居民樓地熱資源利用探討

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摘要:地熱資源作為一種綠色環保的新型礦產能源,在我國國民經濟建設中發揮著重要作用。論文以河北省×居民區為例,對其地熱資源利用進行可行性分析;并對可能產生的不良影響進行預測;最后對該小區地熱資源利用提出合理性建議。通過該項目的實施,為其它地區地熱資源利用提供依據。

關鍵詞:地熱資源;可行性;不良影響

1、項目概況

項目區位于河北省保定市東南的安國境內。2006年,該市為了開發利用本區的地熱資源,在工區內鉆鑿一眼地熱井。該井經2天的抽水試驗,結果如下:靜止水位高出地面0m,穩定動水位為35m,水位降深35m,出水量約80m3/h,日供水能力為1920m3/d,年可開采量7.01×105m3/a。取水水源為上第三系館陶組熱儲層地熱水,地下水水溫63℃。為了合理開采該地熱資源,保證地下熱水資源可持續利用,對其可行性進行評價。

本項目為抽取地下熱水,作為小區居民供暖和洗浴用水。預計用水時間為140d/a,取水量為2.688×105m3/a。該區水文地質條件比較簡單,為開發利用程度為潛力區。根據《建設項目水資源論證導則》水資源論證分類分級指標,項目水資源論證工作等級定為三級〔1〕。

2、自然地理及地質概況

2.1自然地理

該地區屬溫帶大陸性季風氣候,平均氣溫12℃;多年平均降水量510.8mm;多年平均蒸發量1120.1mm。境內河流較多,均屬海河流域大清河南支水系,常年徑流較少。

項目區地處太行山東麓、海河流域平原的中部,屬山前沖積平原,地勢較平坦,自西向東略帶傾斜。

該地區目前無其它地下熱水井,地下水開采主要為農業灌溉用水和村民生活用水。

2.2地層及構造

2.2.1地層

根據本區地熱鉆孔鉆探成果,揭露本區地層如下〔1〕:

⑴第四系平原組(Q),底界深度300m左右,厚度300m,為黃灰色、灰黃色粘土夾白色砂層。與下覆明化鎮組地層呈平行不整合接觸。

⑵上第三系明化鎮組上段(Nm2),底界埋深820m,厚度520m,巖性由淺棕紅色泥巖與淺棕黃色、淺灰色粉砂巖、細砂巖不等厚互層組成。

⑶上第三系明化鎮組下段(Nm1),底界埋深1400m,厚度580m,上部巖性由淺棕紅色泥巖與灰黃色、淺灰色粗砂巖、中砂巖、含礫砂巖呈不等厚互層組成。下部巖性以淺棕紅色泥巖為主,夾淺灰色含礫粗砂巖。

⑷上第三系館陶組(Ng),底界埋深1756m,厚度356m。本組巖性由紫紅色泥巖與淺灰色、灰白色細砂巖、粗砂巖、含礫砂巖呈不等厚互層狀產出,中部泥巖較發育,下部砂巖發育,底部為雜色礫巖。

⑸下第三系東營組(Ed)地層,1788m以深,本孔揭露32m。巖性為紫紅色泥巖與淺灰色、淺棕紅色砂巖不等厚互層,夾薄層泥質粉砂巖。

2.2.2構造特征

本區位于冀中坳陷西部,處于高陽低凸起上,高陽低凸起西靠保定坳陷,北接牛駝鎮凸起,東臨蠡縣斜坡,東南面深澤低凸起、深縣凹陷、無極藁城低凸起接壤,是保定凹陷和蠡縣斜坡之間的北北東向條形低凸起。凸起基底構造走向北北東,傾向西北,由元古界、古生界地層組成。安國市城區基巖頂板埋深3500m左右(見圖)。

高陽低凸起是一個迭置于中元古界基底之上,呈北東向展布的新生代低凸起。燕山運動以前,該區屬太行山東部的古背斜東翼,燕山運動早期,太行山解體,斷層開始活動,到燕山運動末期,太行山急劇上升,斷層活動加劇,西部的保定地區整體沉降淪為凹陷,高陽-博野及南部的無極、藁城地區則繼續上隆成為凸起,此時區內地形輪廓基本定型。東營末期,構造抬升,使本區遭受了剝蝕,故而缺失東營組一段地層,館陶組與東營組三段地層呈不整合接觸。

高陽低凸起是一個繼承性的低凸起,總的構造是東西兩側低,中間高,局部又有小潛山。其東側高陽斷層是一北北東向的反坡向正斷層,始于沙河街四段沉積之前,至館陶組沉積時仍有活動。該斷層是高陽低凸起與蠡縣斜坡分界。其兩側是保定凹陷的董莊-溫仁等斷層。基底為薊縣霧迷山組地層。

綜上該區館陶組斷層不發育,地層橫向發育穩定,連通性較好,為地熱水的補給及地熱開發利用創造了條件〔1〕〔2〕。

3、可行性評價

3.1用水合理性分析

根據區域地下水資源條件分析,取水水源為深層地下熱水,水量比較豐富,補給條件較好,水溫穩定。開采地下熱水作為小區供暖和洗浴供水,可節約國家不可再生能源,并符合國家各項法律法規。

3.2水量保證

館陶組熱儲層多為灰色、灰黃色中厚層中～粗砂巖,含礫砂巖及砂礫巖,屬孔隙型熱儲層。該組地層厚度達356m,單層厚度大,上部為明化鎮組蓋層。館陶組中下部砂巖孔隙度30%左右。本地水位降深35m時,單井涌水量可達1920m3/d,能夠滿足小區居民洗浴、取暖所需水量;此外館陶組地下熱水溫度65℃,根據所取水量,可提供熱量5.63×1010kJ/a;水質為HCO3•CI-Na型微咸水,礦化度911mg/L,由于該小區供暖管網輸送距離近,采用耐腐蝕金屬管道,預計漏失率不會高于5%,遠低于我國城市管網供水平均漏失率(為20%)。

綜上:區內蘊藏較為豐富的地熱資源,具有開發價值的熱儲層為上第三系館陶組熱儲層,該儲層熱儲豐富,能夠滿足小區居民使用。所以取用該段熱儲層的地下熱水是可行的。

4、可能產生的不良影響

(1)地面沉降

通常過量開采第四系松散層的地下水是造成地面沉降的主要原因。第三系地層因壓實程度高,含水層孔隙度較小,其地下水開采對地面沉降影響也相對較小。本項目開采熱儲層為第三系館陶組,因此,抽取地下熱水引起的地面沉降很小。此外,熱水井分布于建筑空地,離現建筑物有一定的距離,不會對附近建筑物產生較大影響。

(2)廢水排放對環境的影響

區內地下熱水溫度63℃,通過輸水管道及利用系統(如供暖、洗浴)后,棄水溫度一般低于35℃,且直接排放于地下暗道與其它污水混流,從而達到了降低溫度的效果,因此,其余熱不會對環境產生熱污染。

根據《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)允許的最高排放濃度,本井地熱水中有害成分含量均小于最高允許排放濃度,故本井熱廢水排放不會對環境產生不良影響,水質檢測結果與污水排放標準對照表見表2。

(3)對地下水資源的影響

研究區內地下熱水和地表水、淺層地下水以及深層地下水之間無直接水力聯系。開采下部第三系館陶組地下熱水時,需對上部含水層進行嚴格止水,因此開采地下熱水不存在地下熱水與地表水、淺層地下水和深層地下水之間相互影響的問題。該市無其它地熱供水井,井間距不受影響,不存在影響其它熱源井開采問題。

5、建議采取的措施

鑒于以上可能產生的不良影響,建議采取以下保護措施〔3〕:

(1)在地下水開發利用后,應做好排放水的水質監測工作,以防對周圍環境產生影響。

(2)經濟條件允許時,可在論證區鉆鑿一口回灌井,用供暖回水同層加壓回灌,以保證地下熱水資源儲量。

(3)地下熱水開采前,需對止水管材進行止水效果檢查。檢查合格后,地熱資源方可開發利用,以防造成深、淺層地下水相互影響。

(4)做好地下水位和地表沉降的監測工作。

(5)加強地下熱水的衛生防護,防止地下熱水污染,保障供暖的條件。

參考文獻:

〔1〕黃庭文、蘇永強等,河北省保定市地熱資源調查評價報告〔R〕,河北省地勘局第三水文工程地質大隊.

〔2〕田廷山、李明郎、白冶等,中國地熱資源及開發利用〔M〕,中國環境科學出版社.

〔3〕高新字等,淺層地溫能開發利用對地質環境影響程度的探索性研究〔J〕,現代地質2009,23(06):1185-1193.

〔4〕馬鳳如,林黎等,天津地熱水資源現狀與可持續性開發利用問題〔J〕,地質調查與研究,2006,29(3):223-228.