大量的热量，具有较高的温度，随同深层高温地下水运移到浅部聚集并被封闭形成油气藏，其温度高出周围温度;②油气藏内部生物化学反应产生热量，使油气藏温度升高;③油气藏的热物理性质和处于背斜、凸起构造部位有利于传到热流集中集热，成为突出周围的高温热储系统影响浅层地温场[6]。埋藏浅，后期封闭或水动力条件较好的油田，浅层测温温度显示高，地热异常显著。据石油资料显示，在县城赵州镇油田储油构造范围内，具有较高的地层温度，地温梯度多在3.0以上。
4、结论与建议
据现有资料分析，赵县赋存较为丰富的地热资源，具有广阔的开发利用前景。基于赵县地热资源的赋存特征，结合地理区位、经济、人文、产业结构及交通条件等其它要素综合分析，赵县地热资源开发利用前景较好的区块为赵州镇和赵县东部地区。
赵州镇为赵县县城所在地，地理位置优越，经济发达、交通条件便利，是赵县人口最密集的分布区，根据区域地质资料和踏勘成果分析，本区新近系馆陶组地层底界埋深在850～1000m左右，厚度300m左右，热储厚度100m左右。含水层岩性主要为粉砂岩、细砂岩及含砾砂岩等，微固结-半固结，砂厚比一般35～45%，平均40%。水量丰富，水质相对较好，含水层最大单层厚度可达十几米，水量约1500m3/d，地温梯度在3℃/100m以上，推测1000m深度地温在45～48℃左右，热储中段水温46℃左右，是主要的热储层。矿化度0.5～3g/L，属HCO3·Cl-Na或Cl·HCO3-Na型水。但存在水量较小，水温较低的问题，单井开采量在260m3/d，出水温度在41℃左右，可以用于旅游、洗浴、特色种植等，以提升当地居民生活质量提供助力，可对当地环境与社会经济做出巨大贡献。
赵州镇目前常住人口12万，2020年规划常住人口规模20万人，是工业发展的重点区域。目前热源使用以发热电联产为主，规划2020年工业生产热负荷300t/h，采暖热负荷达到715MW，集中供热普及率达到90%。本区地热资源的开发利用，不仅可以缓解用能紧张局面，改善资源利用形式，为县城经济的发展和城市建设起到积极作用，为提升当地居民生活质量提供助力，亦可对当地的地质环境保护工作做出巨大贡献。
此外，该区距离柏林禅寺、赵州桥等景点很近，可打造高规格旅游接待中心，全面提升当地的旅游接待水平，其中包括度假酒店等，利用地热资源，建设集拜庙、观桥、洗浴、水上娱乐、特色种植等一体的旅游内容，必将大大提升当地旅游資源的深度吸引力，切实改善以往游客来而不留、消费行为单一的局面，为当地的旅游经济发展和投资环境提升做出巨大贡献。
参考文献：
[1] 《我国地热资源分析特征及利用》，中国国土资源经济，2011，08.
[2] 地热资源评价方法（DZ40-85）.中华人民共和国地质矿产部.1985.
[3] 曹剑锋，迟宝明，王文科，等.专门水文地质学[M].北京：科学出版社，2006：258.
[4] Schirov M， Legchenko A， Creer G.New direct non-invasive ground water detection technology for Australia[J].ExplorationGeophysics.1991，22：333-338.
[5] 郑克炎，潘小平.中国地热勘查开发100例[M].北京：地质出版社，2005：204.
【关键词】地热地质条件; 地温场特征及其影响因素; 合理开发利用方案
开发地热资源对于缓解能源紧张，调整能源消耗结构，改善环境质量，对加快城市的发展进程有着重要的现实意义。因此，近几年人们对地热的研究也逐渐增多，现对石家庄市赵县地热资源的地热地质条件、地温场特征、地温场的影响因素等进行研究评价。
1 区域地热地质条件
1.1 地热地质背景
赵县位于河北平原中南部，新生代以来，由于太平洋基底相对于亚洲大陆的右行扭动，导致河北平原上地幔软流层的不均衡活动，冀中—临清为上地幔隆起区，莫霍面埋深35～36km，其上对应的为冀中——临清凹陷区，见图1-1[1]。赵县即处于这样的上地幔隆起区对应的浅层凹陷区，其上部接受了巨厚层的第三系沉积，为新生代大型沉积盆地。在盆地内新生界沉积层厚度较大，沉积层中既含有大量粗碎屑物质组成的高孔隙度和高渗透性砂岩储集层，又有大量由细颗粒物质组成的隔水层，后者对储集层起着积热和保温的作用。并且大型盆地还具有利于热水聚存的水动力环境，地下水从山前地带向盆地内部长距离缓慢径流运移过程中可以充分吸收岩层的热量，因此这样的地层、浅层及深部构造及水动力环境等特征构成了赵县地区地温场总体偏高的地热地质背景。
1.2 区域地热地质条件
赵县位于临清台陷西北部，其县域大部处于晋县断凹的晋县凹陷内和宁晋断凸西北侧，其上部发育有巨厚层的新生界地层，构造展布方向以北北东—北东向为主，受其影响地热异常高低相间亦呈带状展布，县域东部靠近宁晋断凸一带地温梯度一般为3.0～4.0℃/100m，县域西部断凹部位地温梯度一般为2.0～3.0℃/100m。
赵县依据大地构造单元上划分属临清台陷，该地温场分布具有较为明显的规律性，除了山前平原受天然冷水流的干扰，使地温明显降低，形成沿盆地边缘展布的宽度30-60km低温带，1000m深地温<35℃，其余广大地区受凹凸相间的地质构造格局控制，地温明显呈北北东—北东向，高低相间带状展布，在宁晋断凸、新河断凸、故城断凸等基岩隆起地区，表现为相对高温区，2000m地温70-80℃，3000m地温90-100℃，均发育有较为丰富的地热资源，相对低温区与断凹区对应，新生界沉积较厚的断凹部位，往往是低温区所在，反映较低地温特征，如晋县断凹、南宫断凹、邱县断凹等基岩凹陷区，地温梯度一般为2.0-3.0℃/100m，1000m地温40-45℃，2000m地温60-70℃，3000m地温80-90℃。
图1-1 华北盆地构造与地壳厚度及上地幔起伏关系示意图
2地温场特征
根据本次研究成果，并结合以往研究资料，赵县地区地温场分布在水平和垂向上，均具有一定的规律性。
赵县地区地温分布受基底埋深、盖层厚度、储油构造等因素影响，各深度水平地温分布具有一致性，整体地温分布自西向东，地温逐渐增加，在县城和县域东部温度较周边高。垂向上，地温变化受地层岩性、基底起伏和深部构造控制。区内不同岩性地层的地温梯度不同，本区内主要热储主要为新生界地层，根据本次施工地热井测温资料，以及收集区域资料显示，新生界各层段地温梯度的纵向变化与该层段泥质岩和砂质岩厚度相关，以泥岩为主的层段，地温梯度较高，增温较快，以砂岩为主的层段，地温梯度较低、增温较慢。此外，地温的垂向变化除受低层岩性控制外，还受基底构造的控制和地下水的影响，在隆起区垂向增温较快、温度较高，在塌陷断凹区则增温较慢、温度相对较低[2];在地下水径流交换强烈的地区，地温梯度变化较大，在地下水径流缓慢的地区地温梯度增加较为平缓。
本区地温在恒温在以下随深度增加而升高，各时代地层的地温梯度分别为：第四系2.0-3.5℃/100m;新近系明化鎮组2.0-3.0℃/100m;馆陶组2.5-3.5℃/100m;新近系沙河街组在3.0℃/100m左右。
3地温场的影响因素
影响现今浅层地温场的因素很多，有地质构造、地层岩性、水文地质条件，以及地壳深部、上地幔和岩浆活动等[3]。地壳深部和上地幔影响整个平原区的地温场，莫霍面的相对拱升是造成华北平原北部具有较高地热背景的主要原因，此外地壳浅部的地质构造、地层岩性、水文地质条件也是影响华北平原地温场变化的重要因素。
3.1基底条件
基底和盖层是相对的两个地热系统，其中基底起伏控制了上覆盖层的地温场变化，地热异常通常出现在基岩凸起部位。一般来说结晶岩及坚硬致密岩石热导率高、热阻小，松散碎屑岩和泥岩热导率底、热阻大;垂直岩层层面热导率小导热性差，平行岩层热导率大导热性好[4]。因此在没有其他热源存在时，来自地壳深部的热流会在导热性良好的岩层中迅速传导，并在基岩凸起处相对集中，使基岩凸起部位地温明显高于周围同深度的地层。
赵县位于华北平原临清台陷内，处于宁晋凸起的北部，该区基岩起伏对浅层地温场有着很大的影响，盖层中基岩凸起部位的地温梯度高，凹陷的部位地温梯度低，从凸起到凹陷地温起伏很大。赵县东南部的位于处于宁晋凸起北翼的基岩隆起区，地温梯度较高，有资料显示，该区一个深1160m的钻孔，基岩地温达61.68℃，县域东北的凹陷地区，虽地温相对于基岩隆起区偏低，据赵县石油井资料显示，该区-2000m深度，地温在70-80层，主要岩性为砂岩、粉砂岩、粉质粘土、粘土等，可以起到了保温和储水作℃，亦仍具备较好的地热地质条件。
3.2盖层条件
本区自基底以上为新生界地层，是一套良好的相对隔热层、热储层。宏观上看，新生界地层可以作为基岩热储的隔热保温层，它的隔热性能好、坏，关系到来自地球内部热量的保存和散失，所以具有一定厚度的由高热阻率岩层组成的盖层是理想的隔热层。根据调查，赵县西部盖层厚度较小，在盖层厚度小于500m热量容易散失，同时易受浅层及地表冷水影响，不利于地热异常形成，500-1000m左右时最有利于高温异常的形成，厚度大于1000-1500m的地区，由于盖层热导性能差、厚度大，深部的热量不能及时完全地传导上来，地温梯度反而较低，通常盖层越厚平均地温梯度值越小，浅层地温就越低，因而县域东北部的地温梯度较东南部低。 3.3地下水活动对地热异常的影响
地下水具有较高的比热容，是热的良载体，借助地下水运动和热对流传热方式，热量在地下水储集层中才得以迅速传递，因此地下水的侧向径流或者垂向渗透可带走或带来热量，进而影响地温场的分布，强烈的冷、热水交替地带，直接或靠近补给区被冷水替换强烈，浅层地温场表现为低温区，远离补给区则为相对高温区。
水动力条件对深层地下水的运动起着十分重要的作用，活跃的水动力环境，地下水运动强烈;稳定的水动力环境，地下水运动就迟缓微弱[5]。而水动力条件完全决定于盆地地质构造和各含水层的渗透性能。赵县所处的地区为凹陷区，以下第三系沉积为主，沉积物中的泥岩、互层状或透镜状砂岩，由于沉积压实作用孔隙度随着深度增加而逐渐减小。深度2000m以下的地层富水含水性渐差、渗透性渐弱，加之后来的断裂分割，使原来连续性较好的砂岩层被错断，分成许多断块，其地下水处于被封存的滞留状态，水动力条件进一步削弱，属水动力条件稳定地区。
凹陷内第三系地下水动力条件差，下第三系地下水相对停滞，径流不发育，主要运动方向，自凹陷中心向两侧隆起、凸起区或通过断裂直接向上部含水层运动。
3.4其他条件对地热异常的影响
油气田也是影响浅层地温的因素之一，油气对地温的影响有三个方面：①在深层相对高温高压的成油环境中生成的石油天然气本身吸收了大量的热量，具有较高的温度，随同深层高温地下水运移到浅部聚集并被封闭形成油气藏，其温度高出周围温度;②油气藏内部生物化学反应产生热量，使油气藏温度升高;③油气藏的热物理性质和处于背斜、凸起构造部位有利于传到热流集中集热，成为突出周围的高温热储系统影响浅层地温场[6]。埋藏浅，后期封闭或水动力条件较好的油田，浅层测温温度显示高，地热异常显著。据石油资料显示，在县城赵州镇油田储油构造范围内，具有较高的地层温度，地温梯度多在3.0以上。
4、结论与建议
据现有资料分析，赵县赋存较为丰富的地热资源，具有广阔的开发利用前景。基于赵县地热资源的赋存特征，结合地理区位、经济、人文、产业结构及交通条件等其它要素综合分析，赵县地热资源开发利用前景较好的区块为赵州镇和赵县东部地区。
赵州镇为赵县县城所在地，地理位置优越，经济发达、交通条件便利，是赵县人口最密集的分布区，根据区域地质资料和踏勘成果分析，本区新近系馆陶组地层底界埋深在850～1000m左右，厚度300m左右，热储厚度100m左右。含水层岩性主要为粉砂岩、细砂岩及含砾砂岩等，微固结-半固结，砂厚比一般35～45%，平均40%。水量丰富，水质相对较好，含水层最大单层厚度可达十几米，水量约1500m3/d，地温梯度在3℃/100m以上，推测1000m深度地温在45～48℃左右，热储中段水温46℃左右，是主要的热储层。矿化度0.5～3g/L，属HCO3·Cl-Na或Cl·HCO3-Na型水。但存在水量较小，水温较低的问题，单井开采量在260m3/d，出水温度在41℃左右，可以用于旅游、洗浴、特色种植等，以提升当地居民生活质量提供助力，可对当地环境与社会经济做出巨大贡献。
赵州镇目前常住人口12万，2020年规划常住人口规模20万人，是工业发展的重点区域。目前热源使用以发热电联产为主，规划2020年工业生产热负荷300t/h，采暖热负荷达到715MW，集中供热普及率达到90%。本区地热资源的开发利用，不仅可以缓解用能紧张局面，改善资源利用形式，为县城经济的发展和城市建设起到积极作用，为提升当地居民生活质量提供助力，亦可对当地的地质环境保护工作做出巨大贡献。
此外，该区距离柏林禅寺、赵州桥等景点很近，可打造高规格旅游接待中心，全面提升当地的旅游接待水平，其中包括度假酒店等，利用地热资源，建设集拜庙、观桥、洗浴、水上娱乐、特色种植等一体的旅游内容，必将大大提升当地旅游資源的深度吸引力，切实改善以往游客来而不留、消费行为单一的局面，为当地的旅游经济发展和投资环境提升做出巨大贡献。
参考文献：
[1] 《我国地热资源分析特征及利用》，中国国土资源经济，2011，08.
[2] 地热资源评价方法（DZ40-85）.中华人民共和国地质矿产部.1985.
[3] 曹剑锋，迟宝明，王文科，等.专门水文地质学[M].北京：科学出版社，2006：258.
[4] Schirov M， Legchenko A， Creer G.New direct non-invasive ground water detection technology for Australia[J].ExplorationGeophysics.1991，22：333-338.
[5] 郑克炎，潘小平.中国地热勘查开发100例[M].北京：地质出版社，2005：204.