天津市寶坻區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用對(duì)策

王 曦，靳寶珍，楊永江，田佳輝

(1.天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，天津300250;2.河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)，河北063000)

天津市寶坻區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用對(duì)策

王 曦1，靳寶珍1，楊永江1，田佳輝2

(1.天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，天津300250;2.河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)，河北063000)

天津市寶坻區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的地?zé)豳Y源，資源總量為12.896×1015kJ，可開采量按100 a計(jì)相當(dāng)于2.929億 t標(biāo)準(zhǔn)煤。據(jù)已有勘查成果和地?zé)衢_發(fā)利用現(xiàn)狀，對(duì)本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、熱儲(chǔ)特征、各熱儲(chǔ)層地?zé)豳Y源流體質(zhì)量、綜合利用和環(huán)境效益進(jìn)行初步分析，提出地?zé)豳Y源開發(fā)利用對(duì)策。

地?zé)豳Y源;隆起;熱儲(chǔ)特征;開發(fā)利用

0 引言

寶坻區(qū)位于天津市北部，是我市重要的工農(nóng)業(yè)和游泳渡假基地，處于周良莊地?zé)崽锷?，“京津新城”正是因?yàn)榈叵聹厝d建的新城鎮(zhèn)，這里蘊(yùn)藏著豐富的地?zé)豳Y源，地?zé)崴蠖嘧粤?，自流水量一般?0～300 m3/h，井口溫度大于100℃［1］。根據(jù)2009年《天津市空間發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》，在天津“十一五”規(guī)劃中提出，依托地?zé)豳Y源和良好的發(fā)展空間，經(jīng)過歷時(shí)6年的開發(fā)建設(shè)，“京津新城”已初步建設(shè)成為京津唐地區(qū)以休閑旅游、會(huì)議會(huì)展、文化教育為特色的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)基地，并成為天津11座衛(wèi)星城中唯一的一座無污染生態(tài)新城。該區(qū)位于天津十大地?zé)岙惓^(qū)之一的周良莊地?zé)岙惓^(qū)，該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地?zé)崃黧w溫度較高，流體質(zhì)量較好，礦化度較低，有著廣闊的利用前景，為了保護(hù)好當(dāng)?shù)剡@一得天獨(dú)厚的地?zé)豳Y源，使其能得到更科學(xué)合理的利用，下面就圍繞地?zé)崂煤烷_發(fā)對(duì)策展開討論。

1 地質(zhì)構(gòu)造特征

周良莊地區(qū)位于滄縣隆起北部的王草莊凸起和冀中坳陷北部武清凹陷的東部斜坡帶之上，基巖主體構(gòu)造為背斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)斷裂主要有北西向的大口屯－漢沽斷裂、北西西向的周良莊斷裂、北北東向的牛蹄河斷裂和王草莊斷裂、北北西向的楊碼頭斷裂［2］(圖1)。

該區(qū)整體為一個(gè)以中、新元古界為核部，以下古生界寒武系和奧陶系為翼部的不對(duì)稱背斜構(gòu)造，其南東(SE)翼稍比北西(NW)翼開闊，褶皺軸面略向北西向傾斜，背斜總體走向北東(NE)，由北東向南西方向傾伏。大口屯－漢沽斷裂在本區(qū)西南部的八道沽東側(cè)近垂直背斜走向穿過該背斜。背斜核部由于應(yīng)力集中，裂隙發(fā)育，遭受長(zhǎng)期的風(fēng)化、剝蝕和淋濾，其上的古生界地層已被剝失，只保留了新元古界青白口系或更老的中元古界薊縣系。后期又經(jīng)過了疊加變形，即由于受外力作用，使得背斜走向發(fā)生變化，從西向東由北東東向轉(zhuǎn)為北東向，沿周良莊～甜水井一線為應(yīng)力集中地帶，其彎曲曲率最大，沿此帶地層產(chǎn)狀變化較大，傾角變陡，而且?guī)r石較破碎，與原背斜應(yīng)力疊加，剝蝕程度最強(qiáng)烈，其中鐵嶺組相對(duì)巖溶裂隙較發(fā)育，剝蝕更為嚴(yán)重，從而形成沿該帶的“沖溝”狀古地貌景觀;而該段背斜呈現(xiàn)了核部地勢(shì)低兩翼高“地形倒置”現(xiàn)象。

2 熱儲(chǔ)特征

寶坻周良莊地?zé)崽飳俪练e盆地型層狀熱儲(chǔ)，根據(jù)熱儲(chǔ)的地層時(shí)代、巖性特征及水文地質(zhì)條件可劃分出兩個(gè)熱儲(chǔ)類型，即河流相碎屑沉積的新近系孔隙型熱儲(chǔ)和海相沉積的中、新元古界和下古生界碳酸巖巖溶裂隙型熱儲(chǔ)［3］(也稱基巖熱儲(chǔ))。新近系孔隙型熱儲(chǔ)為明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層和館陶組熱儲(chǔ)層;下古生界和中元古界碳酸巖巖溶裂隙型熱儲(chǔ)可劃分出奧陶系熱儲(chǔ)層、寒武系熱儲(chǔ)層和薊縣系鐵嶺組熱儲(chǔ)層。

2.1 新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層

該熱儲(chǔ)層為一套砂巖、砂礫巖與泥巖頻繁交互疊置的河流相沉積層，在該區(qū)普遍分布。熱儲(chǔ)頂板埋深253～339 m，底板埋深878.5～1 433 m，厚度543～1 180 m。目前區(qū)內(nèi)尚無以該層為目的層的地?zé)峋?，只有ZL2井取水層為明化鎮(zhèn)組和下第三系沙河街組混采，但在區(qū)外有一眼。該層熱流體質(zhì)量較好，利用該區(qū)地?zé)崽荻裙浪?，該層熱?chǔ)溫度為28℃ ～50℃。

2.2 新近系館陶組熱儲(chǔ)層

該熱儲(chǔ)層為一套河流相碎屑巖，分布在牛蹄河斷裂以南，王2、王9井鉆穿該層，揭露頂板埋深為1 194.5 m和1 433 m，揭露厚度為188.5 m和215.5 m。目前該區(qū)內(nèi)尚無以層為目的層的地?zé)峋８鶕?jù)該區(qū)地溫梯度估算，熱儲(chǔ)溫度應(yīng)在40℃ ～60℃之間。

2.3 古生界奧陶系熱儲(chǔ)層

主要分布在王草莊斷裂的北側(cè)和大口屯－漢沽斷裂以西。該層裂隙發(fā)育很不均勻，一般靠近凸起中心部位或斷裂帶附近裂隙、巖溶發(fā)育較好。該區(qū)新王3和王11兩眼井揭露了該層，據(jù)鉆孔資料，熱儲(chǔ)頂板埋深882～1 509.5 m，厚度420 m左右。根據(jù)新王3井的資料，水溫61℃，熱流體水化學(xué)類型為HCO3－Na型，總礦化度為1 028.3 mg/L，pH值為7.34，總硬度為 135.1 mg/L，總堿度為 1 023.8 mg/L。

2.4 下古生界寒武系熱儲(chǔ)層

該熱儲(chǔ)分布于該區(qū)背斜兩翼，區(qū)域發(fā)育不穩(wěn)定，在該區(qū)中部(背斜核部)有缺失，其余地區(qū)均有分布。區(qū)內(nèi)王4井、王11井、ZL2井和ZL4井鉆遇該層，揭露頂板埋深1 521 m～2 530 m，揭露最大厚度為749 m。根據(jù)王4井測(cè)試資料，水溫91℃，自流量14 m3/h。熱流體水化學(xué)類型為HCO3·SO4·Cl－Na型。pH值為8.0左右，總礦化度約1 020 mg/L，總堿度約287.0 mg/L左右，總硬度為120.0 mg/L左右。

圖1 基巖地質(zhì)圖

2.5 中元古界薊縣系鐵嶺組熱儲(chǔ)層

該熱儲(chǔ)層在本區(qū)普遍分布。頂板埋深為2 250～2 811 m。揭露最大厚度450 m(未穿)，據(jù)ZL1井測(cè)試，井口靜壓力0.68兆帕，熱流體溫度102℃，自流量達(dá)300 m3/h，水化學(xué)類型為 HCO3·SO4·Cl－ Na，含氟量 9.0 mg/L 左右，pH 值為8.0左右，總礦化度約1 000 mg/L，總堿度約280.0 mg/L左右，總硬度為120.0 mg/L左右。根據(jù)成井資料，ZL1井滲透率約為 1.8 ×10－13m2，ZL4 井滲透率約為 1.0 ×10－13m2。

3 地?zé)峋C合利用

天津市地?zé)豳Y源的利用已有40年的歷史，主要用于城市居民冬季采暖、生活熱水、溫泉洗浴、漁業(yè)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)種植和工業(yè)利用等［4］。近幾年來，利用地?zé)嵛菜訜岜糜糜诠┡募夹g(shù)日見成熟，使排放水溫降低到十度左右，充分利用了水中的能量，從而延長(zhǎng)了地?zé)豳Y源的使用時(shí)間，這對(duì)天津市的地?zé)豳Y源的開發(fā)具有重要的意義。地?zé)豳Y源的開發(fā)利用改善了城市環(huán)境，豐富了人民的物質(zhì)文化生活，提高了人民的生活水平，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)自身生活的環(huán)境提出了越來越高的要求，地?zé)嶙鳛橐环N新型綠色能源日益受到了社會(huì)各界的重視，其利用領(lǐng)域也在逐漸擴(kuò)大。

3.1 生活熱水

將地?zé)崴?jīng)過必要的處理后，提供生活熱水，既安全又方便，一般在滿足供暖用水后利用剩余熱水向附近居民提供生活熱水。

3.2 溫泉游泳館

地?zé)崃黧w中普遍富含對(duì)人體有益的礦物鹽類和微量元素，如重碳酸鹽，具有清潔潤(rùn)滑皮膚之功效。因而建造溫泉游泳館可以吸引游客，改善居民生活?yuàn)蕵窏l件，提高本地區(qū)社會(huì)影響度，、獲取經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

3.3 地?zé)徂r(nóng)業(yè)利用

包括溫室栽培、花卉溫室和棚室地?zé)崴a(chǎn)養(yǎng)殖等。

3.3.1 地?zé)釡厥沂卟朔N植

隨著人民生活水平提高，對(duì)反季節(jié)新鮮蔬菜的需求越來越多，因此充分利用本區(qū)地?zé)豳Y源，采用先進(jìn)的地?zé)釡厥沂卟朔N植技術(shù)，將會(huì)取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3.2 花卉溫室

除了種植常規(guī)農(nóng)產(chǎn)品外，還可考慮進(jìn)行溫室花卉養(yǎng)植。花卉用于家庭擺設(shè)、公關(guān)禮儀交往，其市場(chǎng)正日趨擴(kuò)大，具有很大的市場(chǎng)潛力。同時(shí)用于裝點(diǎn)美化環(huán)境將會(huì)獲得很好的效果。

3.3.3 地?zé)崴a(chǎn)養(yǎng)殖

利用地?zé)岚l(fā)展水產(chǎn)品養(yǎng)殖，以充分合理利用地?zé)豳Y源，打破氣候、地域制約，增加水產(chǎn)品種養(yǎng)殖種類，以期建成一個(gè)有特色、有規(guī)模、有水平和有效益的地?zé)崴a(chǎn)品養(yǎng)殖基地。

3.4 地?zé)峁I(yè)利用

工業(yè)也可以利用地?zé)幔热绾娓婶~、水果、蔬菜和木材、清洗羊毛、烘干衣物、造紙和牛奶殺菌。在路面下鋪設(shè)管道在冬季利用地?zé)峄?。地?zé)崴部梢杂脕韽牡V物中提取金和銀，甚至是制冷和生產(chǎn)冰。

3.5 地?zé)嵛菜訜岜眉夹g(shù)

近幾年熱泵技術(shù)作為低溫地?zé)衢_發(fā)利用中的一種高新技術(shù)，在國(guó)外尤其在美國(guó)和歐洲的應(yīng)用日益普遍，它的出現(xiàn)為低溫地?zé)豳Y源的利用提供了新的方法，拓寬了人們利用地?zé)豳Y源的范圍。天津市大部分的地?zé)豳Y源利用僅局限于供暖，地?zé)崴欧艤囟仍?0℃以上，該溫度的地?zé)崴疅o法用常規(guī)的方法加以利用，造成熱量的白白浪費(fèi)，而利用熱泵技術(shù)則可以從中再提取部分能量加以利用，這不僅減少了資源的浪費(fèi)，同時(shí)也緩和了對(duì)地?zé)豳Y源的需求，從而延長(zhǎng)了地?zé)豳Y源的使用時(shí)間，這也對(duì)周良莊地?zé)崽锏責(zé)豳Y源的開發(fā)具有重要的意義。

4 地?zé)衢_發(fā)的環(huán)境效益

地?zé)豳Y源屬于可再生資源，但如果沒有嚴(yán)肅的態(tài)度和科學(xué)的方法去開采利用，也會(huì)給人類帶來一定程度的危害，尤其是在環(huán)境保護(hù)方面。本區(qū)經(jīng)計(jì)算，基巖地?zé)崃黧w可采量共為3.96×106m3/a，總產(chǎn)熱量為3 222×108千卡，可替代煤為 46 045 t/a(表1)。

表1 各熱儲(chǔ)層熱量折合煤量

如果按煤中或燃燒后產(chǎn)生的有害組分基本參數(shù)(表2)計(jì)算，本區(qū)利用地?zé)崮鼙热紵汗幔磕昕蓽p少二氧化硫排量 690.675 t，減環(huán)境治理費(fèi)63.61萬元;減少氮氧化物排放量401.05 t，減環(huán)境治理費(fèi)79.89萬元;減少灰飛排量1 079.76 t，減環(huán)境治理費(fèi) 71.26萬元;減少二氧化碳排量40 519.6 t(表3)。

表2 地?zé)峁┡h(huán)境效益評(píng)價(jià)基本參數(shù)表

表3 地?zé)峁┡h(huán)境效益數(shù)據(jù)表

5 地?zé)豳Y源開發(fā)利用對(duì)策

本區(qū)新近系及基巖地?zé)豳Y源較為豐富，地?zé)崃黧w資源總靜儲(chǔ)量為77.549 3×108 m3，地?zé)崃黧w可開采量 6.27×106m3/a。目前區(qū)內(nèi)已有新近系和基巖地?zé)峋?3眼，由于局部地區(qū)超過開采強(qiáng)度，從而形成開采降落漏斗并逐年加深，為實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源可持續(xù)開發(fā)利用的目的，提出以下對(duì)策:

5.1 制定合理開采井布井方案

通過開采潛力分析:新近系明化鎮(zhèn)組地?zé)崃黧w平均允許開采強(qiáng)度2.68萬 m3/a·km2，奧陶系熱儲(chǔ)層可開采量為0.52萬 m3/a，寒武系熱儲(chǔ)層可開采量為0.36萬 m3/a，鐵嶺組熱儲(chǔ)層可開采量為3.72萬 m3/a。

新增地?zé)峋季g距:根據(jù)多孔抽水試驗(yàn)資料，采用溪哈爾特公式計(jì)算，抽水影響半徑一般300～500 m，根據(jù)區(qū)域熱儲(chǔ)水文地質(zhì)條件及地?zé)峋倪B續(xù)開采，因此開采井井距以大于1 200 m為宜，最大限度的降低開采井之間相互干擾程度，提高單井出水能力［4］。

5.2 根據(jù)用途實(shí)行分層開發(fā)利用

為合理開發(fā)利用地?zé)豳Y源，應(yīng)按照地?zé)嵊猛具M(jìn)行分層開采，對(duì)于生活及水產(chǎn)養(yǎng)殖用水，可直接開采利用明化鎮(zhèn)組地?zé)崃黧w，對(duì)于冬季供暖，可利用基巖地?zé)崃黧w。

5.3 提高地?zé)豳Y源利用率

隨著熱泵技術(shù)的日趨成熟，地?zé)崂寐实玫搅藰O大的提高。本區(qū)地?zé)豳Y源利用率目前僅較低，地?zé)豳Y源的開發(fā)利用必須堅(jiān)持生產(chǎn)與科研相結(jié)合原則，促進(jìn)地?zé)豳Y源利用新理論和新技術(shù)、新方法的應(yīng)用，積極推廣地?zé)豳Y源梯級(jí)循環(huán)利用技術(shù)，降低尾水排放溫度，提高地?zé)豳Y源利用率［5］。達(dá)到降低地?zé)崃黧w開采量，節(jié)約地?zé)豳Y源、達(dá)到地?zé)峥沙掷m(xù)開發(fā)利用。

規(guī)范、改造地?zé)崂孟到y(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有地?zé)崂孟到y(tǒng)不合理之處實(shí)行有計(jì)劃地改造，特別針對(duì)資源浪費(fèi)嚴(yán)重、效益低下的地?zé)崂孟到y(tǒng)進(jìn)行必要的強(qiáng)制性改造。新建供熱系統(tǒng)，要本著高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。探采結(jié)合井在審批時(shí)，按最新規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)要求。

5.4 加強(qiáng)地?zé)崃黧w回灌工作

地?zé)豳Y源并非取之不盡用之不絕，要對(duì)其進(jìn)行保護(hù)和珍惜，要采取開發(fā)、節(jié)流和保護(hù)并重的方針，對(duì)地?zé)豳Y源要進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、綜合開發(fā)、梯級(jí)利用。把周良莊地區(qū)開發(fā)成具一定規(guī)模、并有特色的溫泉度假園區(qū)，并讓地?zé)豳Y源維持得更久遠(yuǎn)。

本區(qū)開發(fā)利用尚屬于一種粗放的開發(fā)模式，在開采壓力下降到一定程度時(shí)要進(jìn)行回灌開采。在回灌開采前，需要在本區(qū)進(jìn)行必要的回灌研究(如進(jìn)行示蹤劑試驗(yàn)等)，以確定回灌水運(yùn)移路徑，合理布設(shè)回灌井井位。近年來隨著地?zé)峄毓嗑凸嗔康脑黾?，回灌工作取得了明顯成效，熱儲(chǔ)壓力下降速率明顯漸緩。但是目前天津總體地?zé)崃黧w回灌率較低，孔隙型熱儲(chǔ)流體回灌率更低，回灌堵塞問題較為突出［5］。如何提高回灌量和回灌率，回灌方式的選擇和回灌技術(shù)水平的提高是關(guān)鍵。

目前本區(qū)地?zé)峄毓嗟闹饕绞接幸徊梢还啵毓嗉夹g(shù)尚未得到應(yīng)用，該方式不僅能大大減少初投資成本，而且有利于地?zé)嵯嚓P(guān)部門的管理;另外，在地?zé)峒虚_采區(qū)外圍，采取補(bǔ)建回灌井或回收地?zé)嵛菜蚶玫乇硭仁侄芜M(jìn)行集中回灌，也是很好的措施之一。

5.5 防止結(jié)垢、延長(zhǎng)地?zé)峋褂脡勖?/h3>

本區(qū)地?zé)崃黧w雖然不具有腐蝕性，寒武系和薊縣系鐵嶺組有結(jié)垢趨勢(shì)［6］，因此要采取相應(yīng)的措施，以延長(zhǎng)地?zé)衢_采井的使用壽命。

5.6 建立示范工程

地?zé)豳Y源的開發(fā)利用涉及眾多領(lǐng)域，尤其是有些新技術(shù)、新工藝尚處于探索階段，在發(fā)展中急需示范工程的帶動(dòng)。選擇不同的熱儲(chǔ)類型擴(kuò)大利用領(lǐng)域，建立起集約化利用方式的旅游、農(nóng)業(yè)及醫(yī)療礦泉等地?zé)崾痉豆こ?，并在管理過程中以示范工程為樣板，推廣應(yīng)用示范工程技術(shù)，起到以點(diǎn)帶面，全面提高的作用。

［1］李丹，李俊，程萬慶，等.天津市寶坻地區(qū)地?zé)豳Y源調(diào)查報(bào)告［R］.天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院.2003.

［2］李俊峰，林黎，李俊，等.天津市周良莊地?zé)崽锏責(zé)豳Y源普查［R］.天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院.2006.

［3］陳墨香.華北地?zé)幔跰］.北京:科學(xué)出版社.1988，89－106.

［4］董建軍，李春華，王坤，等.天津市地?zé)豳Y源開發(fā)利用規(guī)劃技術(shù)報(bào)告［R］.天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院.2004.

［5］蔡義漢.地?zé)嶂苯永茫跰］.天津:天津古文出版社.2004，488－628.

［6］楊統(tǒng)桐、陳培鈞、鄭克聯(lián)，等.地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范［GB 11615－89］［M］.北京:國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.1989.

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1004－1184(2012)04－0065－03

2012－04－10

王曦(1983－)，男，河北遵化人，助理工程師，主要從事地?zé)岬刭|(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)研究工作。