.第24卷第3期西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)Vol. 24 No.32009年9月Joumal of Southwest University of Science and TechnologySep. 2009河南省開(kāi)封凹陷區(qū)地?zé)崽锏責(zé)豳Y源分析齊玉峰.(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)河南鄭州450053)摘要:對(duì)開(kāi)封凹陷區(qū)地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)構(gòu)造特征熱儲(chǔ)層特征及其埋藏條件、地?zé)崃黧w化學(xué)特征進(jìn)行了論述,分析了地?zé)崃黧w流場(chǎng)特征及其動(dòng)態(tài),初步建立熱儲(chǔ)概念模型,并對(duì)地?zé)崃黧w可采量及其質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià),提出了地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用方向及保護(hù)措施。關(guān)鍵詞:地?zé)崽锏責(zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用開(kāi)封凹陷區(qū)中圖分類(lèi)號(hào):X37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671 - 8755(2009)03 -0075 -04Analysis on Geothermal Resourcesin Kaifeng Depression Geothermal Field of Henan ProvinceQI Yu-feng( Hydrogeological and Engineering Geological Brigade,Bureau of Geoexploration and Mineral Development of Henan Prorince , Zhengzhou 450053, Henan, China)Abstract: The article discusses the hydrological conditions , the boundary, the geothermic liquid chemicaland heat storing characteristics as well as its buried conditions in Kaifeng Depression Geothermal Field,and analyzes the liquid field characteristics and its dynamics. It primarily establishes the geothernal mod-el, which evaluating the geothemal resources exploitable volume and its quality , and puts forward the di-rection of exploitation and utilization, protection measures for geothemmal resources.Key words: Geothermal field; Geothermal resources analysis; Exploitation and utilization; Protectionmeasures開(kāi)封凹陷區(qū)是河南省地?zé)豳Y源條件較好的地區(qū),面積約6700km2,大地構(gòu)造單元屬于濟(jì)源一開(kāi)封凹陷的東南隅,境內(nèi)深層地下水資源較為豐富,在河南省中東部平原乃至整個(gè)華北平原都有一定代表性。但目前地?zé)崴畠H用于洗浴和飲用,其熱能遠(yuǎn)未得到充分利用,開(kāi)發(fā)利用前景看好。因此,加強(qiáng)開(kāi)封凹陷區(qū)地?zé)豳Y源的研究,有計(jì)劃地開(kāi)發(fā)利用熱能,盡快將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),對(duì)于改善投資環(huán)境,振興工作區(qū)經(jīng)濟(jì)具有重要意義。1地?zé)豳Y源基本特征1.1 地?zé)岬刭|(zhì)構(gòu)造特征開(kāi)封凹陷構(gòu)造位于華北臺(tái)坳濟(jì)源-開(kāi)封凹陷,濟(jì)源-開(kāi)封凹陷屬中、新生代凹陷,南側(cè)為鄭汴斷裂,北側(cè)為新鄉(xiāng)一商丘斷裂,中間為武陟凸起,西為濟(jì)源凹陷,東為開(kāi)封凹陷。受濟(jì)源一新鄉(xiāng)-商丘深斷裂長(zhǎng)期活動(dòng)影響,使?jié)? -開(kāi)封坳陷呈現(xiàn)東西兩端深、中間高,南淺北深箕狀坳陷(圖1),屬中新生代斷坳式凹陷。中國(guó)煤化工收稿日期:2009 -03 -09基金項(xiàng)目:河南省2005年度兩權(quán)價(jià)款及使用費(fèi)項(xiàng)目(2006520500)。HCNMHG作者簡(jiǎn)介:齊玉蜂(1980- ),男,碩士,從事水文地質(zhì)工作。Email:qiynfeng - al@ 126. com。76西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)第24卷?yè)?jù)石油勘探資料,工作區(qū)地層巖性由一系列粘土和砂層(半固結(jié)粘土巖、砂巖)相互重疊,組成了多層含水層組(熱儲(chǔ))和相對(duì)隔水層,新近系之上又覆蓋了約300 m厚的第四系地層,為地?zé)豳Y源的儲(chǔ)存、運(yùn)移創(chuàng)造了有利條件.隨著深度增加,熱儲(chǔ)溫度上升,地下水的溫度升高。- 南東好律內(nèi)南m制隆北馳m1.2熱儲(chǔ)層 特征及其埋藏條件開(kāi)封凹陷區(qū)目前已開(kāi)發(fā)的有利用價(jià)值的地?zé)嶂饕?000布在地面下300~ 1300 m深度范圍,屬中更新統(tǒng)下段、下昌400MtPm更新統(tǒng)和新近系上部(明化鎮(zhèn)組)熱儲(chǔ)。根據(jù)石油鉆孔6000MtP。M+Po資料,在尚未開(kāi)采的1300 ~3000 m深度段,為新近系下8000024km部(館陶組)和古近系熱儲(chǔ),是地?zé)衢_(kāi)發(fā)的有利層位。在.0第四系-新近累E古近系MP-K中生異+古生界B一下古生界300~3000m深度內(nèi)可分為3個(gè)熱儲(chǔ)層,地?zé)嵩鰷芈拭繃?開(kāi)封凹陷構(gòu)造剖 面圍百米3.2~3.8 C。Fig.1 Section chart o[ Kaifeng Depression Structure溫水儲(chǔ)層(300 ~ 800 m)巖性以薄層細(xì)砂為主,累計(jì)厚度216 m,井口水溫30 C左右;溫?zé)崴畠?chǔ)層(800 ~ 1300 m)巖性以厚層中砂和中細(xì)砂為主,累計(jì)厚度170m,井口水溫50 C左右;熱水儲(chǔ)層( 1300 m以深)巖性為細(xì)砂、中砂與粘土互層,含水層滲透性好,熱儲(chǔ)溫度高,預(yù)計(jì)單井出水量可大于60 m'/h,#口出水溫度可達(dá)65 C以上。.3 地?zé)崃黧w化學(xué)特征溫水儲(chǔ)層的水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO3●SO, - Na型和HCOz-Na型,pH值7.6 ~8.3,屬弱堿性水;硬度24 -239 mg/L,屬軟水;可溶性總固體676.9 ~835.79 mg/L。陰離子以重碳酸、硫酸為主,陽(yáng)離子以鉀鈉為主。H2SiO3 含量20. 8 ~44.2 mg/L。溫?zé)崴畠?chǔ)層的水化學(xué)類(lèi)型以HCO, - Na型為主,少數(shù)屬于HCO, -Na●Ca . Mg型和HCO3 . Cl-Na型，pH值7.4 ~8.1,屬弱堿性水;硬度19 ~275 mg/L,屬軟水;可溶性總固體744.22 ~ 1646.78 mg/L。陰離子以重碳酸為主，陽(yáng)離子以鉀鈉為主。H2Si03 含量26 ~44.2 mg/L。熱水儲(chǔ)層的水化學(xué)類(lèi)型以Cl - Na型為主,pH值約8.2,屬弱堿性水;硬度增加到366 mg/L,屬硬水;可溶性總固體約4662 mg/L。陰離子以氯為主(含量約2579 mg/L) ,陽(yáng)離子以鈉為主(含量約1600 mg/L)。H2SiO3含量約49.4 mg/L。從以上數(shù)據(jù)可知,溫水、溫?zé)崴蜔崴畠?chǔ)層中水化學(xué)類(lèi)型差異明顯,其它各離子含量變化也較大,這證明了各熱儲(chǔ)層上下之間沒(méi)有明顯的水力聯(lián)系(隔水層良好)。1.4 地?zé)崃黧w流場(chǎng)特征及其動(dòng)態(tài)在工作區(qū)開(kāi)封凹陷地?zé)崽镏?隨著地?zé)醿?chǔ)層埋深增加,地?zé)崴哪挲g逐漸增大,表明深部地?zé)醿?chǔ)層中地?zé)崴难a(bǔ)給和排泄條件隨深度增加而變差;區(qū)內(nèi)實(shí)測(cè)地?zé)崴凰谼和*0值位于或接近西南山區(qū)大氣降水線,表明工作區(qū)地?zé)崴闹饕a(bǔ)給源是來(lái)自工作區(qū)外的西部山區(qū)的大氣降水;用"C -“C計(jì)算工作區(qū)地?zé)崴骄挲g為2萬(wàn)年左右,很顯然本區(qū)地?zé)崴枪ぷ鲄^(qū)外西部山區(qū)大氣降水經(jīng)遠(yuǎn)距離緩饅徑流,側(cè)向補(bǔ)給各熱儲(chǔ)層的。地?zé)崃黧w動(dòng)態(tài)變化基本不直接受黃河水位氣象等因素影響,而主要與人工開(kāi)采有關(guān)。在地?zé)崃黧w無(wú)開(kāi)采區(qū),其動(dòng)態(tài)類(lèi)型- -般為徑流型,水位動(dòng)態(tài)曲線起伏變化不大,無(wú)明顯的峰值、谷值,水頭變幅一般1 m左右;在地?zé)崃黧w有開(kāi)采的地區(qū),其動(dòng)態(tài)類(lèi)型-般為徑流-開(kāi)采型 ,水頭變幅較大,且有較多的峰、谷(圖2)。1.5地?zé)豳Y 源成因分析及熱儲(chǔ)類(lèi)型地?zé)嵯到y(tǒng)的成因模式有傳導(dǎo)型和對(duì)流型兩種。工作區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)是傳導(dǎo)和對(duì)流雙重影響的結(jié)果。地球內(nèi)部的熱經(jīng)傳導(dǎo)至中元古界下部;中元古界至新生界古近系經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng),其間斷裂、裂隙發(fā)育,來(lái)自工作區(qū)外西部山區(qū)并賦存于灰?guī)r中的地下水經(jīng)加熱增溫,沿著斷中國(guó)煤化工此時(shí)對(duì)流起主導(dǎo)作用;古近系項(xiàng)部的熱水受弱透水層的阻礙而又以傳導(dǎo)的形式Y(jié)HC N MH G向。因此,工作區(qū)新近系地?zé)嵯到y(tǒng)的成因模式是:傳導(dǎo)-對(duì)流一傳導(dǎo)。-般來(lái)說(shuō),對(duì)流型地?zé)嵯到y(tǒng)的地溫梯度大于每百米4第3期齊玉峰:河南省開(kāi)封凹陷區(qū)地?zé)崽锏責(zé)豳Y源分析C ,而工作區(qū)地溫梯度均小于每百米4 C ,因此,在工作區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)的成因機(jī)制中傳導(dǎo)起主要作用,而對(duì)流對(duì)工作區(qū)熱儲(chǔ)溫度分布的不均一性有重要影響。3.00025.00個(gè)動(dòng)水位5_20.00世:的水實(shí)開(kāi)采量習(xí)1000-105002001年4月20001200年1月200年200年/21年10月1200年202年1月200年2月2 202年3月圖2地?zé)崃黧w水位動(dòng)態(tài)曲線圖Fig2 Dynamic curve of geolhermic liquid stage工作區(qū)內(nèi)新生代以來(lái)地殼下沉,接受巨厚層的沉積,沉積物一般厚3000 m左右,凹陷區(qū)厚達(dá)6500 m左右,凸起區(qū)也有2000余米。古近系和新近系以沉降為主,巖性為粘土巖、砂質(zhì)粘土巖砂巖砂礫巖。其層位和厚度受古地形影響,產(chǎn)狀近于水平。區(qū)內(nèi)地?zé)犷?lèi)型主要為沉積盆地埋藏型和地質(zhì)構(gòu)造型。2地?zé)豳Y源及開(kāi)發(fā)利用2.1熱儲(chǔ)概念模型根據(jù)區(qū)域地層、構(gòu)造地質(zhì)資料和詳查區(qū)地?zé)峋@探資料,工作區(qū)在垂向上分為3個(gè)熱儲(chǔ)層,各熱儲(chǔ)層巖性較均一,頂?shù)装寤舅?厚度變化不大。工作區(qū)內(nèi)地下水徑流基本走向是由工作區(qū)的西、西北流向東、東微偏南方向。降水河水、灌溉水的入滲對(duì)地?zé)崃黧w的補(bǔ)給甚微;其主要補(bǔ)給來(lái)源是工作區(qū)外西、西北側(cè)向補(bǔ)給,開(kāi)采為主要排泄途徑,工作區(qū)內(nèi)的大量混合開(kāi)采井,使上、下含水層互相串通,現(xiàn)已使一些含水層有了一定的水力聯(lián)系,故在開(kāi)采時(shí),熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w屬于非穩(wěn)定的靜儲(chǔ)量消耗型。工作區(qū)熱儲(chǔ)層分選性差,透水性較弱,不同層間無(wú)明顯的水力聯(lián)系,但工作區(qū)熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w和區(qū)外同層地?zé)崃黧w的水力聯(lián)系密切。因此，應(yīng)該將工作區(qū)地下水水流系統(tǒng)概化為無(wú)越流補(bǔ)給的、水平方向無(wú)限分布的承壓熱儲(chǔ)層。2.2地?zé)崃黧w可采 量及其質(zhì)量評(píng)價(jià)分別采用最大允許降深法和可采水量換算法進(jìn)行地?zé)崃黧w可采資源量及所含地?zé)崮苡?jì)算,在常規(guī)地?zé)豳Y源量評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上,運(yùn)用國(guó)際通用的可視化標(biāo)準(zhǔn)軟件Visual Modflow 對(duì)工作區(qū)地?zé)豳Y源進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算與評(píng)價(jià),結(jié)果為:工作區(qū)溫水儲(chǔ)層地?zé)崃黧w可采量為3.35 x 10* m/d,其所含熱能為3.08 x 10° kJ/d,折合標(biāo)準(zhǔn)煤430. 14 Vd;溫?zé)崴畠?chǔ)層地?zé)崃黧w可采量為1. 02 x 10* m'/d,其所含熱能為1.55x 10° kJ/d,折合標(biāo)準(zhǔn)煤216.16 Vd;熱水儲(chǔ)層地?zé)崃黧w可采量為0. 29 x 10* m2/d,其所含熱能為6. 06 x 10*kJ/h,折合標(biāo)準(zhǔn)煤84.11 Vd。工作區(qū)溫水儲(chǔ)層地?zé)崃黧w具有無(wú)色透明、味甘甜、水質(zhì)潔凈的物理特征,并含有人體需要的多種有益成分,其濃度滿足人體所需要的濃度,為良好的生活飲用水,符合農(nóng)業(yè)灌溉用水標(biāo)準(zhǔn),地?zé)崃黧w中沉淀物很少，無(wú)腐蝕性,通過(guò)軟化處理后為良好的鍋爐用水,且不結(jié)垢;溫?zé)崴畠?chǔ)層地?zé)崃黧w偏硅酸含量(25.35~44.2mg/L)達(dá)到了礦水濃度標(biāo)準(zhǔn),并且地?zé)崃黧w溫度均大于25 C,具有一定的醫(yī)療效果,地?zé)崃黧w中沉淀物很少,無(wú)腐蝕性,通過(guò)軟化處理后為良好的鍋爐用水,且不結(jié)垢;熱水儲(chǔ)層地?zé)崃黧w鍶(0.22 ~0. 62 mg/L)和偏碓酸(35.1 ~39 mg/L) 含量達(dá)到了飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定含量的指標(biāo)，可作為天然礦泉水飲用,氟(1.1~1.6 mg/L)和偏硼酸(1.27 ~2.71 mg/L)含量達(dá)到了醫(yī)療價(jià)值濃度的標(biāo)準(zhǔn),偏硅酸(35.1 ~39 mg/L)含量達(dá)到了礦水濃度標(biāo)準(zhǔn),并且地?zé)崃黧w溫度均大于25 C ,具有一定的醫(yī)療效果。2.3地?zé)豳Y 源開(kāi)發(fā)利用.中國(guó)煤化工工作區(qū)地?zé)豳Y源屬低溫性質(zhì),埋深小于800m的溫水儲(chǔ)MHCN MH G如溫;埋深800-1300 m的溫?zé)崴畠?chǔ)層,可用于醫(yī)療、洗浴、溫室;埋深1300 m以下的熱水儲(chǔ)層,可用于采暖和工業(yè)應(yīng)用。78西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)第24卷隨著地?zé)豳Y源利用領(lǐng)域的拓寬和社會(huì)需求的增加會(huì)給人們的生活帶來(lái)越來(lái)越多的好處,但若不能遵循可持續(xù)發(fā)展的原則,就會(huì)造成資源的快速枯竭,使以此為資源的系統(tǒng),成了“無(wú)源之水,無(wú)本之末"。為此,地方政府應(yīng)依據(jù)相關(guān)法律、法規(guī),把地?zé)豳Y源管理納人法制軌道,作為礦產(chǎn)資源進(jìn)行管理“'。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用的目的,在開(kāi)發(fā)中,應(yīng)對(duì)地?zé)崴植煌菁?jí)進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)利用,這樣,地?zé)崴?jīng)過(guò)多次循環(huán)利用后,既避免了地?zé)崴睦速M(fèi),又提高了地?zé)崴木C合利用效率,增加了熱水產(chǎn)量,還減少了地?zé)崴斐傻奈廴?。積極推廣分級(jí)利用技術(shù)既有利于充分利用地?zé)豳Y源,又能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。2.4地?zé)豳Y源保護(hù)地?zé)豳Y源是在特定的地質(zhì)水文地質(zhì)和水文地球化學(xué)環(huán)境條件下形成的。要保持其資源的長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定開(kāi)采,不致形成地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題,必須十分重視其資源的保護(hù)工作。一是建立地?zé)豳Y源環(huán)境保護(hù)區(qū)。依據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的需要制定地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)方案,在開(kāi)發(fā)過(guò)程中,必須按照地?zé)豳Y源的埋藏與分布狀況合理布置開(kāi)采方案,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)開(kāi)采方案和允許開(kāi)采量進(jìn)行合理開(kāi)采利用，嚴(yán)禁超采;二是防止環(huán)境污染。在地?zé)衢_(kāi)發(fā)過(guò)程中,由于開(kāi)發(fā)利用地?zé)崴欧诺膹U棄水,因溫度過(guò)高,水質(zhì)復(fù)雜,礦化度較高,易造成地表水、地下水及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的污染,因此,在開(kāi)發(fā)利用中,要加強(qiáng)熱廢水的排放管理,以保護(hù)周?chē)沫h(huán)境;三是加強(qiáng)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)中的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作。地?zé)豳Y源的數(shù)量是有限的,在開(kāi)采利用過(guò)程中,將會(huì)使其水位、水量、水質(zhì)、水溫隨開(kāi)采的過(guò)程而發(fā)生變化,為不至于因過(guò)量開(kāi)采產(chǎn)生地面沉降、水源枯竭等環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害,應(yīng)加強(qiáng)開(kāi)發(fā)中地?zé)崃黧w的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作。3結(jié)語(yǔ)地?zé)嵫芯康哪康脑谟诶?今后除了進(jìn)-步對(duì)地溫場(chǎng)、地?zé)岙惓Ｔ?、地溫與石油的關(guān)系加強(qiáng)理論研究外,還必須加強(qiáng)對(duì)地?zé)釕?yīng)用的試驗(yàn)工作,搞清地?zé)豳Y源分布,尤其是在地?zé)豳Y源和地面建設(shè)配套地區(qū)更應(yīng)如此。開(kāi)封凹陷區(qū)蘊(yùn)藏有較為豐富的地?zé)豳Y源,地?zé)豳Y源的合理有序開(kāi)發(fā)對(duì)提高人民生活質(zhì)量和城市品位,營(yíng)造良好的投資環(huán)境,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展,具有十分重要的意義。參考文獻(xiàn)[1]陳墨香 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