山西省地熱資源大多屬于中低溫熱傳導-對流型地熱資源,地熱異常多分布于汾渭地塹新裂陷盆地,為埋藏型地熱,研究程度相對較高,而東部太行山斷塊隆起區及西部呂梁山斷塊隆起區內地熱田分布少、研究程度相對較低。各地熱異常區不同熱儲層地溫場受邊山深大斷裂、隆起、陷隆、淺中深凹陷、次一級斷塊、斷階、基底巖性等條件影響分布特征明顯,不同控熱構造形成的導熱通道和不同的熱儲類型決定了熱儲層地溫場的分布特征。

1  地溫場在水平方向的分布特征

1.1 不同熱儲類型地溫場的分布特征

山西省地熱主要熱儲類型有松散巖類孔隙型熱儲層、碎屑巖類裂隙型層狀熱儲層、碳酸鹽巖類巖溶型層狀熱儲層以及變質巖類裂隙型帶狀帶狀熱儲層。

1.1.1  松散巖類孔隙型層狀熱儲層

山西省松散巖類孔隙型層狀熱儲層地熱亞區主要分布于大同盆地、忻州盆地、臨汾和運城盆地。根據區內收集的報告成果資料推測,運城鹽湖永濟城區地熱異常亞區熱儲層地溫最高為60℃~90℃;夏縣南山底地熱異常亞區熱儲層地溫為50℃~9 0℃;臨汾西蘆地熱異常亞區、聞喜新儀張地熱異常亞區熱儲層地溫一般為50℃左右。

1.1.2  碎屑巖類裂隙型熱儲層

區內碎屑巖類裂隙型熱儲地熱異常亞區主要分布在太原(晉中)盆地和臨汾盆地區。太原盆地區有徐溝地熱異常亞區、祁縣王村地熱異常亞區、文水胡蘭地熱異常亞區、汾陽冀村地熱異常亞區、平遙南良莊地熱異常亞區、太谷范村西山底地熱異常亞區;臨汾盆地有臨汾甘亭地熱異常亞區、襄汾溫泉村地熱異常亞區。

熱儲時代為三疊系、二疊系及石炭系(T+P+C), 其中:熱儲層溫度達到60℃~90℃的地熱異常亞區有祁縣王村地熱異常亞區、臨汾甘亭地熱異常亞區、 襄汾溫泉村地熱異常亞;熱儲層溫度達到40 ℃~60℃ 的地熱異常亞區主要有徐溝地熱異常亞區、文水胡蘭地熱異常亞區、祁縣王村地熱異常亞區,汾陽冀村地熱異常亞區、平遙南良莊地熱異常亞區、太谷范村西山底地熱異常亞區、臨汾甘亭地熱異常亞區、 襄汾溫泉村地熱異常亞;熱儲層溫度達到25℃~40℃ 的地熱異常亞區有祁縣王村地熱異常亞區、臨汾甘亭地熱異常亞區。綜合分析認為,影響裂隙型層狀熱儲層(碎屑巖類)熱儲層中部地溫的主要因素為深部熱源運移通道的暢通性,深部熱源運移通道暢通的熱儲層地溫一般相對較高,深部熱源運移通道暢通性相對較差的熱儲層地溫一般較低。

根據收集的報告成果資料,太谷范村西山底地熱異常亞區地熱井的地溫梯度約2.29℃/1 00 m;文水胡蘭地熱異常亞區地熱井地溫梯度為3.39℃/1 00 m;祁縣王村地熱異常亞區井溫梯度為0.4 2℃~ 1.40℃/100 m。

1.1.3  碳酸鹽巖類巖溶型熱儲層

碳酸鹽巖類巖溶型熱儲層地熱異常亞區主要分布在大同盆地、太原盆地、沁水復向斜盆地、臨汾盆地、運城盆地,鄂爾多斯盆地東緣、寧武-靜樂煤盆地。大同盆地主要為朔州福善莊地熱異常亞區;太原盆地主要為太原城區凹陷、太原神堂溝、 太原晉源、太原農展館、太原城東、小店西溫莊— 化章堡、榆次南溝長凝、榆次萬豪-經緯廠、清徐交城、平遙介休、孝義城區三泉振興、孝義東許— 靈石靜升等地熱異常亞區;沁水復向斜盆地主要為太谷郭堡、榆社云竹、沁源地熱異常亞區、古縣安澤、沁水鄭莊等地熱異常亞區;臨汾盆地主要為洪洞南段、臨汾東亢、襄汾古城、襄汾汾陽嶺新絳古堆、新絳北池南王馬、曲沃高顯侯馬南西莊、曲沃海頭、翼城南壽城、河津米家灣等地熱異常亞區; 運城盆地主要為臨猗萬榮、絳縣禮元、聞喜城區夏縣水頭、芮城平陸北等地熱異常亞區。以上地熱異常亞區熱儲時代一般為奧陶系(O),部分為奧陶系及寒武系地層(O+∈)。

根據收集的報告成果資料推測分析:

1) 碳酸鹽巖類熱儲層地溫60℃~90℃的地熱異常亞區

小店西溫莊—化章堡地熱異常亞、榆次南溝長凝地熱異常亞區、榆次萬豪—經緯廠地熱異常亞區、平遙介休地熱異常亞區、襄汾汾陽嶺新絳古堆地熱異常亞區、曲沃高顯侯馬南西莊地熱異常亞區、河津米家灣地熱異常亞區、聞喜城區夏縣水頭地熱異常亞區、石樓地熱異常亞區。其中,榆次萬豪—經緯廠地熱異常亞區熱儲層地溫最高為9 0 ℃,一般為60℃~80℃。

2) 碳酸鹽巖類熱儲層溫度40℃~60℃地熱異常亞區

太原盆地主要為太原城區凹陷亞區、太原晉源亞區、太原農展館亞區、小店西溫莊—化章堡地熱異常亞、榆次南溝長凝亞區、榆次萬豪—經緯廠亞區、清徐交城亞區、平遙介休亞區、孝義城區三泉振興亞區、孝義東許—靈石靜升等地熱亞區;沁水復向斜盆地主要為太谷郭堡亞區、榆社云竹亞區、 沁源亞區、古縣安澤亞區、沁水鄭莊亞區;臨汾斷陷盆地主要為洪洞南段亞區、臨汾東亢地熱異常亞區、襄汾古城亞區、襄汾汾陽嶺新絳古堆亞區、新絳北池南王馬亞區、曲沃高顯侯馬南西莊亞區、曲沃海頭亞區、翼城南壽城亞區、河津米家灣等地熱異常亞區;運城盆地主要為臨猗萬榮地熱亞區、絳縣禮元亞區、聞喜城區夏縣水頭亞區、芮城平陸北地熱異常亞區;鄂爾多斯盆地東緣主要為石樓亞區、大寧隰縣亞區、吉縣蘭家河鄉寧十里鋪等地熱異常亞區。其中,太原城區凹陷亞區、小店西溫莊—化章堡地熱異常亞、榆次南溝長凝亞區熱儲層溫度50℃~55℃;榆次萬豪—經緯廠亞區、河津米家灣亞區熱儲層溫度達6 0℃,一般熱儲溫度 40℃~50℃。

3) 碳酸鹽巖類熱儲層地溫區間為2 5℃~4 0℃的地熱異常亞區

大同盆地主要為朔州福善莊地熱異常亞區;太原盆地主要為太原城東亞區、太原神堂溝亞區、清徐交城亞區,熱儲層地溫區間均為30℃~40℃,熱儲層地溫一般均為25℃~30℃;鄂爾多斯盆地東緣主要為臨縣林家坪柳林地熱異常亞區;寧武—靜樂地熱異常區,熱儲層地溫為30℃~38℃左右。

綜合分析可知:巖溶型層狀熱儲層(碳酸鹽巖類)的熱儲層地溫主要受熱儲層埋藏條件及其冷水干擾大小決定,巖溶型層狀熱儲層埋藏條件深、 冷水干擾小的熱儲層地溫一般較高,熱儲層埋藏條件及冷水干擾一般的熱儲層地溫中等,熱儲層埋藏條件淺、冷水干擾大的熱儲層中部地溫一般較低。

1.1.4  變質巖類裂隙型帶狀熱儲層

區內變質巖類裂隙型帶狀熱儲層地熱異常主要分布在大同盆地、忻定盆地、臨汾、運城盆地及太行山區等。其中,大同盆地主要有陽高孤山廟地熱異常亞區、天鎮馬圈庠地熱異常亞區、懷仁鵝毛口地熱異常亞區、懷仁毛家皂地熱異常亞區、山陰東榆林地熱異常亞區、應縣鎮子梁地熱異常亞區;忻定盆地主要有代縣繁峙地熱異常亞區、原平大營地熱異常亞區、原平解村地熱異常亞區、忻州奇村地熱異常亞區、忻州頓村地熱異常亞區、定襄上湯頭地熱異常亞區、忻定城區凹陷地熱異常亞區;臨汾盆地有稷山仁和七級地熱異常亞區;運城盆地有夏縣南山底亞區;太行山區主要為大同古店—馬脊梁地熱異常亞區、渾源湯頭地熱異常亞區、盂縣寺平安地熱異常亞區熱儲層為太古界(Ar)地層。

1)變質巖類熱儲層>150℃地熱異常亞區

主要為大同盆地的天鎮馬圈庠地熱異常亞區, 熱儲層地溫達到160℃。

2) 變質巖類熱儲層溫度90℃~1 50℃地熱異常亞區

3) 

主要分布在大同盆地的陽高孤山廟地熱異常亞區、天鎮馬圈庠地熱異常亞區;太行山區的大同古店—馬脊梁地熱異常亞區。其中陽高孤山廟地熱亞區、天鎮馬圈庠、大同古店—馬脊梁地熱亞區, 熱儲層地溫達到104℃~1 10℃,一般地溫為90℃~ 95℃。

3)熱儲層溫度為60℃~90℃的地熱異常亞區

主要分布在大同盆地的懷仁鵝毛口地熱異常亞區、山陰東榆林地熱異常亞區、應縣鎮子梁地熱異常亞區;忻定盆地的代縣繁峙地熱異常亞區、原平大營地熱異常亞區、忻定城區凹陷地熱異常亞區; 臨汾盆地的稷山仁和七級地熱異常亞區;其中稷山仁和七級亞區熱儲層地溫達到94℃,一般地溫為 65℃~85℃。

4) 主要熱儲層地溫較高達40℃~60℃的地熱異常亞區

主要分布在大同盆地的懷仁鵝毛口地熱異常亞區、懷仁毛家皂地熱異常亞區、山陰東榆林地熱異常亞區、應縣鎮子梁地熱異常亞區;忻定盆地的原平解村地熱異常亞區、忻州奇村地熱異常亞區、忻州頓村地熱異常亞區、定襄上湯頭地熱異常亞區; 太原盆地的陽曲地熱異常亞區;運城盆地的夏縣南山底地熱異常亞區;太行山區的渾源湯頭地熱異常亞區、盂縣寺平安地熱異常亞區。熱儲溫度基本都在40℃~55℃之間。

5) 主要熱儲層地溫較高達25℃~40℃的地熱異常亞區

主要分布在大同、忻定盆地區所以變質巖亞區中,熱儲溫度基本都在25℃~35℃之間。 1.2  不同控熱構造下地溫場的分布特征地溫場在水平方向受控熱構造控制的分布特征歸納為三類:一是在沉積盆地邊緣及河谷地帶沿基底斷裂分布的帶狀(及不規則狀)地溫場;二是在山前傾斜平原區受基底隆起控制的渾圓狀地溫場; 三是巖溶斷塊控制的塊狀地溫場。

1.2.1  斷裂控制的地溫場特征

深循環的熱水沿斷裂運移到孔隙含水層時,與淺部冷水混合,使含水層的水溫、水化學均發生改變,隨著時間推移,淺部含水層的溫度達到相對平衡,該熱儲層中溫度分布特征為:沿斷裂帶分布周圍熱儲層溫度較高,兩斷裂交匯處熱水溫度會更高。

1.2.2  受基底隆起控制的地溫場特征

受基底隆起控制的地下熱水一般為淺埋型地熱水,在隆起區及其外圍部位通常有斷裂切割,使隆起基底破碎,熱水一般分布在隆起相對落差較大的一側(即地下水補給充足的一側)。熱水分布形狀大致與隆起區基巖地貌形狀相似,并向排泄方向有一定延伸。

1.2.3  受基底斷塊控制的巖溶熱水地溫場特征

山西省地勘局在汾陽嶺、九原山和高顯隆起區施工了多眼熱水井,該區域熱水主要分布在由2條 NEE向及NNE向正斷層組成且被斷層切割的斷塊隆起帶上,控制熱水分布的主要構造為NEE和NNE向的 2組活動性斷裂。巖溶熱水的分布受隆起帶斷裂及巖溶發育層位控制,地溫場呈沿斷裂帶和巖溶發育部位水溫高的特點,熱異常中心一般位于兩組斷裂交匯部位,沿斷裂交匯切割通道水溫最高。

2  地溫場在垂直方向的分布特征

山西省有地溫梯度資料的井孔主要分布在汾渭盆地內,山西省各類熱儲地熱田的地溫場在垂直方向的分布特征主要以汾渭地塹盆地為重點分析,其他區域低溫梯度資料根據收集的鉆孔資料、勘查成果資料推斷。

松散巖類孔隙型層狀熱儲層、碎屑巖類裂隙型層狀熱儲層及變質巖類裂隙型帶狀熱儲層地熱異常區由蓋層到熱儲層的地溫梯度一般呈遞減趨勢。碳酸鹽巖類巖溶型層狀熱儲層地熱田由蓋層到熱儲層的地溫梯度一般呈遞增趨勢,在冷水干擾較大條件下地熱田由蓋層到熱儲層的地溫梯度呈遞減趨勢。

各類熱儲層、蓋層地溫梯度值的垂直分布特征如下:

1)熱異常區蓋層地溫梯度

據收集的勘查成果報告資料數據統計:松散巖類孔隙型層狀熱儲層的蓋層地溫梯度1.06℃~ 3.7℃/1 00 m,平均2.27℃/100 m;碎屑巖類裂隙型層狀熱儲層的蓋層地溫梯度0.6℃~3.0℃/100 m, 平均1.74℃/1 00 m;碳酸鹽巖類巖溶型層狀熱儲層的蓋層地溫梯度0.34~6.15℃/100 m,平均2.46℃/ 1 00 m;變質巖類裂隙型層狀熱儲層的蓋層地溫梯度1.54~1 6.18℃/1 00 m,平均5.24℃/1 00 m。因此,裂隙型帶狀熱儲層變質巖類的蓋層地溫梯度值相對最高。

2)熱異常區熱儲層地溫梯度據收集的勘查成果報告資料數據統計:松散巖類孔隙型層狀熱儲層地溫梯度1.7 1℃~3.70℃/1 00 m,平均2.5 1℃/100 m;(碎屑巖類)裂隙型層狀熱儲層地溫梯度1℃~4.7 1℃/100 m,平均2.42℃/100m;碳酸鹽巖類巖溶型層狀熱儲層地溫梯度1.40℃~ 7.62℃/100 m,平均3.14℃/100 m;變質巖類裂隙型帶狀熱儲層地溫梯度2.67℃~14.89℃/100 m,平均 5.25℃/1 00 m。由此可以看出,變質巖類裂隙型帶狀熱儲層的熱儲層地溫梯度值相對最高。

3  結論

1) 山西省地熱資源主要集中分布在大同、忻定、太原(晉中)、臨汾、運城斷陷盆地區以及沁水復向斜盆地、鄂爾多斯盆地東緣、芮城平陸盆地區,此外,太行、呂梁隆起山區也有零星分布。

2)山西省地熱主要熱儲類型為松散巖類孔隙型熱儲層,碎屑巖類裂隙型層狀熱儲層,碳酸鹽巖類巖溶型層狀熱儲層以及變質巖類裂隙型帶狀帶狀熱儲層。

3)地熱異常區地溫場在垂直方向由蓋層到熱儲層的地溫梯度一般呈遞減趨勢,而裂隙型帶狀熱儲層變質巖類的蓋層地溫梯度值相對最高,裂隙型帶狀熱儲層變質巖類的熱儲層地溫梯度值相對最高。