安徽省霍邱縣西梢鐵礦地熱資源的估算與評價

王奎，丁美青

安徽省霍邱縣西梢鐵礦地熱資源的估算與評價

王奎，丁美青

（安徽省地質礦產勘查局313地質隊，安徽 六安 237000）

結合安徽省霍邱縣西梢鐵礦地熱資源研究區實際情況，建立熱儲概念模型，選定模型各項參數，計算西梢鐵礦熱儲地熱資源量和可開采利用資源儲量。對西梢鐵礦地熱資源開發利用經濟性和地熱流體溫度綜合利用進行評價，為地熱資源的開發利用提供資源依據。

地熱資源；熱儲概念模型；熱儲地熱資源量；可開采利用資源儲量

1 工作區概況

西梢鐵礦地熱普查區位于安徽省霍邱縣王截流鄉屠老圩村，距霍邱縣城西北方向30km。G105國道、商景高速、阜六鐵路從勘查區西側8～10km經過，淮河從勘查區北端經過，距周集港約3km，水路可通往淮南、蚌埠等地。區內交通較為方便。

工作區位于淮河南岸沿淮沖積平原，微地貌為河漫灘。區域構造位于淮陽山字型構造脊柱東側的長山隆起與正陽關拗陷過渡帶，地層屬華北區淮河分區淮南小區，區內除西南部長山一帶有零星青白口系、震旦系和寒武系出露外，余者均為第四系覆蓋，其下分布有較大面積的新太古界霍邱群變質巖系和中生代地層（馬冬等，2015）。

2 區域水文地質條件

霍邱鐵礦區北部廣泛分布第四系砂性土，賦存孔隙水。西部四十里長山丘陵區分布有碳酸鹽巖，巖溶較發育，為巖溶地下水賦存和運移提供了條件。中部第四系下伏變質巖類巖石，含較貧乏裂隙水。風化帶含稍富風化裂隙水。東部第四系下伏廣泛分布中生代紅層，含水貧乏。

壓扭性斷裂構造發育，主要為北西西向及北北東-北東向兩組，多被充填，一般富水性較差。部分張性、張扭性斷裂帶富水性較強。四十里長山構造剝蝕丘陵區位于區域西南部，接受降雨補給。區內河漫灘、Ⅰ、Ⅱ級階地地形較平坦，為大氣降水及地表水入滲孔隙水提供了有利條件（岳楊，2020）。

圖1 西梢地熱概念模型示意圖

3 西梢鐵礦地熱資源估算與評價

3.1 熱儲概念模型的建立

3.1.1 地下水補、逕、排條件

工作區西南部20km長山丘陵為基巖裸露區。露頭區風化帶與下伏風化帶呈連續似層狀分布，南高北低，西高東低。基巖裸露區降雨補給地下水沿風化帶由西南向東北運移，至排出區外，途中部分地下水通過“天窗”向中、下更新統越流補給；隨著霍邱鐵礦大量開發，越流補給或已消失，主要向礦坑排泄。第四系淺層孔隙水與淮河水還存在著互補關系。

3.1.2 熱儲概念模型

地熱儲模型由熱源、導熱通道、儲熱層、蓋層四個要素組成。要素簡化模型見圖1。

斷層F5可能為本地區的地熱流體提供了通道。該斷層為張性，產狀30°∠80°，富水性較強；局部被巖脈充填或膠結愈合，富水性差（王有權等，2012）。

熱儲層為霍邱群吳集組，巖性主要為斜長角閃巖、黑云斜長變粒巖。熱儲平面形態為一喇叭形帶狀，熱儲中部由西向東有一呈楔形弱透水層分布，將熱儲分為上下兩層，往東至9線上下兩層熱儲層局部連通，至11線中間弱透水層尖滅。

蓋層為第四系，厚度326.94～374.2m，上部80～100m為Q4、Q3的粘性土為主，中部有9～12層砂與粘性土互層，下部有厚度30～60m含鈣質粘土，局部見鈣膠結砂巖。第四系粘性土導熱導水性能差，為熱儲層蓋層（程立群等，2020）。

圖2 ZK01鉆孔柱狀圖

3.2 估算參數

3.2.1 地熱孔參數

通過搜集匯總工作區鉆孔地質報告（截取-374.5m至-1000.69m部分（圖2）、測井和水文實驗數據（表1），總結形成如表2所示的地熱井參數。

表1 ZK01抽水試驗成果一覽表

3.2.2 熱儲模型參數

根據前述內容計算得知熱儲體積V=635324943m3；熱儲巖石的溫度tr=63.45℃；地熱流體的溫度tw=62℃；恒溫帶溫度t0=17.5℃；巖石的裂隙率φ=0.366%；工作區巖石的平均天然密度為2.69g/cm3（2690kg/m3），平均比熱容0.44 kJ/kg·K。根據地熱規范查表得62℃水的密度為982.06kg/m3，比熱為4.18kJ/kg·K。

3.3 熱儲量計算

3.3.1 熱儲巖石的儲熱量

根據計算公式： Qr=V·ρr·Cr(1-φ)·(tr－t0)

式中：Qr為熱儲巖石的儲熱量；V為熱儲體積；ρr為熱儲巖石的平均天然密度；Cr為熱儲巖石的平均比熱容；φ為熱儲巖石的裂隙率；tr為熱儲巖石的溫度；t0恒溫帶溫度。

計算得出熱儲巖石的儲熱量Qr為3.443×1013（kJ）。

表2 地熱井參數一覽表

3.3.2 地熱流體的儲熱量

（1）地熱流體儲量

在不考慮測向補給的情況下，地熱流體儲存量由靜儲量和彈性儲量兩部分組成。其中彈性儲水量由顆粒骨架和水體壓縮量決定的，由于地熱流體賦存在堅硬基巖裂隙中，骨架可視為不可壓縮的剛性體，僅水體本身可壓縮的，這部分彈性儲水量占總儲水量的比例很小，本次地熱流體儲量計算將其忽略。

根據計算公式： QL＝V·φ

式中：QL為地熱流體儲量；V為熱儲體積；φ為熱儲巖石的裂隙率。

計算得出地熱流體儲量QL為2 325 289m3。

（2）地熱流體儲熱量

根據計算公式： QW=QL·ρw·Cw·(tw－t0)

式中：Qw為地熱流體儲熱量；QL為地熱流體儲量；ρw為62℃水的密度；Cw為62℃水的比熱；tw為地熱流體的溫度；t0恒溫帶溫度。

計算得出地熱流體儲熱量Qw為4.25×1011kJ。

（3）熱儲地熱資源量（控制的）

根據計算公式： Q上＝Qr+QW

式中：Q上為熱儲地熱資源量（控制的）；Qr為熱儲巖石的儲熱量；QL為地熱流體儲量；

計算得出為熱儲地熱資源量（控制的）Q上為3.447×1013kJ，換算成電能為9.575×109kW·h。按工程上1kW·h相當于0.5kg煤計，即西梢地熱田礦權范圍內總地熱資源量相當478.8萬噸煤釋放的熱量。

3.4 可開采利用地熱資源儲量估算

工作區熱儲巖層均為變質巖，裂隙發育，根據《地熱資源評價方法》（DZ40－85）地熱資源回收率經驗值，參照花崗巖回收率0.05～0.1，取中值0.075，可開采利用資源儲量為Q可采為2.585×1012kJ。換算成電能為7.18×108kW·h。

按工程上1kW·h電相當于0.5kg煤計，即西梢地熱田礦權范圍內可開采利用地熱資源量相當35.9萬噸煤釋放的熱量，按每噸煤300元計算，合人民幣1.1億元。

按開采利用地熱儲量計算年限為100年，每年按250天計，相當熱能：Q熱能＝Q熱量/t時間，將各參數代入公式得Q熱能為1.20MW。

表3 地熱資源經濟性劃分表

按《地熱資源地質勘查規范》（GB/T11615-2010）分級標準，地熱田規模等級為小型。

3.5 地熱資源開發利用評價

（1）經濟性。根據地熱井成井深度，對地熱資源后續開發利用具有的經濟性進行劃分（表3）。西梢鐵礦地熱井ZK01深度為1000.69 m，屬經濟范疇（馬榮圖等，2021）。

表4 地熱資源綜合利用分級表

（2）地熱流體溫度綜合利用。根據現行地熱資源勘查規范，可對地熱流體進行溫度分級（表４）。西梢鐵礦地熱資源溫度為62℃，屬低溫地熱資源，可應用于理療、洗浴和溫室（呂雅馨等，2020）。

通過上述地熱資源的計算和評價，分析西梢鐵礦地熱資源的熱儲特征，可為后續地熱資源的開發利用提供堅實的理論依據（吳顯國，2020）。

4 結論

（1）過建立熱儲概念模型，計算得出：西梢鐵礦地熱資源熱儲地熱資源量（控制的）Q上為3.447×1013kJ，換算成電能為9.575×109kW·h，相當于478.8萬噸煤釋放的熱量。可開采利用資源儲量為Q可采為2.585×1012kJ。換算成電能為7.18×108kW·h，相當于35.9萬噸煤釋放的熱量。

（2）工作區地熱成井深度為1000.69m，屬經濟范疇。

（3）工作區地熱水為低溫地熱資源，可用于理療、洗浴和溫室。

馬冬，吳國榮，李勇．2015．安徽省安慶市市區地熱資源特征與前景分析[C]//華東六省一市地學科技論壇．

岳楊．2020．鞍山湯崗子地熱水區地熱地質條件分析[J]．東北水利水電，38 (11)：65-66．

王有權，魏林森．2012．甘肅省天水市中灘地熱賦存特征及成因[J]．地下水，34(001)：14-16．

程立群，徐一鳴，杜立新，郝文輝，聶晨光，謝吾．2020．冀東燕山中段地熱地質條件分析與資源潛力評價[J]．礦產勘查，11 (12)：71-80．

馬榮圖，李學森．2021．西安市臨潼區渭水曲項1-1井儲層特征與地熱資源評價[J].四川地質學報,41(01):62-66.

呂雅馨，駱祖江，徐成華．2020．南京湯山地區地熱水資源評價[J]．吉林大學學報(地球科學版)，50(06)：232-241．

吳顯國．2020．黟縣打鼓嶺地區地熱資源成因淺析[J]．甘肅冶金，42 (05)：100-102．

Estimation and Evaluation of Geothermal Resources in the Xishao Iron Mine, Huoqiu County, Anhui Province

WANG Kui DING Mei-qing

(The 313rd Geological Team, Anhui Bureau of Geology and Mineral Exploration, Lu’an, Anhui 237000)

A concept model of the thermal reservoir in the Xishao iron mine is established based on its geological conditions. Resources and exploitable resource reserve of the thermal reservoir is estimated by the selected parameters of the model. The feasibility of development and utilization of the geothermal resources and comprehensive utilization of geothermal fluids are evaluated.

geothermal resource; thermal reservoir; concept model; exploitable resource reserves

P624.6

A

1006-0995（2022）01-0041-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.01.008

2021-04-07

王奎（1988— ），男，河南鄭州人，工程師，主要從事水工環地質技術與管理工作