辽宁省绥中县老虎汀―下屯地热资源计算与评价
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[论文关键词]太古界混合花岗岩 断裂对流型地热 热储储量 可采资源量
中图分类号：C35 文献标识码： A
摘要：本文采用热储法计算了辽宁省绥中县老虎汀-下屯地热田热储储量；采用单井可采水量法计算了可采资源量，并对可采资源量进行了保证程度评价，对同类型地热区资源量计算和评价有一定的借鉴和参考价值。
1、自然地理条件概况
老虎汀-下屯地热田行政区划隶属于葫芦岛市绥中县明水乡，距绥中县城西偏北50km，调查面积10km2，交通便利。
地形地貌：该地热田位于狗河中游，大的地貌类型为剥蚀低山丘陵，区内最高峰“老虎汀前山”海拔285m。山间谷地最低处海拔140m左右，地势差达145m。
气象：调查区属北温带半干旱季风气候区，夏季炎热，秋季凉爽，冬季寒冷，春季多风。年平均气温9.1℃，最低气温-26.3℃，最高气温39.8℃。年平均降水量611.92mm。
水文：区内发育河流为狗河，由工作区西侧流入，经孙家湾西侧转向南至区外。狗河为季节性河流，每年一般3月份断流，年平均迳流量为0.543×108m3。
2、地热地质条件概况
2.1地层和岩石
本区岩石为太古界混合花岗岩，地层为中生界白垩系义县组流纹岩、凝灰岩、集块岩，沿上述地层和岩石接触部位发育有侵入的条带状石英正长斑岩脉分布。第四纪地层分布于狗河河谷（冲积阶地、漫滩）及丘间沟谷，出露标高140m左右，为冲洪积砾卵石，厚度2～5m不等。
2.2构造
本区位于阜新～绥中深部构造变异带上，该变异带呈北北东向展布，绥中以南转为北东向分布。大地构造单元为中朝准地台（Ⅰ）燕山台褶带（Ⅱ）山海关台拱（Ⅲ）绥中凸起（Ⅳ）部位。地热田属于绥中凸起断裂地热成矿带，其断裂构造主要受明水断裂控制，调查区发育有F1、F2断裂。F1断裂见于老虎汀、下屯一带，为控热构造。F2断裂走向近东西，倾向北，倾角较陡，地表调查断层迹像不明显，其附近亦无地热异常显示。
2.3地热田成因分析
从区域上看，工作区位于绥中凸起断裂地热成矿带上，属阜新～绥中深部构造变异带。该变异带地震活动强烈，义县、滦县历史上曾多次发生5级以上地震，一九七六年唐山7.8级强烈地震就发生在该变异带上。另外，该变异带为地热异常分布密度较高区，有凌海市汤池子、兴城市区、绥中高家岭汤上、明水乡下屯―辛庄子―范家乡汤口等多处热水点出露。绥中凸起上发育有要路沟―锦西、明水、西平坡―锦西三个东西向、北东向断裂带，皆属壳断裂，并相互切割，多期活动，产生许多次级北西、东西、南北、北东向断裂。沿上述断裂带附近，存在多期脉岩侵入和火山岩喷发，说明该区域地壳薄弱，构造活动发育。综上述，该区域较多温泉的形成与断裂构造的发育与活动关系密切，几处温泉皆在断裂附近以泉形式出露，属断裂对流型地热田。
工作区内F1断层为老虎汀―下屯地热田导热、控热断层，在下屯、老虎汀村中有三处温泉点出露，形成两个相对独立的脉状小型地热田。F1断层走向近东西，倾向北，倾角70～85°，压性断层，断于花岗岩中，破碎带宽30～50m，上盘岩性为花岗岩，下盘岩性为花岗岩、后期侵入的石英正长斑岩脉和义县组（J3y5）流纹岩。F1断层属明水断裂带的南支的一部分，虽为压性断层，但属地壳薄弱部位，故石英正长斑岩脉和流纹岩可在此处侵入和喷出，其充填、挤压周围岩石使其裂隙更加发育和密集。在近地表处岩浆冷凝收缩，形成较宽的裂隙带（30～50m），为地下热水的储存和运移提供了空间和通道。
3.1计算参数的选择确定
1、热储岩石的密度（Pc）比热（Cc）
热储岩性为混合花岗岩，利用本区实测成果，取其算术平均值：Pc=2602kg/m3，Cc=0.74kj/kg・K。
2、水的密度（ρw）及比热（Cw）
水的比热取值Cw=4.18kj/kg・K；水的密度（ρw）由《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615-2010），查表得出ρ水=994.1kg/m3。
3、岩石孔隙度（φ）
利用本次实测岩石试验成果，取其算术平均值φ=1.94%。
4、热储面积（A）、厚度（d）、温度（t0）
热储面积：取地温25℃等值线所圈闭的范围，下屯地热田A1=28857m2，老虎汀地热田A2=5887m2。
热储厚度：利用钻孔资料，下屯地热田d1=75m；老虎汀地热田d2=55m。
热储温度：利用钻孔测温资料，下屯地热田t01=36.4℃；老虎汀地热田t02=34.3℃。
5、基础温度（tj）确定
基础温度取区域恒温层温度，两地热田相距很近，取同一数值，即tj=tj1=tj2=11℃。
6、渗透系数（K）及影响半径（R）的确定
采用如下公式：
K=
R=10S
式中：K―岩层的渗透系数（m/d）；Q―涌水量（m3/d）；M―含水岩组厚度（m）；
R―影响半径（m）；S―抽水孔水位降深（m）； rw―抽水井半径（m）；
计算结果见表1。
3.2热储储量资源计算
计算方法采用热储法，公式QR=Ad（tr-tj）・・・・・・・・・・（1）
式中：QR―地热资源量，kj；
A―热储面积，m2；
d―热储厚度，m；
tr―热储温度，℃；
tj―基准温度（即当地地下恒温层温度或年平均气温），℃；
―热储岩石和水的平均热容量，kcal/m3・℃，由式（2）求出：
=ρc・Cc（1-φ）+ρwCwφ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（2）
式中：ρc、ρw―分别为岩石和水的密度，kg/m3；
Cc、Cw―分别为岩石及水的比热容，kcal/m3・℃；
φ―岩石的孔隙度，%。
将式（2）代入式（1）即得式（3）：
QR=Ad[ρcCc（1-φ）+ρwCwφ]（tr-tj）・・・・・・・・・・・・・・（3）
两地热田计算参数及成果列表如下：
下屯、老虎汀地热田热储资源量计算成果一览表 表2
计算结果表明，下屯地热田热储资源储量为54.27×1010kJ，老虎汀地热田热储资源储量为6.98×1010kJ。两地热田合计储量为61.25×1010kJ。
3.3地热可采资源计算及评价
1、单井可采地热资源量
（1）单井可采地热流体量
下屯地热田依据该区代表性勘探孔抽水试验所获参数，按照《规范》（GB/T11615-2010）要求（计算使用的压力降低值一般不大于0.3MPa、最大不大于0.5MPa，年压力下降速率不大于0.02MPa），设计降深值20m。
代入承压完整井涌水量公式：Q=
Q―单井可开采量（m3/d）；
S设―设计降深值（m）；
计算结果：Q=3971.0m3/d
同理，老虎汀勘探孔，设计降深值取15m，单井可开采量为1450.0m3/d。
（2）单井可采地热流体热量
按公式Wt=4.1868Q（tr-tj）换算单井的可采地热流体的热能。
Wt―热功率（kω）
Q―地热流体可开采量（l/s）
下屯地热井（Wt）=4.1868×45.96×（38-11）=5195.0kω
老虎汀地热井（Wt）=4.1868×16.78×（34.2-11）=1630.0kω
地热流体年开采累计可利用热能量按公式∑Wt=86.4DWt/K计算。
∑Wt―开采一年可利用的热能（kJ）
D―全年开采天数（d），取365天
86.4―单位换算系数
K―热效比（按燃煤锅炉的热效率0.6计算）
下屯地热井（∑Wt）=86.4×365×5195.0/0.6=2.73×108kJ
老虎汀地热井（∑Wt）=86.4×365×1630.0/0.6=8.6×107kJ
按开采时间100年计，则开采地热流体总热量为：
下屯地热井为2.73×1010kJ；老虎汀地热井为8.6×109kJ。
3、可开采资源评价
本次工作对地热田可开采资源计算采用单井可采水量法，计算的结果：可采热量占热储总量的5.0～12.3%，说明可开采资源是有保证的。这里还应说明一点，用单井可采水量法计算可开采地热资源量，理应考虑地热田可布开采井数。但地热田规模很小，探采结合孔抽水试验水量丰富，抽水井影响半径172.1～217.0m，抽水过程中热水流场边界均已达热区边界。两地热田现各有1眼开采井，应是恰到好处的。若采用均布井法公式：n=A/4R2，下屯地热田及老虎汀地热田可布井数（n）均远小于1。
4、结语
老虎汀-下屯地段地热田类型属于断裂对流型， F1断层北侧断层、岩脉众多，大气降水沿其断裂带、裂隙密集带下渗至深部加热，并通过横向联通的节理、裂隙运移到工作区F1断层处，加热后地下水于F1断层处遇阻上涌出露，形成温泉。
经计算，下屯地热田热储资源储量为54.27×1010kJ，可开采资源量为2.73×1010kJ；老虎汀地热田热储资源储量为6.98×1010kJ，可开采资源量为为8.6×109kJ。可采热量占热储总量的5.0～12.3%，可开采资源是有保证的。