1 緒論 .. 1

1.1 研究背景和意義 . 1

1.2 研究現狀和存在問題 .. 2

1.2.1 國內外發展研究現狀及發展動態分析 .. 2

1.2.2 存在問題 .. 3

1.3 研究內容與技術方法 .. 4

1.3.1 研究目標 .. 4

1.3.2 研究內容 .. 4

1.3.3 技術方法 .. 4

1.4 本次研究的特色及創新之處 .. 5

2 區域地質概況及探查  7

2.1 自然地理概況 .. 7

2.1.1 地形地貌 .. 7

2.1.2 水文 . 7

2.1.3 氣像 . 8

2.1.4 社會經濟概況  8

2.2 大地電磁測深 .. 8

2.2.1 大地電磁測深的目的及規程規範 . 8

2.2.2 電磁測深內容及測深結果 . 8

2.3 鑽探工作 .. 14

2.3.1 鑽探目的及規程規範 . 14

2.3.2 孔位測量  14

2.3.3 工程測量  17

2.3.4 水文觀測  20

2.3.5 岩芯采取  23

2.3.6 岩屑采取  24

2.3.7 設備儀器  27

2.3.8 鑽井液錄井 .. 28

2.4 測井 . 30

2.4.1 測井目的任務 . 30

2.4.2 測井儀器  30

2.4.3 工作內容  31

2.4.4 測井參數選擇及方法 . 31

2.4.5 岩層的定性解釋  35

2.4.6 岩層物性特征 . 35

2.4.7 地層界線確認原則 .. 40

2.4.8 各組段具體地層界線確定的深度及物性特征  40

2.4.9 含水層的劃分 . 44

2.5 區域地質 .. 47

2.5.1 區域地層  47

2.5.2 區域地質構造 . 49

2.5.3 岩漿岩 . 52

2.5.4 區域水文地質 . 53

2.6 本章小結 .. 54

3 研究區地熱地質背景 . 56

3.1 岩礦采樣及測試工作  57

3.1.1 采樣目的及規程規範 . 57

3.1.2 岩礦采樣方法和內容 . 57

3.1.3 化驗成果  57

3.2 鑽孔揭露地層  64

3.2.古界  64

3.2.2 新生界 . 72

3.3 構造 . 72

3.3.1 研究區活動構造  72

3.3.2 地熱田構造 .. 72

3.4 地溫場特征 . 74

3.4.1 新生界地溫場特征 .. 74

3.4.2 基岩段地溫場特征 .. 76

3.4.3 測溫結果分析 . 77

3.5 研究區地熱顯示特征  79

3.5.1 地熱顯示特征 . 79

3.5.2 研究區其他地區地熱井資料 . 81

3.6 熱儲特征 .. 83

3.6.1 薊縣楊莊組-長城繫高於莊組熱儲 . 84

3.6.2 薊縣繫霧迷山組熱儲層  84

3.6.3 新近繫明化鎮組熱儲 . 85

3.6.4 關於霧迷山組熱儲與高於莊組熱儲是否有水力聯繫的分析  86

3.7 地熱地質特征  88

3.7.1 地熱特征  88

3.7.2 地質特征  89

3.8 本章小結 .. 93

4 地熱流體化學及同位素特征 . 94

4.1 數據收集及樣品采集測試 . 94

4.1.1 數據收集  95

4.1.2 樣品采集  97

4.1.3 樣品測試  98

4.2 地熱水化學特征  102

4.2.1 水化學類型分析 . 103

4.2.2 主要離子特征分析  105

4.3 地下水循環特征分析 . 114

4.3.1 地下水來源分析 . 114

4.3.2 地熱流體碳硫同位素特征與意義  115

4.3.3 地熱流體放射性特征 .. 117

4.4 地熱氣體特征 . 118

4.4.1 地熱氣體組分特征  118

4.4.2 地熱氣體來源分析  118

4.5 本章小結  119

5 地熱繫統熱儲溫度研究 . 120

5.1 地溫梯度法估算深部儲層溫度  121

5.1.1 根據GRY1號鑽孔孔底溫度估算 . 121

5.1.2 由居裡面向淺部反算驗證  124

5.1.3 研究區深部溫度估算 .. 125

5.2 地熱流體地溫計估算儲層溫度  125

5.2.1 陽離子比值溫度計  126

5.2.2 SiO2地溫計  130

5.2.3 礦物-流體化學平衡判斷  132

5.3 本章小結  138

6 抽水試驗及壓裂試驗工作  140

6.1 抽水試驗概述 . 140

6.1.1 抽水試驗目的及參照的規程規範  140

6.1.2 含水層厚度的確定  140

6.1.3 套管止水 . 140

6.2 壓裂前抽水試驗  141

6.2.1 抽水前探孔及試抽水試驗  141

6.2.2 正式抽水試驗 .. 141

6.2.3 恢復水位觀測 .. 141

6.2.4 水溫、氣溫觀測及抽水後探孔 . 141

6.2.5 參數的確定  142

6.2.6 Q-S曲線反映情況 . 142

6.3 壓裂試驗  145

6.3.1 壓裂試驗目的和內容 .. 145

6.3.2 參照的規程規範及壓裂層段 .. 145

6.3.3 壓裂實施方案 .. 145

6.3.4 壓裂試驗具體實施  147

6.4 壓裂後抽水試驗  151

6.4.1 試抽水試驗  151

6.4.2 正式抽水試驗 .. 151

6.4.3 恢復水位觀測及水溫、氣溫觀測  152

6.4.4 抽水後探孔及Q-S曲線反映情況  152

6.5 本章小結  154

7 深部熱儲成藏模式  156

7.1 熱源條件  156

7.1.1 地幔供熱 . 156

7.1.2 素衰變生熱 .. 156

7.2 蓋層條件  157

7.3 熱儲條件  157

7.3.1 明化鎮組熱儲層 . 158

7.3.2 基岩熱儲層  158

7.4 地熱流體通道條件及補徑排條件 .. 158

7.5 本章小結  161

8 深部熱儲預測及其合理開發利用  162

8.1 研究區水熱型地熱資源量估算  162

8.1.1 研究區地熱資源類型劃分  162

8.1.2 研究區深部地熱資源量估算 .. 163

8.1.3 研究區4km以淺熱儲資源量估算 .. 163

8.1.4 寒武繫-奧陶繫熱儲及獻縣地熱資源量計算 . 167

8.1.5 GRY1號鑽孔高於莊組熱儲資源量計算 .. 168

8.1.6 研究區深部地熱資源評價  171

8.2 干熱岩資源潛力分析 . 171

8.2.1 干熱岩評價方法 . 171

8.2.2 干熱岩資源量計算方法 . 172

8.2.3 干熱岩資源量計算結果 . 173

8.3 深部地熱資源開發利用前景 . 180

8.3.1 地熱資源綜合利用模式 . 180

8.3.2 地熱流體質量評價  183

8.4 本章小結  187

9 結論與建議 188

9.1 研究結果和結論  188

9.2 建議 .. 190

參考文獻 . 191

地熱能是蘊藏在地球內部的一種清潔低碳的熱能資源， 地熱資源的開發利用對有效改善生態環境具有重要意義。深部熱儲地熱資源屬於戰略性接替能源， 自20世紀70年代以來， 美國、英國、法國、德國、日本、澳大利亞等國家先後開展了深部熱儲（包括干熱岩） 研究工作。我國深部熱儲研究起步較晚， 但近幾年發展較快， 目前全國已有多省開始了深部熱儲資源科學鑽探。我省環境形勢十分嚴峻， 大氣污染防治任重道遠， 減少化石能源的使用， 加快深部熱儲資源的勘查開發勢在必行。
目前， 針對淺部熱儲開展了大量地質勘查工作， 對淺部地質、水文地質條件有了較為深刻的認識， 而對深部熱儲的賦存特征研究不足。究其原因， 深部鑽探勘查風險大、成本高是深部地熱開發的障礙， 致使深部熱儲研究程度較低，也是阻礙地熱發電產業發展的主要因素。
為了推動我省深部地熱資源開發利用， 河北省煤田地質局水文地質隊對河北省中部平原滄縣臺拱帶進行了大量的大地電磁測深工作， 在對深部地熱資源研究和潛力評估的基礎上，成功完成了京津冀首個深部熱儲參數孔， 孔深4025.82ｍ，取得深部溫度場一繫列物性參數。通過該工作， 初步了解了研究區內深部地熱資源的空間分布狀況，了解了施工區斷裂構造的賦存狀況； 查明了參數孔4km 以淺的地層層序； 揭穿了薊縣繫地層， 終孔層位為長城繫高於莊組， 發現了長城繫中溫熱儲層，4004.93 ｍ 溫度達107.56 ℃，出口水溫103.50 ℃，可以廣泛應用於發電、供暖、養殖、洗浴等。
獻縣地熱田位於河北省中部平原滄縣臺拱帶， 研究區內以北東及北北東向斷裂構造為主， 東部邊界構造為滄州—大名深斷裂， 南部為無極—衡水大斷裂， 西部為次一級斷裂， 構成了與冀中臺陷的分界線。已有研究表明， 該區域地熱田地熱資源豐富， 地熱流體溫度較高。研究區平原地下水受補徑排及構造條件的控制， 在半封閉或封閉狀態下形成Ｃｌ － Ｎａ 型地下水。由於研究區深部地熱資源研究程度較低， 導致地熱資源開發利用較難， 其關鍵在於深部熱儲成藏及形成情況尚不清楚， 亟須深入研究該區域地熱田的成藏機制。
獻縣地熱田地熱資源豐富， 利用地熱流體攜帶的信息， 間接了解深部熱儲溫度、岩石特性、地熱流體運動過程所發生的物理化學過程， 經過與深部熱儲的地球物理探測結果和極少量鑽孔直接揭露結果的佐證， 加強對深部地熱繫統水文地球化學過程及成因模式的認識。本次地熱研究為推動地熱經濟的發展和京津冀綠色能源的利用具有重要的現實意義， 也對本地區干熱岩資源深度判斷、區域地熱研究及深部熱儲開發問題的解決具有重要意義。