太原盆地西溫莊隆起地熱田地質(zhì)特征

1、·專題綜述 ·太原盆地西溫莊隆起地熱田地質(zhì)特征(太原理工大學礦業(yè)工程學院 、山西省地質(zhì)工程勘察院)鷹 賀摘要太原市小店區(qū)西溫莊地熱田為低溫地熱資源 ,地處山西臺背斜太原盆地中段 。從西溫莊地熱田的地質(zhì)構(gòu)造方面 ,論述了熱儲層的特征 ,介紹了地熱田的蓋層 、熱儲層 、熱源及水化學類型 ,并對地熱田的儲量進行了計算 ,為地熱田的開發(fā)利用提供了基礎資料 。關(guān)鍵詞西溫莊 ;隆起 ;熱儲層 ;熱源 ;開發(fā)利用 ;措施中圖分類號 : TD132文獻標識碼 : B文章編號 :1672 - 0652 (2010) 06 - 0047 - 03太原市小店區(qū)西溫莊地熱田位于汾渭盆地地熱帶 。中

2、低溫地熱資源豐富 ,地熱田蓋 、儲 、通 、源等地 熱地質(zhì)條件良好 ,為層狀分布的中低溫地熱田 ,深層 巖溶發(fā)育和富水性相對均一 ,開采深度小 ,單井開采 熱水量大 ,屬開采經(jīng)濟的宜開采的地熱田 ,有開發(fā)利 用的資源基礎 。1 地質(zhì)構(gòu)造從大地構(gòu)造單元看 ,西溫莊地熱田所處的太原盆 地是一個典型的新生代斷陷盆地 。從總體格局上 ,依 據(jù)基底埋深的不同 ,新生界沉積發(fā)育程度的差異以及 基底時代的不同 ,太原盆地可以分為北段 、中段和南 段 。三給地壘和田莊斷裂帶可作為這三段的分界線 , 中段東南部 ,即親賢地壘南至田莊斷裂之間為西溫莊 隆起 。西溫莊隆起是太原東山背斜向盆地的延伸部 ,由 于位于背

3、斜軸部 ,斷裂構(gòu)造十分發(fā)育 ,這些斷裂對西 溫莊隆起形態(tài)和結(jié)構(gòu)以及地熱地質(zhì)條件影響較大的 有東邊山 斷 裂 帶 、親 賢 地 壘 、汾 河 斷 裂 帶 和 田 莊 斷 裂帶 。1) 汾河斷裂帶是由 23 條相互平行 、走向近南 北的正斷層組成 ,為晉源凹陷與西溫莊隆起的交界 ; 在盆地中段太原地區(qū)附近 ,這條斷裂帶的位置大致和 汾河現(xiàn)代河床位置一致 ,并構(gòu)成盆地中心地塹 ,成為 凹陷中心槽 。汾河斷裂為至今仍在活動的新斷裂 ,為 巖溶熱水富集和流通的有利地段 。2) 田莊斷裂大致由 2 條較大的斷裂組成 。其北側(cè)的斷層為走向 N E 的南傾正斷層 ,斷距大于800 m ,斷層牽引現(xiàn)象明顯 ,產(chǎn)

4、狀上緩下陡 ,傾角 35°左右 ( 向 下變陡) 。該斷層具有多次活動性 ,后期活動逐漸穿 過了新生界 。南側(cè)的斷層 ,斷距較小約 130 m ,走向 與北側(cè)斷層平行 ,為上緩下陡的高角度正斷層 ,傾向 南東 。3) 太原東邊山斷裂帶是東山和太原盆地的分界 斷裂帶 。主要由東山弧形斷裂 、馬莊和許西 - 西吳斷 裂帶組成 。為新生界活動斷裂 。西溫莊隆起內(nèi)基底埋深變化較大 ,其西南傾伏端 基底呈一個比較平緩的背斜 (隆起) 形態(tài) ,基底為三疊 系 ,中奧陶統(tǒng)灰?guī)r地層埋深在 1 200 m 之下 ,形成和 西山灰?guī)r地層完全斷開 、和東山巖溶系統(tǒng)有微弱聯(lián)系 的熱儲結(jié)構(gòu) 。西溫莊地熱田地質(zhì)

5、模型剖面示意圖見 圖 1 。2 熱儲特征西溫莊地熱田北部與親賢地壘相接 ,南東以田莊 斷裂為界與清交凹陷相連 ,西部以汾河斷裂為界與晉 源凹陷毗鄰 ,東部以田莊斷裂及小店與榆次行政邊界 為界 ,地熱田面積 48 . 6 k m2 。1) 蓋層 。為巨厚的石炭 、二疊 、三疊系砂頁巖煤 系地層 ,總厚在 4001 100 m 左右 ,其上為第四系松 散巖層 ,其巖性為黃土 、粉質(zhì)黏土 、黏土 、少量砂層及 砂礫石厚 134 500 m 。該地熱田蓋層厚度較大 ,分 布比較穩(wěn)定 , 隔水 、隔 熱性 能 良好 , 具 備良 好的 蓋 層 條件 。作者簡介 :賀 鷹 女 1977 年出生2002 年

6、畢業(yè)于中國地質(zhì)大學助理工程師 太原 030024圖 1 西溫莊地熱田地質(zhì)模型剖面示意圖2) 熱儲層 。該地熱田熱儲層主要為中奧陶統(tǒng)上 、下馬家溝組碳酸鹽巖 。上 、下馬家溝組中上段為 質(zhì)純的灰?guī)r ,巖溶裂隙發(fā)育 ,富水性 、透水性良好 ,其 底部的泥灰?guī)r及角礫狀泥灰?guī)r ,基本不含水 ,其厚度 應于扣除 , 則熱儲層總厚為 200 m 左右 。熱儲層溫 度 60 75 左右 ,平均 63 。單井產(chǎn)熱水量 700 1 500 m3 / d 。3) 熱源 。居里等溫面的高低 ,反映了地熱源的 熱流值大小 ,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 斷陷盆

7、地的軸線基本重合 ,在盆地內(nèi)居里等溫面位于 中地殼的上部 ,而且該部位具有低速高導溫度高 ( 達 到 600 ) 等物理特性 ,因此 ,在此部位可能為半熔融 體或含水破碎帶 ,使盆地地區(qū)形成地熱異常區(qū) 。4) 水化學類型 。西溫莊地熱田屬于低溫地熱資 源 ,水化學類型及一些標性離子及微量元素的地球化 學特征 ,可以反映地熱田的深部熱儲特征 ,為分析儲 熱類型及成因條件 、建立熱儲模型 、計算地熱資源量 及合理開發(fā)利用地熱資源奠定基礎 。a) 地熱水 水 化 學 類 型 : 按 C 、A 舒 卡 列 夫 分 類 (水 中主 要 陰 、陽離 子含 量 大于 25 %的 順序 排 列 命 名) 法

8、,西溫莊 1 地熱井水水化學類型為硫酸鈣型水 , 礦化度 2 . 8 g/ L 。水溫 53 。主要離子含量分別為 SO4 2 - 1 743 mg/ L ,Ca2 + 561 mg/ L , M g2 + 114 mg/ L 。 F - 3 . 33 mg/ L , P H 值 7 . 02 ,總硬度 1 869 mg/ L ,離子總和 2 832 . 632 845 . 5 mg/ L ,溶解性 SiO2 含量28 . 0 mg/ L ,偏硅酸含量 36 . 42 mg/ L , 鍶 含量 15 . 6 mg/ L ,鋰含量 0 . 56 mg/ L 。b) SO4 2 - 和 Ca2 +

9、 在元素中占絕對優(yōu)勢 , 是巖溶 型熱礦水的典型特征 。西溫莊 1 地熱 井 SiO2 含 量28 mg/ L 比一般冷水高出 近 5 倍 , Ca2 + 離 子含 量 為561 mg/ L ,占陽離子毫克當量的 65 . 83 % , F - 含量為3 . 33 mg/ L ,超出正常水中 F - 含量 ( 一般不超過 1 . 0 mg/ L ) 3 倍多 。c)SiO2 含量多寡更與熱水的溫度有較密切的關(guān)系 。一般 SiO2 的含量和熱水溫度成正比相關(guān) ,所以在地熱學里用硅含量計算地下熱儲層的溫度 ,可做為 地熱溫標 。d) SO4 2 - 和 Ca2 + 、F - 含量較高的原因是與地殼

10、 之下的熱液沿田莊斷裂侵入有關(guān) ,一般有隨溫度增高 而增大的規(guī)律 。3熱儲量計算1) 熱儲層物理參數(shù) 。a) 熱儲層厚度主要依據(jù)鉆探資料 ,結(jié)合地熱地 質(zhì)條件而定 。熱儲含水層厚度按 200 m 計算 。b) 熱水及熱儲層物理參數(shù)按 D E40 - 85地熱資 源評價方法規(guī)范查表 4 ,并參考西溫莊地熱井資料 進行對比分析后選取 。熱水密度 ( 63 ) 按 986 kg/ m3 選取 ; 熱水比w熱 Cw 按 4 180 J / k g ·選 取 ; 熱 儲 巖 石 密 度r 按2 700 k g/ m3 選取 ;熱儲巖石比熱 Cr 按 920 J / kg ·選取 。熱

11、儲巖石孔隙率 按 0 . 032 選取 。c) 熱儲層溫度 t r 選取 。西溫莊 - 1 孔地熱井在 揭露峰峰組頂板地層后進行測溫為 41 . 45 ,終孔后 測溫為 53 。因揭露的熱儲層厚度太少和未對峰峰 組止水 ,峰峰組的低溫熱水混入 O2 S 熱水中 ,又因地 熱流體向井口運移過程中 ,受流體 、流速 、流量 、井管 流速 、圍巖熱阻等諸多因素的影響 ,井口的溫度均小 于熱儲層溫度 ,根據(jù)實測資料分析 ,西溫莊 - 1 孔地 熱井井口的穩(wěn)定流溫應小于熱儲層溫度 510 。因此 , 按 西 溫 莊 - 1 孔 地 熱 井 實 測 井 口 溫 度(53 ) 、熱 儲 層 梯 度 推 算

12、法 計 算 的 溫 度 ( 60 ) 及K 回采率 , % ,取 25 ?？刹傻責崴?0 . 86 ×108 m3 ,可采地熱水資源量 所含熱量 1 . 85 ×1013 kJ ( 折合標準煤 58 . 36 104 t ) , 僅相 當 熱 儲 總 量 129 . 678 9 ×1013 kJ ( 折 合 標 準 煤4 426 . 0 ×104 t ) 的 1 . 42 % 。地熱資源開發(fā)潛力很大 。4結(jié)論1) 太原小店區(qū)西溫莊地熱田位于太原市南部 , 地熱田面積 48 . 6 k m2 。屬經(jīng)濟 、適宜開采的“低溫地 熱資源”。2) 西溫莊隆起地熱

13、田為層狀熱儲特征 ,熱儲層 為中奧陶統(tǒng)馬家溝組碳酸鹽巖 ,其地層總厚度 400 m 左右 ,熱儲層厚 200 m 左右 , 巖溶裂隙較發(fā)育 , 特別 是由于斷裂帶的存在 、深層巖溶的發(fā)育 ,為巖溶水深 循環(huán)加熱 、對流 、儲存創(chuàng)造了有利條件和先決條件 。3) 西溫莊地熱田熱儲總量 1 . 296 789 ×1015 kJ ;存儲地熱水總量 3 . 42 ×108 m3 ,存儲地熱水所含熱量7 . 40 ×1013 kJ ;可采地熱水量 1 . 71 ×108 m3 ,可采地 熱資源量所 含 熱 量 3 . 7 ×1013 kJ , 僅 相 當

14、熱 儲 總 量1 . 296 789 ×1015 KJ 的 2 . 84 % , 地 熱 資 源 開 發(fā) 潛 力很大 。SiO2溫 標 法 溫 度 ( 75 . 7 ) 和 鉀 鎂 溫 標 法 溫 度(65 . 9 ) 推測 ,熱儲層溫度選擇 63 較為合適 。2) 熱儲總量 。Qr = C FM ( t r - t0 ) = 1 . 296 789 ×1015 kJ式中 :Qr 熱儲總量 ,J ;C 熱儲巖石和水的平均比熱容 ( C =r C r ( 1 -) +w C w = 2 536 399 . 4 J / m3 ·) 。1 t 標準煤折合熱量為 3 .

15、17 ×1010 J ,因此 ,評價 區(qū)熱儲總量折合標準煤 4 426 . 0 ×104 t 。3) 存儲地熱水總量 。存儲地熱水總量 qrm 包括 容積存儲地熱水量和彈性存儲地熱水量 。q容 = F ×M ×= 3 . 11 ×108 m3 q彈 = F ×H ×S = 0 . 31 ×108 m3 qrm = q容 + q彈 = 3 . 42 ×108 m34) 可采地熱水量 。qw h = qrm ×K = 0 . 86 ×108 m3可采地熱水所含熱量 :Qw h = qw h

16、 ×C ××( t r - t0 ) = 1 . 85 ×1013 kJ折合標準煤 58 . 36 104 t 。 式中 :qw h 可采地熱水總量 ,m3 ; qrm 存儲地熱水總量 ,m3 ; Qw h 可采地熱水所含熱量 ;4)西 溫 莊 地 熱 田 現(xiàn) 有 地 熱 井 1 眼 , 鉆 井 深 度1 600 . 88 m ,井口水溫 53 ,水位埋深 2 . 60 m ,涌水量 32 m3 / h ;水化學類型為硫酸鈣型水 , F - 含量 3 . 33 mg/ L ,鍶含量 15 . 6 mg/ L (達到礦泉水標準) ,偏硅酸 含量 36 .

17、4 mg/ L ,達到有醫(yī)療價值濃度 。其他離子成 分未達到醫(yī)療價值濃度 ,但有一定濃度 ,在醫(yī)療上也 有一定作用 。5) 依 GB11615 - 89地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范 ,按 100 年開采計算 ,則每年可采熱水量為 0 . 008 6 億33m ,每日可開采量 2 356 m 。6) 為了延長地熱井的使用壽命 ,保持地熱資源 的可持續(xù)利用 ,地熱資源的保護需采用合理的開發(fā)利 用模式和長期有效的監(jiān)測管理 ,確定熱田的合理開采 量和合理的井數(shù) 、井深和井距 。并和地熱井間隔一定 距離同時施工回灌井 ,進行地熱回灌等有效措施 。收稿日期 2010 - 04 - 18參 考文 獻 1 黃衛(wèi)星 ,

18、楊親民. 山西省地熱資源探討J . 山西能源與節(jié)能 ,2003 ( 3) : 46 - 49 . 2 楊新榮 . 太原市地熱資源概況及開發(fā)利用J . 山西科技 ,2006 ( 1) :11 - 13 . 3 吳玉琪. 太原盆地地下熱水分布特征J . 山西能源與節(jié)能 ,2007 ( 3) :41 - 42 .(下轉(zhuǎn)第 56 頁)我國經(jīng)濟全面可持續(xù)的發(fā)展 。目前 ,新能源的種類較全供應 ,進而危及整個國民經(jīng)濟的正常運轉(zhuǎn)與可持續(xù)多 ,發(fā)展迅速 。世界新能源的增長速度已超過 30 % ,而我國僅達 1 . 6 % 。我國新能源的發(fā)展速度和水平 不僅遠遠低于大多數(shù)發(fā)達國家 ,甚至也落后于印度 、 巴西

19、,能源短缺 ,在很大程度上需要進口 ,而且缺口越 來越大 ,造成很大的能源安全隱患 。雖然有些新能源 的成本稍高 ,但是 ,如果考慮到環(huán)境保護成本 ,它的代 價并不是很高 。因此 ,從能源長遠利用出發(fā) ,應大力 發(fā)展新能源 。4) 保證能源安全策略 。石油安全是中國能源安 全的核心 。我國是世界上第二大石油進口國 , 2007 年我國原油對外依存度達到 46 . 05 % ,但我國對國際 石油價格的影響甚微 ,這無疑會給中國石油安全帶來 很大壓力 。隨著我國對外石油依存度的加大 ,面臨的 國際風險也將逐漸加大 , 國際石油市場的風云變幻 或油價暴漲或供應中斷 ,必將直接損害我國的能源安發(fā)展 。

20、因此 ,面對石油安全挑戰(zhàn) ,我國應提高石油安全程度 ,從戰(zhàn)略的高度借鑒國外先進的經(jīng)驗 ,減少石 油進口依賴 ,積極參與國際石油市場競爭 ,加強國際 石油領域合作 ,實現(xiàn)石油進口多元化 ,加快建立現(xiàn)代 石油市場體系 ,建立完善現(xiàn)代石油儲備制度 ,確保國 家石油安全 。5 結(jié) 語綜上所述 ,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)是我國能源與環(huán)境經(jīng)濟 協(xié)調(diào)發(fā)展的客觀需要和戰(zhàn)略要求 ,是事關(guān)國家前途命 運的大事 ,直接關(guān)系著我國的可持續(xù)發(fā)展 。為此 ,國 家應制定一系列相關(guān)策略 ,從國情出發(fā) ,轉(zhuǎn)變能源管理模式 ,推動能源 節(jié)約 發(fā) 展 、清 潔 發(fā)展 和安 全 發(fā)展 。要立足依靠化石能源并大力發(fā)展新能源 ,有計劃有步驟地優(yōu)化

21、能源結(jié)構(gòu) ,從而保證經(jīng)濟發(fā)展的需要 。收稿日期 2010 - 04 - 15參 考文 獻劉兆征. 我國發(fā)展低碳經(jīng)濟的必要性及政策建議J . 中共中央黨校學報 ,2009 ,13 ( 6) :54 - 57 .鄧志茹 ,范德成. 我國能源結(jié)構(gòu)問題及解決對策研究J . 現(xiàn)代管理科學 ,2009 ( 6) :84 - 85 .劉戒驕. 從戰(zhàn)略視角把握中國的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整J . 中國能源 ,2003 ( 6) :17 - 23 .胡德勇 ,周宏春. 應重視能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的目標J . 中國能源 ,2001 ( 8) :24 - 27 .倪維斗. 我國的能源現(xiàn)狀與戰(zhàn)略對策J . 山西能源與節(jié)能 ,2008 (

22、 2) : 1 - 5 . 1 2 3 4 5 Strategy Study on Optimizing Energy Structure inChina under Lo w - carbon Econ myYe Ji - wen ,Yang Yang , Shen Guo - dongAbstractFro m t he p er sp ective of a lo w ca r bo n eco no my i n Chi na , give s a brief a nal ysi s of cur re nt sit ua2tio n of Chi na s e ner gy st r

23、 uct ure , di sc u sse s t he nee d to op ti mize t he e ne r gy st r uct ure i n Chi na , a nd mai nl y st udie s t he lo w - ca r bo n eco no my op ti mizi ng t he e ner gy st r uct ure of Chi nas key st rat e gie s.Key wordsLo w - ca r bo n Eco no my ; Ener gy st r uct ure ; Nece ssit y ; St rat e gy(上接第 49 頁)Geological Features of Xi wenzhuang Upl if tGeothermal Fiel d in Ta iyuan Ba sinHe YingThe geo t her mal fiel d i n Xiwe nzh ua ng villa ge of t he di st rict of Xiao dia n i n Taiyu