牛驼镇地热田深部岩溶热储的聚热机理

Karst reservoirs are the main targets for development of geothermal resources in hydrothermal systems. With the ever-increasing depth of geothermal exploration, there is a strong demand for improved understanding on the formation mechanism of deep karst reservoirs in sedimentary basins. Taking the Niutuozhen geothermal field and its surrounding areas as an example, this project focuses on the heat accumulation mechanism of deep karst reservoirs. Using geo-temperature measurements, isotope geochemical tracing, noble gas isotope dating, geophysical prospecting, coupled T-H-C modeling and other techniques, we will reveal the deep geo-temperature field, fluid recharge and circulation dynamics, as well as the reservoir structure characteristics. We will also disclose formation and evolution mechanism of karst reservoirs, especially the heat accumulation, and quantify the relative contribution by heat conduction and convection to the surface heat flow. We will analyze the formation and distribution mechanism of heat traps in sedimentary basins. Theoretically it will enrich our understanding of geothermal resources in major sedimentary basins, especially karst reservoirs, and practically the results will facilitate sustainable development of geothermal resources of Xiong’an New Area in the future.

岩溶热储是水热型地热资源开发的主力储层之一。随着地热资源开发深度的不断加大，对于沉积盆地深部岩溶热储的聚热机理研究的需求越发迫切。本项目以渤海湾盆地牛驼镇地热田及其周边地区为例，研究深部岩溶热储的聚热模式。基于地热测量、流体同位素地球化学示踪、稀有气体同位素定年、热储地球物理探测，T-H-C（热场-水动力场-化学场）多场耦合数值模拟的等技术手段，刻画深部岩溶热储地温场特征、流体化学特征、补给和循环动力学及深部热储结构构造特征，揭示深部岩溶热储的形成演化和聚热机理，定量评价大地热流中传导和对流贡献的比例，分析沉积盆地热圈闭空间分布的规律与控制因素。理论上丰富对于大型沉积盆地地热资源，尤其是深部岩溶热储地热资源形成机理的认识，实践上为雄安新区未来地热资源可持续开发利用提供科学依据。

岩溶热储是水热型地热资源开发的主力储层之一。随着地热资源开发深度的不断加大，可持续性成为最大关切。对于沉积盆地深部岩溶热储的聚热机理研究的基础需求越发迫切。本项目以渤海湾盆地牛驼镇地热田及其周边地区为例，研究深部岩溶热储的聚热机理。基于研究取得了一批新的钻孔测温数据，根据温深曲线的分析研判，进一步确认了传导-对流复合型地热系统的动力学特征。取得了一批气体化学数据和井内电视影像资料，进一步认识了“脱硫酸作用”等水化学成分形成作用，对于可持续开发利用地热资源是否关键。同时，气体地温计提供了深部170以上温度存在的依据。应用氪氩惰性气体同位素新技术开展热流体定年，获得了比原来碳-14年龄高数倍至数十倍的结果，更新了地热水循环的水流系统结构，符合最初的假说，认识上是在前人基础上有显著进步，进一步确认地热水水循环再聚热中的关键作用。结合最新深钻孔资料和岩芯的分析，对深部热储空间形成了新的认识，进一步确认了深部存在更加高温的岩溶储层的推断。根据温度场的模拟推演，提出了对控热构造的新认识。对于指导进一步地热资源勘查有利。基于建立的热储动态数值模型--OGS模型，计算了地表热通量中传导和对流传热所占比例的定量结果，即：对流-传导比例为4:6。这个跟以往对沉积盆地的地温场的习惯性认识很不同，凸显了我国渤海湾盆地的地热资源极大丰富的关键原因，及岩溶地热水深循环的聚热作用。在上述研究基础上，结合岩溶地热系统的源、通、储、盖等动力学要素的分析，完善了沉积盆地热圈闭空间分布规律与控制因素的新认识。