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安徽省亳州市王花園井地?zé)豳Y源可行性勘查研究
文章來(lái)源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時(shí)間:2024-09-26 16:56:12瀏覽次數(shù):302
0 引言
作為一種綠色低碳和可循環(huán)利用的非化石清潔能源,地?zé)崮?/a>具有儲(chǔ)量大、分布廣、穩(wěn)定可靠等其他能源不可比擬的優(yōu)點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的重要能源利用途徑。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),生態(tài)和環(huán)境保護(hù)越來(lái)越受到重視,在一定程度上推動(dòng)了地?zé)崮艿拈_發(fā)利用和勘查研究。地?zé)豳Y源可行性勘查是指在預(yù)可行性勘查或開發(fā)利用選定工程區(qū),通過(guò)地質(zhì)地?zé)?/a>調(diào)查、地球物理勘查、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方法,查明地質(zhì)地?zé)釛l件、建立熱儲(chǔ)模型、計(jì)算地?zé)豳Y源量等的系統(tǒng)工作,對(duì)于后續(xù)開采設(shè)計(jì)和開發(fā)規(guī)劃具有重要意義。王花園井位于亳州市城區(qū)西北渦河北岸、藥王大道西,自20世紀(jì)70年代至今廣大地質(zhì)工作者在該區(qū)周邊及亳州市開展了基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)及地?zé)岬刭|(zhì)工作。其中亳州市城南地?zé)?/a>資源可行性勘查及王花園井地?zé)?/a>成井工作等成果,反映了王花園井周邊具備地?zé)豳Y源開發(fā)利用的較好潛力?;谝陨?,本次在綜合前人研究的基礎(chǔ)上,在王花園井周邊開展了以專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查、取樣測(cè)試、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等技術(shù)方法為主的地?zé)?/a>資源可行性勘查工作,在勘查區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件、地?zé)崽?/a>成因、熱儲(chǔ)概念模型、地?zé)豳Y源量等方面取得豐碩成果,為該區(qū)后續(xù)探礦權(quán)申請(qǐng)和開發(fā)利用規(guī)劃提供了重要依據(jù)。
1 勘查區(qū)地質(zhì)地?zé)釛l件
1.1 地質(zhì)構(gòu)造特征
1.1.1 地層結(jié)構(gòu)
勘查區(qū)主要為新近系、古近系和第四系地層,新近系和第四系松散層厚750~870m左右。古近系分為:(1)古近系古新統(tǒng)雙浮組(E1sh),巖性下部主要為細(xì)砂巖與泥巖、砂質(zhì)泥巖互層,上部主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖與砂巖、粉砂巖互層,厚度大于500m,頂板埋深1196.80m;(2)古近系始新統(tǒng)界首組(E2j):巖性下部主要為泥巖與細(xì)砂巖互層,中部為泥巖與細(xì)砂巖、粉砂巖互層,上部為泥巖夾細(xì)砂巖、粉砂巖,總厚約420.85~427.15m。新近系分為:(1) 新近系中新統(tǒng)館陶組(N1g),巖性下部主要細(xì)砂,中部粘土與中砂、細(xì)砂、粉砂互層,上部為粘土夾細(xì)砂、中細(xì)砂,總厚約205.20~315.90m;(2)新近系上新統(tǒng)明化鎮(zhèn)組(N2m):下部為粘土、亞粘土與粉砂、細(xì)砂、中砂互層,上部為粉砂、細(xì)砂、中砂與粘土、粉質(zhì)粘土互層,總厚約367.85~395.49m。
勘查區(qū)第四系厚約166.25~181.78m,自老到新分為:
(1)下更新統(tǒng),分上、中、下三段,總厚75~93.62m;(2)中更新統(tǒng),分上、下兩段,總厚約41.30~62.05m;(3)上更新統(tǒng),分上、下兩段,總厚約25.90~48.32m;(4)全新統(tǒng),勘查區(qū)總厚約0.55~13.05m,南部厚度較小。
1.1.2 斷裂構(gòu)造及基底構(gòu)造
勘查區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造均為區(qū)域性斷裂的次生斷裂,主要有NNE向張完集斷裂F1和EW 向的渦河斷裂F推1(圖1)。前人在區(qū)內(nèi)布設(shè)有兩條大地電磁測(cè)深平行剖面(1線、2線),通過(guò)明顯的“V”型寬大低阻異常和同步向下彎曲典型斷裂異常特征,于區(qū)內(nèi)東側(cè)邊界解譯推斷了走向約40°、NWW 傾的張完集斷裂F1(圖2)。渦河斷裂F推1位于勘查區(qū)南側(cè)亞珠石油城—化肥廠一線,該斷裂為亳州隆起的北界斷裂,其主要通過(guò)重力資料推測(cè)為EW 走向、N傾的正斷層。
勘查區(qū)基底為阜陽(yáng)拗陷,坳陷地區(qū)自下而上沉積有厚度大于1467m的古近紀(jì)沉積物,848m厚的新近紀(jì)沉積物,160m厚的第四紀(jì)沉積物。鉆探和物探工作均未揭穿基底,基底埋深大于2500m。
1.2 熱儲(chǔ)特征
根據(jù)地熱田熱儲(chǔ)埋藏條件,將勘查區(qū)熱儲(chǔ)劃分為新近系熱儲(chǔ)和古近系上部熱儲(chǔ)。新近系熱儲(chǔ)在勘查區(qū)全區(qū)分布,頂板埋深約546.5m,底板埋深約848m,勘查區(qū)內(nèi)頂板埋深和厚度變化不大。熱儲(chǔ)主要由較松散的粉細(xì)砂、中細(xì)砂組成,局部微固結(jié)。本次通過(guò)分析物探測(cè)井資料,劃出7層含水層,揭露總厚度104.1m,測(cè)井溫度38.6℃ ~44.8℃。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,單井涌水量1000~2000m3/d。
古近系上部熱儲(chǔ)在勘查區(qū)全區(qū)分布,頂板埋深929.8m,底板未揭穿,勘查區(qū)內(nèi)頂板埋深和厚度變化不大。熱儲(chǔ)主要由細(xì)粒砂巖、粉砂巖,局部中砂巖組成,呈固結(jié)狀。本次通過(guò)分析物探測(cè)井資料,劃出53層含水層,揭露總厚度493.7m,測(cè)井溫度38.6℃ ~72.296℃,井口出水地?zé)崴疁囟?/a>69.5℃。
1.3 地溫場(chǎng)特征
1.3.1 垂向分布特征
根據(jù)勘查區(qū)內(nèi)王花園井測(cè)溫資料,本區(qū)恒溫帶17℃,恒溫帶深度20m。本井240~2305m井段溫度為34.563℃ ~72.296℃,計(jì)算得到本井地溫梯度2.42℃ /100m。根據(jù)前人已完成的亳州市(城南)地?zé)豳Y源可行性勘查成果,區(qū)內(nèi)蓋層地溫梯度3.08~3.88℃ /100m;新近系熱儲(chǔ)層地溫梯度1.2℃ /100m,古近系上部熱儲(chǔ)層地溫梯度2.04~2.06℃ /100m;平均地溫梯度2.84~3.23℃ /100m。
1.3.2 平面分布特征
本次統(tǒng)計(jì)了10m埋深處的溫度數(shù)據(jù),并依據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行地溫梯度暈圖繪制。由圖3(a)可見,10m埋深處地溫約15.9℃ ~18.3℃,地溫高異常區(qū)主要位于探礦權(quán)南部和西北部。
考慮淺部地溫受多因素影響,為有效識(shí)別淺層地溫異常區(qū)域,本次求取了7.5m埋深處地溫梯度公式(1),并繪制了7.5m埋深地溫梯度暈圖。由圖3(b)可見可見,7.5m埋深
與10m埋深地溫梯度暈圖,在平面布局上發(fā)生存在較大差異性,7.5m埋深高地溫梯度區(qū)主要分布在勘查區(qū)北部和中部。
式中:T10為10m埋深處的地溫,T5 為5m埋深處的地溫,ΔT/Δh7.5為7.5m埋深處的地溫梯度。
2.1 地下水補(bǔ)給來(lái)源
對(duì)地?zé)崃黧w、地表水和淺層地下水分別采取樣品測(cè)定氫氧穩(wěn)定同位素氘δD(VSMOW‰)和δ18O(VSMOW‰),測(cè)定結(jié)果為:王花園井地?zé)崃黧wδD=-67.0、δ18O=-8.0,BR03井地熱流體分別為δD=-68.0、δ18O =-8.7,地表水δD=-50.0、δ18O =-7.4,淺層地下水分別為δD=-62.0、δ18O =-8.9。
如圖4所示,地表水與淺層地下水均落在全國(guó)大氣降水線附近,說(shuō)明該區(qū)域淺層地下水的補(bǔ)給與大氣降水關(guān)系密切。王花園井與BR03井地?zé)崴?/a>投影點(diǎn)均落在全國(guó)大氣降水線δD=7.83δ18O+8.16附近,略向左偏移,說(shuō)明其補(bǔ)給來(lái)源來(lái)自大氣降水。
2.2 地下水年齡
本次通過(guò)測(cè)定地下水中3H與大氣降水中的3H含量比較確定年齡,測(cè)試結(jié)果表明:區(qū)域內(nèi)地表水和雨水中的3H含量分別為8.0~19.84TU、16.40TU,為現(xiàn)代水標(biāo)準(zhǔn)值;研究區(qū)位于內(nèi)陸地區(qū),古近系3H含量4.5±1.1TU,說(shuō)明地熱流體主要為1954年以前補(bǔ)給的地下水并混有一部分現(xiàn)代大氣降水。
2.3 地?zé)岢梢?o:p>
本區(qū)古近系地?zé)崃黧w溶解性總固體含量約14430~18647mg/L,為Cl- -Na+型,說(shuō)明古近系地?zé)崃黧w水交替緩慢,補(bǔ)給源微弱,水文地質(zhì)環(huán)境封閉,天然狀態(tài)下勘查區(qū)地熱流體補(bǔ)給和逕流緩慢。地熱流體中大部分為萬(wàn)年前大氣降水補(bǔ)給,少部分為近帶大氣降水溶濾而成。
3 熱儲(chǔ)概念模型建立
綜合與前人資料與本次淺部地溫測(cè)量、氫氧同位素地球化學(xué)測(cè)試、區(qū)內(nèi)典型地?zé)峋?/a>的抽水試驗(yàn)等成果,分別從熱源、熱儲(chǔ)層、蓋層、地?zé)崃餮a(bǔ)給及運(yùn)移通道建立了勘查區(qū)熱儲(chǔ)概念模型(圖5)。
3.1 熱源
勘查區(qū)總體屬于地?zé)嵴^(qū),熱源來(lái)自上地幔。同時(shí),由于勘查區(qū)與相鄰地區(qū)相比莫霍面相對(duì)較淺,對(duì)地幔熱能的傳遞較為有利;其基底起伏及斷裂構(gòu)造分布有利于地球內(nèi)熱能向勘查評(píng)價(jià)的熱儲(chǔ)層傳遞。
3.2 熱儲(chǔ)層
勘查區(qū)主要有新近系中新統(tǒng)館陶組和古近系古新統(tǒng)界首組、雙浮組兩個(gè)熱儲(chǔ)層,其中新近系中新統(tǒng)館陶組熱儲(chǔ)層頂板埋深546.5m,熱儲(chǔ)層砂層平均厚度約104.1m。古近系古新統(tǒng)界首組、雙浮組熱儲(chǔ)層頂板埋深929.8m,由粉細(xì)砂巖、粉砂巖組成,平均厚度約493.7m。
3.3 蓋層
勘查區(qū)546.5m以淺為地?zé)岬谝簧w層,由新近系和第四系組成,巖性為粘土、粉質(zhì)粘土交互成層,其保溫性能較好、熱導(dǎo)率較低,是新近系熱儲(chǔ)的良好保溫蓋層??辈閰^(qū)總厚約800m的古近系古新統(tǒng)泥巖、粉砂巖為地?zé)岬诙w層,其滲透性差、熱導(dǎo)率低、保溫性能好。
3.4 地?zé)崃餮a(bǔ)給及運(yùn)移通道
區(qū)域上地?zé)崃黧w在自然狀態(tài)下以遠(yuǎn)處的側(cè)向補(bǔ)給為主,在開采狀態(tài)下可通過(guò)無(wú)限邊界從區(qū)外補(bǔ)給,垂向補(bǔ)給微弱。地?zé)崃黧w一部分為盆地沉積物形成時(shí)保留下來(lái)的古沉積水,一部分為大氣降水溶濾而成。地?zé)崃黧w受近代補(bǔ)給較少,徑流緩慢,與近代水交替條件差。
4 地?zé)?a href="http://www.baolimuye.com/t/資源.html" >資源量計(jì)算
4.1 計(jì)算方法
地?zé)?a href="http://www.baolimuye.com/t/資源.html" >資源量計(jì)算常用方法為熱儲(chǔ)法和比擬法,基于勘查區(qū)已有王花園井鉆探、試驗(yàn)、測(cè)試等一線數(shù)據(jù),熱儲(chǔ)法計(jì)算更為精準(zhǔn),故而本次使用熱儲(chǔ)法計(jì)算地?zé)豳Y源量QR。地?zé)豳Y源量QR 由熱儲(chǔ)層平均熱容量等C參數(shù)計(jì)算得到公式(2),熱儲(chǔ)層平均熱容量C由比熱容等參數(shù)計(jì)算得到公式(3)。QR =C·A·H·(tr-tj) (2)C=ρcCc(1-φ)+ρwCwφ (3)式(2)中:QR 為地?zé)豳Y源量(J);C為熱儲(chǔ)層平均熱容量(J/m3·℃);A為熱儲(chǔ)面積(m2);H 為熱儲(chǔ)層砂層厚度(m);tr?yàn)?a href="http://www.baolimuye.com/t/熱儲(chǔ)溫度.html" >熱儲(chǔ)溫度(℃);tj為基準(zhǔn)溫度(常溫層溫度℃)。式(3)中:ρc、ρw 分別為巖石和水的密度(kg/m3);Cc、Cw 分別為巖石和水的比熱容(J/m3·℃);φ為熱儲(chǔ)中巖石孔隙度,無(wú)量綱。
4.2 計(jì)算參數(shù)及結(jié)果
區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)層劃分為兩層,新近系中新統(tǒng)下部為第一熱儲(chǔ)層組,古近系古新統(tǒng)熱儲(chǔ)層為第二熱儲(chǔ)層組,熱儲(chǔ)層平均熱容量計(jì)算參數(shù)如表1所示。經(jīng)計(jì)算得到新近系熱儲(chǔ)層平均容量=2.935×106 J/m3·℃,古近系熱儲(chǔ)層平均容量=2.739×106J/m3·℃。綜合前述熱儲(chǔ)層平均熱容量C計(jì)算結(jié)果及本次統(tǒng)計(jì)、采取的熱儲(chǔ)溫度和面積等參數(shù),計(jì)算得到新近系熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源量QR =2.47×1017 J,古近系熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源量QR =33×1016J,勘查區(qū)地?zé)豳Y源總量QR =2.803×1017J。
5 結(jié)語(yǔ)
(1)根據(jù)前人已開展的亳州市城南地?zé)豳Y源可行性勘查及王花園井地?zé)?a href="http://www.baolimuye.com/t/成井.html" >成井工作等成果,認(rèn)為亳州市王花園井周邊具備開發(fā)利用地?zé)豳Y源的巨大潛力。出于后期開發(fā)利用對(duì)查明地?zé)豳Y源量和評(píng)價(jià)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的現(xiàn)實(shí)需求,迫切需要開展安徽省亳州市王花園井地?zé)豳Y源可行性勘查工作。
(2)綜合前人研究與本次開展的專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查、取樣測(cè)試、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等成果,系統(tǒng)總結(jié)了勘查區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件,利用氫氧同位素分析了勘查區(qū)地?zé)崽?/a>成因,科學(xué)建立了勘查區(qū)熱儲(chǔ)概念模型,并合理利用熱儲(chǔ)法計(jì)算得到勘查區(qū)地?zé)豳Y源總量QR =2.803×1017J。
(3)安徽省亳州市王花園井地?zé)豳Y源可行性勘查具備系統(tǒng)性,為采礦權(quán)的申請(qǐng)和后續(xù)開發(fā)提供了必須的地質(zhì)資料,也為下一步勘查區(qū)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用前景指明了方向。