地热资源（精选11篇）
地热资源 篇1
地热资源集热能与水资源为一体, 由于其温度适宜且富含多种对人体有益的矿物质, 在采暖、洗浴、工业、医疗、养殖业等领域有广泛的应用价值, 是继太阳能和风能之后的一种重要的绿色能源[1]。位于山东省禹城市的地热田, 范围较大, 地热成矿地质条件有利, 热储层埋深适当, 水量较大、水温较高, 对保护环境、保持经济的可持续发展及改善人民生活质量都具有重要意义。目前已开发利用的地热井11眼, 成井深度1500~2200m, 取水层位主要为馆陶组、东营组热储, 单井涌水量在500~1200m3/d, 井口温度52.5~70℃, 年开采量达到190万m3。
1 地质背景
1.1 地质构造
禹城市在大地构造单元上属于华北陆块 (Ⅰ级) , 齐河-广饶断裂将其分为两部分, 北部地区位于华北拗陷区 (Ⅱ级) 、济阳拗陷区 (Ⅲ级) 、惠民凹陷 (Ⅳ级) 、临邑凹陷 (Ⅴ级) ;南部地区位于鲁西地块 (Ⅱ级) 、鲁中隆起区 (Ⅲ级) 、泰山-沂山隆起 (Ⅳ级) 、阳谷-齐河凸起 (Ⅴ级) [2]。
1.2 地层
禹城市位于济阳拗陷区和鲁中隆起区内, 济阳拗陷区地层发育齐全, 鲁中隆起区缺失古近纪、侏罗-白垩纪、志留纪、泥盆纪[3]。根据石油钻探和人工地震解译资料在3000m深度范围内的地层主要有古生界寒武-奥陶纪、石炭-二叠纪、古近纪沙河街组和东营组、新近纪馆陶组和明化镇组、第四系平原组。
2 水文地质特征
2.1 热储类型与热源
根据载热流体的储集空间类型的不同, 可将区内热储划分两种热储类型:1) 新生界碎屑岩孔隙-裂隙热储;2) 下古生界寒武-奥陶纪碳酸盐岩岩溶-裂隙热储。
热源主要来自地壳深处及上地幔的传导热。根据物探资料, 该区为莫霍面相对隆起区, 可从地球内部向地表传导相对较高的热流量, 有利于地下水升温。热储盖层为第四系和新近系明化镇组, 前者主要为粉砂质粘土和粘土质粉砂组成, 后者主要由粘土岩、粉砂岩互层构成, 热导率低, 粘土或粘土岩单层厚度大, 一般在2.0~50m, 是良好的隔水层和不透水层, 使热能得以保存和储集[4]。
2.2 热储层划分
在3000m深度内可划分5个热储层 (组) , 按热储的地层时代由新至老依次为:
1) 新近纪明化镇组下段孔隙-裂隙型热储层 (组) ;
2) 新近纪馆陶组孔隙-裂隙型热储层 (组) ;
3) 古近纪东营组孔隙-裂隙型热储层 (组) ;
4) 古近纪沙河街组孔隙-裂隙型热储层 (组) ;
5) 寒武-奥陶纪碳酸岩岩溶-裂隙热储层 (组) 。
根据区内地热资源开发利用程度及钻孔资料, 确定新近纪馆陶组热储、古近纪东营组热储和下古生界寒武-奥陶纪热储为本区主要热储。
2.3 热储层水文地质特征
2.3.1 新近纪馆陶组热储
新近纪馆陶组地层特征是粒度上细下粗。上部为紫红色泥岩、粉砂质泥岩夹浅灰色、灰色、灰白色细砂岩、中粗砂岩;中部为灰色细砂岩及红棕、灰黄色砂质泥岩, 下部以中-细砂岩层为主, 夹有紫红色砂岩及泥岩层。古近纪东营组岩性主要为褐色、暗紫色、红褐色粉砂岩、泥岩夹浅棕红色、灰白色中细砂岩层。该套热储层为本区齐广断裂以北重要开采目的层。热储层有多层含水层, 一般有20多层, 累计厚度可达200~300m, 属砂岩孔隙及孔隙-裂隙型, 孔隙度为25.6%~34.0%, 含水丰富, 矿化度及温度较高。
2.3.2 下古生界寒武-奥陶纪热储
主要是碳酸盐岩的石灰岩、白云岩类的岩溶-裂隙孔隙及岩石的古风化壳。岩性以厚层质纯灰岩、云斑灰岩为主, 其中奥陶纪顶部马家沟组灰岩主要有八陡段质纯灰岩、云斑灰岩;阁庄段泥灰岩、白云质灰岩;五阳山段的厚层灰岩、云斑灰岩[5]。马家沟组的八陡段、五阳山段灰岩质纯硬脆, 裂隙岩溶发育且连通性好, 富水性较强, 地热水矿化度3~4g/L, 水化学类型为SO4-Ca型, 受断裂构造性质及岩溶发育程度的控制, 单井出水量变化幅度大, 平均50~80m3/h。
2.4 传热导水通道
禹城市处于地震强度Ⅶ度区, 齐河-广饶断裂在该地热田中部通过。该断裂西起聊城-兰考断裂交汇处, 沿NEE向经禹城南、济阳北至广饶南, 向东延伸与益都断裂相交, 呈弧形展布, 是Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级构造单元的分界断裂。走向NEE, 倾向NW, 倾角60°~80°, 断距为1200~2000m, 为南盘上升、北盘下降的正断层, 北盘沉积了巨厚的新生界, 南盘则缺失古近纪。该断裂形成于中生代以前, 新生代活动性增强, 沿断裂带有间歇性的基性岩浆岩活动, 是规模较大的断层, 且区内还有临邑-惠民断裂、临南断裂等较大断裂存在, 是地下水的良好储集场所及地下水运移的良好通道[6]。
2.5 热储模型
本区属层控型低温地热田, 该地热田范围广大, 在垂向上将新近纪馆陶组、古近纪东营组和下古生界寒武-奥陶纪视为独立的, 上下均为隔水层、水平方向上无限延伸的储热层 (组) , 呈多层状;热储盖层分别为其上伏地层;热源主要为地球内部的传导热流;地热水的补给源为大气降水在周边山区形成的地表迳流的一部分通过山前断裂构造向深部地层渗透, 成为深部含水层的补给源, 此外, 各含水层之间有极其微弱的水交换活动。其热储模型如图1所示。
1.第四系, 2.新近系明化镇组, 3.新近系馆陶组, 4.古近系东营组, 5.古近系沙河街组, 6.石炭-二叠系, 7.寒武-奥陶系, 8.侧向补给水源, 9.深循环上升热流, 10.断裂部位集中热流, 11.均一背景热流, 12.地层不整合线.
3 地球物理化学特征
3.1 地温场特征
3.1.1 恒温层地温特征
根据区域研究成果, 该区域恒温层埋深一般在20m左右, 且变化不大。由区内机民井系统测温结果表明, 在禹城市南部伦镇、莒镇、李屯乡一带恒温带地温值较高, 一般大于14.0℃, 其余大部分地区, 地温值也较高, 一般在13.0~14.0℃。
3.1.2 地温梯度变化特征
地温梯度在水平方向上总的规律是南高北低、南北高中间低, 在齐河-广饶断裂两侧呈条带状。工作区仅在莒镇南部的司庄等区域地温梯度值大于3.6℃/100m, 莒镇的袁营、贾庄、杨集等区域地温梯度值在3.5~3.6℃/100m, 邵庄、安子、丁庄等区域地温梯度值在3.4~3.5℃/100m, 李屯镇、伦镇等区域地温梯度值在3.3~3.4℃/100m, 辛寨、药王、李怀泉庄、张庄、辛店北侧等区域地温梯度值在3.2~3.3℃/100m, 梁家、安仁、房寺等区域地温梯度值在3.1~3.2℃/100m, 在禹城市外围、十里望乡、善集、千户屯等区域地温梯度值在3.0~3.1℃/100m, 禹城市城区及周边地区地温梯度值较低, 在3.0℃/100m以下。因此, 本区地温梯度值在平面上的变化趋势与基岩的埋深具有明显的正相关关系, 在基岩埋藏浅处地温梯度略高, 在基岩埋藏深处地温梯度略低。
3.2 地球化学特征
地下热水化学特征反映了地下热水同围岩之间的溶解与溶滤作用, 同时体现了岩浆活动、大气降水入渗及含水层之间的补给等因素。据大量地质资料显示, 本地区矿化度在6~12g/L, 属咸水;p H值为7.2~7.5, 属中性水;总硬度 (以Ca CO3计) 为2561.65~2580.95mg/L, 属极硬水。地下热水中主要阳离子为Na+和Ca2+, 其含量大致为3250~3430mg/L和750~820mg/L;阴离子主要为Cl-和SO42-, 其含量大致为5150~6252mg/L和506~1672mg/L, 地热水水化学成分较为复杂, 但水平方向上的水化学组分变化甚微。按水化学类型定名原则, 该区地下热水普遍属于SO4·Cl-Na型水。
3.3 地热流体的年龄及成因
地热流体各组分之间的比例系数可以用来判断地热流体的成因, 常用的比例系数有γCl/γBr、γNa/γCl等。经计算区内地热流体γCl/γBr=2131.28, γNa/γCl=0.91, 这些系数都大于海水 (γCl/γBr=300、γNa/γCl=0.85) , 说明本区的地热流体具有大陆溶滤水的特征。
据同位素分析测试结果, 区内馆陶组地热水中δD‰平均含量为-64, δ18O‰平均含量为-9.1, 其D、18O关系点均稍位于中国大气降水线之上 (δD=7.7δ18O+7.5) 如图2所示。说明区内馆陶组地热水起源于大气降水[7], 后来在漫长的地质年代中, 接受下部地层中蒸汽的稀释作用。
区内馆陶组地热水的氚含量很低, 平均含量3.2±1.4Tu, 地热水中14C年龄为1.548万年。由于14C分析水样的采集过程或多或少地要与现代大气接触, 现代大气中的CO2进入所采集的水样中, 使所测年龄要远小于地下水的实际形成年龄。由此可见, 区内馆陶组地热水的形成年代久远, 其补给途径长, 迳流速度缓慢。
3.4 地热流体质量评价
经采用拉申指数法与腐蚀系数法对区内东营组地热水进行评价分析, 禹城市城区东营组地热水对金属具强腐蚀性, 对混凝土无分解性与结晶性侵蚀;地热水无碳酸钙、硫酸钙垢与硅酸盐水垢;热水含有多种对人体健康有益的微量元素, 其中溴、锂、偏硅酸达到矿水浓度, 锶达到命名浓度, 属锶理疗热矿水[8]。
4 结论
1) 禹城市地热田被齐河-广饶断裂将其分为南北两部分, 北部地区位于临邑凹陷 (Ⅴ级) ;南部地区位于阳谷-齐河凸起 (Ⅴ级) 。
2) 该区热储盖层为第四纪和新近纪明化镇组, 齐广断裂以北热储层主要为新近纪明化镇组下部、馆陶组、古近纪东营组地层;以南主要为新近纪馆陶组、下古生界寒武-奥陶纪热储层 (组) 。断裂构造是本区出现地热异常的主要因素。
3) 该区的地温梯度主要受构造控制, 禹城市城区地温梯度值相对较低, 区内地热资源较丰富。地下热水矿化度在6~12g/L, 地下热水普遍属于SO4·Cl-Na型水。
4) 本区地热水属大气成因, 具有大陆溶滤水的特征, 主要接受大气降水补给。其补给源除一部分为盆地沉积物形成时保存下来的沉积水和封存水外;另一部分为沉积物形成后, 在漫长的地质时期中, 由远近山区的大气降水补给。
参考文献
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思南县某地区地热资源评价 篇2
关健词：地热资源 评价 建议
中图分类号：P64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0249-01
1 区域地质条件
研究区地处贵州高原东部边缘向湘西低山丘陵和四川盆地过渡的中低山区，区内为中低山溶蚀及侵蚀地貌，思南县境内主要出露由老到新从元古宇至第四系，缺失泥盆系、石炭系、侏罗系、白垩系、第三系地层。根据1：20万沿河幅区域地质调查报告，该区域寒武系下统和震旦系地层存在，但在鹦鹉溪区域范围内境内未出露，实际上，从地热资源利用的角度上，寒武系下统高台组—石冷水组（∈2g-s）清虚洞组（∈1q）、震旦系灯影组（Z2d）为鹦鹉溪地热田的主要地热储层，其中震旦系灯影组（Z2d）热储层上部盖层为寒武系杷榔组（∈1p）组页岩及砂岩，下部隔热层为灯影组下部薄层粉砂岩及粉砂质页岩。
评价区以北北东向褶皱、断层为主。但总体上主要由两大体系构成。其一为北北东向褶皱断裂体系，向斜宽缓而断裂稀疏，背斜紧窄而断裂发育，具梳状褶皱特点，其形成可能和深部的逆冲断裂有关；另一为北东向走滑断层系，板桥向斜及龙洞背斜（塘头向斜、抱木寨背斜南延至图区部分），是区内在燕山期造山应力场作用下形成的一级褶皱构造，并派生有次级褶皱。
2 区域地热地质条件
从构造上，温泉分布于大塘坝断裂、鹦鹉溪背斜—思南白马洞走滑断束断裂复合处；地形上，多出露于地势较低的河谷中。出露地层为奥陶系桐梓-红花园组（O1t-h），均为碳酸盐岩。
热矿水储热构造由地热储层、地热盖层和地质构造（褶皱、断裂）三部分构成。
区域构造位置处于扬子准地台黔北台隆遵义断拱凤冈北北东向构造变形区，断裂及次级褶皱非常发育。
另外，根据温泉出露的水温、水量以及勘查工作进行程度，地热资源可利用量的计算大小，还具有地下热水水温较高，储量大，具备开采价值；具有较好的经济价值，即地热储层深度小于1000 m；勘查程度高等特点。
鹦鹉溪地热田，区域构造上位于南北向鹦鹉溪背斜、中坝狭窄背斜轴部与北东向思南白马洞走滑断束交汇复合部位，具备较好的储热及地下水运移条件。地热田东西边界均为志留系马脚冲组—秀山组页岩、粘土岩出露处，地热储层深度小于1000 m；北部至县界，南部至思南白马洞断束。背斜轴部出露地层为奥陶系桐梓组至红花园组灰岩（O1t—h）灰岩，温泉主要出露在背斜东翼与断裂交汇处。地貌上表现为峰丛沟谷或峡谷，储热层包括第一储热层和第二储热层，地下水经过热量交换以后，存储于热储层中，通过断裂及节理运移。由于在鹦鹉溪地热田地热地质条件中，第二储层即寒武系中下统地层出露地表面积较大，热量散失多，在开采过程中和浅层冷水混合后，水温较低，仅在断裂带部位热量集中，具备开采价值；而震旦系灯影组热储层为隐伏热储，上下隔热层保持较完整，因此，在鹦鹉溪地热田主要的热储为沿断裂分布的寒武系的带状热储和似层状热储即震旦系灯影组热储层。
地下热水径、补、排条件：地下热水补给主要来源于大气降水，通过背斜核部出露的寒武系娄山关组（∈3ls）、奥陶系桐梓-红花园组（O1t-h）灰岩下渗后，沿层面向向斜两翼流动，赋存于第二储集层中，热量散失较大。第一热储层的补给主要来源于较远处的同层补给以及第二热储层以越流形式向第一热储层的补给。在断裂发育部位，地下水向深部运动，进行热量交换。同样，沿断裂导热通道，在区域内以温泉的形式自流排泄或者地热井开发利用两种方式排泄。
3 地热资源评价
3.1 地热资源评价计算参数的确定
3.1.1 热储面积（A）
根据资料收集和野外实地调查情况，结合在地热异常区进行的剖面切割，通过结构剖面所揭露的热储层深度、平面分布，圈定热储面积，拟定-900 m标高作为水平热储边界。
3.1.2 热储厚度（H）
区内的主要储热层包括包括灯影组（Z2d）、清虚洞组（∈1q）、高台组（∈2g）、娄山关组（∈3ls）、桐梓组（O1t）、红花园组（O1h），岩性主要为灰岩、生屑灰岩、白云岩以及白云质灰岩。易被地下水溶蚀。地下热水主要储存，运移于断裂带及储热层中的溶孔、溶隙及断层裂隙中。该地热储层累计厚度达740 m，考虑到区内热储层厚度的不平均，热储厚度以700 m为准。
3.1.3 热储温度（tr）
根据鹦鹉溪温泉计算的热储温度以及钻孔监测的水温，区平均热储温度51.5 ℃。
3.1.4 热储岩石。水的热物性参数
（1）岩石、水的比热（CC）和密度（ρc）：主要是采用《地热资源评价方法》中的经验值。
（2）岩石孔隙度：勘查区热储岩层介质的孔隙度，引用《工程地质手册》第三版，取0.0053。
3.2 地热资源计算结果
3.2.1 地热资源量
根据上述评价方法，将各参数分别代入算式，求出各地热异常区的地热储积总能量。可利用量及折合标准煤的当量。该地区地热田地热水储层总体积46.34×109 m3，地热储积总能量12.95×1014 kcal，折合标准煤18.50×107 t，可利用能量1.94×1014 kcal，折合标准煤2.77×107 t。
3.2.2 地下热水储存资源量
根据算式代入参数计算，该地区地热田的地下热水储层总资源量为24.56×107 m3，按热储平均比热容和热储温度换算，地热水总能量为6.63×1012 kcal，相当于94.69×104 t标准煤的热能量；地下热水可利用储存量3.68×107 m3，可利用能量0.99×1012 kcal，折合标准煤14.20×104 t。
3.2.3 地热流体允许开采量
该地区地热田地热流体允许开采总量为206.12万 m3/a计算的地热流体允许开采量小于地热流体储存资源总量。
4 结语
论文重点分析了该地区热田的地热地质条件，并计算了全区热储存量，评价了可开采量。地热资源开发利用与环境保护，应遵循严格限制开采总量、控制开采强度，在选择项目的过程中优化配置，注重环境效应和社会效应，合理、高效的开发利用地热资源。
参考文献
[1]张梅桂，孙法德，谭世燕.地热资源及其科学利用[J].油气田地面工程， 2004（4）.
地热资源 篇3
地热水是埋藏于地壳岩石的孔隙、裂隙和溶洞中温度超过25℃以上的地下水。地热水资源属于有限制的可再生资源, 可以通过回灌达到原有的平衡状态, 如采取合理的开发利用方式, 则是一种取之不竭、用之不尽的清洁能源。鞍山市总面积9 251 km2, 辖海城市、台安县、岫岩县、千山区及城区。除台安县及城区没发现地下热水外, 其余地区均开发利用了地热水资源, 按其所处地质构造位置和分布上的特点, 划分为鞍山地热区、岫岩地热区。在鞍山地热区内, 由东向西, 依次建立了千山倪家台地热水保护区、汤岗子地热水保护区、海城市东四方台西荒地地热水保护区。
1 鞍山地热区地质概况
1.1 地 层
区内出露地层主要为太古界鞍山群和下远古界辽河群, 它们构成了本区的结晶基底。沿基底断裂带或山间盆地有中上元界青白口系、震旦系, 古生界寒武系沿积。在西部平原区, 尚有古生界奥陶系, 中生界株罗系、新生界第三系和第四系沉积。
1.2 岩浆岩
区内岩浆活动强烈, 以太古代和早-中侏罗纪花岗岩为主, 还有前震旦纪镁-铁质侵入岩以及晚期花岗斑岩、闪长岩, 煌斑岩等脉岩。
1.3 地质构造
大地构造位置处于华北地台上的3个Ⅲ级构造单元的交接部位。北侧为太子河凹陷, 南临营口-宽甸隆起, 西侧下辽河凹陷。Ⅳ级构造单元为鞍山凸起。由于多期构造运动的叠加, 区内构造复杂, 褶皱断裂构造均很发育。
1.4 水文地质特征
地热水主要赋存于千山花岗岩构造裂隙中, 各地热水区均沿寒岭断裂由东向西依次展布, 构成了近东西向的地热带。地热区地热水储存部位是第四系松散层和基岩构造裂隙, 地下水的补给方式以大气降水直接渗入补给和大气降水汇聚成地表迳流后再补给为主。
2 鞍山地热区地热资源评价
鞍山地热区包括千山倪家台地热田、汤岗子地热田和海城市西荒地热水区, 在估算各热田地热水资源量时, 对地热田基底顶板等深线, 等温线图及各热田地热井地温垂向变化特征进行分析, 同时结合鞍山市水利局提供的各地热区勘察实测数据, 从而确定各类参数。
2.1 地热水存储量计算
地热水储存量计算公式如下:
式中:W总为热储系统内储存的地热水总储存量, m3;W容为热储层演示孔隙中的地热水容积, m3;W弹为承压热储层弹性储存量, 即惹出在开采过程中, 由于减压后从热储介质中释放出来的热水量, m3;A为热储面积, m2;H为热储厚度, m;ϕ为热储层岩石孔隙度, %;μ*为热储层储水 (或释水) 系数 (无因次) ;h为热储层自顶板算起的承压力水头高度, m。
计算参数的确定是选取鞍山地热资源勘察所获取的实测数据, 在不能满足计算需要的情况下, 引用了鞍山地热区以往的各项地质勘查工作所取得的实测参数。从而计算得出倪家台地热田地热水存储量为1.528 8亿m3, 汤岗子地热田地热水存储量为1.511 3亿m3, 海城市西荒地热水区地热水存储量为2.116 0亿m3。
2.2 地热水可开采量计算
2.2.1 倪家台地热田地热水可开采量
采用稳定流平均布井法, 公式如下:
式中:Q开为地热田地热水可开采量, m3/d;A为地热田面积, m2;R为单井开采影响半径, m, 取倪家台地热水保护区单井开采影响半径为350 m;n为地热田布井数;Qi为单井地热水可开采量, m3/d, 取倪家台地热井可开采量38 m3/h为代表值。
通过公式 (2) 计算出倪家台地热田热水可开采量为2 978 m3/d。
2.2.2 汤岗子地热田地热水可开采量
汤岗子热田分为东、西两个热储, 两者之间在现勘深深度内无水力联系, 分别利用下降漏斗法计算设计开采量, 而后相加成为全热田的开采量, 按下式计算:
式中:Q允为推算的区域允许开采量, m3/d;S允为设计的区域漏斗中心允许水位下降值;a为区域内开采量等1 000 m3/d时水位下降值;Q开为区域实际开采量, m3/d;S为与Q开相对应的区域最大水位降深值, m。
选取汤岗子热田东部热储T1-1号、T2-1号、T3-1号井, 由于分布较为集中, 分别形成小漏斗。以井深当权, 计算各小漏斗的最大降深值的加权平均值, 作为东部热储的最大水位下降值, 各井开采量的代数和, 作为区域实际开采量。计算结果如表1。
西部热储以T4-1号井水位降深9.52 m当作实际开采量1 081.7 m3/d的区域漏斗最大水位下降值。分别计算西、东部热储地下水单位水位下降值a西=8.80, a东=31.49。
将计算出的a值, 代入下降漏斗法计算公式, 分别计算西部热储、东部热储设计区域漏斗中心允许水位下降值条件下的允许开采量, 如表2。
汤岗子地热区地热水开采量为东、西热储两者预测允许开采量之和, 为2 496.9 m3/d。
2.2.3 海城市西荒地热水区地热水可开采量
(1) 容积储存量, 计算公式如下:
式中:Vv为容积储存量, m3;V为热储体体积, m3;n为热储岩体的裂隙率, 取值为5%;A为楔形底面积, m2;M为楔形体高, m。
根据科研结果, 热储体形状为楔形体, 式中A为楔形底面积, 2.6 km2, 按地震法浅层水温异常, 土汞异常面积确定。M楔形体高, 以西荒地热水区推算的地热水循环深度选定, 取值2 600 m。
从而计算结果V=3.38×109 m3, 则Vv=1.69×108 m3。
(2) 弹性储水量。
因热田储热体形状认为是楔形体, 故取弹性储水量的一半作为西荒地热水区的可开采量, 为2.130 2×107 m3。当热储层的储水系数取值为1.005 6时, 计算热田可开采量为7.843 7×107 m3, 取其平均值为4.986 9×107 m3。
(3) 井孔水量的计算。
以实际试验资料 (依据各井孔抽水试验、放水试验实际资料) , 计算含水层井孔出水量, 如表3。
注:井孔过水段直径ф168 mm以上。
西荒地热水区与汤岗子热田之西部热储具有很强的相似性, 从而作比拟分析, 结果认为西荒地热水区单井开采量大于3 600 m3/d。
3 地热水开发利用现状及存在问题
鞍山地热区距市区很近, 开发历史悠久, 随着国民经济的发展和改革开放的深入, 开发利用地热水的投资渠道增多、规模更大, 现在已建成了以疗养、度假、培训、娱乐餐饮为主的综合性利用方式, 如表4。但在高度的开发利用过程中, 地热水资源遭到破坏, 对其可持续性造成了严重威胁, 存在以下问题。
(1) 通过评价计算得出, 倪家台地热田和汤岗子地热田的地热水开采量分别为2 978 m3/d和2 496.9 m3/d, 地热区的实际开采量高于评价得出的可开采量, 同时存在开采布局不合理, 开采井过于集中, 造成了当地地热水位持续下降。目前汤岗子地热区静水位每年下降近0.5 m, 倪家台热田水位急剧下降, 水量也明显减小。
(2) 技术资金投入不足, 管理手段有待完善。鞍山市地热水资源管理经费主要来源于征收的地热水资源费, 其主要用于工作人员的开支, 没有更多的资金用于管理与技术的改进, 导致在地热水的水量、水质、水位等基础数据的采集与处理还处在手工操作和人为决策的水平, 未建立起动态监测体系。
(3) 高效产业化水平不高, 热能资源利用率低。鞍山市部分地热企业生产工艺流程落后, 技术力量薄弱, 经营粗放单一, 竞争无序, 盲目追求高额利润。虽然加大了惩治力度, 但仍有企业不按规定开采, 不采取综合利用措施。鞍山市现有的地热水开发利用单位多局限于洗浴、养殖, 温泉及井采地热水一次利用后直接排放, 热能资源未得到充分利用。
(4) 地热尾水未处理, 造成环境污染。从鞍山市地热利用现状来看, 大多数的地热水用于洗浴, 热水用完后一般直接将其排入下水管道进入城郊排水系统或地表水体, 排放温度普遍大于35 ℃。
(5) 地热水回灌率低。由于鞍山市没有回灌系统, 采灌严重失衡, 引起热储层水位大幅度下降, 形成了水位下降漏斗区。
4 解决对策探讨
(1) 严格控制地热水的开采量, 执行倪家台地热田日取水量1 899 m3的批准水量, 汤岗子地热田由于考虑保护热矿泥资源, 应该控制在800 m3以下。倪家台热田开采井较为集中, 应采取间歇性开采, 避免同一时段集中开采。
(2) 争取各级政府部门对鞍山市地热水技术资金的支持, 完善和加强对不同层位地热水资源的水位、水量、水质、水温的长期监测工作, 从而及时掌握其在开采过程中的变化过程, 形成动态的监测体系。
(3) 应以可持续发展、开发与保护并重和统一管理为原则, 根据鞍山市地热水的用途不同, 以特色为依托, 建立多种管理模式, 见图1。以整合地热水资源, 高水平、高起点制定并严格执行地热水资源开发规划, 建立权威、高效、协调的地热水资源管理体制, 引导鞍山地热水资源开发向科学化和有序化发展。
(4) 鞍山市地热水在用水过程中, 应根据地热资源特点和周边地形环境条件, 确定地热水资源的开发利用形式, 适当增加对地热农业温室种植, 地热鱼塘养殖, 地热水供暖, 热泵技术利用等多样化、技术化产业的直接投入。对于单纯性的洗浴产业, 应提高经营门槛, 加大审批标准和监管力度, 对浪费严重和尾水污染巨大的经营单位, 予以关停和整顿。最终地热资源开发利用模式应以梯级开发、综合利用为主, 建成良性循环的地热开发体系, 见图2。
(5) 回灌工作应该作为鞍山地热区开发的重点。回灌可以减缓热储压力的下降, 可以利用热储岩石骨架的热量, 所以应尽早开展回灌实验, 从而达到生产性回灌阶段。
摘要：对鞍山地热区的3处地热田进行评价, 采用稳定流平均布井法、下降漏斗法、比拟法分别对各热田地热水开采量进行计算, 同时分析各保护区开发利用过程中存在的问题以及其他影响地热资源可持续开发利用的相关因素, 探讨性提出对策建议。
关键词：鞍山地热区,地热水评价,问题及对策
参考文献
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[2]刘时彬, 李宝山, 郑克棪.全国地热产业可持续发展学术研讨会论文集[M].北京:化学工业出版社, 2005.
[3]李莲花, 张建斌.地热水资源开发引起的环境问题分析[J].地下水, 2004, (3) :194-195.
[4]柳志国, 徐魏, 郑克棪.北京市小汤山地热田地热资源评价报告[R].北京:北京市地质工程勘察院地热工程研究所, 2005.
忻州奇村地热资源评价浅析 篇4
忻州奇村地热资源评价浅析
通过对忻州奇村地下热水资源进行地热资源评价、矿水水质评价及其热矿水腐蚀性评价的分析,得出要合理开发利用地热资源,使其经济效益发挥至最优.
作 者：李海军 LI Hai-jun 作者单位：山西省地质工程勘察院,山西太原,030024刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：200935(31)分类号：P641关键词：地热储量 地热资源 水质 评价
地热资源 篇5
水是人类宝贵的自然资源，而地热水指温度显著高于当地年平均气温或者高于观测深度的围岩温度的地下水。近年来，地热水资源作为一种清洁能源，在豫北地区，尤其是广大农村，已经被大量开发和利用。
分布特点及应用
地热水的形成，与所处的地理位置，区域构造，放射性元素产热，岩浆活动，地下水活动等有密切关系。地下水是一种良好的热能载体，在不断的运动中，通过吸收和释放热量，为围岩降温或升温，形成规模不等、形式各异的地热田。豫北地区位于华北平原，地热资源主要受板块内部断块凸起或褶皱隆起控制，地热田的分布具有多层性、面状分布的特点，单个地热田面积较大，可达几十平方公里甚至几百平方公里。
豫北平原地热资源区共有5个热水亚区分布，分别为安阳、汤阴-淇县、新乡、濮阳-延津、范县-台前。储热总面积约5680.06km2，地热资源总量113.14×1014kcal。地热水水温一般低于60℃，最高不超70℃，根据地热勘察国家标准GB11615-89规定，均为低温地热资源。
作为低温地热水资源，主要用于小规模集中供暖供热、游泳洗浴、医疗。在豫北农村地区，则以育种育苗、农业灌溉、温棚种植、水产养殖，洗浴为主。开发和利用这类地热水资源，可以在相当程度上减少燃煤和其他能源的消耗及其造成的污染，保护环境，节约资源。
资源浪费问题严重
豫北地区降水少，人口多，产业结构与水资源条件不匹配，高耗水产业多，农业灌溉效率低，用水量远远超出水资源的承担能力，水资源短缺的状况日益加剧。地热水作为一种新兴的清洁能源，具有资源的基本属性，即有用、有限、宝贵，并非取之不尽用之不竭。由于管理相对滞后，在地热水资源的开发和利用上，目前处于粗放式阶段，乱开、滥采、随意排放、资源浪费现象十分严重。尤其是广大农村，由于群众节水意识薄弱、水处理设施缺失、污水收集系统不规范，对水资源（包括地热水资源）的浪费更为严重，如洗浴这种高耗水行业。
地热水资源的过度开采和无序排放，容易产生的后果：一是由地下深处带到地表的一些化学物质（溶解性总固体，氟化物、铁、锰、硫酸盐等）会对地面环境造成污染，即地热水有害成分污染；二是地热资源衰竭；三是导致地面沉降，形成地震诱因。
相关保护措施亟须完善
为有效保护、科学开发利用地热水资源，需要完善相关措施：
一是完善相关法律法规，做到有法可依，有法必依，执法必严，违法必究。例如早在1999年4月云南已出台了《云南省地热水资源管理条例》。切实做到凿井先审批，取水有计划，用水需缴费，超采必处罚，坚决杜绝乱开滥采、浪费地热水资源的现象。
二是加大宣传力度，提高群众的节水意识。对高耗水行业安装电磁流量计，实现远程实时监控，落实阶梯水价，督促其采用节水设施，循环节约用水。
三是运用新技术，合理的工艺，提高地热水资源的利用效率，减少浪费。如洗浴行业，地热水可先供暖然后洗浴，洗浴污水经污水收集管道进入毛发聚集器去除毛发后，排放到含有熟石灰或漂白粉的沉淀池，经凝集澄清2小时，除去其中的悬浮物和肥皂，再用二氧化氯消毒，以杀灭污水中的致病微生物和菌群，再由水生植物塘进一步净化，达到农业灌溉水质标准，作为农业灌溉用水，最大限度发挥地热水资源的利用价值。
四是加强地下热水动态和地面沉降监测，有条件的情况下可采用人工回灌技术，既可保护环境，又能维持储层压力，同时也可以将热储固体的热量再次汲出，延长地热田的使用寿命。
地热资源 篇6
1 地热井情况
1.1 地热井位置
P1地热井位于阳高县平山村西, 属于阳—天盆地西北部, 阳高县城北东部, 处于云门山山前洪积扇上。云门山海拔1 958 m, 云门山前大断裂为大同—阳高弧形构造带的一部分, 属压扭性断裂, 西起大同北部的雷公山前, 经寺儿梁进入内蒙古后又沿着北北东方向折回阳高境内并延伸至天镇北山前, 形成绵延90 km的弧形带, 在山西境内延伸约35 km。该断裂在大同阳和坡、上皇庄一带走向120°, 倾角60°~80°。断层在山区与盆地交界处形成明显的断层崖及三角面, 在局部地区可见山前断层孤山。破碎带宽数十米, 断裂的下盘被松散层覆盖, 据物探资料推测, 在阳高境内断距大于1 000 m, 平山村一带断距400余米, P1地热井正好处于云门山前大断裂的压扭性破损带上 (见图1) 。
1.2 地热井揭露地层
(1) 地表砂土和砂砾石层 (0 m~2 m) , 厚度2 m。
(2) 卵石和砂卵石互层 (2 m~82 m) , 厚度80 m。
(3) 粗砂层 (82 m~93 m) , 厚度11 m。
(4) 粘土层 (93 m~107 m) , 厚度14 m。
(5) 砂卵石层 (107 m~116 m) , 厚度9 m。
(6) 卵石层 (116 m~130 m) , 厚度14 m。
(7) 亚砂土层 (130 m~132 m) , 厚度2 m。
(8) 亚粘土层 (132 m~150 m) , 厚度18 m。
(9) 卵石层 (150 m~178 m) , 厚度28 m。
1.3 地热井成井工艺
地热井钻探孔径600 mm, 下入管径为400 mm水泥管, 93 m以上地层全部封闭, 热储层岩性为107 m~130 m的砂卵石层及150 m~178 m的卵石层, 总厚度51 m, 盖层为93 m以上砂卵砾石层。
2 抽水试验
为了对地热井地热资源进行综合评价, 我们于2010年8月4日~2010年8月8日对地热井进行了3个降深的抽水试验。采用QJ3吋潜水热泵。水泵下入深度130 m, 水位采用电线、微安表测量, 水量采用水表计量, 水温采用热水温度计测量。静水位76.02 m。
2.1 第一个降深抽水试验 (S1)
2010年8月4日20点开始至6日6点结束, 历时34 h, 动水位稳定时间11 h, S=47.43 m, Q=45 m3/h, q=0.26 L/ (s·m) , 水温=104℃, R=0.15 m。
2.2 第二个降深抽水试验 (S2)
2010年8月6日21点开始至7日15点结束, 历时19 h, 动水位稳定时间8 h, S=29.68 m, Q=33 m3/h, q=0.31 L/ (s·m) , 水温=104℃。
2.3 第三个降深抽水试验 (S3)
于2010年8月8日1点开始至20点结束, 历时19 h, 动水位稳定时间14 h, S=17.05 m, Q=22 m3/h, q=0.35 L/ (s·m) , 水温=104℃。
根据3次抽水试验结果, 分别采用稳定流承压完整井流公式和非稳定流泰斯标准曲线配线法计算的参数见表1。
3 地热井单井产热量
其中, QK为单井可采热量, MJ/d;q为地热井单井地热能, MW;CW为热水的比热, J/ (kg·℃) ;ρW为热水密度, kg/m3;Q为单井涌水量, m3/d;tr为热水井井口水温, 104℃;t0为地热井尾水温度 (取当地年平均气温6.75℃) 。
单井产热能计算结果见表2。
4 地热资源评价
4.1 地热资源量动态评价
平山村一带靠近边山, 地下水流向近南北向。从P1地热井的单孔抽水试验资料看, 当抽水量为1 080 m3/d时, 降深为47.43 m, 影响半径为368 m, 在P1抽水的过程中, 地热水温度在5 min内即达到104℃, 而且在抽水过程中一直保持在这个温度。说明在抽水过程中深部高温热水上涌的速度足以使断裂带附近浅部混入的冷水温度迅速上升, 从而达到温度上的平衡。在抽水过程中距离P1孔304.12 m的P2地热井的水位始终没有变化。说明边山补给水量充分。而前人在5号 (P1南约800 m) 地热井中以2 268.72 m3/d量抽水时, 降深仅仅为3.2 m, 影响半径300 m, 说明这一带是地下水富集区。平山村一带渗透系数为0.662 m/d, 在P1孔附近水力坡度约为0.075;500 m以内变质岩热储层厚度120 m, 裂隙率6%, 松散岩类热储层厚度50 m, 孔隙率0.10, 则每天北部边界侧向补给地热田的水量为:
其中, B为北部边界进水面积。
可见边山对地热田的地下水补给量很大。在浅部地热井抽水的情况下, 由于浅部水压的减少, 补给深层变质岩热储层的地下水可通过边山断裂带向上越流运行补给松散层热储层, 这些都是这一带地热资源开发利用的物质基础。
4.2 地热水质量评价
地热流体质量主要指地热流体的物理性质、化学成分、微生物指标及能量品位。
本次地热流体质量评价结合开发意向, 根据有关的国家标准或行业标准进行综合评价。
4.2.1 地热水物理及水化学分类特征
P1地热井出口水温104℃, 属于中温地热资源。P1井地热水中Cl-含量为289.5 mg/L, SO42-含量为221.14 mg/L, Na+含量为356.51 mg/L, 为Cl.SO4-Na型热水。热水中Cl-含量、SO42-含量、Na+含量分别是平山二泉水的49.9倍, 7.7倍和15倍, 热水中氟含量2.4 mg/L, 矿化度达1 117 mg/L, 是基岩裂隙水矿化度 (二泉) 的3倍和4.5倍, 是浅层孔隙水矿化度 (22号) 的34.2倍和3.5倍, 说明随着地热水温度的增高, 热储岩石中元素的溶解度逐渐增加, 矿化度就越高;而越是远离断裂带, 冷水混入的越多, 水的温度就越低, 矿化度也越低 (见表3) 。
4.2.2 矿泉水评价
1) 饮用天然矿泉水评价。
分析资料显示P1地热水色度小于5, 浑浊度小于1, 无嗅无味, 锂含量 (2.21 mg/L) 、锶含量 (0.36 mg/L) 、偏硅酸 (191.13 mg/L) 、溶解性总固体 (1 183.7 mg/L) 4项超过GB 8537-2008饮用天然矿泉水标准, 尤其是锂元素含量较高, 各种限量指标及微生物指标均在天然饮用矿泉水的允许范围内, 所以P1地热水可以作为天然饮用矿泉水开发。矿泉水类型为含锂、锶、偏硅酸矿泉水。
2) 理疗天然矿泉水评价。
P1地热井的热水中Li, F, 偏硅酸和矿化度及温度达到理疗天然矿泉水水质标准, 为含Li, F, 偏硅酸温矿水。其他离子成分未达到医疗价值浓度 (见表4) 。
4.2.3 地热水结垢评价
本次参照工业上用锅垢总量来衡量地热流体的结垢性。锅垢总量的计算:
其中, S为水中的悬浮物含量, mg/L;C为胶体含量, C=Si O2+Fe2O3+Al2O2, mg/L;r为离子含量的每升毫克当量数。
锅垢总量Ho<125, 称为锅垢很少的水;锅垢总量Ho=125~250, 称为锅垢少的水;锅垢总量Ho=250~500, 称为锅垢多的水;锅垢总量Ho≥500, 称为锅垢很多的水。P1地热井热水中均未见悬浮物, 水质分析结果热水中Fe2+, Al2O2, Fe2O3等含量微乎其微。根据以上公式计算得Ho值均在125~250之间, 故评价区地热水均为锅垢少的水 (见表5) 。
5 结语
1) 阳高县P1热水井井深178 m, 出口温度104℃, 降深47.43 m时出水量Q=45 m3/h, 影响半径为368 m, 显示阳高县平山村一带具有浅埋藏型丰富的地热资源。且出口温度创山西省最高, 具有地热发电、地热供暖、地热疗养、地热养殖等多方面开发利用的巨大潜力。2) 阳高县P1热水井热水符合GB 8537-2008饮用天然矿泉水标准, 矿泉水类型为含锂、锶、偏硅酸矿泉水。所以P1地热水可以作为天然饮用矿泉水开发。3) 阳高县P1地热井热水中Li, F, 偏硅酸和矿化度及温度达到理疗天然矿泉水水质标准。为含Li, F, 偏硅酸温矿水, 作为洗浴用水具有一定的医疗价值。
参考文献
[1]GB/T 11615-2010, 地热资源地质勘查规范[S].
[2]GB/T 13727-200X, 天然矿泉水资源地质勘查评价规范[S].
魏县地热资源开发利用 篇7
地热是一种宝贵的矿产资源，与煤炭、石油和天然气等传统能源相比，具有洁净、高效、投资少、见效快和可持续利用的特点。
目前，邯郸魏县、大名等地地热开发混乱，并存在开采量过大、地热井间距过小等问题，严重破坏了地热资源的可持续利用。本文以魏县一小区为例，探讨地热资源的开发利用方式，对邯郸东部平原的地热资源开发利用具有借鉴意义。
1 基本概况
邯郸市东部平原地热资源丰富,根据有关资料,将邯郸地区划分出6个地热亚区,其中3处地热田,3处地热异常区。具体可分为邯郸—磁县地热田,广平—魏县地热田,大名地热田,鸡泽—曲周地热异常区,邱县地热异常区,馆陶地热异常区。如图1。
根据《河北省、北京市、天津市区域地质志》,魏县构造上处于中朝准地台(Ⅰ级),华北断坳(Ⅱ级),临清台陷(Ⅲ级),丘县断凹(Ⅳ级)。临清台陷位于河北省南部,凹陷面积广阔,形态不太规则,大致走向呈北北东向延伸。丘县断凹呈北东向条带状展布,东西宽约40km,南北长约87.5km,面积约3500km2。魏县位于丘县断凹南部边缘,四级构造单元图见图2。
2 区域地温场特征
区域地温场的水平变化特征是热异常区呈北北东向和长条状相同排列,与基底的凹凸,活动断裂与火山岩分布等有密切关系。
论证区附近分布有南和断凸,馆陶断凸、广宗断凸等。在凸起部位地热梯度一般为2.6～3.8℃/100m;而在凹陷部位,则反映为温度较低的地热场。本区所在丘县断凹属于温度较低地热场,其地温梯度一般为2.2～2.5℃/100m。
据区域地热地质资料,地热场的垂向变化特征总结如下:
⑴在基底高凸或开启性大断裂附近,一般均可出现地热梯度变化异常。
⑵地温在恒温带(深度25m)以下随深度增加而升高,各时代地层的地热梯度值分别是:第四系(深度500～600m)一般为2～3℃/100m;上第三系(深度为600～1200m)为3.0～3.7℃/100m;基岩顶部(深度1200～4000m)为3.09～4.15℃/100m;进入基岩内部后,地热梯度普遍降低为1.8～2.4℃/100m,在碳酸盐岩分布多为2～2.7℃/100m
⑶地热场的垂向变化,主要受构造因素控制,同时还受到地下水循环条件、地层岩性、岩层富水性、地层密实度等多种因素的影响。
⑷地层温度和地热梯度变化与地层内的载热流体(油、汽、水)性质无关。
3 区域热储层特征
上第三系明化镇组及馆陶组，属河流相沉积，砂岩中的热水水质较好，矿化度1-2 g/1。馆陶组的砂岩一般较明化镇组稳定，是本区内有开发利用价值的层段。
1、明化镇组热储层
为本区主要热储层之一，层厚一般为638-984m，上部为第四系覆盖，从含水砂岩发育特征分析，明化镇组热储层为半固结细砂岩及含砾砂岩，厚度较稳定，砂粒自下而上逐渐变粗。单层砂岩厚度10-15m，砂层平均厚度约700m，砂岩百分比30-45%；孔隙度为23-33.3%。
2、馆陶组热储层
为本区最重要的热储层，为一套中新世坳陷发育时期形成的红色砂泥岩建造，全区普遍沉积，部分区段缺失下部地层，沉积厚度一般为350-670m，一般从凹陷边缘向凹陷中心厚度递增，砂体发育，砂岩单层厚度大，一般为10-20m，累计砂层厚度290～601m，砂岩占整个剖面的13～41%，孔隙度为27-32%。现已开发利用的地热井基本取用本热储层热水，取水深度在1200～1800m之间，水量为1500-2000 m3/d，井口温度50℃-60℃，矿化度高，一般大于2.5g/L。
4 魏县地热资源单井可开采量
由于本区地热开发较晚，经验缺乏，借鉴《天津地区地热单（对）井资源评价技术要求》，单井可开采量应控制在最大降深不大于30m。
根据小区地热井抽水试验资料，该井静水位埋深25m，动水位埋深80m，水位降深为55m，出水量90m3/h，单位涌水量为1.63m3/h.m。计算方法：首先根据抽水试验资料求导出渗透系数，然后计算降深30m时的涌水量，即为可开采量。
式中：K—渗透系数，m/d;
Q—涌水量,取2160 m3/d;
M—含水层厚度，取135.5m;
sw—水位降深，55m;
R—影响半径，上第三系地热井间距一般不小于1000m，半径取500m;
rw—井的半径，据钻孔资料取0.07m;
代入公式计算，得
降深sw为30m时，R取350m，根据裘布依公式，地热井日开采量为
即50m3/h。
5 开采期排放的总热量
据康达地热井抽水试验资料，该井静水位埋深25m，动水位埋深80m，水位降深为55m，出水量90m3/h，水温为57℃，含砂量小于万分之一。
康达地热井开采热储层为上第三系馆陶组，地热资源较丰富，热储按50年计算，供暖期为120天，洗浴每天按4小时计算，全年折合为60天，所以每年开采180天，开采量为1200m3/d，计算热水井开采50年排放的总热量。
公式：Qw=B·Q采·ρw·Cw(tw-t0)
式中：Qw-热水井开采期内所排放的总热量（KJ）;
B-开采期限（d），取9000天；
Q采-热水井日采量，取1200m3/d;
ρw-水的密度(kg/m3),57℃热水取0.9845×103kg/m3;
Cw-水的比热(KJ/kg·℃),取4.2kJ/kg·℃;
tw-热水平均温度（℃），取57℃；
t0-恒温带温度(℃),本区取16℃;
代入数值得Qw=1.83×1012KJ。
6 热储层单位面积可采热储存量
计算公式：Qr=k·h·Cr·（tr-t0)
式中：Qr—热储层单位面积可采热储存量，KJ/m2;
k—热储层地热采收率，按《地热资源评价方法》（DZ40-85）规定，大型沉积盆地的新生代砂岩当孔隙率大于20%时，地热采收率定为0.25;
h.—利用热储层厚度，本区馆陶组利用热储层厚度取135.5m;
tr—热储层地热平均温度，取57℃；
to—地层常温带温度，本区取16℃；
Cr—热储层平均热容量（KJ/m3×℃），按下式计算：
Cr=ρc×Cc×(1-a)+ρw×Cw×a
ρc―岩石的密度，砂岩取2.6×103kg/m3;
ρw―水的密度，57℃热水取0.9845×103kg/m3;
Cc―岩石的比热，砂岩取0.879 KJ/kg﹒℃；
Cw―水的比热，取4.2 KJ/kg﹒℃；
a―热储层岩石的孔隙度，根据钻孔资料，本孔砂岩热储层平均孔隙度为25%；
7 地热井布井合理间距
按照热储层可采热储量与地热井开采50年所放总热量保持均衡的原理，计算地热井开采期排放总热量Qw所需地热田开采时的热面积F。
式中：F—热水井开采50年影响范围的地热田面积（m2）;
Qw—热水井开采50年所排放的总热量（KJ）;
Qr—热水井热储层单位面积可采热储存量（KJ/m2）;
代入数值得F=31..838125×1012×106=4.8×105m2;
将地热井开采时的影响面积视为圆形，计算该圆的直径即可求得布井合理间距。
据圆面积公式F=πR2，求得开采影响区直径R=390.88m。
综上，取水量为1200m3/d时，地热井开采影响半径为390.88m，合理布井间距是781.76m。
8 供暖方式
本小区供暖方式采用低温热水地面辐射供暖。低温热水地面辐射是以不高于60℃的热水为热媒，在埋置于地面以下填充层中的加热管内循环流动，加热整个地板，通过地面以辐射和对流的热传递方式向室内供热的一种供暖方式。
地面辐射供暖充分利用了传导和辐射的原理，它具有节省居室面积、节约能源、温度均匀、卫生舒适及运行费用低等优点。本区地热水温度一般为55～58℃，适宜本供暖方式。
地热水经水泵提升至井口经过除砂、除铁后，通过管道输送至小区热交换器，在换热站中，由微电脑温度控制器将一部分回水（35℃）与热水（57℃）混合后调温至45℃，然后由循环泵加压供出，经供水管输送至各住宅楼，其他回水用作小区清洁等，最终排入下水管道，进入城市污水管网。
9 单口地热井供暖面积计算
式中：Qn-采暖全年耗热量，GJ;
C-水的比热容，取4.2 KJ/Kg·℃；
ρ—地热水密度，根据《地热资源评价方法》（DZ40-85）,57℃时热水密度为0.9845×103kg/m3;
V-地热井供暖开采量，供暖期为120天，每天开采量为1200m3，则全年开采量为144000 m3;
T1-供水温度，57℃；
T2-回水温度，取30℃；
代入数值可得Qn=16076.4912 GJ。
式中：Qw-采暖设计热负荷，kw;
Qn-采暖全年耗热量，GJ;
n-采暖期天数，120天；
tn-室内设计温度，根据《地面辐射采暖技术规程》（JGJ142-2004），全面低温热水地面辐射供暖时，室内计算温度的取值可降低2℃，取16℃；
tp-采暖期室外平均温度，根据《河北省民用建筑节能设计规程》，邯郸地区取0.1℃；
tw-采暖期室外计算温度，取-7℃。
代入数值得Qw=2243kw
式中：F-供暖面积，m2;
Qw-采暖设计热负荷，KW;
q-采暖设计热负荷指标，W/m2，取经验值50 W/m2;
代入数值得F=44860 m2。
1 0 小结
地热是宝贵的矿产资源，地热供暖是国家重点发展项目，因此地热资源的可持续利用意义重大。本文通过计算魏县地热井日开采量、单口地热井可负担的供暖面积以及开凿多口地热井时合理的布井间距，希望对邯郸东部平原的地热开发有一定的参考意义。
摘要：在充分搜集邯郸东部平原地热资料的基础上,以魏县地热资源开发利用为例,探讨邯郸东部平原地热资源的开发利用方向。
关键词：魏县,地热,开发利用
参考文献
[1]河北省地热和矿泉水探矿权及采矿权申请指南.河北省国土资源厅,2009.
[2]天津地区地热单(对)井资源评价技术要求,2006.
地热资源测井评价与开发 篇8
地热资源按其成因和性质可分为火山型高温地热资源和非火山型中低温地热资源。而后者又可以分为盆地型地热资源和断裂构造型地热资源[1]。本文所讨论的热水井主要为与华北平原，属于非火山型中低温地热资源。
1 地热资源的形成及特点
华北平原的冀中坳陷，热异常面积可达上千平方公里。千米深的井水温可达50-80℃，单井日产水量上千吨，最高可达4000吨/日。
沉积盆地有利于地热水资源的形成。华北平原中部的大型沉积盆地的沉积层厚度大，其中既有由粗碎屑物质组成的高孔隙、高渗透性的储集层，又有由细粒物质组成的隔热、隔水层，起着积热保温的作用。大型沉积盆地又是区域水的汇集区，具有利于热水集存的水动力环境，使进入盆地的地下水流可完全吸收岩层的热量而增温，在盆地的地下水径流滞缓带，成为地热水赋存的理想环境，也是开发利用地热水资源的有利地段，尤其是在沉积物厚度大、深部又有粗碎屑沉积层分布的地区。
地热资源是一种资源的利用不受其它因素影响、对环境污染最小的可再生、可持续使用能源[2]。
2 地热资源测井评价
J热水井含水储层主要位于上古生代二迭系上石盒子组、下石盒子组、山西组和石炭系太原组。下面分别介绍储层参数的求取方法，然后对储层进行综合评价。
2.1 泥质含量
采用自然伽马来求取泥质含量。
式中：Vsh—泥质含量；
GRmin—泥岩层段自然伽马最小值；
GRmax—泥岩层段自然伽马最大值；
GCUR—经验系数，值为2。
2.2 孔隙度
采用声波测井来计算储层孔隙度。由于储层为泥质砂岩储层，需要做泥质校正。
式中：POR—有效孔隙度；
Δtma—骨架的声波时差值；
Δtmf—泥浆滤液的声波时差值；
Δtsh—泥质的声波时差值。
2.3 渗透率
当Vsh<0.2时，lg K=（-3.388+27.11POR）×10-3
当Vsh>0.2时，lg K=（-2.893+17.3POR）×10-3
式中：K—有效渗透率。
2.4 饱和度
应用阿尔奇公式进行饱和度的计算，m=2、n=2、a=1、b=1。地层水电阻率为Rw范围在0.11～0.41Ω·m。
2.5 储层评价
岩性主要为砂岩、泥岩以及少量的煤层和灰岩，井口温度为24.68℃。上石盒子组从岩性变化上可分为二段。
从测井曲线上看，第一段岩性主要是一大套砂岩夹少量泥岩。测井特征值：自然伽马值70-80API，为细砂和粉砂岩值，纯泥岩为100-125API，声波时差砂岩为230-250μs/m，求得孔隙10-13%，自然电位大部分砂岩为中-低幅度负异常，微电极反映砂岩具有一定渗透性，计算的渗透率小于1mD，但岩性以钙质胶结为主，从井温曲线读得本段地层温度为66.6-69.2℃。综合分析认为本段储层砂层渗透性好的储层较少，此段不宜产大量的水，见图1上石盒子组（第一段）。
第二段岩性为大段泥岩夹少量砂岩，储层较为分散。自然伽马砂岩处45-70API，声波时差230-250μs/m，求得孔隙10-13%，自然电位大部分为中-低幅度负异常，微电极反映砂岩具有一定渗透性，计算的渗透率小于10mD，局部有钙质夹层，本段地层温度为69.2-75.8℃。综合分析认为本段储层砂层渗透性好的储层较少，此段不宜产大量的水。
下石盒子组从测井曲线上看岩性为大段砂岩与少量的泥岩组成，储层集中。砂岩处自然伽马45-70API，声波时差为250-290μs/m，求得孔隙度13-21%左右，说明孔隙发育，自然电位呈高度负异常，微电极反映储层有较好的渗透性，计算的渗透率在30-130mD，从井温曲线读得本段地层温度为75.8-79.2℃。综合分析认为该段为本井最好的储层，具有开采价值，能产大量的水。
山西组和太原组岩性大部分为砂泥岩交互，局部夹有煤层。微电极反映岩性以钙质胶结为主，从井温曲线读得本段地层温度为79.2-89.4℃，该段未划分储层，不具备开采价值。
储层渗透性好，孔隙度大，岩性应以砂岩为主，含泥质少，地层温度较高，这样储层才具有开采价值。
3 地热资源开发
地热资源的合理开发与利用与改善人们日常生活息息相关。本文结合电法测井资料，提出合理化开采建议。
3.1 地温的初步计算
在常规测井中为了更加准确测得井温资料，一般在套管内测量，所以在未下套管时可以根据以下公式初步估算地层温度：
地层温度=该地区年平均地表温度+地温梯度*井的垂深/100。（地温梯度即垂直深度每增加100m地温的增加量，为地区经验常数）
3.2 结合测井资料下套管
一般在钻进过程中，在钻进至某一深度后为防止井壁垮塌应下表层套管。随后二开，如果钻进过程中遇到地层对钻具的剪切应力较大，在下套管时应下技术套管，以避免在开采过程中地层剪切力造成生产套管的破损或错段。最后结合测井资料确保生产套管下到人工井底以下10m以上。
3.3 固井及固井质量检查
在管柱下到指定位置后，进行固井作业。多层套管时则需要分期固井。每测固井结束，为确保下一步工作能够正常进行都要进行固井质量检查。根据测井资料确定固井一、二界面胶结是否完好及在目的层位是否存在窜槽。
第一界面：声幅值≤10%，胶结质量良好；声幅值在10-30%，胶结质量良好；声幅值≥30%，胶结质量差。第二界面：地层波墙、清晰，胶结质量良好；地层波较弱、可以辨认，胶结质量中等；地层波弱、难辨认，交接质量差。
3.4 射孔及投产
在确定固井质量良好的前提下，通过自然伽马准确校深后进行射孔作业。如果同时存在几个目的层，应先射开最下面一层。然后在层下下桥塞进行封隔，防止底水进入井筒。然后下入生产油管，下至目的层位，在层上下入封隔器。根据地层压力，在井口采用适当方式进行开采。
3.5 水样化验
抽取水样，到指定部门进行化学分析。根据化验结果将所开采资源投入到适应的环境中。
参考文献
[1]杨毓桐.地热资源的形成与评价[J].水文地质工程地质,1983,5:1-2.
[2]廖忠礼,张予杰,陈文彬.地热资源的特点与可持续开发利用[J].中国矿业,2006,15(10):8-10.
天津地热资源勘查及开发利用 篇9
天津市地处渤海湾, 为中国北方经济中心。而天津市是一个资源匮乏的城市, 随着滨海新区的开发开放, 资源匮乏在一定程度上制约着天津市经济的发展。地热资源作为一种可再生能源, 其开发利用可缓解天津市的能源紧张状况[1]。
在华北断陷盆地, 地下蕴藏着丰富的地热资源。天津地区的地热资源主要分布于宁河-宝坻断裂以南, 区内Ⅲ级构造单元包括一隆两坳, 即沧县隆起、冀中坳陷和黄骅坳陷[2], 见图1所示。通过普查, 在宁河-宝坻断裂以南, 天津地热资源分布面积达8700km2, 占全市总面积的77%。按盖层平均地温梯度大于3.5℃/100m划分, 共圈定了十个地热异常区, 10个地热异常区总控制面积2328 km2, 中低温地热资源是十分可观的[3], 见图2所示。
天津市地热资源按其赋存层位和特征划分为孔隙型热储和基岩岩溶裂隙型热储, 二者顶板埋深多在400~1000m和1000~1500m以下[1]。目前, 已勘查宁河-宝坻断裂以南、4000m以内, 热资源总量1497.266×1014千卡, 可开采量290.123×1014千卡, 相当于41.45亿吨标准煤, 29亿吨原油, 337409.891亿度电能。地热流体总储量8446.17亿m3, 可采储量85.41亿m3。
(二) 天津地热资源利用情况
二十世纪七十年代, 在著名地质学家李四光教授的倡导下, 天津开始了大规模开发利用地热资源, 至今已形成了研究程度最高、开发利用规模最大的“地热城”[1]。随着浅层地热能的推广应用, 目前, 天津地热开发利用已形成中低温地热能利用和浅层地温能利用相辅相成的综合立体开发利用格局。
1. 中低温地热能利用情况
天津地热资源广泛地应用于社会的诸多领域, 至2007年底, 全市共有地热井320余眼, 年总开采量2583.8万m3。地热资源用于建筑供暖 (占63%) 、居民生活热水 (占20%) 、温泉度假 (占7%) 、农业种植养殖 (占6%) 等领域[4], 如图3。
(1) 供暖:目前, 天津市有106家单位利用地热进行供暖, 供暖81.6万户, 面积1200万m2, 位列全国第一, 为天津碧水蓝天工程作出重大贡献, 节约原煤及减少污染气体排放情况如表1所示。图4为历年供暖面积和开采量情况。
(2) 生活用水:地热温泉惠及千家万户。目前天津市供居民生活热水9.5万户, 提高了百姓生活质量。由于明化镇组热储层地热水温度在42~72oC之间, 平均温度52.13oC, 加之水质良好。因此, 居民洗浴多利用明化镇组地热水。
(3) 其它方面: (1) 天津市有7个单位利用地热水进行水产养殖, 养殖面积达246.16亩, 品种有左口鱼、石斑鱼、罗非鱼、甲鱼、河蟹、白鲳、对虾等。 (2) 天津市主要有3个较大型农业基地单位利用地热水进行农业种植, 种植面积508.9亩, 品种有蔬菜、花卉、水果等。 (3) 天津市现有18个单位利用地热水开发康乐项目, 每年约有85万人享受温泉洗浴。 (4) 天津市有16个单位将地热水用于工业生产, 如洗涤、印染、空调等。
2. 浅层地温能利用情况
浅层地温能利用目前主要有三种方式, 地表水源热泵、地下水源热泵和土壤源热泵。据不完全统计, 天津地源热泵工程已达上百个, 供热面积达100万m2。我院设计的天津市古文化街地热热泵工程, 取得了很好效果, 其工艺流程如图5所示。
(三) 天津地热资源可持续开发
随着天津地区地热资源的不断超采, 热储层地下水位降至-40~-90m, 年降幅达6~9 m, 已形成了一个较大的降落漏斗。为了缓解热储水位的快速下降, 有必要加大对地热资源的回灌。进行地热尾水回灌将有利于保持热储压力, 补充地热存储量, 而且可以防止地热尾水排放污染环境, 如图6所示。
通过多年回灌试验研究, 基岩裂隙型热储回灌问题已基本解决, 基本上实现了对井的地热利用尾水全部回灌, 但砂岩热储回灌问题依然存在, 主要体现在回灌量偏低, 回灌持续时间短[5]。因此, 天津地区的地热回灌井主要为基岩裂隙型热储的回灌井, 截至2007年, 天津市各热储地热回灌井数量分布如图7所示。
地热回灌规模仍然偏小, 但整体上地热回灌率呈增长趋势, 如表2和图8所示。为了实现地热资源的可持续利用, 针对基岩裂隙型热储和孔隙型热储的特征及实际情况, 提出提高热储回灌量的建议如下:
1. 基岩裂隙型热储回灌:
(1) 资源整合和补建回灌井的实施; (2) 实施集中回灌, 增加总体回灌量; (3) 加大回灌监测工作, 进行压力场、温度场和水化学场变化预测。
2. 孔隙型热储回灌:
(1) 地质条件的研究 (物性、岩性) ; (2) 地面回灌系统及施工技术的研究, 保证系统密封性; (3) 成井工艺以及优化布井等优化技术创新, 寻找到热储回灌衰减的原因。
(四) 地热开发存在的问题及工作展望
1. 地热开发存在的问题:
(1) 部分区域水位下降速率过大、地热流体枯竭速率过快, 引发一定的环境地质问题。 (2) 地热回灌规模仍然偏小, 特别是孔隙型热储回灌量更小, 存在回灌堵塞的问题。 (3) 利用方式不够合理, 地热利用率偏低, 排放温度过高, 能源浪费现象严重。 (4) 部分地区地热资源勘查滞后于开发, 随着开采强度的提高, 以往勘查成果已不能满足现在的利用需求。a) 各个地热田地热资源储量计算中有重复。b) 各个地热田地热资源储量的评价方法不一致。c) 勘查研究方法有待于进一步提高。
2. 下一步工作重点:
(1) 地热空白区、地压型地热田以及深部地热勘查 (勘查方法:综合物探方法及化探、钻探等) , 各热储层勘查研究细化。 (2) 地热开发环境保护以及地热可持续开发研究 (热储回灌、环境地质问题研究、尾水处理等生态环境影响研究) , 其中地热回灌是实现可持续开发的关键。 (3) 浅层地温能的进一步推广应用。 (4) 加强地热勘查、利用研究工作中的技术创新, 积极引进和开发应用新方法、新技术、新工艺。
参考文献
[1]林黎, 等.天津地热资源可持续开发利用对策[J].北京:中国国土资源经济, 2005, (12) :7-10.
[2]陈墨香.华北地热[R].北京:科学出版社, 1998:89-106.
[3]胡燕, 等.天津市地热资源可持续开发潜力评价[Z].天津:天津地热勘查开发设计院, 2007.
[4]曾梅香, 等.2007年度天津地下热水动态监测年报[Z].天津:天津地热勘查开发设计院, 2008.
地热资源 篇10
【关键词】地下热水；开发利用；环境问题；防治措施
Super mining， analysis of the environmental problems caused by irrational use of geothermal resources
Jiang Guo-fan
（Bureau of geology for nuclear industry of Jiangxi province 268 battalionYushanJiangxi334700）
【Abstract】This paper describes overdraft， irrational use of geothermal resources caused by main environmental problems： earthquake， ground subsidence， geothermal resources， geothermal water pollution harmful ingredients， temperature changes. And puts forward some suggestions.
【Key words】Geothermal；Exploitation；Environmental issues；Preventing and controlling measure
1. 引言
（1）中国是一个地热资源丰富的国家，我国地热资源占全球的7.3%，总能量为11×106EJ/每年，高温地热资源（热储温度≥150°c）主要分布在藏西、滇北、川西、以及我国台湾省。中低温地热资源几乎遍布全国各省、市、自治区。地下热水作为水资源，它广泛应用于工业、农业、与人民生活，在工业生产上主要用于发电、纺织、印染、造纸、和皮革加工处理等，农业上也有广泛的用处，在温热带地区用热水育苗、育稻、灌溉农田、可以提早成熟，甚至可以实现改单季稻成双季稻，扩大复种面积，增加粮食产量，此外还可以利用地下热水温室种菜，可以把地下热水应用于孵化、养鱼、种植蔬菜、花卉、鱼苗越冬以及农产品的蒸馏、干燥等方面。
（2）在人民生活方面，地下热水含有丰富的有用元素和组分，如：硒、溴、硼、锂、镁、钽、氨、芒硝、钾盐、重水等，有时含量很高，有极重要的提取价值。因此，可以把地下热水看成上各种成分的矿产，有的地下热水含有不同数量的微量元素和气体成分，有很高医疗价值，饮用或淋浴，可以治疗多种疾病，如关节炎，一些皮肤病等。另外，还可以进行地热采暖、地热洗浴、游泳等。因此，地下热水的综合利用是大有作为的。但事物都是二方面的，有利也有弊，虽然地下热水资源的利用十分广泛，但由此而引发的一系列环境问题也不容忽视。
2. 地热能的利用
2.1地热能发电。
地热能发电是我国地热能利用的最重要方式，高温地热流体会首先考虑应用于发电。发电就是把地下热量转化成电能，它既不用锅炉和燃料，又不污染空气，也不象原子能那样具有放射性，同时成本低廉。我国地热发电始于20世纪70年代初，如：我国已经于1970年在广东省某地建起了第一座试验电站，利用100°C左右的地下热水，采用减压扩容法进行发电成功，同时天津还试验成功了中间介质发电，利用60°C左右的地下热水，河北怀来于1971年建立了我国第一座中间介质（氯乙烷）地热电站。目前我国地热发电装机容量在世界22个国家中排名第14名。
2.2地热直接利用。
进入20世纪90年代，随着环保意识的增强，我国地热兴起了直接利用新高潮，尤其在北方地区加大了以地热供热（采暖的生活用水）为主要开发力度，从而减少了有害气体的排放，并取得了明显的综合效益。地热直接利用要求地热水温度较低，中低温度的地热资源都可以直接加以利用。近年来，北方地区的地热供暖，特别是城市供暖发展迅速，天津、北京、西安等地有在热的城市申请开发地热的企业越来越多。总之，我国中低温地热水利用已经有采暖、育种育苗、花卉栽培、水产养殖、洗浴、医疗、孵化、养鱼、游泳、皮革加工、食品加工等20余项，名目繁多。但是，在充分利用地热资源的同时，也给环境带来了负面影响。
3. 超采、不合理利用地热资源对环境的影响
3.1地震。
地热异常区多数是现代火山、近代岩浆活动地区或近代地壳运动活跃地区。地热资源开发一般发生在自然断裂通道和活断层上，即地热资源开发大部分在区域地震活动性强的地区内进行。地热水是地球整体的重要组成部分，具有缓冲地基岩石板块应力的作用，并承受和分散地表压力。在山脉地区和城市高层建筑密集区域，地表压力尤其巨大，因此，该区域的地下热水受到的破坏程度，将直接威胁到此类地带的地理稳定性。对地下热水体的大规模开采和利用会造成浅表地下水体水位下降，而大气降水的补充不一定能够填补这方面的缺失。当地热水体被过度开采后，导致大地的稳定性受到破坏，这将诱发地震。王卫东等科学家研究了西安及其附近地区自1976年以来该区域的地震活动，得出西安地区的地下热水过度开采引起了西安附近地区地震活动性明显增强。
3.2地面沉降。
3.2.1引发地面沉降的原因有很多，从地质因素看，自然界发生的地面沉降大致有下列3种原因（1）地表松散地层或半松散地层等在重力作用下，在松散地层或半松散地层变成坚硬或半坚硬岩层时，地面会因地表层厚度的变小而发生沉降，（2）因地质构造作用导致地表凹陷而发生沉降，（3）地震活动导致地面沉降。从人为因素看，主要包括开采地下水、油气、地表荷载增加等。造成我国地面沉降的原因主要是地下水的长期超量开采。在一些蕴藏大量地下热水资源的沿海地区，多沉积巨厚的松散层，其颗粒较细，结构复杂，由于大量开采地下热水，引起了孔隙水压力降低，和有效应力的增大，致使含水层被压缩，颗粒接触面积增大，孔隙度缩小并释水，与此同时，含水层的水则因减压而有少量膨胀，孔隙度减小释水，产生弹性变形，当含水层中的水压恢复后，骨架能复原，只形成暂时性的地面沉降。粘土性空隙度大，孔隙微小，主要含结合水，当含水层与粘性土之间的水头差足以克服水和颗粒之间的结合力时，水便从粘土层中排出，释水时空隙被压缩，使粘土矿物颗粒接触面积变大，颗粒间发生相对位移，孔隙结构被破坏而发生塑性变形。当含水层水压恢复后，只能使粘土层压缩的孔隙中水压升高，从而其孔隙度、给水度、渗透系数等水文地质参数不能恢复到原始状态，形成永久地面沉降。地下热水开采量逐年增加，抽取地下热水引起的水位下降，地层孔隙水压力减小，有效应力增加，降低了地下水的向上的浮托力，含水层厚度因上覆荷载的压力而变小，逐惭压缩压实，从而使原来的一个稳定的受力平衡得到破坏，为了得到新的平衡，地面就产生了相应的能量输出，必然引起地面沉降。比如：大量抽取地下热水，会导致局部范围的地面下沉，带来道路毁坏，地下管道破裂、水利设施和地面建筑物破坏的后果。
3.2.2新西兰陶波湖北部的怀拉基地势发电部，因耗费了大量的地下热水而发生地面下沉，下沉范围直径约1000米，自1958年以来已下沉6米，平均每年下沉约15厘米。我国天津市有三个地热区，也出现了地面沉降，有的下沉超过1米。福州市在60年代地面沉降量小于20mm/a，70年代地面沉降量在25～33mm/a之间，到了二十世纪八十年代地下热水抽取量不断增加，到了90年代初已经大大超过规定最大开采量9800m3/d，地下热水抽取量的增加又得不到及时补偿，形成抽取量与补偿量之间的差额，因此水位下降漏斗迅速形成，地面沉降量也增至50mm/a。
3.3地热资源衰竭。
地热资源和别的资源一样，不是取之不尽用之不竭的，过度不合理的取用热储层的地下热水静储量资源，支出大于收入造成热储层的地下热水严重亏损，地下热水水位下降是它的外部表现，热储层的地下热水资源衰竭才是它的本质。而地下热水的衰竭是一个难以弥补的损失。如：美国得克萨斯州和新墨西哥州高原的奥格拉拉地下热储层的地下热水，可采地下热水量300亿立方米，截止1981年已经抽取了60亿立方米，每年抽取6～12亿立方米，抽取量超过了天然补给量50倍以上，据估计，即使停止抽水，依靠天然补给也要几千年才能恢复。
3.4地热水有害成份污染。
地热水的形成一般为大气降水经过地下深部循环，与围岩进行化学物质交换，围岩中的各种化学组分进入水体，使地热水中含有对环境有害的常量成分、微量成分及放射性成分，包括H2S、CO2、铅、砷等。在开发利用地热水时，不仅破坏了天然的水量均衡，有时也破坏了天然的水质均衡（盐均衡），使之朝差的开采的方向发展。如果盐均衡朝着水质淡化的方向发展，水质一般不会发生变化，如果盐均衡朝着水质咸化某些有害成分不断积累的方向发展，而且这种发展超过允许的限度时，就会导致严重的水质恶化。
地下热水水质恶化的原因：
（1） 由于过量开采地热水，使水动力条件发生变化，导致不同含水层发生水力联系，好水和坏水发生混合，引起水质恶化。
（2） 由于开采地下热水出现了新的补给源，如果新的补给源的水质不好，渗入补给开采层后，可使流向开采井的地下热水水质恶化。
（3） 滨海地区或内陆濒临咸水区大量开采淡水，由于咸水入侵导致水质恶化。尤其是在咸水区内开采淡水透镜体的地下热水时，若开采水位下降过深，则将严重破坏地热水和咸水之间的平衡状态，导致地热水咸化。
（4） 开采井的工艺不合理，没有对水质不良的含水层采取止水封闭措施或封闭不严密，导致地热水和坏水混合，使水质变坏。
（5） 取水工程材料的腐蚀作用也可以使地热水水质变坏。如：水中的氢离子与井管或过滤管的铁发生置换反应，产生锈蚀现象，使水中的铁质增加，地热水水质变坏。
3.5地温变化。
3.5.1通常地温随着深度的增加有明显的规律性变化，随着深度的增加，温度也越来越高。在较浅的地层内，地热增温级增幅比较明显，在中深部地层内地热增温级增幅相对较小，并且随着深度的增加，温度增加的速率在逐渐变慢，地热增温级逐渐变大。在浅表的地层中，地下水的运动对浅表地层的地温变化起着决定性作用。当降雨渗入地下并形成地下迳流时，地下水对浅表地层起降温冷却作用，形成近地表地层低温区或低温带。当水在近地表运动时，由于其导热率或热容量都很大，极容易影响和控制岩土层的地下温度，对地温变化起决定性作用，使地温保持在一个比较低的温度水平上，并且处于动态平衡。当地下水超采后，由于地下水水位的大幅下降，会使上覆的松散岩土层因失去水这个冷却剂而形成采空区，并且打破原来的水温和地温的动平衡，使地温升高。据调查，由于地下水位的大幅下降，无水地层的温度一般升高3°～5°，最高可达10°。
3.5.2地温变化可能引起很多问题：（1）在一些地区由于平均地温春、夏、冬普遍升高，在冬季一些越冬害虫的繁殖能力成倍增加，虫害明显增加。如南方的烟草根结线虫，本来在冬季越冬基数很小，活动也受到一定的限制，在地温增加的情况下，可以大量繁殖，（2）近地表地温的上升，也会进一步加速扩散土层的干燥过程，在地下水被疏干的地层中，土的含水量急剧下降。在干旱季节蒸发能力增强，这对北方干旱平原区来说本来就干旱的土层更加不利，使土层中的一些作物生长所需的微生物失去活力，同时降低了土壤和土层中的有机肥料的含量，影响农作物的生长。
4. 建议和防治措施
合理开发利用和保护地热水资源，保障地热水资源的可持续利用，可以采取相应的措施：
（1）成立领导和管理地热水资源的统一组织机构，加强管理，建立健全合理的开采制度，对开采地下热水企业必须要拟定出地下热水资源定时、定量开采和限制开发深度，免于枯竭和污染的措施，否则禁止设计、施工和投产。在集中开采区加强对地热水开采动态的监测及对地热水情况的预报工作。
（2）扩展新的开采层：在水文地质和经济技术条件许可的情况下，可在水源地范围内增加新的开采层或新建水源地，减少原有取水工程的开采量，以控制地热水水位下降。
（3）对好的地热水和坏水相间的含水层要采取分层开采，成井时要做好严格有止水工作。
（4）合理控制地热水的开采量和水位降深，避免夺取水质不良的地表水或相邻地下水。对开采区和降落漏斗范围内工业废水和生活污水的排放渠应采取防渗措施。
（5）在濒临咸水区的地热水区打井时，应注意选择合理的井距、开采量和水位降深，防止咸水倒灌。
（6）根据地热水水质采用不同的耐蚀材料。
（7）本着综合利用，兴利除害的原则，加强对工业"三废"的治理是防止地热水污染的根本办法。
（8）城市建设必须充分考虑地热水区水文地质条件，全面规划，合理布局。新建或扩建供水热水源地应该尽可能选在地热水上游的补给区，对于易引起污染的工厂、企业应尽可能布置在远离地热水源的下游区。
（9）建立地下水监测站网，进行地热水动态（尤其是水质动态）长期观测，开展对地下热水污染的调查研究，以便及时发现问题和采取措施。
（10）加强对地热水资源的保护和管理。
（11）对于热污染，尽量采用梯级多次利用热资源，提高热水的利用率，降低排放热水的温度，也可以通过回灌的办法，但需对尾水进行处理，使之符合回灌水的水质要求，不造成二次污染。
（12）综合开发利用，提高地热水资源利用技术和利用水平，合理规划井点，优化开采模式。
参考文献
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安全、稳定、可再生的地热资源 篇11
关键词：安全,可再生,干热岩,回灌
随着中国经济的快速发展, 对矿产资源需求不断增长, 供需矛盾日益突出, 进口量逐年提高。从2007年年末开始, 由于国际石油价格的上升, 作为石油的替代能源, 中国的煤炭价格就出现了持续攀升的态势。另外, 由于连续多年的过度开采, 导致占中国能源消费70%以上的煤炭, 可开采量也在迅速下降。
为了缓解上述矛盾, 促进经济、社会的可持续发展, 一方面要求我们积极响应党和国家大力发展循环经济, 加快建设节约型社会的号召。开拓进取, 在节能、节水、资源综合利用等方面做出不懈的努力;另一方面要优化结构, 发展可再生能源。地热能源是一种清洁和可靠的能源, 具有巨大的潜力, 可以用来部分取代常规煤炭、石油、天然气资源。地热能源总蕴藏量远大于世界各地所有石油和铀储量。地热能源将变得越来越重要, 增强地热能源的研发, 刻不容缓。
1 地热能源介绍
在地球表面下80~100km深度, 高粘度熔岩的温度为650℃和1200℃, 在近地心处估计为4000~6000℃。这种以热力形式存在的能量, 是引发火山爆发及地震的原因, 是一种由复杂的地质构造活动而形成的巨大的自然能源。地热能源遍布全世界, 尤其是在一些发展中国家贮藏量丰富。
2 地热发电站
地热发电站是指利用地下热水、蒸汽或高温岩体作一次能源的发电站。分蒸汽型地热电站和热水型地热电站两种, 前者直接利用地热井喷出的过热蒸汽送入汽轮机驱动发电机发电;后者则利用地热井涌出的汽水混合物或热水, 通过闪蒸系统或双回路系统发电。
现在全世界有24个国家建设了地热发电站, 2005年初统计资料显示, 全世界地热发电装机总量为9169.2MW, 目前运行容量为8000MW。比2000年增长了12%;2003年地热发电总量为57000GWh, 比2000年增长了15%。地热电站的建设有望替代传统高能耗的火力发电厂。而根据专家的估计全世界火山地带可以被开发和利用的地热资源达到80000MW。仅印度尼西亚火山地带就蕴含了19000MW可开发的地热资源, 如果投入足够的资金, 这些能源将在今后的10到20年内被充分利用。
3 地热能源的优势
3.1 成本优势。
随着国际原油的价格不断上涨, 运输价格逐年上升, 大力发展地热发电给国家经济发展和人民生活水平提高提供了一种廉价、可靠并且环保的发电方式。据文献记载, 俄罗斯堪察加半岛人民利用当地地热资源满足了95%工农业用电和居民生活用电、取暖。
3.2 环保优势。
在过去的十年, 人们越来越关注日益耗竭的石油资源, 但是, 现在人们更加关心的是使用石油资源带来的巨大环境代价。尽管已经采取了一系列措施减少石油燃料的废气排放, 但是, 在提高使用成本的压力下, 对于废气排放的处理没有广泛应用, 尤其是在发展中国家更加明显。
3.3 综合应用的优势。
地热资源除了应用于发电, 还可以广泛应用于生产、生活的许多领域。随着技术的成熟, 地热资源应用于地热供暖、浴疗保健、种植、养殖等方面。这其中地源热泵应用最多, 它是一种利用地下浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。这些优势是其它资源无法比拟的。
3.4 可靠性、稳定性优势。
人类自远古就懂得利用地热资源, 比如利用天然温泉做饭和洗浴。意大利是世界上第一个利用地热发电的国家, 1913年, 第一座装机容量0.25MW的电站在意大利托斯卡纳地区建成并运行, 标志着商业性地热发电的开端。到1940年装机容量达到130MW。北爱尔兰、新西兰的地热电厂建于1958年, 美国加利福尼亚地热电厂建于1960年, 这些电厂已经商业化运作了多年, 这充分证明地热资源是一种可靠、安全的新能源。
3.5 可持续性优势。
从地质学观点来看, 地热资源的产生贯穿于整个地质带。伴随着岩浆体侵入, 形成的时代持续了约1000000年。一个深度为4000m的酸性岩浆侵入体, 如果它的体积为1000km3, 初始温度为810℃, 则要使其中心温度降低到300℃, 大约需经过几十万年。可见地热的扩散是非常慢的。也就是说, 地热资源一定程度上可以被认为是可再生能源。从理论上看, 即使是最小的再生率也可以保证地热能源利用数万年。
冰岛地热界对于地热资源的可持续利用采用了如下的定义:“每一个地热系统都存在某个最大的能量产出率E0, 决定于地热系统的开采方式。产出率低于E0, 地热系统将能维持很长时间 (100~300年) 产出率不变。如果产出率大于E0, 地热系统则不能保持这一时限。地热能产出率低于或等于E0称为可持续生产;而产出率大于E0称为过量生产。”可持续生产的最大产出率高低决定于生产的方式, 这就是说, 一处具体的地热资源的可持续生产的最大产出率高低会受到资源管理情况的影响。当然, 在商业性发电过程中, 往往考虑到经济利益, 开采率高于能源再生率。这样使得地热能源有了开采周期。但是, 通过优化最大的可持续资源使用量水平等政策措施, 增大向热储层回灌等技术手段, 在适度开采的条件下能够长期维持一定的发电量。
美国、欧洲和日本的研究重点是如何从含水量少的岩石地带开采热能。大部分地热能都储存于岩石中, 称为干热岩。干热岩的储量十分丰富, 它所储存的热能约为已探明地热资源总量的30%, 比蒸汽、热水和地压型资源要大得多。目前, 一些发达国家已进行干热岩的开发研究和试验, 其过程是将水通过压入泵压入地下4~6km深, 在此处岩石的温度大约在200℃左右, 水在高温岩石层被加热后通过管道加压再提取到地面并输入一个热交换器中。热交换器通过推动汽轮发电机将热能转化为电能。具有经济价值的热岩开发主要指埋深在3000~5000m、温度较高的岩体, 主要用于发电。这对于多火山、高温岩体资源丰富地区的开发更有意义, 前景诱人。近年, 经过法国、荷兰及欧盟多国能源专家的努力, 在法国东部阿尔萨斯高温 (200℃以上) 花岗岩地区已实现了利用干热岩发电的梦想, 成为地热发电史上一个里程碑。
总之, 全球严峻的能源形势以及使用常规能源所带来的环境问题促使世界各国努力寻找新的替代能源来构建多元化能源结构, 以保证本国能源安全。地热能以其清洁和储量丰富的特点正吸引着越来越多的国家关注, 开发利用地热能极具战略意义。
4 地热发电尚存在的主要问题
从地质学观点来看, 地热资源的产生贯穿于整个地表。目前, 地热发电市场保障机制还不够完善, 没有形成质带。伴随着岩浆体侵入, 形成的时代持续了约1000000连续稳定的市场需求。没有建立起强制性的市场保障政策。一个深度为4000m的酸性岩浆侵入体, 它的体积, 无法形成稳定的市场需求。可再生能源发展缺少持续为1000km3, 初始温度为810℃, 则要使其中心温度降低的市场拉动, 致使我国可再生能源新技术发展缓慢。同时到300℃, 大约需经过几十万年。可见地热的扩散是非常的缓慢。地热发电还存在以下一些问题:伴随着地热发电, 地热资源在一定程度上可以被认为是水大部分被直接排放, 造成水体超标污染。从理论上看, 即使是最小的再生率也可以保证地产开采后, 有许多热储工程参数的监测不符合要求;地热热能源利用数万年。井的回灌、结垢、设备腐蚀等问题从地热利用开始的那一天就一直存在着, 目前尚未全部解决, 这些问题的更好解决是今后地热事业发展的主要方向。
参考文献
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