基于GIS的徐州市地热资源潜力评价.pdf

2023 年 10 月Oct.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.05.042基于 GIS 的徐州市地热资源潜力评价（1.江苏省第二地质工程勘察院，江苏 徐州 221004；2.江苏省可再生能源行业协会，江苏 南京 220019）摘要 为推进徐州地区地热能开发利用，运用综合信息矿产预测方法，对资料进行整理、综合和提取，建立符合徐州地热地质条件的综合信息地热资源找矿模型，借助在GIS平台上建立的矿产资源预测辅助决策系统判定预测区，并对预测区进行进一步优选、评价，最终圈定徐州地区地热资源勘查优选靶区。关键词GIS；地热地质条件；地热靶区中图分类号 TK529文献标识码 B文章编号1672蛳9943（2023）05蛳0132蛳040引言近年来，徐州市在开发利用地热资源方面取得了一定成果，新沂及邳州两地均在 2 000 m 以下深度打出地热水，给本区寻找地热资源提供了信心。但就目前地热资源总体开发利用程度和效益看，还远远落后。其面临的主要问题是研究与勘查工作程度低、开发利用的规模小、取得的经济效益低。如能在地热资源勘探工作开始前，通过对现有资料进行整理分析，确定优选靶区，则对后续地热资源勘查开发具有十分重要的意义。1区域概况本区的地质构造分为东西向构造、新华夏系构造和弧形构造等，主要属新华夏系第二巨型隆起带。以上 3 种构造体系基本控制了本区的构造格局。这些构造直接影响了本区地热资源的预测，控制着预测资源的分布咱员暂。徐州地区经历了多期不同方式的构造运动，特别是进入中生代以来，构造运动表现比较强烈。这些不同时期、不同方式和同时间不同方式的构造运动，互相影响、穿插，形成了比较复杂的复合与联合关系。尤其是郯庐断裂带将本区分为东西 2 大部分。而东西向构造、新华夏系构造和徐州弧形构造的多期运动，造成其地热形成条件各不相同。各期构造中以北西向的张性、张扭性断裂具有较强的继承性和复活性，而北西向与北东向 2 组断裂的交汇部位是寻找地热的有利部位。2地热资源预测2.1预测区圈定采用综合信息地质单元法进行预测单元的圈定。在徐州地热资源预测工作区中，均能找到其矿床（点）形成的必要要素，因此采用地质体单元法圈定预测单元。在圈定的过程中主要使用要素叠加法来实现，圈定完成后再由专家对其作近一步修正。参与预测单元圈定的要素如表 1 所示。表 1徐州预测区预测单元圈定要素通过表 1 中的 2、3 要素求交集，然后再与 1 要素求交集，最后再根据预测工作区实际地质情况、物化遥情况以及异常点（点）的分布情况进行修正的方式，圈定最终的预测单元咱2暂。在综合分析本区各类地质信息基础上，根据上述方法、原理和圈区原则，将徐州地区地热资源预测区圈定出来。所圈定的预测区名称如表 2 所示；圈定结果如图 1 所示。序号要素性质1矿致异常面2成矿断裂（600 m 缓冲区）面3断（坳）陷盆地分布面编号预测区名称预测类型面积/km2编号预测区名称预测类型面积/km21沛县龙固盆地型84.7014贾汪青山泉盆地型40.182沛县鸳楼东盆地型34.7115徐州潘塘盆地型86.183沛县城北盆地型52.3216潘塘李庄盆地型32.864丰县张河盆地型40.6317邳州八义集盆地型44.415丰县虎王集盆地型48.3018铜山单集盆地型16.22表 2徐州地区预测区圈定结果资 源 综 合 利 用能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 5 期Vol.48 No.51322023 年 10 月Oct.,20232.2预测区优选2.2.1预测要素二值化在本次资源潜力预测中，变量二值化方法选择的是定位预测变量二值化中的人工输入二值化区间法。由于本区尚未发现理想的地热矿床，仅一些钻孔有地热异常，炮车和马陵山施工的 2 个钻孔资料不全，经综合研究，充分考虑地区类比将鲁中 2矿（汤头和聊城）和邳州新沂 2 孔作为模型单元建立，断裂型和盆地型成矿特征综合后合并为一个模型。对其矿强化资源变异性的变量进行二值化，其二值化后的数据如表 3 所示。李锋，等基于 GIS 的徐州市地热资源潜力评价图 1徐州地区地热预测区圈定结果编号预测区名称预测类型面积/km2编号预测区名称预测类型面积/km28沛县河口盆地型65.6221新沂棋盘断裂型101.919沛县五段盆地型10.7422新沂窑湾盆地型30.6310铜山马坡东盆地型19.8523睢宁姚集盆地型45.3711铜山郑集南盆地型56.6124睢宁庆安盆地型20.7012铜山刘集盆地型111.2525睢宁邱集盆地型29.5313铜山汉王西盆地型22.7267沛县封楼丰县大沙河盆地型盆地型35.9852.591920邳州汉庄邳州张庄盆地型盆地型17.4031.65续表表 3徐州预测区模型单元变量二值化后的数据模型区东西向断裂北西向断裂北东向断裂盆地热盖层热储层矿床（点）g视电阻率/（m）炮车011111100马陵山011011111汤头111011111聊城1101111112.2.2预测区优选预测区优选采用平方和法计算因素权重，变量k、j之间的匹配数计算公式为：rkj=ni=1移xikxij（k、j=1，2，m）式中rkj表示第i个变量与第j个变量之间的匹配数。m个变量两两之间的匹配系数构成如下的匹配矩阵：R=X忆，X=（rkj）mm将上述优化后的矩阵转置后相乘，得到乘积矩阵，采用平方和法求出各要素的向量长度和权系数，用以反映各要素在成矿中的重要程度或贡献大小。预测要素权系数计算结果如表 4 所示。预测区及编号1332023 年 10 月Oct.,2023表 4预测要素权系数计算结果各要素权系数乘以预测单元的逻辑值，得出各预测单元的关联度（成矿概率）。经研究，和区内无矿单元类比，已知的无水单元为丰县张河，钻孔深度 2 000 m，有地热异常。但其下覆为变质岩地层，缺少热储层，而热储层是必要的元素，因此将阈值确定为 0.70（0.60）。那么丰县张河、沛县五段、铜山马坡东、铜山刘集、铜山汉王西、邳州汉庄、邳州张庄、新沂棋盘、新沂窑湾 9 个预测区将被优化掉咱3暂。预测单元关联度计算结果如表 5 所示。2.2.3预测区特征从经济的角度看，一般预测深度不要大于2 000 m，预测区千米地温不小于 40。根据热储层埋深，以及地温梯度和千米地温，可以大致推算出地热预测深度和温度。以沛县龙固预测区为例，钻孔穿过煤系地层进入热储层，预测深度可达 1 800 m，则进入热储层的深度可达 500 m 以上，这样既保证了温度也保证了水量。而本区的平均地温梯度 2.37/hm，恒温层深度平均 30 m、温度 16.7，不难算出 1 800 m 的温度为 58.65；或按千米（平均 39.49/km）以后增温计算，则 1 800 m 温度为 58.45。因此保守计算，1 800 m 深度的地温大于 50。水量的估算，则是参照矿区各含水层的水量综合考虑的，一般取最小值。龙固矿区煤系地层一般太原组含水量较大，其它基本为不含水（热盖层），水量在 5001 000 m3/d，奥陶系灰岩水量一般大于1 000 m3/d。考虑到断裂破碎带的含水性，综合考虑单井水量 1 500 m3/d。其它预测区推断温度、水量、深度如表 6 所示。表 6徐州地热预测区预测深度、温度、水量续表3预测结论与评价根据预测区优选结果，划分 A 级、B 级和 C 级的依据如下：A 级：热储层+热盖层+综合信息+矿床（点）。B 级：热储层+热盖层+综合信息+矿（化）点。C 级：热储层+热盖层+综合信息。按照以上依据，本次地热资源预测区未发现矿床（地热田），故不存在 A 类预测区；有千米地温大于 40，视为矿点，在预测时具备其它条件的，列为 B 类预测区；无矿床（点），列为 C 类预测区。对比划分条件，本次预测共有 7 个 B 类预测区、9 个 C类预测区，如表 7 所示。表 5徐州地区地热预测区优化结果预测区关联度预测区关联度预测区关联度沛县龙固0.89*铜山马坡东0.69*邳州汉庄0.67沛县鸳楼东1.00铜山郑集南0.77*邳州张庄0.67沛县城北0.92*铜山刘集0.69*新沂棋盘0.54*丰县张河0.60*铜山汉王西0.69*新沂窑湾0.67丰县虎王集0.81贾汪青山泉0.77睢宁姚集0.77沛县城西0.77徐州潘塘1.00睢宁庆安0.77丰县大沙河0.89潘塘李庄0.77睢宁邱集0.77沛县河口0.89邳州八义集0.84*沛县五段0.67铜山单集0.77预测区名称预测深度/m预测温度/预测水量/（m3/d）千米地温/及增温率/（/hm）沛县龙固1 800501 50039.49/2.37沛县鸳楼东1 800501 50040.60/2.52沛县城北1 500451 50039.53/2.44沛县城西1 500501 50039.45/1.80要素向量长度权系数东西向断裂5.200.081北西向断裂9.330.145北东向断裂6.860.106盆地4.580.071热盖层9.330.145热储层9.330.145矿床（点）5.200.081g7.280.113视电阻率/（m）7.280.113SSQ64.39-预测区名称预测深度/m预测温度/预测水量/（m3/d）千米地温/及增温率/（/hm）丰县虎王集1 200401 00039.86/2.63丰县大沙河2 0006050049.00/3.40沛县河口2 0006050044.08/2.42铜山郑集南1 500501 00042.20/2.70贾汪青山泉1 500451 50038.64/2.26徐州潘塘2 000501 000-潘塘李庄2 00050800-邳州八义集2 000501 000-铜山单集2 00050500-睢宁姚集2 000501 000-睢宁庆安2 000501 000-睢宁邱集2 00050500-平均-39.19/2.28能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 5 期Vol.48 No.51342023 年 10 月Oct.,2023（上接第 69 页）5结论（1）34204 工作面在原有支护失稳的情况下，通过理论分析及数值计算，对其支护参数进行优化。优化后顶板锚杆布置为每排 6 根，排间距为900 mm1 000 mm；锚索每排布置 2 根，间排距为2 000 mm1 800 mm。（2）34204 工作面回风巷掘进期间，距工作面60 m 以后为稳定区域，围岩不再出现变形；回采期间 1055 m 范围内为超前压力影响区域，巷道变形量较大。（3）34204 工作面回风巷支护参数优化后，可以有效地控制围岩变形，支护效果较好，能够确保矿井安全生产。参考文献1侯公羽，梁金平，李小瑞.常规条件下巷道支护设计的原理与方法研究 J.岩石力学与工程学报，2022，41（4）：691-711.2栗东.矿井煤层大断面巷道支护参数优化及应用研究 J.机械管理开发，2020，35（11）：84-86.3华鹏飞.大断面弱胶结软岩巷道支护技术研究 J.山东煤炭科技，2020（1）：16-18.4梁鑫.大断面巷道软岩破碎顶板支护技术研究 J.山西冶金，2022，45（1）：295-296.作者简介刘映博（1977-），男，助理工程师，毕业于太原理工大学采矿工程专业，长期从事煤矿采掘技术管理工作。收稿日期：2022-12-27经综合评价预测，本区地热评价共划为 16 个预测区，评述如下：（1）最小预测区圈定结果，总体与区域成矿地质背景和低阻、低重异常吻合程度高，空间定位效果较好。（2）预测区优选，已知矿点分布均在 B 级预测区内，异常分布在 B 级和 C 级预测区内，说明预测区优选 B、C 分级较合理。（3）利用预测区优选 B、C 分级成果进行矿床数估计基本合理，预测成果可靠程度较高。（4）由于本区尚未发现地热田，一些特征数据不具备，无法进行定量预测，仅根据区域水文特征和地热特征判断深度、温度和水量。（5）本次评价的基础资料反映了区内地质、矿产、区域物探等调查研究的最新成果，数据基本满足了本次预测要求。对于磁法、化探、重砂数据和遥感数据与矿产的关系不明显，数据未利用。（6）从预测结果可以看出，本区寻找盆地型地热资源具有一定潜力。4地热资源下一步勘查建议B 类盆地型预测区应是下一步首选的勘查地段，当然还要结合具体的自然条件，了解其开发利用前景，不要盲目实施钻探，确保在有水、有热、有盖层的情况下进行验证。参考文献1宗德林，高荣秀，宗元春.徐州潘塘盆地地热地质条件分析及热储靶区预测 J.能源技术与管理，2014，39（6）：142-145.2方宝明.山东省地热资源综合信息远景预测 D.长春：吉林大学，2006：88-109.3江苏省地质矿产局第五地质大队.徐州市地热资源潜力调查评价报告 R.徐州：江苏省地质矿产局第五地质大队，2012.作者简介李锋（1983-），男，高级工程师，毕业于南京工业大学勘察技术与工程专业，长期从事工程地质、水文地质、地质灾害研究等相关工作。收稿日期：2023-02-10表 7徐州地区地热资源预测区特征编号预测区名称面积/km2级别置信度编号预测区名称面积/km2级别置信度R01沛县龙固84.70B0.5R09贾汪青山泉40.18C0.1R02沛县鸳楼东34.71B0.5R10徐州潘塘86.18B0.5R03沛县城北52.32C0.1R11潘塘李庄32.86B0.5R04沛县城西35.98C0.1R12邳州八义集44.41C0.1R05丰县虎王集48.30C0.1R13铜山单集16.22C0.1R06丰县大沙河52.59B0.5R14睢宁姚集45.37C0.1R07沛县河口65.62B0.5R15睢宁庆安20.70C0.1R08铜山郑集南56.61B0.5R16睢宁邱集29.53C0.1能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 5 期Vol.48 No.5135