聊城城區(qū)地熱水資源及開采

張茂云 ，許慶濤 ，楊 磊

（1.聊城市水利開發(fā)投資公司，山東 聊城 252000；2.聊城市水利工程總公司，山東 聊城 252000；3.聊城市水利局，山東 聊城 252000）

1 區(qū)域地質背景

聊城地處魯西黃河沖積平原，為著名的江北水城，低溫地熱水資源比較豐富且在城區(qū)普遍分布，溫度一般在45℃～67℃。

該區(qū)在地質構造上屬華北地臺的一部分，通過城區(qū)東部的南西-北東方向的聊城-蘭考大斷裂，將該區(qū)切割成東西2大部分。斷裂以西屬遼冀臺向斜，斷裂以東為魯西臺背斜。聊城城區(qū)處于莘縣凹陷（V4）與陽谷凸起的結合部。聊考斷裂帶在聊城城區(qū)段寬度較大，最寬處可達6.3 km，落差大于2 500 m。因此這條形成于中生代的斷裂帶，控制了聊城地區(qū)第三系沉積物和構造的形成發(fā)展。根據(jù)上世紀70年代石油地質鉆探和近年城區(qū)水文地質鉆探資料顯示：斷裂帶兩側地層差距較大。斷裂帶以西，新生代地層發(fā)育較齊全，自下第三系至第四系地層均有發(fā)育，厚度可達數(shù)千米。而聊考斷裂帶以東，則新生代地層厚度不足千米，缺失下第三系地層。區(qū)內與地熱水有關的地層自上而下為：第四系（Q）；上第三系明化鎮(zhèn)組(N1-2m)；上第三系館陶組(N1-2g)；第三系東營組（E3d）、沙河街組(E2-3s)；石炭系（C） 二疊系（P）；寒武-奧陶系（O）。

2 區(qū)域熱儲、熱源及補給源概況

目前，聊城城區(qū)主要開采的熱儲層2個：一個為聊考斷裂帶以東的寒武-奧陶系熱儲，含水層主要為巖溶裂隙灰?guī)r和豹皮狀灰?guī)r；另一個為斷裂帶以西的上第三系館陶組熱儲，含水層為巖類裂隙-孔隙型熱儲。下第三系的東營組熱儲由于埋深較大，在該區(qū)只得到部分利用。其下伏的沙河街組熱儲尚未得到開采利用。這兩個熱儲溫度高、涌水量大，為未來地熱水的開采方向。以上熱儲層均以熱導率低的第四系和上第三系明化鎮(zhèn)組為蓋層，該蓋層主要由黏性土、砂性土、砂土和泥巖、砂巖互層組成，具有較好的隔水和保溫作用。

該區(qū)地熱類型為層控型，區(qū)內中部的聊考大斷裂，以及東部的茌平斷裂和西部的堂邑斷裂，為地球內部熱流向上傳導提供了良好通道。聊考斷裂活動時間長而且現(xiàn)代仍在活動，該斷層的摩擦熱亦為本區(qū)補給熱源之一。

本區(qū)地熱水存在2個補給源，聊考斷裂帶以東的奧陶系巖溶裂隙水主要補給源在平陰和魯中山區(qū)，該區(qū)接受大氣降水后向西北方向運動，經(jīng)長距離的深徑流循環(huán)，為本區(qū)提供水源。斷裂帶以西的館陶組巖裂隙孔隙水補給源主要來自西部太行山區(qū)的大氣降水，經(jīng)緩慢徑流和溶濾作用，并與沉積水混合、對流后儲存在裂隙孔隙含水層中。根據(jù)該區(qū)地熱水同位素分析結果，氚的含量在6.15～6.64T.U，可推測出該區(qū)地熱水均為新近的入浸水與與古水的混合水，40年前古水占優(yōu)勢，新近入滲水補給量較小。

3 地熱水資源特征

3.1 地溫場特征

根據(jù)第四系淺井井中測溫資料，區(qū)內恒溫層埋深約為20m，恒溫層溫度為13.6℃。根據(jù)聊城有關地熱井的測溫資料，在聊考斷裂帶東側的古潛山附近，上覆蓋層的地溫梯度變化幅度一般在5.0～7.9℃/100m，而其下奧陶系熱儲段的地溫梯度值相對較小，在0.82℃/100m。而寒武系層段內，地溫梯度值為2.56℃/100m。在斷裂帶以西，蓋層地溫梯度相對較小，一般在3～3.5℃/100m，館陶組熱儲層平均地溫梯度為1.9～3.5℃/100m，愈靠近聊考斷裂帶地層地溫梯度愈大。在水平方向上表現(xiàn)為，陽谷凸起內的地溫梯度大于臨清凹陷區(qū)的地溫梯度。

3.2 熱儲含水層特征

根據(jù)已有鉆探及物探資料，本區(qū)館陶組熱儲層含水層巖性以中細、中粗砂巖、礫狀粗砂巖為主，可開采利用的層數(shù)一般在14層左右，累計厚度平均在95 m，滲透系數(shù)一般為0.25～0.38 m/d，孔隙度在15%～35%之間。地熱水溫度為45℃～55℃，單井涌水量40～60 m3/h。本區(qū)奧陶系熱儲含水層以上部結晶次生的古溶蝕發(fā)育帶為主，巖性主要為灰?guī)r及白云巖，滲透系數(shù)一般為2.3～5.2 m/d，裂隙巖溶率為8%～15%，總厚度約100 m，地熱水溫度為55℃～67℃。目前東營組熱儲僅得到部分開采利用，水文地質參數(shù)尚待通過試驗獲取，但水溫可達到55℃～65℃。

根據(jù)不同位置地熱水井的水質檢測結果，區(qū)域內地熱水水質變化較大。首先表現(xiàn)為不同熱儲層的水質變化較大，東營組熱儲層水礦化度最高，一般在5 035～10 120 mg/L，為咸水或鹽水，水化學類型隨礦化度的升高由Cl·SO4-Na型過渡為Cl-Na型水。館陶組熱儲水的礦化度一般在3 970～9 854 mg/L，水化學類型亦隨礦化度的升高由Cl·SO4-Na型過渡為Cl-Na型水，為咸水。奧陶系灰?guī)r熱儲的地熱水的礦化度變化不大且相對較低，一般在5 250～5 330 m/L，水化學類型為 Cl·SO4-Na·Ca 型水。

本區(qū)不同熱儲層地熱水的pH值一般在7.0～7.7，一般為極硬水。地熱水中所含微量元素較豐富，一般含有偏硅酸、鍶、碘、氟、偏硼酸等有益元素。其中鍶元素的含量均達到了命名礦水濃度；普遍開采的館陶組熱儲層地熱水中偏硅酸與碘的含量達到了礦水濃度，具有較高的醫(yī)療價值；奧陶系熱儲層地熱水中偏硼酸的含量達到礦水濃度；該區(qū)地熱水中的氟元素含量均達到了醫(yī)療價值濃度。經(jīng)計算統(tǒng)計該區(qū)地熱水的拉申指數(shù)，LI一般在11.2～90.5，均為不結垢，但對金屬和混凝土具有強腐蝕性的地熱水。

3.3 地熱水可開采量估算

該區(qū)水文地質條件較復雜，既存在巖溶裂隙水，又存在巖裂隙孔隙水，且邊界條件比較復雜，區(qū)內又存在多條相對阻水的次級斷裂帶，含水層厚度變化也比較大，因此采用單一的水文地質模型不可能對該區(qū)的可采量做出準確的估算。但其地熱水是深層承壓水，開采時符合承壓水的運動規(guī)律是肯定

的。本文根據(jù)該區(qū)多眼不同地質條件地熱井的抽水試驗資料，利用泰斯公式為基礎，建立了多個邊界條件下的多個供水水文地質模型，估算出在聊考斷裂帶以東奧陶系熱儲的可開采量為1.17×105m3/d，斷裂帶西側館陶組和東營組上半部熱儲的可開采量1.26×104m3/d。

4 地熱水開采現(xiàn)狀及存在問題

隨著聊城城市建設的不斷發(fā)展，地熱水的開采量呈加速上升趨勢。目前城區(qū)范圍內，聊考斷裂帶以西共有地熱井約14眼，以西有2眼（聊古1號井目前主要用于觀測，未統(tǒng)計），成井深度一般在1 290～2 400 m，主要是用于采暖，僅少部分用于洗浴。通過這幾年發(fā)展，地熱水的開采亦暴露一些問題：1）地熱井布局不合理，缺少統(tǒng)一規(guī)劃管理，現(xiàn)在地熱水開采單位主要是住宅小區(qū)和酒店賓館，井位主要是根據(jù)地理位置設計，對周邊地熱井相互影響考慮較少，從而導致地熱井出水量減少，降深增大，開采費用高；2）取水層段較集中，目前城區(qū)地熱井主要開采館陶組熱儲，導致該層水位下降較快；3）地熱井水直接外排，對地表環(huán)境造成一定污染，目前該區(qū)地熱水未進行回灌或處理外排，由于該區(qū)地熱水礦化度高，不僅造成了地熱水資源的浪費，而且污染了淡水資源和土壤，有的還造成了熱污染；4）對地熱水開發(fā)利用的層次較低，目前城區(qū)地熱水主要是用來采暖，但對強腐蝕性的低溫地熱水來說，其利用成本比較高。

5 幾點建議

針對以上問題，結合該區(qū)的實際情況，特提出以下建議：1）針對該區(qū)的地質條件，對地熱水井的位置進行統(tǒng)一規(guī)劃，合理布局；2）根據(jù)不同用途，實行分層、分段、分區(qū)合理開采，可避免地熱井都開采同一段熱儲層，導致出水量減少；3）加強對地熱水排放的管理，積極探索推進人工回灌試驗、試點工作，實行地熱水資源的可持續(xù)利用；4）提高地熱水的利用水平，進一步挖掘其經(jīng)濟價值，該區(qū)地熱水微量元素豐富，無有害元素超標，并有多種元素達到醫(yī)療價值濃度，可開展高檔的洗浴、療養(yǎng)等服務業(yè)，對供暖廢水可開展冬季養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)地熱水的綜合利用；5）學習北京等先進省市的辦法，把地熱水開采量納入到地下水資源的監(jiān)管規(guī)劃范圍。地熱水不僅是礦產(chǎn)資源，更是水資源，對其進行統(tǒng)一管理，禁止混采、超采和污染淺層飲用水，有利于整個地下水環(huán)境體系得到有效保護。