加强地热开发保护 促进循环经济发展——灵宝市城区地热资源开发利用研究

如题所述

近年来,全球性的能源危机给地热的开发利用带来了极大的机遇,尤其是中央提出大力发展循环经济的战略,有力推动了地热在循环经济发展方面的应用。灵宝市位于区域构造位置处于小秦岭—嵩山东西向构造体系,华山背斜东段北翼,大地构造单元属于灵宝中新生界断陷盆地,灵宝城区地热类型主要为沉积盆地埋藏型,为一典型的覆盖型层控低温地热田。

一、地热地质条件

(一)区域地质构造

灵宝断陷盆地位于汾渭大型地堑盆地的东南缘,区域构造位置处于小秦岭—嵩山东西向构造体系,华山背斜东段北翼。盆地面积约800 平方千米。盆地的南界为文底—宫前断裂,此断裂是近东西向区域性大型华山崤山北麓断裂东段一部分,东界是灵宝—三门峡断裂带。两条区域性断裂均为导水、导热构造,如华阴附近一眼2600 米深井,出水温度高达104℃;温塘热矿泉温度高达67℃。两个断裂带在灵宝市城区以南附近交汇,由于深部基岩层较为破碎,易于地下水的赋存、运移及各种离子富集,为灵宝城区地热资源的形成提供了有利条件。

(二)热储类型及地热成因分析

灵宝盆地新生代以来地壳下沉,接受了巨厚层的沉积,沉积物一般厚2000米左右,凹陷区中心厚达4000 米左右。古近系和新近系以沉降为主,岩性为粘土岩、砂质粘土岩、砂岩、砂砾岩。其层位和厚度受古地形影响。根据地热资源形成与控制其分布的主要地质条件,认为区内地热类型主要为沉积盆地埋藏型。地热田为低温地热田。

灵宝城区地热田主要依靠沉积物在固结成岩过程释放的热能和岩层自身传导热能供热,地热增温梯度受地层岩性、围岩压力、物质组成影响,同一沉积单元变化不大,具有分布稳定、厚度大、地温随深度增加而升高的特点。据灵宝市区已开发地热井资料统计,井深1000~1800 米,口井水温28.5℃~52℃,地热增温率为2.05~2.68℃/100 米。为典型的覆盖型层控低温地热田。

(三)热储层特征

目前灵宝城区已开发利用的地热主要分布在地面下350~1800米深度范围内,属于下更新统、新近系和古近系热储。综合分析灵宝城区各热储的关系及空间展布,垂向上可概化为三个热储层,即浅层热储(埋深小于350米)、深层热储(埋深350~1000 米)、超深层热储(埋深1000~1800 米)。

浅层热储:埋藏深度100~350 米,热储岩性主要为第四系更新统松散未胶结含钙质结核的砂质粘土夹砂、砂砾石,其中砂和砂砾石层为主要热储层,厚约38米。井口水温24℃~26℃。

深层热储:埋藏深度350~1000米,揭露厚度为650米,热储岩性主要为新近系的棕褐色砂质泥岩,浅灰色、灰白色的砂岩和砂砾岩,热储层厚41.9米。井口水温35℃~40℃,该热储层是目前的主要开采层段之一。

超深层热储:埋藏深度1000~1783.66 米,揭露厚度783.66 米。热储岩性主要为古近系的棕褐色粘土岩、泥岩、灰白色的砂岩、砂砾岩或粘土岩、泥岩夹砂砾岩,热储层岩性为砂岩及砂砾岩,其固结、分选程度较差,厚度约270米。井口水温52℃左右。

(四)地热垂向分布特征

据相关资料显示,灵宝市恒温带埋深20米,温度15.6℃。平均地温梯度为2.46℃/100米。通过计算统计,增温带地温在垂向上的变化特征大致如下:

①300~900米为温水,多为新近系棕褐色砂质泥岩温水热储层,平均水温25℃~40℃。

②900~1800米为温热水,热储岩性主要为下第三系的棕褐色粘土岩、泥岩、灰白色的砂岩、砂砾岩或粘土岩、泥岩夹砂砾岩,含水层为砂岩及砂砾岩固结,平均水温40℃~60℃。

(五)地热流体化学特征

地热流体由于温度较高,在与围岩的化学反应和溶滤作用下,其中溶解的化学成分较为复杂,矿化度较高(深部)。据灵宝城区内地热流体水质资料分析,区内地热流体化学类型特征分述如下:

深层热储层的地热流体化学类型主要为Cl·SO4·HCO3—Na型,pH值一般7.7~8.1,属弱碱性水;矿化度在745.9~799.51 毫克/升之间,属低矿化水;总硬度一般114.0~157.0 毫克/升,属软水;可溶性总固体一般745.9~799.5毫克/升。H2SiO3含量一般19.5~20.8毫克/升。

超深层热储层的地热流体水化学类型以HCO3· Cl—Na型为主,pH值一般7.7~8.1,属弱碱性水;矿化度在1568.33~1830.32毫克/升之间,属高矿化水;总硬度一般81.5~95.5 毫克/升,属软水;可溶性总固体一般1685.59~1864.36毫克/升。H2SiO3含量一般35.1~36.4毫克/升。

(六)地热资源量估算

区内热储层的地热流体总量为1.71×109立方米;热储层的热能总量为1.17×109千卡/时,折合标准煤5.95×106吨/年,发电量1356.2兆瓦;目前已开发利用的地热资源储量(C级)为968 立方米/天;可采地热流体量(D级)为4100立方米/天,其中深层热储可采量为3020 立方米/天,超深层热储可采量为1080 立方米/天;深层地热流体开采潜力指数为1.81,超深层地热流体开采潜力指数为5.63,开采潜力较大。

二、地热资源开发利用与保护

(一)地热资源开发效益

地热作为一种清洁环保型能源,各行各业对它的需求与日俱增,地热资源的开发利用将成为一个新的经济增长点。据有关资料:地热流体用于饮用、宾馆洗浴、医疗、高效农业种植、特种养殖等方面,不但可产生较大的经济效益,同时其社会效益也是显著的。另外利用地热资源代替燃煤,使低温能源用得其所,可减少高位热能损失,有效降低大气污染,减少固体废渣。具有明显的环境效益。

(二)地热资源开发利用

依据地热流体的质量,深层地下热水温度一般小于40℃,主要用途为:饮用天然矿泉水、农业灌溉、热水养鱼、锅炉用水和土壤加温。超深层地下热水温度大于50℃,水中溴、碘含量较高,达8 毫克/升,偏硼酸4.54毫克/升,为医疗热矿水中少有,其中氟达1.18毫克/升,偏硅酸35.1毫克/升,均达到《医疗热矿水水质标准》(GB11615—89)的要求,并含多种对人体有益元素,可集洗浴、医疗、旅游于一体,综合开发利用。

(三)地热资源保护措施

地热资源是在特定的地质、水文地质和水文地球化学环境条件下形成的。要保持其资源的长期连续稳定开采,不致形成地质环境问题,必须十分重视其资源的保护工作。根据经济、社会、环境相统一的原则、以生态建设、环境保护与开发并重的原则,并结合区内实际情况实施如下保护措施。

(1)开采强度控制措施。其一,考虑到热储层对开采强度反应的滞后现象,应遵循稳步推开的原则,使地热井布局科学合理;在建设规划程度较高地区,完成区域开发利用规划,不宜采取单一分散式开发模式;按照地热井合理间距及强度控制原则,审批项目布局的合理性。其二,优先考虑建设规划程度高、集约化技术水平高、综合效益高的项目。

(2)利用方式控制措施。采用梯级、综合、高效利用新技术,提高资源利用率,地热采暖项目必须采用回灌开发模式;新增项目要高起点、高水平、高效益,鼓励高附加值开发项目,利用工艺技术应达到国内先进水平。

(3)保护方式控制措施。有尾水直接排放的利用项目,必须采取回灌开发模式;避免出现地热井布局不合理现象。

(4)加强地热资源开发中的动态监测工作。地热资源的数量是有限的,在开采利用过程中,将会使其水位、水量、水质、水温随开采的过程而发生变化。为不至于因过量开采产生地面沉降、水源枯竭等环境地质灾害,应加强开发中水的动态监测工作。

(5)加强地热资源的开发利用管理。研究区地热资源蕴藏着巨大的开发潜力,可望形成经济和社会的新的经济增长点。为合理地利用好、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,出台地热管理法规措施,建立地热井的开采审批制度,完善探矿权和采矿权取得与转让制度。

三、结束语

地热资源是世界公认的洁净能源,开发使用过程中不破坏耕地,不造成环境污染,为近地使用的产供销一条龙矿产品。经过分析论证,灵宝市城区地热的开发利用前景十分广阔,属可再生资源,是一定时期内的可利用资源,其循环经济发展模式是值得深入探讨的。今后,我们要以发展矿业循环经济的理念,科学合理规划开发利用空间布局,鼓励清洁生产,做到充分利用地热资源,以达到“大力发展循环经济,建设节约型城市”的目的。

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