太原市地熱資源概況及開發(fā)利用前景

1、 太原市地熱資源概況及開發(fā)利用前景 【大中小【打印【關 2007-01-05 |作者：楊欣榮|來源：山西科技| 閉 地熱資源是一種清潔、廉價的新能源，同時又是一種具有醫(yī)療保健等多種用途的新資源。 太原市位于汾渭地塹地熱帶，根據(jù)地熱地質條件推測，太原市三給地壘以南，太原東山大斷裂以 西和太原西邊山大斷裂以東的親賢地壘區(qū)、邊山斷階帶和晉源凹陷區(qū)地熱資源豐富。尤其是位 于市中心的親賢地壘區(qū)地熱資源更為豐富，而且熱儲層埋藏深度?。ㄐ∮?500m）,單井可開采量 大（1000m3/d2000m3/d）,水溫高（可達50C70C）,是最適宜開采和開采條件最經(jīng)濟的地區(qū)。 目前太原市的地熱資源尚未得到合理規(guī)劃

2、，充分利用，一個重要原因是對太原市地熱地質 條件、地熱資源狀況認識不清，文章是在以往工作基礎上，對太原市熱礦水分布狀況、地熱地質 背景、熱儲模型、地熱資源狀況和勘探開發(fā)利用前景進行了初步研究，為今后太原市可持續(xù)發(fā) 展和合理開發(fā)利用地熱資源，減少風險提供了水文地質科學依據(jù)。 1太原市熱礦水分布狀況 地下熱水作為能源開發(fā)主要的物性指標是溫度，因為溫度的高低標志著它載運熱能的大 小,從而決定了其開發(fā)利用的方式和經(jīng)濟效益，根據(jù)已有規(guī)范，將地下熱水的下限溫度確定為 25C。太原市煤炭資源豐富，是以煤炭為主要能源的省會城市，幾十年來太原市很少進行過地下 水熱水調查研究工作，這方面的成果也很少見。 太原市的

3、地熱普查工作始于七十年代，1972年3月山西省地質局水文隊在太原及清徐一帶 進行過地熱物探普查工作，并提交了普查報告。山西省地質工程勘察院1995年5月在太原近郊 的神堂溝施工兩眼熱礦水井，S1號熱水井：井深603.71m,井口水溫43C,出水量1728m3/d;S2 號熱水井：井深801.08m,井口水溫42C,出水量1440m3/d。首次打出了具有理療作用的優(yōu)質熱 礦水,揭開了太原盆地熱礦水的面紗，結束了太原盆地沒有熱礦水的歷史。 此后，太原東山統(tǒng)計學校、煤炭學校、傘兒樹村等地鉆鑿了井深1000m左右的巖溶水熱礦 水井三眼。其中統(tǒng)計學校井深1166.76m,水溫39C,出水量1328.16

4、m3/d。2003年12月山西省 地質工程勘察院在本院西院鉆鑿成功一眼深1339m的巖溶熱礦水井，井口水溫54C ,涌水量 2000m3/d,是目前太原市井深最深，水溫最高，水量最大的熱礦水井。太原市地下熱水點主要集 中太原斷陷盆地東西山邊山斷裂帶，兩側隆起山區(qū)很少，而盆地中部至今還未打出熱礦水。 2地熱田地質背景 太原斷陷盆地位于山西陸臺新生代汾渭地塹的中部，它呈北東向鑲嵌在沁水復式向斜的北 隅,西部為南北向的呂梁復背斜，北部為北東向的五臺背斜，南部為南北向斜的太行復背斜。四 周被斷裂圍限，定型于新生代第三紀。太原斷陷盆地大致依太原榆次交界的田莊斷裂分 為南北兩部分，太原斷陷盆地北部在新生代

5、處于 SSI NNV向拉張作用為主階段，發(fā)育了 SN向地 塹系。太原斷陷盆地北段晚近時期控制性斷裂主要為東、西邊山斷裂帶，汾河斷裂帶及田莊斷 裂帶。這些斷裂均為晚近時期的活動斷裂。 太原斷陷盆地北段可進一步劃分為次級地壘和凹陷。 三給地壘以南發(fā)育有城區(qū)凹陷 , 親賢地壘和晉源凹陷。各凹陷的周邊是地壘和斷階。 斷階是指隆起山區(qū)和凹陷之間的過渡帶，呈階梯狀跌落。太原城區(qū)凹陷新生界厚 400m- 600m,西銘斷階新生界厚100m-200m,城東斷階新生界厚200m,三給地壘新生界厚50m- 200m, 親賢地壘新生界厚200m-400m,黃陵斷階新生界厚200m-500m,晉源凹陷新生界厚600m

6、- 1000m太原盆地除三給地壘和部分斷階帶上基底為石炭二疊系外，親賢地壘及其他凹陷和斷階 帶上基底均為三疊系。熱礦水主要分布于三給地壘以南太原盆地區(qū)。 3熱儲模型太原盆地地熱田熱儲模型由蓋層、熱儲層、熱源及地下熱水源組成。 3.1 蓋層熱 儲蓋層主要由新生界第三系及第四系松散層和二疊、 三疊系碎屑巖及石炭系煤系地層所構 成。一般地區(qū)厚500m- 1500m晉源凹陷2000m-2500m第四系松散層多為粘土，只含少量砂層 及砂礫石層，厚100m-300m,第三系主要由紅色粘土所組成（底部夾少量砂礫石）,厚100m- 700m不等。新生界第三系及第四系地層總厚 100n- 1000m,不成巖。結

7、構疏松、孔隙度大，密度 小,導熱性能差 ,熱阻大, 是盆地奧陶系灰?guī)r最上部的熱儲保溫層。二疊、三疊系及石炭系地層 以泥巖類地層為主 , 導熱率小于下部奧陶系灰?guī)r層 , 是奧陶系灰?guī)r熱儲層的第一熱儲保護層。 3.2 熱儲層 太原盆地熱儲層主要由中奧陶系碳酸鹽巖所組成 , 其中峰峰組上段及上、下馬家溝組上段 以灰?guī)r及白云質灰?guī)r為主 , 裂隙、巖溶普遍發(fā)育 , 是太原盆地深部主要巖溶類型熱儲層 , 厚 350m 左右，巖石密度2700kg/m3,孔隙度20%水溫40C60C ,日產(chǎn)熱水量1000m3/d3000m3/d。寒 武系白云巖及鮞狀灰?guī)r熱儲層厚 300m-400m左右,當埋深在1000m以下

8、時,巖溶裂隙不發(fā)育， 水溫可達40C,但產(chǎn)水量小（小于300m3/d400m3/d）,開采不經(jīng)濟，成本高，利用價值不大。 3.3 熱源 居里等溫面是判斷地下熱狀態(tài)的物理面 , 山西居里等溫面總體上是一條北東向的隆起帶 , 其軸線與山西汾河斷陷盆地的軸線基本重合，太原盆地居里等溫面小于20km,盆地東西山區(qū)埋 深顯著增大，一般在28km以上，說明兩側山區(qū)與太原盆地中部熱物理狀態(tài)存在明顯差異，據(jù)山 西大地電磁測深資料 , 盆地中部中地殼為低速高導層 （為高溫半熔融狀態(tài) ）也具有溫度高 （600C）等物理特性，使盆地區(qū)形成熱異常區(qū)。另據(jù)山西大地熱流值等值線圖可知，太原盆地大 地熱流值普遍大于17HF

9、U（71MW/m2而盆地東、西山區(qū)大地熱流值小于1.3HFU（545MW/m2）居 里等溫面與莫霍面在盆地中部都有上拱現(xiàn)象 , 處于半熔融狀態(tài)的巖漿熱會在地殼薄的盆地深部 向地表進行熱傳導） 熱流值會在上拱的地殼部位集中形成高熱流值） 從以上幾方面均說明盆地 深部熱物理狀態(tài)高 , 因此深部熱傳導是太原盆地區(qū)地熱田的恒定供熱源）太原盆地東、西山邊 山斷裂帶及盆地中部的汾河大斷裂、三給地壘、田莊斷裂等斷裂是新生代活動斷裂 , 有些深斷 裂可勾通盆地深部熱源 , 有利于地下水下滲深循環(huán)加熱上升形成巖溶熱礦水） 3.4 地下熱水源 從同位素資料及水文地球化學資料證實 , 本區(qū)地下熱水是來自古代大氣降水

10、。大氣降水及 汾河水,從東、西山裸露灰?guī)r區(qū)、 斷裂破碎帶或巖層孔隙裂隙向地下滲入 ,在漫長的地質年代和 水頭差位能作用下 , 源源不斷地向深處運移 ,水向深處運移過程中被圍巖加熱后產(chǎn)生密度差 （有 些水可直接沿深斷裂滲透至半熔融高溫層 ）, 造成自然的水熱對流 , 受熱流體循環(huán)上升 ,送至地 殼淺部的奧陶系巖層，并在巖溶裂隙孔隙中儲存下來，成為當今的地下熱礦水。據(jù)14C測年結果 為8000年10000年,說明為老水。熱水中SiO2和氟離子含量高說明經(jīng)深循環(huán)與圍巖充分溶 濾有關。說明太原盆地深部熱礦水與東西山區(qū)巖溶水水利聯(lián)系不密切。 4 熱儲層溫度推算 本次采用化學溫標法和地溫梯度法 , 對太原

11、盆地地熱田的熱儲層溫度進行了推算。用 SiO2 溫標和Na-Li溫標推算神堂溝S1孔熱水井熱儲溫度為49C72C （S1孔井口溫度43C）,與 實際基本相符。用地溫梯度法 , 對 DKY1 孔（山西地質工程勘察院西院 ）推測熱儲量溫度為 63C ,與實際基本相符。實測井口溫度 54C ,孔深970m,揭露奧陶系峰峰組后實測井底溫度為 47r。用SiO2溫標及鉀鎂溫標推測熱儲層溫度為 94.5 C110.3 C （與實際出入較大僅供參 考）。 5 熱礦水化學特征及醫(yī)療價值 太原盆地熱礦水經(jīng)檢測和分析為 SO4-CaMg型,礦化度2g/l2.1g/l,Na:23mg/l 26.2mg/l,Ca:4

12、34mg/l536mg/l,Mg:97mg/l 114mg/l,HCO3:184mg/l 201mg/l,SO4:1290mg/l 1337mg/l,HSiO3:23mg/l 44mg/l,Srll:1mg/l 11.9mg/l,H2S:097mg/l 2.7mg/l,F-:2.8mg/l5.8mg/l（補給區(qū)黃坡溝 X1 孔水質為 SO4- HCOCa- Mg型，礦化度 0.5g/l 0.9g/l,HSiO3:10mg/l13mg/l,F:0.9mg/l 1.2mg/l, 水溫 25r ）, 其中鍶、溴、鉬、鋅、錳、鈷、硼等達醫(yī)療濃度 , 鍶、氟、偏硅酸達到定 名標準。鍶含量高與二、三疊系地

13、層中 Sr含量較高有關,SiO2及F含量較高與深循環(huán)充分溶 濾有關。根據(jù)中華醫(yī)協(xié)會和日本中央溫泉研究所分析認為 , 該地區(qū)熱礦水可治療消化系統(tǒng)慢性 病、神經(jīng)痛、關節(jié)痛、皮膚病、動脈硬化、慢性濃皰、蕁麻珍、慢性肝、膽道疾病、便秘及腳 氣等多種疾病。此外還有鎮(zhèn)靜作用 , 有利傷口愈合和病后恢復。 6 地熱資源計算 6.1 地熱資源總量 Qr=C A.d - （tr -t0）C= p r - Cr - （1 -）+ p w- Cw式中：Qr 熱儲中儲 存的熱量（J）;A 計算區(qū)面積（390kmX106m2）;d 熱儲層厚度（取350m）;tr 熱水平均溫度（取 平均值50C）;t0 當?shù)啬昶骄鶜鉁兀?/p>

14、按10C取）;C 熱儲巖石和水的平均比熱容（取 2811496J/m3C ）;C=2700 X 920X （1 - 0.2）+986 X 4180X 0.2=2811496J/m3C；p r 熱儲巖 石密度（取2700kg/m3）;Cr 熱儲巖石比熱（取920J/kg -C ）;pw 熱水的密度（取 986kg/m3）;Cw水的比熱（取4180J/kg -C）;熱儲巖石的空隙度取 20%地熱資源總量 Qr=1.54 X 1019J 折合成標準煤 1.54 X 1019J/2.85 X 1010J=5.4 X 108 噸標準煤（一噸標準煤 =7X 106 千卡 X 4.1868J=2.93 X

15、1010J）。注:1cal=4.1868J 6.2 地熱可采資源計算 Qw=QKK=1.526X 1019JX 0.15=0.23 X 1019J 折合成標準煤 =2.3 X 1018J/2.93 X 1010J=0.78 X 108噸標準煤。式中：Qw-可采地熱資源量（J）;Qr 地熱資 源總量（J）;K 回采系數(shù)（取15%）。 6.3 熱水儲存量計算 W=F Sh式中:W承壓熱儲層彈性儲存量（m3）;F 地熱田分布面 積390km2 106（m2）;h 承壓熱儲含水層自頂板算起的壓力水頭高 （取1000m）;S彈性釋水系 數(shù)（取 5.76 X 10-4）。貝U W=39X 106X 5.7

16、6 X 10-4X 1000=2.25X 108（m3） 7勘探開發(fā)利用前景 ,對今后太原盆地地熱田的 根據(jù)太原盆地構造條件，熱儲模型和已有熱礦水開發(fā)利用情況 開發(fā)目的層、分區(qū)開采條件、開發(fā)利用方式及建議分述如下： a）勘探開發(fā)目的層。奧陶系上、下馬家溝組熱儲層，水溫高、水量大、水質也較好，最具有 勘探開發(fā)利用前景，應作為太原市今后勘探開發(fā)利用的主要目的層。 峰峰熱儲層水質較差，寒武 系風山組、張夏組白云巖及鮞狀灰?guī)r，巖溶不發(fā)育（特別是在深埋條件下）,水溫高,但產(chǎn)水量小, 不是今后開發(fā)利用的目的層。 衣E太氐裁田井區(qū)開采條井說明成 地熱田名稱 分布 面釈 w 構逍背彰 芒1=歹!書佃j 散儲展

17、 推測靜水也 標高 WQ 推視單井 產(chǎn)H （nr曲 W化度側L： 及朮質類盤 新生界 三醫(yī)系一 石SMW 吋代 IMSHK 48 刪財撕裂控制用翥狀 300-救 5W-7W 400 7 400左右 1 000左右 MU左右 史哋心溝 曲 由敎翔裂卿的平 臺所姐成的單第構造 100 -皿 血-期 400 710 400左右. 1 000-2 000 MU左右 SOLEKO -Cil 迪 K 22 由2-3條斷裂及之間 的半臺所組履附單斜構 100- 200 50O-7W 400 -450 m 40-45 1 000- 1 500 M1.0E 右 SOtKOi 旳 喋賢地星 80 東西向剖面為向躺

18、構 造喃北向剖面為地呈 構fiAH被斷裂圍限 柏為型刪河斷裂 100-370 500- 1 000 400 -450 79Q 40-70 2 000-3 000 Ml -2左右 SO. -Ca 砸 西邊山斷階 40 由2T條斷裂和之聞 的平臺所組戚的卑糾構 進（由西向東恆鮒 100-500 200-1 000 6嚴 400 -450 780-760 35-45 1 000 -1 000 MIT左右 65 由2-4條斷裂和之聞 的平飾組成由東北向 勰階梯式財 300-500 1 000-1500 0?* 400 碩. 45-60 1 000-2 000 左右 SQiYh 哇 115 為西漱潮不嘶 制構造 600-1 (XX) SQ0訂勉 0；小 400 45-70 1000左右 XE *3左右 SCL-Ca 建 b）太原盆地地熱田為中低溫地熱田，以層狀熱儲為主，兼有裂隙帶狀分布特點，為了減少開 發(fā)利用風險和盲目性