以梁山縣為例對淺層地溫場開發(fā)與利用研究

李生清

[摘要]熱能作為一種積蓄在地下0--200 m的無形自然資源，是地球深部的熱傳導(dǎo)和熱對流與太陽輻射共同作用的產(chǎn)物。淺層地溫場對淺層地溫能資源的形成、開發(fā)利用起著決定性作用，研究其分布特征，對探索淺層地溫能資源分布規(guī)律、潛力評價(jià)及其開發(fā)利用都具有較高的實(shí)用價(jià)值和重要的理論意義。本文以梁山縣地理環(huán)境為例，從地?zé)嵴{(diào)查、地溫層特征以及對淺層地溫場的開發(fā)與利用做了詳細(xì)論證，旨在提供有用的重要依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]淺層 地溫場 特征 研究

[中圖分類號] P468.0+21 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-59-2

近年來梁山縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，隨著生活水平的提高，人們對生活質(zhì)量的要求也越來越高，導(dǎo)致能源消耗呈直線增長。地?zé)岜灰暈橐环N理想能源，在我國儲備豐富，是能源開發(fā)利用的重點(diǎn)研究方向之一。基于能源危機(jī)和技術(shù)支持，山東省地礦工程勘察院初步分析了梁山縣的區(qū)域地質(zhì)資料，詳細(xì)調(diào)查分析了該區(qū)域的地?zé)豳Y源，得到了一些關(guān)于地?zé)岬恼鎸?shí)可靠數(shù)據(jù)。

1梁山縣淺層地溫層開發(fā)調(diào)查調(diào)查

1.1地質(zhì)數(shù)據(jù)分析整理

在充分搜集、分析已有資料的基礎(chǔ)上，對梁山縣進(jìn)行地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查。利用1：5萬底圖，采用重點(diǎn)調(diào)查與一般調(diào)查相結(jié)合的方法進(jìn)行了面上的調(diào)查與建卡。調(diào)查面積322 km2。由于工作區(qū)巨野斷裂以東、汶泗斷裂以北第四系下主要分布奧陶系、寒武系和太古代泰山巖群，奧陶系頂板埋藏深度0-300m，且在小安山一帶出露，寒武系埋深在200～300m，這部分區(qū)域成熱地質(zhì)條件差；汶泗斷裂以南區(qū)域我院已進(jìn)行過地?zé)豳Y源調(diào)查，因此將巨野斷裂以西作為本次工作的重點(diǎn)調(diào)查區(qū)，面積約105.9 km2。共調(diào)查井（孔）50眼，并按有關(guān)技術(shù)要求逐一建立了井（孔）卡片。

1.2梁山縣地溫場情況調(diào)查

為了解工作區(qū)地溫場特征，確定恒溫帶深度和溫度，在調(diào)查過程中，對50眼井（孔）進(jìn)行了井內(nèi)測溫。工作區(qū)內(nèi)井（孔）深度一般為20-60m，主要為當(dāng)?shù)鼐用裆钆c農(nóng)田灌溉用水井，且大多下有潛水泵，這給測溫工作帶來了一定的難度，也影響了測溫的精度。對此，項(xiàng)目組采取了多次復(fù)測的辦法，保證了機(jī)井測溫深度準(zhǔn)確，水溫準(zhǔn)確。自上而下間隔2m測一次井溫，至井底后再自下而上進(jìn)行復(fù)測，重要的井（孔）反復(fù)測量2-3次，取得的測溫資料翔實(shí)可靠，能反映工作區(qū)的實(shí)際情況。本次測溫選用了天津市交通電子儀表試驗(yàn)廠生產(chǎn)的SDW-A型數(shù)字點(diǎn)溫儀，測溫范圍為-50～150℃，分辨力0.1℃，測溫精度±0.5%，滿足了精度要求。

1.3地球物理勘探

地球物理勘探工作由我院物探技術(shù)人員實(shí)施，本次工作選用視電阻率直流垂向電測深法，采用AB：MN=5：1的對稱四極等比裝置，最小AB/2=10m，最大AB/2=2500m，點(diǎn)距200m。物探野外工作始于2007年10月，結(jié)束于2007年12月。共計(jì)完成物探剖面線4條，剖面總長度43.0km，物理點(diǎn)90個，其中質(zhì)檢點(diǎn)5個。推斷斷裂構(gòu)造1條。推斷了蓋層的分布、厚度以及熱儲層的埋深；工作質(zhì)量達(dá)到了規(guī)范要求，完成了任務(wù)書提出的地質(zhì)任務(wù)。

1.4地下水水位動態(tài)特征

梁山縣一直以第四系水作為主要供水水源，巖溶地下水開采利用相對較少，主要集中在縣城附近區(qū)域。淺層孔隙水水位動態(tài)受氣象、水文、農(nóng)灌、開采等因素的影響，根據(jù)其影響因素的不同，可劃分為幾種動態(tài)類型：入滲、回滲-蒸發(fā)型，入滲、回滲-開采、蒸發(fā)型，入滲-開采型。巖溶水的水位動態(tài)變化受側(cè)向徑流量、大氣降水量及開采量的控制，季節(jié)性變化較明顯?？菟竟?jié)，徑流補(bǔ)給量大，抬高巖溶水水位。以本次調(diào)查搜集到梁山縣城區(qū)附近巖溶水井（原始編號L2）為例，1996年全年最高水位30.77m，出現(xiàn)于9月中旬；最低水位28.38m，出現(xiàn)于7月上旬；年水位變幅2.39m。大氣降水峰值出現(xiàn)于7月中下旬，大氣降水補(bǔ)給與最高水位出現(xiàn)的滯后期約為2個月。

2地溫場特征

地溫場反映地球內(nèi)熱的變化程度，地溫的變化是地質(zhì)構(gòu)造條件和地質(zhì)歷史的綜合反映。影響地殼淺部地溫的主要因素一般有基底面的起伏構(gòu)造形態(tài)、地下水活動等。通常用蓋層地溫梯度的變化來表征一個地區(qū)的地溫狀況。

2.1機(jī)民井測溫（淺層測溫）

工作區(qū)范圍內(nèi)，機(jī)民井深度一般為15～55m，能揭示溫度異常的井孔很少，所以按本次機(jī)民井測溫資料難以系統(tǒng)地分析地?zé)崽锏牡販貭顩r，只能以部分淺井資料來確定工作區(qū)恒溫層溫度與深度。由于受井結(jié)構(gòu)、水位、地表等因素的影響，通過淺井測溫所反映的恒溫層溫度及深度變化較大，其規(guī)律性較差。

2.2地溫場平面變化特征

利用本次工作淺層測溫資料計(jì)算了地溫梯度值，其計(jì)算公式如下：

G=△t/△h=（T-t）/（H-h）

式中： G——地溫梯度（℃/m），常換算成℃/100m；△h——深度區(qū)間值（m）；△t——深度區(qū)間為△h的地溫變化值（℃）；h——計(jì)算起始深度（m）；H——計(jì)算截止深度（m）；t——深度為h處地溫（℃）；T——深度為H處地溫（℃）。

根據(jù)計(jì)算所得的地溫梯度值及收集的黑虎廟井田的地溫資料繪制了淺層地溫梯度等值線（見附圖2）。從附圖2可以看出：工作區(qū)內(nèi)淺層地溫梯度值普遍較低，地溫梯度值一般在1.0℃/100m～2.5℃/100m之間，地溫變化與區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造也有密切關(guān)系，汶泗斷裂以北斷裂構(gòu)造附近的地段，地溫梯度及地溫值相對較高；巨野斷裂西部黑虎廟井田勘探區(qū)內(nèi)地溫梯度較高，物探推斷的此處視電阻率較低。

2.3地溫場垂向變化特征

一般來說，地溫隨深度增加而升高。古近系粘土巖和石炭系、二疊系砂頁巖熱傳導(dǎo)率較低，起保溫蓋層作用，而奧陶系厚層石灰?guī)r的熱傳導(dǎo)率和含水層中地下水沿巖溶裂隙和斷層破碎帶的對流熱傳導(dǎo)，其熱傳導(dǎo)能力明顯高于蓋層。從工作區(qū)內(nèi)黑虎廟井田測溫資料（詳見表3-3）和重點(diǎn)工作區(qū)前新近紀(jì)基巖地?zé)岬刭|(zhì)圖（附圖3），分析工作區(qū)地溫場垂向變化特征：工作區(qū)測溫井全井段的地溫梯度值大多在2.00-3.00℃/100m之間，最低1.67℃/100m，最高3.18℃/100m，平均值2.815℃/100m；非煤系平均地溫2.21℃/100m，煤系平均地溫梯度3.42℃/100m，煤系的地溫梯度大于非煤系的。

2.4地?zé)岙惓^(qū)的圈定

本區(qū)熱儲是深埋型層狀熱儲，淺層測溫資料對地?zé)岙惓７从巢幻黠@，深孔測溫資料較少而且集中。將楊營鎮(zhèn)以北的閻集-黑虎廟鄉(xiāng)-油坊-靳莊一帶確定為地?zé)岙惓^(qū)，面積為40.25km2。本次調(diào)查圈定的地?zé)岙惓^(qū)位于區(qū)域性巨野斷裂附近，斷裂構(gòu)造的存在，利于深部熱能對淺部熱儲層中的水進(jìn)行加熱，從而使其溫度升高，形成地?zé)豳Y源，奧陶系灰?guī)r在斷裂構(gòu)造作用力的作用下產(chǎn)生破碎，巖溶裂隙發(fā)育，形成富水空間，有利于地?zé)崴馁A存。

3地溫場開發(fā)與運(yùn)用前景

3.1熱溫場開發(fā)的條件

經(jīng)過調(diào)查研究分析，梁山縣地?zé)岙惓^(qū)位于楊營鎮(zhèn)以北的閻集-黑虎廟鄉(xiāng)-油坊-靳莊一帶，面積為40.25km2。區(qū)內(nèi)地下熱水的熱源主要是地球深部的熱能。熱儲層中水的來源為大氣降水入滲經(jīng)深部地下徑流補(bǔ)給。本區(qū)年恒溫帶深度為20m，恒溫帶平均溫度為14.5℃；蓋層的平均地溫梯度為2.815℃/100m，熱儲平均地溫梯度1.0℃/100m。地?zé)崴瘜W(xué)類型主要為SO4·Cl -Ca·Na型或SO4·Cl -Ca·Na·Mg型，陽離子以SO42- 及Cl-為主，陽離子以Ca2+含量占主導(dǎo)優(yōu)勢，總礦化度為4.988～5.036g/L，PH值為7.6～7.7。區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源屬低溫地?zé)豳Y源，可應(yīng)用于洗浴、溫室及土壤加溫等。地?zé)豳Y源的開發(fā)，對環(huán)境污染很小。區(qū)內(nèi)奧陶系熱儲含有豐富的地?zé)豳Y源。采用熱儲法進(jìn)行資源量估算，Ⅰ區(qū)熱能資源量為1.60×1018 J，相當(dāng)于0.547×108噸標(biāo)準(zhǔn)煤的產(chǎn)熱量?？衫脽崮苜Y源量為0.241×1018 J，相當(dāng)于0.0823×108噸標(biāo)準(zhǔn)煤的產(chǎn)熱量。地下熱水可采資源量7800m3/d。按照平均布井法，地?zé)崽飪?nèi)可以布置地?zé)峋?3眼。本次估算的可采資源儲量滿足E級精度要求。

3.2熱水資源評價(jià)

采用體積法計(jì)算的梁山縣西部Ⅰ區(qū)熱水靜儲量為0.91×109m3，其中容積儲存量為0.898×109m3，彈性儲存量為1.2466×107m3?？刹蔁崴Y源量是進(jìn)行地?zé)衢_發(fā)設(shè)計(jì)和總體規(guī)劃的依據(jù)，經(jīng)計(jì)算，Ⅰ區(qū)可采資源總量為7800m3/d，按平均布井法計(jì)算，可布13眼地?zé)峋?。就目前的?jīng)濟(jì)條件、開采技術(shù)和提水設(shè)備是完全可以達(dá)到的，也是切實(shí)可行的。

參考文獻(xiàn)

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[2]國家標(biāo)準(zhǔn) 《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》[S] （GB11615-89）.