德州市城區館陶組熱儲回灌可行性研究

(山東省魯北地質工程勘察院 山東德州253000)

(山東省魯北地質工程勘察院 山東德州253000)

山東省德州市城區在大地構造上屬華北板塊（Ⅰ級）、華北坳陷區Ⅰ（Ⅱ級）、臨清坳陷Ⅰb（Ⅲ級）德州潛斷陷Ⅰb2（Ⅳ級）、德州潛凹陷Ⅰb21（Ⅴ級）內。本文在查明區內館陶組熱儲地熱地質條件和開發利用現狀的基礎上，根據區內地熱回灌試驗成果開展館陶組熱儲地熱回灌可行性研究，認為目前區內館陶組熱儲回灌空間有限，不適于強調進行大規模地熱自然回灌和加壓回灌。

德州市城區館陶組熱儲地熱回灌

0 引言

地熱資源集熱能與水資源為一體,由于其溫度適宜且富含多種對人體有益的礦物質，在采暖、洗浴、工業、醫療、養殖業等領域有廣泛的應用價值，是繼太陽能和風能之后的一種重要的綠色能源。德州市城區地熱資源開發利用程度較高，地熱資源的長期開采已導致區內地熱水水位的大幅下降。若長期只采不灌，不但造成資源的浪費，還將導致地熱水位的不斷加速下降，并有可能加劇區內地面沉降的發展趨勢，導致吊泵、開發利用成本增加、取水困難、資源枯竭及其它熱污染、水土污染等環境地質問題。開展地熱回灌研究對合理開發利用地熱資源具有重要意義。

1 地質背景

1.1 地質構造

山東省德州市城區在大地構造上屬華北板塊（Ⅰ級）、華北坳陷區Ⅰ（Ⅱ級）、臨清坳陷Ⅰb（Ⅲ級）德州潛斷陷Ⅰb2（Ⅳ級）、德州潛凹陷Ⅰb21（Ⅴ級）內。。

區內斷裂主要發育方向為NNE、NE向，均隱伏于新近紀地層之下。區內較大斷裂主要有滄東大斷裂和邊臨鎮—羊二莊斷裂。

1.2 地層

區內埋深2500m深度以范圍內地層為新生界地層，由老至新為古近紀孔店組（未揭穿），古近紀沙河街組層厚360～420m，古近紀東營組層厚205～540m，新近紀館陶組厚度350～475m，新近紀明化鎮組厚度870～890m，第四紀平原組厚度240～260m。。

2 館陶組熱儲特征

2.1 巖性

（1）巖性粗，多為砂礫巖、含礫砂巖及粉砂巖等，砂巖厚度占地層厚度的比值為30～40%。

（2）在垂向上具有上細下粗的正旋回沉積特征，其底部為砂礫巖。

（3）在水平分布上館陶組底板埋深從南向北呈明顯的變淺趨勢。

2.2 埋藏及厚度

區內館陶組頂界面埋深由中間向四周逐漸變淺，頂界面最大埋藏深度1150m，最小埋藏深度1026m；底界面埋藏規律與頂界面埋藏規律一致，由中間向四周逐漸變淺。區內館陶組地層厚度在350～500m之間，由南向北逐漸變薄，其中市政府-于官屯地段最厚，厚度在450m左右。區內館陶組熱儲水層砂層厚度分布規律與地層厚度分布規律基本一，由南向北逐漸變薄，厚度在160～200m左右。

2.3 水文地質特征

區內館陶組熱儲含水砂層巖性以含礫粗砂巖及砂礫巖為主，孔隙度24～30%，涌水量4.21～6.32m3/h·m，水溫52～59℃，地熱水礦化度4～5g/L，水化學類型為Cl—Na型，補給主要為西南山區的側向遠距離徑流補給，排泄以人工開采為主。

3 開發利用現狀

目前德州市城區內已有地熱井62眼，開采層位為新近紀館陶組熱儲，主要用于供暖和洗浴，開采量約為1.556×107m3/a，已形成地熱水降落漏斗，漏斗中心水位埋深在30m左右，近年來，區內地熱井增加迅速，地熱水開采量明顯增大，地熱水位也呈加速下降趨勢。根據R14井水位監測資料，2005年10月21日，R14井水位標高為11.9m，2010年10月21日R14井水位標高為-6.7m，五年水位下降幅度達18.6m，平均下降速率約為3.1m/a。

圖1 R14井地熱水水位多年動態曲線圖

4 地熱回灌研究

4.1 地熱回灌試驗

回灌試驗于2011年5月22日10點50分開始，至5月29日11點15分結束，回灌井為東建2井，共進行了3個壓力段回灌試驗回灌數據見表1。

表1 東建2井回灌試驗數據表

4.2 回灌試驗分析

4.2.1 回灌量與回灌延續時間關系

回灌量與回灌延續時間呈指數函數關系（Q=19.125e-0.0001t,相關系數R=0.9391）,二者呈負相關關系，即同一回灌壓力下隨著回灌時間的延續回灌量逐漸減小。這主要是由于隨著回灌時間的延續，物理堵塞和化學堵塞會越來越嚴重，從而導致回灌量會越來越小。

4.2.2 回灌量-水頭升高關系

回灌水量與水頭升高呈正相關關系(Q=0.5557H0.9017，相關系數R=1)，大致符合冪函數關系，回灌量隨水頭的升高（回灌壓力）而增大。

綜上可知,回灌量會隨著回灌壓力的增大而增大，但隨著回灌時間的延續回灌量會逐漸減小。

5 地熱回灌可行性分析

5.1 地熱回灌水源條件

目前德州市城區所開采的地熱水中89%以上是用于供暖，供暖后的地熱棄水排放量多達1.38×107m3/a，因此用供暖后的地熱棄水進行回灌，在水量方面是有保證的。

供暖后的地熱棄水保持了與原水基本相同的水質，僅是溫度的降低，因此以供暖后的地熱棄水作為回灌水源從水質方面講是完全可行的。

5.2 熱儲入滲條件及儲水條件

區內館陶組熱儲層的滲透系數在2.59～11.17m/d之間，可見區內館陶組熱儲層具有良好的滲透條件。

目前區內館陶組熱儲地熱水水位埋深18～30m,具有一定的儲水空間，在外界水頭壓力下的作用下，有一定空間壓縮潛能。但相對于熱儲所承受的1000多米的壓力來講，微乎其微，在其作用下熱儲層所能提供的壓縮空間很小。

因此從現狀地熱回灌條件上來看，自然回灌所產生最大壓力差小，回灌空間有限。因此現在不適于強調進行大規模地熱自然回灌和加壓回灌。

6 結論

(1)山東省德州市城區在大地構造上屬華北板塊（Ⅰ級）、華北坳陷區Ⅰ（Ⅱ級）、臨清坳陷Ⅰb（Ⅲ級）德州潛斷陷Ⅰb2（Ⅳ級）、德州潛凹陷Ⅰb21（Ⅴ級）內。

(2)目前德州市城區內已有地熱井62眼，開采層位為新近紀館陶組熱儲，主要用于供暖和洗浴，已形成地熱水降落漏斗，地熱水位也呈加速下降趨勢。

（3）根據區內已有回灌試驗，回灌量會隨著回灌壓力的增大而增大，但隨著回灌時間的延續回灌量會逐漸減小。

（4）從德城區現狀地熱回灌條件上來看，自然回灌所產生最大壓力差小，回灌空間有限。因此現在不適于強調進行大規模地熱自然回灌和加壓回灌。

[1]馬曉東,陸榮莉,周長祥,等.山東聊城西部地熱田地熱地質特征 [J].地質災害與環境保護,2008,1 24-28.

[2]孔慶友,鄒國強，等 山東省礦產資源儲量報告編寫指南 .山東省地圖出版社,2010,11 278-280

[3]徐軍祥,康鳳新.山東省地熱資源 [M].中國地質,2000,10(2):41-42.

德州市城區館陶組熱儲回灌可行性研究

■張震宇

P314[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-56-2

張震宇（1979～），男，本科，工程師，研究方向為工程地質水文地質。