孙立勇 朱智勇 柴建林
(山东省鲁北地质工程勘察院,德州253015)
作者简介:孙立勇(1970—),男,工程师,主要从事水工环地质工作。
摘要:本文通过对高唐县热储层特征的描述及地热资源形成条件的分析,进行了地热资源储量的评价,提出了开发利用及环境保护措施。
关键词:地热;资源;开发利用;保护
随着国民经济的不断发展和科学技术的不断进步,人们对各种矿产资源的需求量也越来越大。在各种资源日趋贫乏,能源危机日趋迫近的今天,地热作为一种可供人们开发利用并有着巨大发展前景的新型能源,越来越受到人们的重视。地热资源具有分布面广,易于开发,费用低廉等特点,在供暖、卫生洗浴、理疗、游泳及农业养殖等领域有着广阔的应用前景。合理利用地热资源,可以缓解能源紧张状况,同时可以改善当地投资环境,促进经济的可持续发展。
1 热储层水文地质特征
高唐县地热资源类型属低温地热资源(温热水),地下热矿水赋存于新生界碎屑沉积岩中,属层状孔隙-裂隙型热储。本区热储层主要为明化镇组下段热储层、馆陶组热储层、东营组热储层。
1.1 明化镇组下段热储层
明化镇组下段热储层是指明化镇下部692~870m含水层组,厚度178m,含水层厚度79m,单层厚度大于14m,岩性以中砂岩为主,地下水化学类型为 SO4·HCO3-Na型。
1.2 馆陶组热诸层
本区馆陶组不整合于东营组之上,顶板埋深 870.0m,底板埋深 1296.0m,厚度426.0m,储热含水层厚度146.5m,占地层总厚度34%,单层厚度大,(最大单层厚度23m)。其岩性为灰白色细-中砂岩和砂砾岩,垂向上呈上细下粗的正旋回沉积,底砾岩明显。储热含水层孔隙度大,一般为25%~35%,具有良好的储水空间。水化学类型为Cl·SO4-Na型,水温55℃,水量1920m3/d。
1.3 东营组热储层
东营组热储层岩性主要以砂岩、含砾砂岩及细砾岩为主。东营组地层部厚度为370m,含水层厚度约50m,单层厚度小。地下水化学类型为Cl-Na型。
2 地热资源形成条件分析
2.1 热储盖层
本区地热资源属热传导型低温热水,可将第四系松散层和新近系明化镇组上段视为热储盖层,总厚度692m,岩性由粘性土、砂性土、砂层及半固结的粘土岩组成,其特点是密度小,导热性差,热阻大,是良好的天然保温盖层。
2.2 热源
本区热源主要来自地壳深部的正常热流传导。本区位于临清坳陷之内,在喜马拉雅运动时期,发生了众多的同生断裂,这些断裂具有继承和复活的特点,并伴有岩浆活动,对地壳深部的热源起了重要的沟通和传导作用。
3 热水资源量计算与评价
3.1 可利用资源量
依据DZ40-85《地热资源评价方法》的规定,采用热储法计算。
QR=c·A·h(tr-tj)
式中:QR为地热资源量(J);A 为热储面积(m2),取1.45×107m2;h 为热储层厚度(m),取146.5m;tr为热储层温度(℃),取 55℃;tj为基准(当地平均气温),取12.5℃;c为热储层平均比热容(J/(m3·℃)),计算得2511895.39 J/(m3·℃)。
其中:c=ρc· cc(1-ψ)+ρw·cw·ψ
式中:ρc为热储层岩石的密度(kg/m3),取 2103kg/m3;cc为热储层岩石的比热容(J/(kg·℃)),取894J/(kg·℃);ρw为热储层水的密度(kg/m3),取988kg/m3;cw为热储层水的比热容(J/(kg·℃)),取4186.8J/(kg·℃);ψ 为热储层的孔隙度(无量纲),取0.28。
经计算本区地热资源总量为2.2687×1017J,折合标准煤3.15×1017t。按回收率25%计,其可利用资源量折合标准煤为7.87×106t。
3.2 全区热水可采资源量计算
根据目前地下热水水文地质条件,取水设备能力及规范要求,确定地热开采年限为100年,其可采资源量按下式计算:
Q可=ε·F
式中:Q可为地下热水可采资源量(m3/d);ε为允许开采强度(m3/(d·m2)),经计算为0.0003445m3/(d·m2);F为工作区的面积(m2),1.45×107m2。
经计算,Q可=4995.25m3/d。
高唐县现存地热井其单井涌水量1920m3/d,工作区范围内地下热水可采资源量可以满足这一要求。
4 地热资源开发利用与环境保护
4.1 地热资源的开发利用
4.1.1 地热资源的开发利用条件
本区地热为新生界碎屑岩深埋型热储系统,地热资源类型为温热水型低温地热资源。热储层组主要为新近系馆陶组,地下热矿水水温(井口温度)为55℃,可溶性总固体为4.6g/L,水化学类型为Cl-SO4—Na型,具有水温较高、埋藏浅、水量较大的特点(单井涌水量80m3/h)。开采成本低,开发利用条件良好。
4.1.2 地热资源开发利用方向
本区馆陶组热储的地下热矿水中含有多种对人体有益的化学成分。因此,可建立一个集洗浴、疗养、游泳于一体的地下热矿水浴疗中心。也可直接用于供暖,还可开发温室种植和水产养殖等产业。
4.1.3 潜在经济价值估算
潜在经济价值是指工作区内可利用的地热资源完全回收条件下,获得的热量的总价值,按下列公式计算:
Vei=Pr×Qi/Qb
式中:Vei为区内馆陶组热储能的潜在价值(元);Pr为标准煤的价值,以240元/t计;Qi为区内馆陶组热储可利用的地热资源量(J);Qb为标准煤的燃烧值,以7.2×109J/t计。
经计算,本区馆陶组热能的潜在价值为1.89×109元。
4.2 地热资源的保护
地热资源是在特定的地质、水文地质条件和水文地球化学环境条件下形成的。要保护其资源的长期连续稳定开采,不致形成环境地质问题,必须十分重视其资源的保护工作。为了做到有计划开发,合理利用地热资源,严禁盲目无秩序地乱采乱开,造成资源的浪费,要加强以下几个方面的工作。
(1)地热资源的开发利用应遵循开源、节流和保护并举的原则。由于地热资源埋藏深、补给途径远、再生能力弱,其资源量是有限的,并非取之不尽,用之不竭。防止因过量开采导致资源枯竭进而产生地面沉降等环境地质问题。
(2)要根据不同用途,合理的分层开采、分层管理开发地热资源。特别是新近系明化镇组和馆陶组热储层,要根据经济发展所需的不同目的、用途,选择开采不同的热储层的地热资源。
4.3 地热资源开发利用中的环境保护
(1)建立地热资源环境保护区。依据经济发展和人民生活的需要制定地热资源开发规划方案。在开发过程中,必须按热资源的埋藏与分布状况合理布置开采方案。加强地热信息监测,及时调整方案。
(2)防止热污染环境。地热资源开发过程中,由于开发利用地热水所排放的废弃热水,因温度较高,水质复杂,矿化度较高,易造成地表水、地下水及农业生态环境的热污染。因此,在开发利用中,要加强废热水的排放管理,以保护周围环境。
(3)加强地热资源开发中的动态监测工作。地热资源量是有限的,在开采利用过程中,其水位、水量、水质、水温将会随开采的过程而发生变化。为了防止因过量开采产生地面沉降、水源枯竭等环境地质灾害,应加强开发中的动态监测工作。
(4)加强地热资源开发利用的管理。为了更合理的利用好、管理好地热资源,保护地质环境,应建立健全地热资源的开发管理机构,建立地热项目和地热井开采的审批制度,完善探矿权和采矿权授予的有关手续与制度。