云应地区盐穴地层特性研究

云应地区盐穴地层特性研究

王韬1，王智1，周丽2，马茹2，李鲲2，杨远2，黎杰2

（1.中国电建集团湖北工程有限公司，武汉 430040；2.湖北省电力规划设计研究院有限公司，武汉 430040）

摘要：由于我国能源结构发生重大调整，盐穴压缩空气储能技术得以工业化推广。湖北云应地区拥有丰富的盐穴资源，若可推广压缩空气储能，既可解决环境污染和地质灾害隐患，又可创造经济价值。研究云应地区的自然地理环境和地层特征，对于盐穴压缩空气储能技术的发展和示范项目的推广具有非常重要的价值。

关键词：盐穴；压缩空气；储能；地层

Research on the Stratigraphic Characteristics of Salt Caverns in the Yunying Area

WANG Tao1,WANG Zhi1,ZHOU Li2,Ma Ru2,LI Kun2,Yang Yuan2,LI Jie2

(1.POWERCHINA HUBEI ENGINEERING CO.,LTD,Wuhan 430040;2.POWERCHINA HUBEI ELECTRIC ENGINEERING CO.,LTD）

Abstract：Due to significant adjustments in China's energy structure, the industrial promotion of salt cavern compressed air energy storage technology has become feasible. The Yunying region in Hubei province possesses abundant salt cavern resources. If compressed air energy storage can be widely implemented in this area, it would not only address environmental pollution and geological hazards but also generate economic value. Researching the natural geographical environment and stratigraphic characteristics of the Yunying region holds tremendous importance for the development and promotion of salt cavern compressed air energy storage technology and demonstration projects.

Keywords：salt cavern; compressed air; energy storage; stratigraphy

1.引言

湖北省云应地区素有膏都盐海之称，开采膏矿始于明朝，在应城地区留下众多采矿老窿。盐矿也随开采膏矿而发现，先是用发现采膏老窿的含盐积水用来熬盐.上世纪五十年代发现层状盐岩后，开始采用坑道硐采。七十年代采用水压裂连通法水采试验成功。三十多年来，累计建设生产盐井100多对，总计生产盐近3000多万吨，形成的地下溶腔100多个，空间近4000万m3。

近年来，由于国家能源结构发生重大变革，各类储能技术得以工业化推广。盐穴压缩空气储能（Compressed Air Energy Storage，简称CAES）具有储能容量大、动态响应快、能量转化效率高等特点，与抽水蓄能、电化学储能一起成为目前主流的储能技术。云应地区拥有丰富的盐穴资源，具备推广压缩空气储能的基础条件。因此，研究云应地区的自然地理环境和地层特征，对于盐穴压缩空气储能技术的发展和示范项目的推广具有非常重要的价值。

2.自然地理环境

云应盆地处于江汉平原低矮丘陵—平原区，属剥蚀堆积岗地，地形平缓，一般海拔40米左右，相对高差5-15米，总体表现为北高南低，东西略有起伏。

云应盆地处于中纬度湿润区，属亚热带季风气候，四季变化显著，雨热高峰同季出现。日照充足，雨水充沛，无霜期长。潮湿系数0.93，年平均气温15.9℃,最冷月1月份平均气温2.9℃，极端最低气温-15.5℃，最热月7月份，平均气温28.2℃，极端最高气温38.7℃。年日照平均1982.3小时，日照百分率44%，无霜期平均241天。年平均降水量1102.00毫米，极端降水年最小雨量705.3毫米。日最大降雨量207.1毫米。梅雨期6月上旬至7月中旬，年平均梅雨量328毫米。冬季风为北风，夏季风以南风为主，最冷月出现冰冻现象。

该区域交通便捷。铁路运输东侧有汉丹线通过，拟改建高速复线，南有长（江埠）荆（门）线穿越，并有专线与各盐化企业连接。公路运输南有拟建武（汉）荆（门）高速，北有武（汉）十（堰）高速，汉（口）宜（昌）省道在其中横贯，并有支线与高速联络。水路运输：府河、大富河通航百吨级船舶。管道运输：规划建设的江苏仪征至湖南长沙和兰州至长沙输油管线在该区东西各约100公里处通过。云应盐矿地理位置见图1所示。

3.地层特征

3.1 概述

云应盐矿位于云应盆地中部，云应盆地位于江汉凹陷东北部，为白垩～第三系时期形成的一个内陆盐湖断陷盆地，地层区划隶属扬子区江汉分区东部小区。

云应膏盐矿区是我国著名的膏盐产地，勘探和开发中积累的地质资料相当丰富，尤其膏盐地层的划分，各有关地质部门投入了大量的研究工作。对矿区地层的岩性岩相特征、物相特征、韵律变化特征进行了详细的划分和对比；对岩石、矿物、微体古生物进行了系统的分析和研究。经过多年的工作，各地质部门对矿区地层的划分和对比渐趋一致。云应盐矿区地层一览表见表1。

表1 云应盐矿区地层一览表

3.2 地层特征

各时代地层由下至上分别为：

（1）白垩系上统公安寨组（K2g）

由紫红色、灰红色中厚层不等粒砾岩夹含砾砂岩透镜体、粉砂岩、泥岩及杂色页岩组成的韵律层，下部砾岩中砾石成分为灰岩，次为硅质岩及脉石英，砾径一般3～5厘米，大者可达30厘米，棱角～次棱角状，分选较差，无定向排列；中部砾岩普遍含钙质，斜层理及水平层理发育，偶见层间冲刷面；上部泥岩、页岩与粉砂岩互层，泥岩及页岩中夹多层5～15厘米不稳定劣质泥质石膏或纤维状石膏。本组厚度大于350米。

（2）下第三系云台山组（Ey）

由紫红色细砾岩、含砾砂岩、砂岩、泥岩及页岩组成，构成两个由细到粗的韵律。上部夹薄层劣质石膏。本组厚727米，与下伏公安寨组整合接触。

（3）下第三系白砂口组（Eb）

由灰白色夹紫红色砂岩、粉砂岩，夹砂质泥岩，下部砂岩中富含长石及砾石。本组厚694～920米，与下伏云台山组整合接触。

（4）下第三系膏盐组（Eg）

主要为灰绿色泥岩与紫红色砂质泥岩、粉砂岩互层，富含石膏、钙芒硝、盐岩等，是区内的主要含矿岩组，本组厚度大于1598米，与下伏白砂口组呈整合接触。根据该组旋回特征及石膏、芒硝和石盐在垂向上发育特点，由下而上可划分为：

（a）下硬石膏段（Eg1）

灰绿色粉砂质泥岩与赭色砂质粉砂岩，含丰富的星点状、团块状、似层状泥质石膏硬石膏，近盆地边缘夹数百层纤维石膏。厚度72～170米。

（b）下钙芒硝段（Eg2）

灰绿色、灰色含钙芒硝泥岩、泥质钙芒硝岩与赭色含硬石膏泥质粉砂岩互层，石膏多呈星点状、团块状，钙芒硝呈似层状。厚57～280米。

（c）盐岩段（Eg3）

该部分主要为粉砂岩、泥岩、泥质硬石膏岩、泥质钙芒硝岩及石盐晶体。其中泥质硬石膏岩呈灰绿色或灰色，粉砂岩呈棕色。硬石膏、钙芒硝和石盐三者互层构成盐群，现已探明盐群80余个，石盐数百层，最大厚度达910米。钻孔控制的盐岩段厚度为348.72～554.76米。

（d）上钙芒硝段（Eg4）

该部分主要为含钙芒硝的泥岩、泥质硬石膏岩、含硬石膏泥质粉砂岩以及粉砂质泥岩。其中含钙芒硝的泥岩呈灰绿色或灰色，含硬石膏泥质粉砂岩呈红褐色。石膏呈片层状、团块状及点状。下部钙芒硝岩中通常含有点状、条状或片层状的石盐晶体。钻孔控制厚度为27.43～39.76米。

（e）上硬石膏段（Eg5）

该部分主要为含石膏泥岩、泥质石膏岩砂岩、粉质砂岩及泥岩，并夹杂若干层纤维石。其中含石膏泥岩呈灰绿色，硬石膏上部含量较高，下部含量较低，呈片层状、蠕虫状及搅动状。厚度20～270米，钻孔控制深度为20～271.44米。

（5）下第三系文峰塔组（Ew）

该部分主要为泥岩及砂质泥岩，呈现灰色、灰绿色及灰蓝色等多种颜色。顶部可见泥灰岩夹层，少数可见石膏夹层，厚度较薄；上部夹杂少量的砂岩，岩层厚度较薄；中部夹杂泥质石膏岩，呈灰色或灰绿色；下部夹杂砂质泥岩，呈暗红色或暗褐色。钻孔控制厚度为3～481.35米。与下伏膏盐组呈整合接触。

（6）上第三系掇刀石组（N2d）

该组仅见于应城个别钻孔。本组厚0～＞50米，与下伏文峰塔组呈不整合接触。

上部为黄褐、灰白色钙质泥岩、泥灰岩或灰岩。表面似蜂窝状，有黄色粘土充填和方解石脉穿插；中部为黄色粘土岩、灰绿～棕褐色薄层砂岩，粘土岩中含钙质结核或大小不等之砾石；下部为黄褐色砾岩，砾石成分主要为石英岩、脉石英，次为燧石及页岩碎块，砾径一般为3～4厘米，大者可达6厘米，磨圆度差。

（7）第四系（Q）

上部主要包含灰白色、棕红色及深黄色粘土层，粘土层之间夹杂若干层的含粘土砾石、砂砾及细砂层。中部主要包含流砂层、夹杂砂质的粘土层以及少量的砂砾层，其中流砂主要为黄褐色，少数为灰色或灰绿色。下部主要包含砂砾层以及砂砾（石）粘土层，其中夹杂少量暗褐色的铁锰化合物。底部为砾石层。本系地层厚度自北部丘陵区向南部平原区逐渐增厚，钻孔控制厚度为85.52～117.32米。与下伏地层不整合接触，与下伏掇刀石组或文峰塔组呈不整合接触。

4.结论

利用盐矿开采形成的采空区（盐穴）建设压缩空气储能项目，不仅可降低地质灾害和环境污染的风险，而且可变废为宝，实现废弃盐穴再利用，同时具备经济价值和社会价值。湖北云应地区拥有丰富的盐穴资源，通过分析地层特性可知，其地层稳定，在外部条件允许的情况下，非常适合建设压缩空气储能项目。

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第一作者简介：王韬，男，1982年12月出生，河北石家庄人。2004年毕业于华北电力大学物料输送及其自动化专业，高级工程师，从事电力设计及研究工作。

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