研究区有隆起区和凹陷区两大构造单元。凹陷区大地热值流略高于隆起区。次一级构造单元大地热流值差异明显: 在凹陷区, 次级凸起高于凹陷, 凹陷斜坡带高于深凹; 在隆起区, 隆起高于凹陷, 背斜高于向斜。从图1可以看出, 盐城地区大地热流值多在70 mW/m²左右。盐城市北部及射阳大部分地区大地热流值低于70 mW/m²; 滨海隆起区、大丰凹陷区等地区大地热流值在70~74 mW/m²之间; 建湖隆起区西部大地热流值高于74 mW/m², 明显高于周边地区; 东台西部明显低于研究区其他地区。

据陈沪生等^[3]对下扬子地区及苏北地区油层温度测试结果: 东台— 海安以北的广大地区表现为高值区, 并向东延伸至大丰凹陷区内; 建湖隆起区与盐阜凹陷区分界线以北、滨海隆起区以南, 以射阳县为中心, 地温梯度逐渐由27 ℃/km增大至30 ℃/km; 在建湖隆起区以南地区, 地温梯度由27 ℃/km增大至30 ℃/km以上, 介于30~33 ℃/km之间; 在同一埋藏深度, 盐城南部地区地温高于北部地区。

由图1可知, 大地热流场会直接影响地温梯度场的分布。除滨海以东地区外, 盐城市30 ℃/km地温梯度等值线与70 mW/m²大地热流等值线分布基本一致, 表明除滨海以东地区外, 盐城市大部分地区地层岩性分布均匀, 岩石热导率基本一致; 而滨海以东地区大地热流值偏高的原因, 初步分析认为是由于其基岩地层为碳酸盐岩, 岩石热导率较高, 埋藏较浅。

盐城地区热储主要分布在新近系盐城组中细砂、含砾砂层和古近系粉细砂岩地层中, 分布面积较广, 埋藏厚度较大, 约500~2 000 m, 在建湖隆起区和滨海隆起区厚度较小。盐城地区2 000 m内的地热储层可划分为4个热储层, 第Ⅰ 热储层由新近系上新世盐城组上段地层(N₂y)组成; 第Ⅱ 热储层由新近系中新世盐城组下段地层(N₁y)组成; 第Ⅲ 热储层由古近系砂岩地层(E)组成; 第Ⅳ 热储层赋存于寒武系和奥陶系( -O)白云质灰岩、灰质白云岩及震旦系白云岩、灰岩地层中。热储层分布可参考图3苏北盆地地震解释剖面图。

图3

Fig.3

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	图3 苏北盆地地震解释剖面[4]Fig.3 Interpreted seismic profile in Subei Basin[4]

热储温度受热储埋深、盖层条件、大地热流、深部水热循环等多种因素制约, 而最根本的控制因素是地质构造条件^{[5, 6]}。

1.3.1 断裂

从图2可以看出, 研究区内区域性断裂构造系统主要包括NE向(NNE向)、NW向、近EW向断裂等。区域性断裂常成为不同构造单元的边界断裂, 控制着隆起区、坳陷区的分布及次一级隆起、坳陷、凸起、凹陷的分布, 控制着盆地演化和沉积作用。部分断裂活动制约了新近纪和第四纪的沉积作用, 同时对新近纪玄武岩喷发作用及新生代地热异常有着明显的控制作用。这些隆坳的边界断裂及NW向、近SN向断裂均可能成为良好的张性断裂, 增强热储层的富水性和导水性, 成为地热勘探开发的有利地段。

1.3.2 凸起

由于热导率较高的中、古生界基底凸起具有较高的大地热流值和地温梯度值, 因此, 凸起的边部断裂-断阶带常具有较高的水热循环条件, 如盐城凹陷、东台凹陷中的涟东凸起、柘垛凸起、梁垛凸起、小海凸起等, 可探求第Ⅰ 、Ⅱ 热储层。

1.3.3 凹陷边缘断阶带

凹陷边缘断阶带是凹陷向隆起区(或凸起)的过渡带, 受区域性深断裂控制, 这种控制盆地发育的区域性深断裂一般为新构造断裂或活动断裂。由于断裂带两侧地层热导率差异很大, 加之断裂发育, 该带深部水热循环强烈, 是区内较显著的地热异常带。建湖隆起和盐城、东台凹陷之间的断阶带可探求第Ⅰ — Ⅲ 热储层。

1.3.4 隆起区边缘

隆起区的边缘地带与凹陷边缘断阶带有相似的构造条件, 受区域性深断裂控制, 具有强烈的深部水热循环, 所不同的是缺失古近系地层。地热储层为印支面以下地层, 只有部分地区有较厚的新近系地层分布, 侏罗系、白垩系地层为广泛分布的热储盖层。建湖隆起和盐城、东台凹陷之间的边缘地带属该类型, 可探求第Ⅳ 热储层。

1.3.5 隆起区隐伏背斜

隆起区的隐伏背斜相对于向斜具有较高的大地热流值和地温梯度值, 热水沿背斜翼部含水层及层间断裂向背斜顶部汇聚。背斜构造控热的前提是组成褶皱的地层中有适当的地热盖层。此类控热构造主要分布在建湖隆起区, 可探求第Ⅳ 热储层。

区内侏罗系、白垩系以陆相碎屑岩-火山岩地层为主, 因其不含水或含水率很小、热导率低、厚度大、分布广而成为区内4类热储层良好的地热盖层。古近系、新近系、第四系以陆相碎屑岩和松散堆积物为主, 其中第四系厚度近300 m, 岩性为黏土、粉质黏土与砂层。盐城组上段厚500 m左右, 岩性为泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、含砾砂岩。第四系与盐城组上段总厚度最大为1 700 m, 其中泥岩隔水性强, 热导率相对较低, 为本区良好的地热盖层, 保温性良好。因此, 盐城凹陷区由于厚度大也成为重要的地热储层。

结合研究区源、通、储、盖地热地质条件和当前地热开采条件以及盐城市地下水资源管理政策和远景规划, 将盐城市的地热资源赋存分为良好区和一般区(图4)。良好区位于盐城— 建湖、滨海— 阜宁以及东台— 大丰一带, 一般区位于研究区阜宁凹陷和东南角海安凹陷内。各区地热地质特征见表1。

图4

Fig.4

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	图4 研究区地热资源赋存分区Fig.4 Distribution of geothermal resources in the study area

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 盐城市地热资源赋存特征 Tab.1 Occurrence characteristics of geothermal resources in Yancheng City

表1 盐城市地热资源赋存特征 Tab.1 Occurrence characteristics of geothermal resources in Yancheng City

盐城市已经开发利用地热的地区有盐城市区、阜宁、大丰的小海及东台的台南等地(表2)。据统计, 盐城市现有地热井32口, 主要集中在盐城市区(原有23口地热井, 实际开采11口), 开采程度较高, 开采地热水一般用于生产、生活、洗浴等, 主要开采层位集中在第Ⅱ 热储层, 开采层位主要在盐城组下段地层, 井深在1 000 m以内, 水温一般为40~50 ℃, 最高可达55.2 ℃。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 研究区现有地热井一览表 Tab.2 List of existing geothermal wells in the study area 地热井位置 成井层位/m 取水层岩性 水温/℃ 用途 水量/(m3· d-1) 盐城市区 肉联厂 585.0~624.0 中细砂 46.5 生活、洗浴、矿泉水 444 工学院 590.0~630.0 中细砂 42.0 生活、洗浴 70 江动集团 838.0~1 020.0 中细砂、粗砂 36.0~38.5 生产、洗浴 1 100 一招 620.0~680.0 细砂、中粗砂 42.0 洗浴、生活 220 游泳馆 590.0~630.0 中细砂 41.0~42.0 游泳、洗浴、生活 250 新盐纺集团 763.0~842.0 中粗砂 48.0~53.0 生产、生活 18 盐城潘黄镇 642.0 中细砂 34.5 洗浴、生活 493 宏大集团 615.0 中细砂、粗砂 42.0 洗浴、锅炉、生产 308 水利局 1 018.0 中细砂 39.0 职工生活 200 盐渎公园 县区 阜宁县金沙湖 681.8~1 917.5 新近系盐城组下段、古近系三垛组和阜宁组 52.0 洗浴 1 512 阜宁县温泉度假村 1 964.0~2 000.0 古近系阜宁组 70.2 洗浴 1 200 东台永丰林生态园度假温泉 1 187.1~1 456.0 新近系盐城组下段、古近系三垛组 50.0 洗浴 2 419 大丰港温泉度假酒店 1 505.0 54.0 洗浴 大丰小海温泉 1 750.0 48.0 洗浴 东台台南凤凰泉 1 266.2~1 421.5 新近系盐城组下段 38.6 洗浴 400 盐城杨侍温泉 1 500.0 新近系盐城组下段、古近系三垛组 60.0 洗浴

表2 研究区现有地热井一览表 Tab.2 List of existing geothermal wells in the study area

近年来, 为了发展旅游业, 部分地方业主零星开采地热井, 所开采地热井主要包括台南、永丰林农业生态园、小海温泉、阜宁温泉度假村、金沙湖旅游度假村等9口地热井, 地热井深度为1 500~2 088 m, 水温为50~70 ℃, 开采层位多位于新近系盐城组下段以及古近系三垛组和阜宁组, 主要用于温泉洗浴。

2.3.1 理疗热矿水评价

受沉积环境的影响, 不同热储层的水质有较大差别。通过取样分析并参考苏北盆地阜宁— 东台断坳地热水样品^[8] , 对盐城市不同地热储层地热水进行了理疗热矿水泉水水质评价^[9]。

由表3分析结果可知, 第Ⅰ 热储层地热水只有偏硅酸含量较高, 达到了理疗热矿水的要求, 其余指标均未到达医疗价值浓度; 第Ⅱ 热储层地热水除温度在医疗热水之上外, 同样只有偏硅酸含量达到理疗热矿水指标要求; 第Ⅲ 热储层地热水碘、锶、锂、偏硅酸含量不仅达到了理疗热矿水指标要求, 而且达到了命名理疗热矿水浓度的要求, 可命名为碘水、锶水、锂水、硅水, 另外硒等对人体有益的微量元素含量也较高, 具有较高的医疗保健作用^[10], 其矿化度高达32 928 mg/L, 远高于水质标准。

表3

Tab.3

表3(Tab.3)

表3 理疗热矿水质量评价 Tab.3 Quality evaluation of heat mineral water for physiotherapy 热储层 类型 二氧化碳 质量浓度/ (mg· L-1) 总硫化氢 质量浓度/ (mg· L-1) 组分质量浓度/(mg· L-1) 氡活度 浓度/ (Bq· L-1) 温度/ ℃ 矿化度/ (mg· L-1) 氟 溴 碘 锶 铁 锂 钡 偏硼酸 偏硅酸 第Ⅰ 热储层 < 1 0.46~0.88 24.4~30.5 20.0~ 25.5 509~806 第Ⅱ 热储层 < 1 0.12 0.28~0.76 0.20~0.28 0.04~0.14 0.072~0.580 0.46 0.010~0.077 0.023~0.120 < 0.30~ 0.38 27.8~34.0 9.97 36.0~ 62 801~1 105 第Ⅲ 热储层 < 1 0.89 5.24 17.800 6.35 6.720 51.9 70.2 32 928 医疗价值标准 250 1.00 1.00 5.00 1.00 10.000 10.00 1.000 5.000 1.20 25.0 37.00 ≥ 34.0 < 1 000

表3 理疗热矿水质量评价 Tab.3 Quality evaluation of heat mineral water for physiotherapy

2.3.2 农业灌溉用水评价

地热水作为直接农业灌溉用水是一种资源的浪费, 但地热水退水或中水由于尚有一定的热量, 可用于喜热农作物、花卉等植物的种植。对盐城市不同地热储层地热水进行农田灌溉用水质量评价^[11], 评价结果见表4。

表4

Tab.4

表4(Tab.4)

表4 农田灌溉用水质量评价表 Tab.4 Quality evaluation of farmland irrigation water 热储层 类型 温度/ ℃ 组分质量浓度/(mg· L-1) pH 值 耗氧量/ (mg· L-1) 锌 铜 镉 铬 铅 汞 砷 氟化物 挥发性酚 氰化物 氯化物 全盐 第Ⅰ 热储层 20.0~25.5 < 0.005 0 0.46~ 0.88 50.6~174.0 509~806 8.43~8.98 第Ⅱ 热储层 36.0~62.0 < 0.004 < 0.001 < 0.000 5 < 0.001 < 0.002 0 < 0.000 2 0.001 3~0.005 6 0.28~ 0.76 < 0.002 < 0.005 118.0~161.0 801~1 105 8.37~8.93 0.83 第Ⅲ 热储层 70.2 0.054 0.022 < 0.000 2 < 0.004 0.002 6 < 0.000 1 < 0.005 0 0.89 < 0.002 < 0.005 15 450.0 32 928 7.04 13.00 限值 35.0 2.000 0.500 0.010 0 0.100 0.200 0 0.001 0 0.050 0 2.00 1.000 0.500 350.0 1 000 (非盐 碱地 区) 2 000 (盐碱 地区) 5.50~ 8.50 3.00

表4 农田灌溉用水质量评价表 Tab.4 Quality evaluation of farmland irrigation water

第Ⅰ 热储层地热水除部分地区pH值超标外, 其余指标均符合农田灌溉用水标准; 第Ⅱ 热储层地热水水温超过了用水标准, 需降温使用, 部分地区pH值和全盐量偏高, 需经过简单处理再用于农田灌溉; 第Ⅲ 热储层地热水水温远高于用水标准, 同时耗氧量、氯化物、全盐量远大于水质标准, 不宜用作农田灌溉。

2.3.3 腐蚀性评价

由于地热流体中含有氯根、硫酸根、游离二氧化碳和硫化氢等组分, 因而对金属具有一定的腐蚀性, 因此在实际应用中, 需要对地热流体进行腐蚀性评价。参照工业常用的腐蚀系数K_k对地热流体进行腐蚀性评价, 评价结果见表5。

表5

Tab.5

表5(Tab.5)

表5 地热流体腐蚀性评价 Tab.5 Evaluation of the geothermal fluids corrosivity 热储层类型 pH值 组分浓度/(mEq· L-1) Kk Kk+0.050 3Ca2+ 评价结果 Mg2+ HC O3- Ca2+ 第Ⅰ 热储层 8.43~8.98 0.42~1.63 2.82~5.92 0.65~1.66 -4.31 -4.36 非腐蚀性水 第Ⅱ 热储层 8.37~8.93 0.17~0.43 5.24~8.25 0.19~0.65 -3.29 -3.31 非腐蚀性水 第Ⅲ 热储层 7.04 6.62 4.26 29.10 2.36 3.82 腐蚀性水

表5 地热流体腐蚀性评价 Tab.5 Evaluation of the geothermal fluids corrosivity

评价结果表明: 研究区第Ⅰ 、Ⅱ 热储层地热水为非腐蚀性水, 第Ⅲ 热储层地热水为腐蚀性水。

2.3.4 结垢趋势评价

由于地热流体中含有二氧化硅、钙、铁等组分, 当温度变化时可产生结垢, 因此需对其进行结垢趋势评价。结垢趋势的评价可采用锅垢总量和碳酸钙结垢趋势来进行。本次水质统计中仅计算主要离子Mg²⁺、Ca²⁺, 评价结果见表6。

表6

Tab.6

表6(Tab.6)

表6 地热流体锅垢总量H0计算 Tab.6 Calculation of the total scale of geothermal fluid boiler 热储层 类型 组分浓度/(mEq· L-1) H0 评价结果 Mg2+ Ca2+ 第Ⅰ 热储层 0.42~1.63 0.65~1.66 46.75~130.54 锅垢很少— 锅垢少 第Ⅱ 热储层 0.17~0.43 0.19~0.65 14.61~46.95 锅垢很少 第Ⅲ 热储层 6.62 29.10 1 849.00 锅垢很多

表6 地热流体锅垢总量H0计算 Tab.6 Calculation of the total scale of geothermal fluid boiler

评价结果表明: 研究区第Ⅰ 热储层地热水为锅垢很少的地热流体, 局部地区为锅垢少的地热流体; 第Ⅱ 热储层地热水为锅垢很少的地热流体; 第Ⅲ 热储层地热水锅垢总量远超工业标准, 称为锅垢很多的地热流体。

根据盐城市地热资源分布特征和质量评价结果, 盐城市第Ⅰ 、Ⅱ 热储层地热水水质较好, 腐蚀性较小, 不结垢, 没有受到人为污染, 地热水温度普遍在30~50 ℃之间, 应用范围较广, 经过简单处理后, 可达到生活饮用、养生、医疗、养殖等水质要求, 也可作为工业锅炉及热泵空调等用水。第Ⅲ 热储层地热水所测毒理性指标均在允许范围内, 微量元素含量较高, 经水质处理可用于矿泉水生产、医疗养生等行业。

因此, 从建设资源节约型和环境友好型社会、创建人居佳地的城市定位出发, 盐城市的地热水资源开发、利用有着广泛的发展前景。应结合盐城市气候条件, 发展特色旅游, 同时吸引多种投资, 统一规划, 统一开发, 重点建设一批适应温泉旅游的景点, 以满足健身、温泉游乐、理疗等需要, 促进和带动旅游业的发展, 同时也能够为盐城市绿色GDP的增长、实现盐城市经济又好又快的发展做出更大贡献。

地热资源的开发利用与多种因素有关。地热地质条件是影响地热资源开发的内在因素。在地热资源开发条件较好的地区, 风险相对较小, 反之, 风险则较大, 因此需根据地热资源开发利用条件进行优选。当地经济发展水平与城市主体功能区的要求是影响地热资源开发的外在因素。根据盐城市旅游业的总体规划, 在重点建设的景区, 地热资源需求较多, 又有相应的政策、资金支持, 同时具有较好的施工条件, 有利于地热资源的开发利用^[12]。据此, 将研究区初步划分出6个地热资源重点开发区(图5), 分别为滨海— 阜宁一线、盐城市区、盐城丹顶鹤海滨湿地旅游区、马家荡景区— 大纵湖旅游景区、东台和大丰市区以及中华麋鹿园— 黄海森林公园一线。

图5

Fig.5

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	图5 地热资源重点开发利用分区Fig.5 Division of geothermal tourism resources development and utilization

地热资源开发利用要重点发展以能源利用为主的项目, 作为旅游开发景点的配套项目, 应适量发展高效低耗的休闲健身项目, 控制发展单一洗浴等纯消耗性项目^[13]。根据盐城市6个地热资源重点开发区的基础设施和旅游功能, 同时根据地热资源相关产业与生态环境保护协调发展、梯级开发与可持续发展的原则, 不同分区的地热资源开发利用价值也有所不同。

(1)滨海— 阜宁一线、马家荡景区— 大纵湖旅游景区以及盐城主城区和中华麋鹿园— 黄海森林公园一线等地区, 应主要依托旅游建设风景区和生态旅游度假区的生态环境条件和丰富的旅游资源, 将地热资源应用于以生态、休闲为重点的服务业和高档房地产业, 积极引导和推进地热资源开发利用的产业化发展。

(2)盐城市主城区以东、南洋机场以及大洋湾景区的旅游资源, 应以品质休闲为主, 发展休闲经济, 同时通过引进大型旅游项目, 结合其周边良好的地热资源, 开发商务休闲度假区。

(3)东台和大丰市区, 应整合东台和大丰地区的旅游文化资源, 积极发展以观光农业为主体的生态旅游产业, 重点打造高效农业示范区以及园艺与养殖相结合的农业生态旅游区。

(4)在建湖西边马家荡、九龙口以及东台和大丰附近应采用地热供暖、医疗洗浴、温室花卉和水产养殖等多种开发利用方式, 开展地热资源的梯级利用试点工作, 提高地热资源的综合利用水平。