居民楼地热资源利用探讨

摘要:地热资源作为一种绿色环保的新型矿产能源,在我国国民经济建设中发挥着重要作用。论文以河北省×居民区为例,对其地热资源利用进行可行性分析;并对可能产生的不良影响进行预测;最后对该小区地热资源利用提出合理性建议。通过该项目的实施,为其它地区地热资源利用提供依据。

关键词:地热资源;可行性;不良影响

1、项目概况

项目区位于河北省保定市东南的安国境内。2006年,该市为了开发利用本区的地热资源,在工区内钻凿一眼地热井。该井经2天的抽水试验,结果如下:静止水位高出地面0m,稳定动水位为35m,水位降深35m,出水量约80m3/h,日供水能力为1920m3/d,年可开采量7.01×105m3/a。取水水源为上第三系馆陶组热储层地热水,地下水水温63℃。为了合理开采该地热资源,保证地下热水资源可持续利用,对其可行性进行评价。

本项目为抽取地下热水,作为小区居民供暖和洗浴用水。预计用水时间为140d/a,取水量为2.688×105m3/a。该区水文地质条件比较简单,为开发利用程度为潜力区。根据《建设项目水资源论证导则》水资源论证分类分级指标,项目水资源论证工作等级定为三级〔1〕。

2、自然地理及地质概况

2.1自然地理

该地区属温带大陆性季风气候,平均气温12℃;多年平均降水量510.8mm;多年平均蒸发量1120.1mm。境内河流较多,均属海河流域大清河南支水系,常年径流较少。

项目区地处太行山东麓、海河流域平原的中部,属山前冲积平原,地势较平坦,自西向东略带倾斜。

该地区目前无其它地下热水井,地下水开采主要为农业灌溉用水和村民生活用水。

2.2地层及构造

2.2.1地层

根据本区地热钻孔钻探成果,揭露本区地层如下〔1〕:

⑴第四系平原组(Q),底界深度300m左右,厚度300m,为黄灰色、灰黄色粘土夹白色砂层。与下覆明化镇组地层呈平行不整合接触。

⑵上第三系明化镇组上段(Nm2),底界埋深820m,厚度520m,岩性由浅棕红色泥岩与浅棕黄色、浅灰色粉砂岩、细砂岩不等厚互层组成。

⑶上第三系明化镇组下段(Nm1),底界埋深1400m,厚度580m,上部岩性由浅棕红色泥岩与灰黄色、浅灰色粗砂岩、中砂岩、含砾砂岩呈不等厚互层组成。下部岩性以浅棕红色泥岩为主,夹浅灰色含砾粗砂岩。

⑷上第三系馆陶组(Ng),底界埋深1756m,厚度356m。本组岩性由紫红色泥岩与浅灰色、灰白色细砂岩、粗砂岩、含砾砂岩呈不等厚互层状产出,中部泥岩较发育,下部砂岩发育,底部为杂色砾岩。

⑸下第三系东营组(Ed)地层,1788m以深,本孔揭露32m。岩性为紫红色泥岩与浅灰色、浅棕红色砂岩不等厚互层,夹薄层泥质粉砂岩。

2.2.2构造特征

本区位于冀中坳陷西部,处于高阳低凸起上,高阳低凸起西靠保定坳陷,北接牛驼镇凸起,东临蠡县斜坡,东南面深泽低凸起、深县凹陷、无极藁城低凸起接壤,是保定凹陷和蠡县斜坡之间的北北东向条形低凸起。凸起基底构造走向北北东,倾向西北,由元古界、古生界地层组成。安国市城区基岩顶板埋深3500m左右(见图)。

高阳低凸起是一个迭置于中元古界基底之上,呈北东向展布的新生代低凸起。燕山运动以前,该区属太行山东部的古背斜东翼,燕山运动早期,太行山解体,断层开始活动,到燕山运动末期,太行山急剧上升,断层活动加剧,西部的保定地区整体沉降沦为凹陷,高阳-博野及南部的无极、藁城地区则继续上隆成为凸起,此时区内地形轮廓基本定型。东营末期,构造抬升,使本区遭受了剥蚀,故而缺失东营组一段地层,馆陶组与东营组三段地层呈不整合接触。

高阳低凸起是一个继承性的低凸起,总的构造是东西两侧低,中间高,局部又有小潜山。其东侧高阳断层是一北北东向的反坡向正断层,始于沙河街四段沉积之前,至馆陶组沉积时仍有活动。该断层是高阳低凸起与蠡县斜坡分界。其两侧是保定凹陷的董庄-温仁等断层。基底为蓟县雾迷山组地层。

综上该区馆陶组断层不发育,地层横向发育稳定,连通性较好,为地热水的补给及地热开发利用创造了条件〔1〕〔2〕。

3、可行性评价

3.1用水合理性分析

根据区域地下水资源条件分析,取水水源为深层地下热水,水量比较丰富,补给条件较好,水温稳定。开采地下热水作为小区供暖和洗浴供水,可节约国家不可再生能源,并符合国家各项法律法规。

3.2水量保证

馆陶组热储层多为灰色、灰黄色中厚层中～粗砂岩,含砾砂岩及砂砾岩,属孔隙型热储层。该组地层厚度达356m,单层厚度大,上部为明化镇组盖层。馆陶组中下部砂岩孔隙度30%左右。本地水位降深35m时,单井涌水量可达1920m3/d,能够满足小区居民洗浴、取暖所需水量;此外馆陶组地下热水温度65℃,根据所取水量,可提供热量5.63×1010kJ/a;水质为HCO3•CI-Na型微咸水,矿化度911mg/L,由于该小区供暖管网输送距离近,采用耐腐蚀金属管道,预计漏失率不会高于5%,远低于我国城市管网供水平均漏失率(为20%)。

综上:区内蕴藏较为丰富的地热资源,具有开发价值的热储层为上第三系馆陶组热储层,该储层热储丰富,能够满足小区居民使用。所以取用该段热储层的地下热水是可行的。

4、可能产生的不良影响

(1)地面沉降

通常过量开采第四系松散层的地下水是造成地面沉降的主要原因。第三系地层因压实程度高,含水层孔隙度较小,其地下水开采对地面沉降影响也相对较小。本项目开采热储层为第三系馆陶组,因此,抽取地下热水引起的地面沉降很小。此外,热水井分布于建筑空地,离现建筑物有一定的距离,不会对附近建筑物产生较大影响。

(2)废水排放对环境的影响

区内地下热水温度63℃,通过输水管道及利用系统(如供暖、洗浴)后,弃水温度一般低于35℃,且直接排放于地下暗道与其它污水混流,从而达到了降低温度的效果,因此,其余热不会对环境产生热污染。

根据《污水综合排放标准》(GB8978-1996)允许的最高排放浓度,本井地热水中有害成分含量均小于最高允许排放浓度,故本井热废水排放不会对环境产生不良影响,水质检测结果与污水排放标准对照表见表2。

(3)对地下水资源的影响

研究区内地下热水和地表水、浅层地下水以及深层地下水之间无直接水力联系。开采下部第三系馆陶组地下热水时,需对上部含水层进行严格止水,因此开采地下热水不存在地下热水与地表水、浅层地下水和深层地下水之间相互影响的问题。该市无其它地热供水井,井间距不受影响,不存在影响其它热源井开采问题。

5、建议采取的措施

鉴于以上可能产生的不良影响,建议采取以下保护措施〔3〕:

(1)在地下水开发利用后,应做好排放水的水质监测工作,以防对周围环境产生影响。

(2)经济条件允许时,可在论证区钻凿一口回灌井,用供暖回水同层加压回灌,以保证地下热水资源储量。

(3)地下热水开采前,需对止水管材进行止水效果检查。检查合格后,地热资源方可开发利用,以防造成深、浅层地下水相互影响。

(4)做好地下水位和地表沉降的监测工作。

(5)加强地下热水的卫生防护,防止地下热水污染,保障供暖的条件。

参考文献:

〔1〕黄庭文、苏永强等,河北省保定市地热资源调查评价报告〔R〕,河北省地勘局第三水文工程地质大队.

〔2〕田廷山、李明郎、白冶等,中国地热资源及开发利用〔M〕,中国环境科学出版社.

〔3〕高新字等,浅层地温能开发利用对地质环境影响程度的探索性研究〔J〕,现代地质2009,23(06):1185-1193.

〔4〕马凤如,林黎等,天津地热水资源现状与可持续性开发利用问题〔J〕,地质调查与研究,2006,29(3):223-228.