天津?qū)殔^(qū)地熱資源開發(fā)利用分析

天津?qū)殔^(qū)地熱資源開發(fā)利用分析

0中國天津城市1座采用低能耗、低能耗、良好基地1座的生態(tài)新城1座寶寶區(qū)位于天津市北部。它是該市重要的工農(nóng)業(yè)和游泳度假基地。位于周良莊的熱田里?！熬┙蛐鲁恰笔且蛔藿ㄔ诘叵聹厝男鲁鞘?。這里富含豐富的空氣資源。大部分地熱水來自自己的河流，大部分自流量為40.30hm，井溫度高于100。根據(jù)2009年《天津市空間發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》,在天津“十一五”規(guī)劃中提出,依托地熱資源和良好的發(fā)展空間,經(jīng)過歷時6年的開發(fā)建設,“京津新城”已初步建設成為京津唐地區(qū)以休閑旅游、會議會展、文化教育為特色的現(xiàn)代服務業(yè)基地,并成為天津11座衛(wèi)星城中唯一的一座無污染生態(tài)新城。該區(qū)位于天津十大地熱異常區(qū)之一的周良莊地熱異常區(qū),該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜,地熱流體溫度較高,流體質(zhì)量較好,礦化度較低,有著廣闊的利用前景,為了保護好當?shù)剡@一得天獨厚的地熱資源,使其能得到更科學合理的利用,下面就圍繞地熱利用和開發(fā)對策展開討論。1大口屯-漢東南角背斜斷裂帶周良莊地區(qū)位于滄縣隆起北部的王草莊凸起和冀中坳陷北部武清凹陷的東部斜坡帶之上,基巖主體構(gòu)造為背斜構(gòu)造,區(qū)內(nèi)斷裂主要有北西向的大口屯-漢沽斷裂、北西西向的周良莊斷裂、北北東向的牛蹄河斷裂和王草莊斷裂、北北西向的楊碼頭斷裂(圖1)。該區(qū)整體為一個以中、新元古界為核部,以下古生界寒武系和奧陶系為翼部的不對稱背斜構(gòu)造,其南東(SE)翼稍比北西(NW)翼開闊,褶皺軸面略向北西向傾斜,背斜總體走向北東(NE),由北東向南西方向傾伏。大口屯-漢沽斷裂在本區(qū)西南部的八道沽東側(cè)近垂直背斜走向穿過該背斜。背斜核部由于應力集中,裂隙發(fā)育,遭受長期的風化、剝蝕和淋濾,其上的古生界地層已被剝失,只保留了新元古界青白口系或更老的中元古界薊縣系。后期又經(jīng)過了疊加變形,即由于受外力作用,使得背斜走向發(fā)生變化,從西向東由北東東向轉(zhuǎn)為北東向,沿周良莊~甜水井一線為應力集中地帶,其彎曲曲率最大,沿此帶地層產(chǎn)狀變化較大,傾角變陡,而且?guī)r石較破碎,與原背斜應力疊加,剝蝕程度最強烈,其中鐵嶺組相對巖溶裂隙較發(fā)育,剝蝕更為嚴重,從而形成沿該帶的“沖溝”狀古地貌景觀;而該段背斜呈現(xiàn)了核部地勢低兩翼高“地形倒置”現(xiàn)象。2熱儲類型熱儲層寶坻周良莊地熱田屬沉積盆地型層狀熱儲,根據(jù)熱儲的地層時代、巖性特征及水文地質(zhì)條件可劃分出兩個熱儲類型,即河流相碎屑沉積的新近系孔隙型熱儲和海相沉積的中、新元古界和下古生界碳酸巖巖溶裂隙型熱儲(也稱基巖熱儲)。新近系孔隙型熱儲為明化鎮(zhèn)組熱儲層和館陶組熱儲層;下古生界和中元古界碳酸巖巖溶裂隙型熱儲可劃分出奧陶系熱儲層、寒武系熱儲層和薊縣系鐵嶺組熱儲層。2.1區(qū)域內(nèi)熱井現(xiàn)狀該熱儲層為一套砂巖、砂礫巖與泥巖頻繁交互疊置的河流相沉積層,在該區(qū)普遍分布。熱儲頂板埋深253~339m,底板埋深878.5~1433m,厚度543~1180m。目前區(qū)內(nèi)尚無以該層為目的層的地熱井,只有ZL2井取水層為明化鎮(zhèn)組和下第三系沙河街組混采,但在區(qū)外有一眼。該層熱流體質(zhì)量較好,利用該區(qū)地熱梯度估算,該層熱儲溫度為28℃~50℃。2.2地面地熱井現(xiàn)狀該熱儲層為一套河流相碎屑巖,分布在牛蹄河斷裂以南,王2、王9井鉆穿該層,揭露頂板埋深為1194.5m和1433m,揭露厚度為188.5m和215.5m。目前該區(qū)內(nèi)尚無以層為目的層的地熱井。根據(jù)該區(qū)地溫梯度估算,熱儲溫度應在40℃~60℃之間。2.3熱儲頂板充放電井主要分布在王草莊斷裂的北側(cè)和大口屯-漢沽斷裂以西。該層裂隙發(fā)育很不均勻,一般靠近凸起中心部位或斷裂帶附近裂隙、巖溶發(fā)育較好。該區(qū)新王3和王11兩眼井揭露了該層,據(jù)鉆孔資料,熱儲頂板埋深882~1509.5m,厚度420m左右。根據(jù)新王3井的資料,水溫61℃,熱流體水化學類型為HCO3-Na型,總礦化度為1028.3mg/L,pH值為7.34,總硬度為135.1mg/L,總堿度為1023.8mg/L。2.4熱流體水化學類型該熱儲分布于該區(qū)背斜兩翼,區(qū)域發(fā)育不穩(wěn)定,在該區(qū)中部(背斜核部)有缺失,其余地區(qū)均有分布。區(qū)內(nèi)王4井、王11井、ZL2井和ZL4井鉆遇該層,揭露頂板埋深1521m~2530m,揭露最大厚度為749m。根據(jù)王4井測試資料,水溫91℃,自流量14m3/h。熱流體水化學類型為HCO3·SO4·Cl-Na型。pH值為8.0左右,總礦化度約1020mg/L,總堿度約287.0mg/L左右,總硬度為120.0mg/L左右。2.5水化學類型及礦化學類型該熱儲層在本區(qū)普遍分布。頂板埋深為2250~2811m。揭露最大厚度450m(未穿),據(jù)ZL1井測試,井口靜壓力0.68兆帕,熱流體溫度102℃,自流量達300m3/h,水化學類型為HCO3·SO4·Cl-Na,含氟量9.0mg/L左右,pH值為8.0左右,總礦化度約1000mg/L,總堿度約280.0mg/L左右,總硬度為120.0mg/L左右。根據(jù)成井資料,ZL1井滲透率約為1.8×10-13m2,ZL4井滲透率約為1.0×10-13m2。3保證了地熱資源的使用天津市地熱資源的利用已有40年的歷史,主要用于城市居民冬季采暖、生活熱水、溫泉洗浴、漁業(yè)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)種植和工業(yè)利用等。近幾年來,利用地熱尾水加熱泵用于供暖的技術日見成熟,使排放水溫降低到十度左右,充分利用了水中的能量,從而延長了地熱資源的使用時間,這對天津市的地熱資源的開發(fā)具有重要的意義。地熱資源的開發(fā)利用改善了城市環(huán)境,豐富了人民的物質(zhì)文化生活,提高了人民的生活水平,隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展,人們對自身生活的環(huán)境提出了越來越高的要求,地熱作為一種新型綠色能源日益受到了社會各界的重視,其利用領域也在逐漸擴大。3.1生活熱水將地熱水經(jīng)過必要的處理后,提供生活熱水,既安全又方便,一般在滿足供暖用水后利用剩余熱水向附近居民提供生活熱水。3.2清潔潤滑皮膚地熱流體中普遍富含對人體有益的礦物鹽類和微量元素,如重碳酸鹽,具有清潔潤滑皮膚之功效。因而建造溫泉游泳館可以吸引游客,改善居民生活娛樂條件,提高本地區(qū)社會影響度,、獲取經(jīng)濟和社會效益。3.3熱農(nóng)業(yè)利用包括溫室栽培、花卉溫室和棚室地熱水產(chǎn)養(yǎng)殖等。3.3.1提高土地資源的數(shù)量隨著人民生活水平提高,對反季節(jié)新鮮蔬菜的需求越來越多,因此充分利用本區(qū)地熱資源,采用先進的地熱溫室蔬菜種植技術,將會取得一定的經(jīng)濟效益。3.3.2紡花養(yǎng)植,市場廣闊除了種植常規(guī)農(nóng)產(chǎn)品外,還可考慮進行溫室花卉養(yǎng)植?；ɑ苡糜诩彝[設、公關禮儀交往,其市場正日趨擴大,具有很大的市場潛力。同時用于裝點美化環(huán)境將會獲得很好的效果。3.3.3建設山地水產(chǎn)品養(yǎng)殖基地利用地熱發(fā)展水產(chǎn)品養(yǎng)殖,以充分合理利用地熱資源,打破氣候、地域制約,增加水產(chǎn)品種養(yǎng)殖種類,以期建成一個有特色、有規(guī)模、有水平和有效益的地熱水產(chǎn)品養(yǎng)殖基地。3.4冬季利用地熱化雪工業(yè)也可以利用地熱,比如烘干魚、水果、蔬菜和木材、清洗羊毛、烘干衣物、造紙和牛奶殺菌。在路面下鋪設管道在冬季利用地熱化雪。地熱水也可以用來從礦物中提取金和銀,甚至是制冷和生產(chǎn)冰。3.5拓寬了人們利用地熱資源的范圍近幾年熱泵技術作為低溫地熱開發(fā)利用中的一種高新技術,在國外尤其在美國和歐洲的應用日益普遍,它的出現(xiàn)為低溫地熱資源的利用提供了新的方法,拓寬了人們利用地熱資源的范圍。天津市大部分的地熱資源利用僅局限于供暖,地熱水排放溫度在30℃以上,該溫度的地熱水無法用常規(guī)的方法加以利用,造成熱量的白白浪費,而利用熱泵技術則可以從中再提取部分能量加以利用,這不僅減少了資源的浪費,同時也緩和了對地熱資源的需求,從而延長了地熱資源的使用時間,這也對周良莊地熱田地熱資源的開發(fā)具有重要的意義。4煤中或燃燒煤供熱的經(jīng)濟效益地熱資源屬于可再生資源,但如果沒有嚴肅的態(tài)度和科學的方法去開采利用,也會給人類帶來一定程度的危害,尤其是在環(huán)境保護方面。本區(qū)經(jīng)計算,基巖地熱流體可采量共為3.96×106m3/a,總產(chǎn)熱量為3222×108千卡,可替代煤為46045t/a(表1)。如果按煤中或燃燒后產(chǎn)生的有害組分基本參數(shù)(表2)計算,本區(qū)利用地熱能比燃燒煤供熱,每年可減少二氧化硫排量690.675t,減環(huán)境治理費63.61萬元;減少氮氧化物排放量401.05t,減環(huán)境治理費79.89萬元;減少灰飛排量1079.76t,減環(huán)境治理費71.26萬元;減少二氧化碳排量40519.6t(表3)。5土地壓縮量312m本區(qū)新近系及基巖地熱資源較為豐富,地熱流體資源總靜儲量為77.5493×108m3,地熱流體可開采量6.27×106m3/a。目前區(qū)內(nèi)已有新近系和基巖地熱井13眼,由于局部地區(qū)超過開采強度,從而形成開采降落漏斗并逐年加深,為實現(xiàn)地熱資源可持續(xù)開發(fā)利用的目的,提出以下對策:5.1熱儲層可開采量通過開采潛力分析:新近系明化鎮(zhèn)組地熱流體平均允許開采強度2.68萬m3/a·km2,奧陶系熱儲層可開采量為0.52萬m3/a,寒武系熱儲層可開采量為0.36萬m3/a,鐵嶺組熱儲層可開采量為3.72萬m3/a。新增地熱井布井間距:根據(jù)多孔抽水試驗資料,采用溪哈爾特公式計算,抽水影響半徑一般300~500m,根據(jù)區(qū)域熱儲水文地質(zhì)條件及地熱井的連續(xù)開采,因此開采井井距以大于1200m為宜,最大限度的降低開采井之間相互干擾程度,提高單井出水能力。5.2分層開采利用熱劑為合理開發(fā)利用地熱資源,應按照地熱用途進行分層開采,對于生活及水產(chǎn)養(yǎng)殖用水,可直接開采利用明化鎮(zhèn)組地熱流體,對于冬季供暖,可利用基巖地熱流體。5.3建立健全地熱利用系統(tǒng)隨著熱泵技術的日趨成熟,地熱利用率得到了極大的提高。本區(qū)地熱資源利用率目前僅較低,地熱資源的開發(fā)利用必須堅持生產(chǎn)與科研相結(jié)合原則,促進地熱資源利用新理論和新技術、新方法的應用,積極推廣地熱資源梯級循環(huán)利用技術,降低尾水排放溫度,提高地熱資源利用率。達到降低地熱流體開采量,節(jié)約地熱資源、達到地熱可持續(xù)開發(fā)利用。規(guī)范、改造地熱利用系統(tǒng),對現(xiàn)有地熱利用系統(tǒng)不合理之處實行有計劃地改造,特別針對資源浪費嚴重、效益低下的地熱利用系統(tǒng)進行必要的強制性改造。新建供熱系統(tǒng),要本著高起點、高標準建設。探采結(jié)合井在審批時,按最新規(guī)范和技術標準建設要求。5.4天津回灌山地回灌模式地熱資源并非取之不盡用之不絕,要對其進行保護和珍惜,要采取開發(fā)、節(jié)流和保護并重的方針,對地熱資源要進行統(tǒng)一規(guī)劃、綜合開發(fā)、梯級利用。把周良莊地區(qū)開發(fā)成具一定規(guī)模、并有特色的溫泉度假園區(qū),并讓地熱資源維持得更久遠。本區(qū)開發(fā)利用尚屬于一種粗放的開發(fā)模式,在開采壓力下降到一定程度時要進行回灌開采。在回灌開采前,需要在本區(qū)進行必要的回灌研究(如進行示蹤劑試驗等),以確定回灌水運移路徑,合理布設回灌井井位。近年來隨著地熱回灌井和灌量的增加,回灌工作取得了明顯成效,熱儲壓力下降速率明顯漸緩。但是目前天津總體地熱流體回灌率較低,孔隙型熱儲流體回灌率更低,回灌堵塞問題較為突出。如何提高回灌量和回灌率,回灌方式的選擇和回灌技術水平的提高是關鍵。目前本區(qū)地熱回灌的主要方式有一采一灌,而同井回灌技術尚未得到應用,該方式不僅能大大減少初投資成本,而且有利于地熱相關部門的管理;另外,在地熱集中開采區(qū)外圍,采取補建回灌井或回收地熱尾水或利