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。