浅析临沂小涑河流域地下热源形成机理及利用评价

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摘要：本文主要分析了临沂地区地热形成机理，并结合工程实例，介绍了地热资源的利用评价。

关键词：形成机理， 地热资源 ，利用评价

Abstract: this paper mainly analyzes the linyi area geothermal formation mechanism, and combined with engineering example, the paper introduces the evaluation of the use of geothermal resources.

Keywords: formation mechanism, geothermal resources, use evaluation

中图分类号： P314 文献标识码：A 文章编号：

前言

地热作为一种洁净能源早已被人们所共识，其热能供暖、温泉疗养、热水养殖及伴随旅游资源的开发已被世界许多国家日益重视。近几年来，我国地热资源的开发利用也愈来愈受到关注，大力开发地热资源已被越来越多地重视，地热资源在地热发电、建筑物采暖、农业温室采暖、温水育种、灌溉等多方面得到开发利用，并取得了可喜的成绩。

我院对临沂市北园路地热井进行了前期勘察工作，通过野外地质调查、自然伽玛能测试、电阻率水平测深和垂直测深等，对山东省临沂市小涑河流域范围内的地层、地下水赋存条件和地热增温异常带等进行详细的勘测，对热源类型、控制构造、热储特征和补给来源等形成机理进行了比较全面的总结概括。

1 地下热源形成机理

1.1 自然地理概况

临沂市位于山东省东南部，东经117°24′─119°12′，北纬34°22′─36°13′，临沂市的气候为暖温带季风大陆型气候，四季分明，雨量充沛，气侯温和，全年平均气温14.1℃，极端最高气温36.5℃，最低气温-11.1℃，全年无霜期200天以上。

1.2水文地质条件

区内地下水受岩性、构造、地貌、水文、气象因素的控制。岩层的孔隙、裂隙、岩溶等发育程度，影响着地下水富水程度、构造裂隙的类型及发育程度控制着裂隙水的强弱；地貌条件控制着地下水的径流循环条件；而水文气象条件则控制着地下水的动态变化。地下水类型主要有松散岩类孔隙水；碳酸盐岩类基岩构造裂隙水。

1.2.1 松散岩类孔隙水

主要分布于临沂地区的河流域，含水层主要为冲积、冲洪积层，含水层岩性为粉砂质粘土，中细砂、砾砂，含水性好，厚度大于11米，水位埋深较浅，一般2-5米，因为此区域的水温度和水质检验的标准及矿化度也达不到温泉的要求，地热井不考虑此区域水，也不取此区域的水。

1.2.2基岩构造裂隙水

临沂市小涑河地区内广泛分布有大量的碳酸盐岩，主要为奥陶系地层，其岩性特征为深灰色、灰色，中-厚层灰岩，另为寒武系地层，其岩性特征为灰色、灰白色，中-厚层白云质灰岩。受沂沐构造带和北西向构造带（鲁西系）的联合作用影响，岩性产状陡，裂隙溶洞发育，在部分层段，测井时出现自然伽马降低，电阻明显降低，声波时差增大的现象。推断该段地层破碎，地层裂隙空隙发育富水或裂隙发育造成灰岩溶蚀富水性好，为本地区的主要地下水类型之一。

1.3 地下热水的形成条件

在沂沐断裂带等一系列大致北北东向断裂组成的复杂构造带作用下，断裂带内的泰山群及粉子山群多呈紧密褶皱，受压扭力作用形成若干不规则的断块，形成了似垂向断裂和水平断裂的交汇点，而且断裂带深部热源在构造运移时可能向两侧释放，同时侵入有燕山期花岗岩，为寻找地热提供了热源条件。

鲁西台背斜（Ⅱ级）盖层发育较齐全。块体内部褶皱十分强烈，多形成轴面倾向西南的紧密倒转褶皱，且成线形。断裂构造多呈北西―南东向延伸，常向南转折，形成若干弧形构造，这些地质构造控制着临沂地区中生代断陷坳地内热储层的形成，为临沂小涑河地区寻找地热资源提供了有利条件。

临沂市小涑河地区位于鲁西台背斜内，临沂穹状隆起区北东侧，主要由马家沟灰岩组成，受沂沐断裂带北西侧影响，使马家沟组深部灰岩，岩溶裂隙发育，小涑河地区内断裂构造以北北东向为主，由西向东为青杨路断裂带、北园小区断裂、前园花园小区断裂和兰山路―八一路断裂带。复杂的断裂带构造为地下热源运移提供了良好通道。

2. 工程实例：

我院承担完成的地热井位于临沂市北部兰山区北园路，距市中心约2Km，马路纵横交汇、四通八达，交通十分繁忙，车流量、人流量巨大。

该地热井的地下水类型主要是基岩裂隙水，受沂沐构造带附近的次级断裂和北西向构造带（鲁西系）的共同作用下，石灰岩、白云质灰岩挤压破碎，构造裂隙带为主要含水层。该井含水层埋深1319.2-1887.2米，共有9个含水层，含水层的总厚度为125.4米。裂隙类别为一至三类，主要补给来源为大气层的降水补给，地下层泾流随着深部地温的升高而形成了地热水。地热井静水位为5.80米，动水位最大降深为130.80米，涌水量19.76m3/h，水化学类型为HCO3・SO4-Ca型，可溶性总固体（矿化度）1269.24mg/L,为“单纯性温泉”（中型矿物质温泉）。

2.1 开采量评价

该温泉井地下水为承压水，根据抽水试验及参数计算结果，该地下水水温变化小，渗透性差，含水层透水性较差，影响半径较大，但补给较充足，涌水量较大。结合对热水的需求量并考虑开采地热对周围环境的影响，本地热井的开采量不宜超过200m3/d。

2.2放热量评价

本地热井放热量计算，按开采所排放的总热量考虑。

水量分别取474.48m3/d和单井可开采量200m3/d；热水井年开采量所排放的总热量Qw分别为10.876×109KJ、4.585×109KJ，分别相当于865.84t、365.01t普通标准煤燃烧的热量。

2.3 含水层储热温度评价

根据温泉井地层情况和水质分析结果，采用适用于中低温地热田的K-Mg温标和SiO2温标对该井热储温度进行定量评价，评价结果如下：

K-Mg温标：热储温度t = 35°C。

SiO2温标：热储温度t =48.7°C。

从地球化学温标计算结果看出，本井地下热水系中低温热田成因，说明本井所在的热储温度在30-50°C之间。

2.4地下热水水质评价

2.2.1 化学特征

该井热水按化学类型定名：SO4∙HCO3－Ca型水。按矿化度分类属微咸水；按酸碱度分类属中性水；按地下水硬度分类属极硬水。

2.2.2 医疗矿泉评价

该地热井依据《医疗热矿泉水质标准》（GB11515-89）评价，未发现可以达到医疗热矿泉水质标准的成分。但该热水中还有多种有益于人体健康的微量元素和化学物质，如氟、锶、铁、锂、钡、锰、偏硅酸、二氧化碳等。

2.2.3 生活饮用评价

依据《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）评价，该井热水中总硬度、硫酸盐、溶解性总固体含量超标，不符合生活饮用水水质标准，因此，本井地热水不能用于生活饮用水。

2.2.4 工业用水水质评价

按一般锅炉用水水质评价指标进行成垢作用（锅垢总量H0=1455.3，硬垢系数 Kn =0.46）评价为锅垢较少、硬沉淀物较少的水，起泡作用（起泡系数F=240）评价划分为起泡的水，腐蚀性（拉申指数=3.0）评价为具有腐蚀性。

2.2.5 农用灌溉水评价

依据《农田灌溉水质标准》（GB5084－85）评价，该井热水中硫酸盐超标，因此该水不宜直接作农业灌溉用水。

综上所述，本地热水为中低温热田，其含水层所在的热储温度在30-50℃之间。本地热井热水中含有多种有益的微量元素和组分，具有良好的医疗、洗浴、保健作用，可作为医疗保健用水。但不宜直接用作生活饮用水、饮用天然矿泉、水渔业养殖用水和农用灌溉水。

3 结论

3.1. 临沂市小涑河流域的地下热源为中低温热田，地热水中含有多种有益的微量元素和组分，具有良好的医疗、洗浴、保健作用，可作为医疗保健用水。

3.2.地热水是一种宝贵的矿产资源，属于消耗型能源，不能掠夺性地无限制开采。地热井投入使用后，应加强该井地热水的动态观测工作，着重对其水量、水位、水温、水质进行定期观测，要按规划科学使用，不得超量开采，以保证地热井的使用年限。

3.3、地热井周围应建立水资源保护区，以防止污染。地热井的开发中，应服从当地矿产资源管理部门的行业管理，依法开采地热资源。

在当今环境问题趋于严重和能源短缺问题的困扰下，地热能源的开发和技术进步等方面的发展空间与潜力巨大，我们相信随着对地热资源的不断开发与研究，地热能源必将成为继水力、风力和太阳能之后又一种重要的新能源。

主要参考资料：

1.《山东省区域地质志》，山东省区域地质调查队；

2.《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615-2010），中国国家标准化管理委员会；

3.《浅层地热能勘查评价规范》（DZ/T0225-2009），中国人民共和国国土资源部。