商丘市市区地热资源量计算评价_王晨旭.pdf

河南水利与南水北调 2022年第12期水文水资源作者简介：王晨旭（1992），男，工程师，主要从事水文地质、地热地质研究工作。商丘市市区地热资源量计算评价王晨旭1，姚兰兰2，张晓丽3（1.河南省地矿局第四地质勘察院，河南 郑州 450001；2.河南省自然资源监测与国土整治院，河南 郑州 450016；3.河南省地矿局第二地质矿产调查院，河南 郑州 450001）摘要：根据近几年来的地热勘探资料，对商丘市地热水文地质条件、热储构造、热储特征及开采现状进行分析，计算出商丘市城区地热水可采资源量，并对计算参数的选取进行了分析，对计算结果的适用性进行了评价，商丘市城区地热水可采资源量应控制在1.50107m3/a（降深90 m条件下)、1.95107m3/a（降深110 m条件下）左右，为科学管理地热水资源提供了科学依据。关键词：冲积平原；地热水；可采资源量；计算评价中图分类号：P314文献标识码：B文章编号：1673-8853（2022）12-0028-02Calculation and Evaluation of Urban Geothermal Resources in Shangqiu CityWANG Chenxu1,YAO Lanlan2,ZHANG Xiaoli3（1.No.4 Institute of Henan Bureau of Geo-exploration&Mineral Development,Zhengzhou 450001,China;2.Henan Monitoring Bureauof Natural Resources and Land,Zhengzhou 450016,China;3.No.2 Institute of Henan Bureau of Geo-exploration&MineralDevelopment,Zhengzhou 450001,China）Abstract：According to the geothermal exploration data in recent years,this paper analyzes the geothermal hydrogeological conditions,thermal storage structure and characteristics and mining status of Shangqiu City in east Henan Province.The recoverable resources ofgeothermal water in the urban area of Shangqiu City are calculated,and the selection of calculation parameters is analyzed.Theapplicability of the calculation results is evaluated.The recoverable resources of geothermal water in urban Shangqiu should becontrolled at 1.50107m3/a(with a drawdown of 90 meters),1.95107m3/a(with a drawdown of 110 meters).This serves as a solidbasis for the management of geothermal water resources in a scientific manner.Key words：alluvial plain;geothermal water;recoverable resources;calculation evaluation0引言随着城市化进程的加快和绿色发展战略的推进，利用深部地热进行集中供暖步入了快速发展阶段。商丘市位于河南省东部，地貌类型属黄河冲积平原，市域面积1 613.60 km2。地处豫鲁苏皖四省结合部的中心地带，地域平坦而开阔，土地、农业、能源等资源丰富，是四省商品集散地及区域商贸中心，有“豫东门户”之雅称。1地热资源开发利用现状商丘市城区自20世纪70年代中期开始开发利用低温地热水资源。现有地热井125眼，深度在500 m左右，主要分布在城区160 km2范围内，井口出水温度2534。目前，地热水年开采量保持在2107m3以上（2001年除外）。近20年来，无序无节制的开采，使地热水水位快速下降：19931999年 7 a间水位下降11.71 m，下降速率达1.67 m/a；地热水漏斗面积不断扩大，漏斗中心水位持续下降。2001年商丘市城区-10 m等水压线闭合圈的面积达197.20 km2，中心水位埋深 66.39 m。2热储特征商丘市城区地热田属覆盖沉积型层控地热田，主要分布在黄淮海平原的偏东南缘，为层状孔隙水，具一定的承压性。据地热井开采资料分析，已开采的热储层垂向深度埋藏于350550 m，赋存于上第三系及第四系下更新统的冲洪积相地层之中。2.1热储层划分依据埋藏条件、水力特征及开发利用状况，商丘市城区地热水含水层、隔热层特征见表1。2.2热储层渗流场特征现状开采条件下，区内地热水水位、水量、水温动态相对稳表1工作区地热水热储层含水、隔热特征表热储层位350550/m（Q1、N2）岩性细砂、中细砂、粉细砂、少量粗砂及粉砂。层间由粘土或亚粘土层隔开。层数及厚度34层，总厚5090 m。盖层与上部常温地下水 含 水 层 间 有2050 m以上粘土或亚粘土层。盖层总厚 300350 m。28河南水利与南水北调 2022年第12期水文水资源定，动水位的变化多受开采量大小的制约，热储层的补、径、排条件及动态渗流场特征见表2。3地热资源量评价计算3.1热储概念模型的建立根据区域地层及构造条件：热储层岩性均一、顶底板基本水平、厚度变化不大等基本条件，将其概化为均质、各向同性的承压热储层，补给源为遥远山区。故在开采条件下，区内热储层属非稳定的净储量消耗型。热储层地热水与区外同层地热水水力联系密切，而不同含水层间无明显水力联系，为一无越流补给（或排泄）的、水平方向上无限分布的承压热储层。3.2计算方法选取地热资源量的计算方法目前有多种，如热储法、弹性储量法、均匀布井法等，每一种方法都有一定的适用条件。经计算，确定采用弹性储量法，主要是在结合商丘城区地层条件、含水岩组特性、热储特征、开采现状条件的基础上，该法考虑了弱隔水层的弹性给水率、厚度及水位下降值等，计算结果应较为切合实际。表2工作区热储层补径排条件、动态等渗流场特征表补径排条件热储层厚度/m补给径流排泄静水位埋深/m动水位埋深/m出水量/（m3/h）特征及数值350550侧向流入和漏斗周边补给自西北流向东南人工开采和侧向流出58.436550100动态渗流场特征单位涌水量/（m3/hm）水温/地温梯度/（/100m）导水系数/（m2/d）弹性释水系数压力传导系数贮水系数数值6.0715.032534.502.083.35，平均2.61740878.706.8610-41.5510-64.9410-43.3弹性储量计算法3.3.1数学模型Q弹=（S Mcp+S Mcp）h F（1）式（1）中：Q弹热储层弹性释水量（万m3）；S热储层弹性给水率；S弱隔水层的弹性给水率；Mcp热储层的平均有效厚度（m）；Mcp弱隔水层的平均厚度（m）；F计算区面积（m2）；h区域水位（设计）下降值。3.3.2参数选取面积（F）：规划城区面积300 km2；水位下降值（h）：按90 m、110 m 2种水位下降值计算；热储层弹性给水率（S）：根据实际非稳定流抽水试验及黄淮海、开封市区等地非稳定流抽水试验计算结果，取 S=310-4；弱隔水层的弹性给水率（S）：取豫东平原供水报告中S=1.8110-4；热储层平均有效厚度（Mcp）：取含水层平均厚度的80%，为41.32 m；弱隔水层平均厚度（Mcp）：以商丘城区15眼地热井资料及区域地层资料，选取Mcp=60 m。3.3.3计算结果地热水资源总量计算，按式（1）计算：Q弹 90 m=（S Mcp+SMcp）h F=6.28108m3。Q弹110m=（S Mcp+S Mcp）h F=7.67108m3。可采资源量计算地热水消耗以弹性释水量为主，其计算公式为：Q可采=Q弹 a/t（2）式（2）中：a地热水可采系数，取75%；t按30 a开采期计算。计算得：Q可采 降90 m=1.57107m3/a，Q可采 降110m=1.93107m3/a。3.4开采潜力分析商丘城区地热水开采层位主要在350550 m，计算也以此段含水层为计算对象。以2020年开采量1.71107m3/a为已采量，根据潜力指数计算公式：P=Q可采/Q已采（3）式中字母含义同上。根据（3）计算得：P90=0.92，P110=1.13。依据潜力指数P值的判定标准：P1.20有开采潜力，1.20P0.80采补平衡，P0.80潜力不足，已超采判定，目前商丘城区范围内的地热水开采已达到采补平衡。根据商丘市19972020年地热水开采量在2107m3/a以上,地热水水位持续下降，区内年地热水开采量控制在为1.71107m3/a，地热水水位可保持相对稳定，地热开采基本达到采补平衡状态，应可作为当地地热资源开发利用规划的基础依据。4结语商丘市城区地热田属覆盖沉积型层控地热田，为层状孔隙热储类型，地热水具一定的承压性，初步计算商丘市城区地热水可采资源量应控制在约1.50107m3/a（降深90 m）、1.95107m3/a（降深110 m），且350550 m深度范围内的低温地热水资源的开采已达采补平衡，开采潜力不大。为更好地利用宝贵的地热水资源，建议应尽快制定商丘市地热水资源的开发利用规划，合理地开采地热水，同时建立地热水水位、水质、水量等动态的监测网，为科学管理地热水资源开发提供依据。应加大对岩溶热储地热水资源的勘探开发研究，寻找新的可供开发利用的地热水资源，以保证城市能源可持续开发利用。参考文献：1 田良河，龚晓洁，寇亚飞.河南省地热资源调查评价报告R.郑州：河南省地质调查院，2020.收稿日期：2022-10-20编辑：刘长垠29