江西明月山地熱水開發遠景分析與預測

摘要：明月山是江西的一個旅游風景區，有著豐富的地熱資源。文章就江西明月山地熱水本地熱田的可供熱儲總量、回灌擴儲機理與試驗結果數理統計等方面進行了前瞻性分析，以供參考。

關鍵詞：江西明月山；地熱水；熱儲；回灌擴儲機理；地熱資源 文獻標識碼：A

中圖分類號：P314 文章編號：1009-2374（2015）30-0008-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.004

1 地熱資源儲存量分析

根據本區地熱地質條件和規范推薦方法，計算熱儲中儲存的熱量，估計熱田地熱資源的潛力，按式（1）至式（6）估算，估算結果詳見表1：

2 可采地熱水量預測

2.1 熱儲可轉換的地熱水量分析

依據地熱流體可開采量所采出的熱量，按式（7）和式（8）計算本地熱田自開發至今已開采的熱能如表2：

雖然溫湯地熱熱儲類型為構造型熱儲，地下水通過斷層或斷層破碎帶進行循環對流，在徑流過程中不斷吸收圍巖的熱量，同時還有部分地下熱水補充，成為地熱田的主要熱源。溫湯地熱的來源主要通過傳導和對流來自深部的大地熱流。根據以上類比計算結果對比，地熱田熱儲存量極為豐富，自1972年到目前為止，所采出的熱能僅為本地熱田58℃熱儲范圍內儲存總熱量的2.26/100000。

上述分析表明，溫湯地熱田地熱資源的潛力仍具較大空間，這僅僅是基于理論分析與實際開采量的簡單對比。實際上，地熱能量能否轉化為地熱水受到諸多因素的控制，包括水循環通道、熱源平面與深度分布特征、儲熱地層的熱傳導性能、地下礦物質溶解特性等，這些因素不僅制約了可轉化熱能總量，同時也制約了單一時段內的可轉換熱量（日均可轉換量），而有關于這方面的實例研究，目前在國內仍無成功的實例。若本地熱田簡單按可轉換總熱能為58℃熱儲范圍內總熱能的0.5‰測算，目前尚有可采熱能為1.14×1011MJ，按可采地熱水溫保持在目前的58℃估算，根據式（7）和式（8）反推，其轉化為可采地熱水資源的總量為2000000m3/d，按百年開采周期均計，轉化后的單日可采地熱水量為20000m3/d。簡單測算表明，如果存在一定的熱能交換條件與水循環通道，采用人工回灌的方式，本地熱田的地熱水可采量具有相應的保障。

2.2 回灌機理分析

關于回灌機理尚有許多未知，為確保地熱系統的質、量平衡，適當減少回灌量，調整采灌比，加大開采降深，開采量有在目前10000m3/d的基礎上提高的可能。其可能性可從以下各方面予以論證：

2.2.1 增大降深可適當提高開采量。根據1971年大量的開采回灌試驗得出的結論是，Q=f（s）基本上是一條直線，生產井的涌水量決定于最大降深值和單位涌水量的積。以此作為依據，按2008年回灌開采試驗的單位涌水量測算。通過計算，當開采降深在試驗降深的基礎上增加1m時，回灌量在2008年13366m3/d時，地熱田的開采量預計可達14615m3/d。且據觀察資料顯示，近兩年來溫湯地熱田水位較2012年以前上升約1.70m，如果當開采加大降深不超過1.7m時，溫湯溫泉不會斷流。在原基礎上適當加大降深的情況下，溫湯地熱田開采量有適當提高的前景。

2.2.2 調整采灌比可適當提高開采量。2011年進行了回灌量20181m3/d、出水量為13053m3/d的回灌抽水試驗。水溫由抽水前的64℃降至58℃，其化學成分雖仍在可變范圍之內，但F、SiO2、H2SO3都有下降。說明當地熱田回灌量為20181m3/d、采灌比為0.64時，地熱水還未發生質變，但已經發生了一些可以直感的變化，筆者認為已近臨界。因此，減少回灌量、調整采灌比再進行試驗，可開采量可能還有提升的空間，但再試驗時不宜超越“臨界”。根據歷次試驗對比，初步預測當采灌比為0.80、回灌量不超越“臨界”15000m3/d時，可開采量可達12000m3/d。根據溫湯地熱田的形成機理，按照熱交換定律，對回灌量與水溫關系分析，為保證地熱田開采水溫保持在58℃，需進一步進行勘查工作，了解地熱田上部冷水含水層水量及特征，且必須對生產開采過程中回灌水量進行計量。上部冷水含水層的連通補給量和地表冷水回灌量的總和不能超過15000m3/d。在此回灌量的基礎上，當采灌比提高為0.80時，可開采量可達12000m3/d，但該預測必須進一步通過循序漸進的回灌試驗對其進行驗證，方可實施。

2.3 回灌試驗數理統計分析

對生產性回灌技術進行深入研究，使之成為一個可循環利用的開發與保護并舉的良性循環。保護地熱田（地熱系統）在人為開采條件下的能量平衡，建立科學的、良性的開發工程體系。回灌機制雖然比較明晰，但長期回灌開發情況下的變化和預測仍存在許多未知。按照熱交換定律，假定熱儲中儲存的熱量及熱儲中儲存的水量保持恒定。通過不同回灌冷水量與地熱水的熱交換估算結果，進行數理統計分析，可以求出如下回歸方程的關系：

T=-12.83ln（Q灌）+185.28（R?=0.9988）（10804≤Q灌≤20181）

因2011年后的人工回灌量未進行計量，5#回灌井的冷水滲入量也是未知數據，但開采統計結果表明，在現有7000m3/d的開采情況下，58℃的開采水溫具有完全的可保障性。其開采量是否能增大到2011年當期試驗結果的13000m3/d，尚需待后期的開采監測數據預以分析，但總體上看，進一步增大開采量后，溫度的可保證度仍然會較高。如上回歸方程的關系，為保證地熱田開采水溫保持62℃，冷水回灌量不能超過15000m3/d。若控制在58℃時，則冷水回灌量不宜超過20000m3/d。事實上，2011年當期的回灌試驗因5#回灌井上部冷水含水層與該鉆孔主要熱水含水段的連通，其具體的回灌量到底是多少尚不明確，總體應在20000m3/d以上。

3 結語

綜合上述分析預測結果，初步認為本地熱田具有通過回灌擴儲至15000m3/d的可能性，理想條件下，其水溫的一般可保持在58℃～64℃左右，但水化學成分的變幅情況目前仍難以做出較為明確的分析。最終其可持續開發的地熱水量與水質變化如何，尚需通過進一步的回灌試驗與試驗性開采進行驗證。另外，目前的采灌試驗數理統計相關性較好，且上述有關調整降升或采灌比的分析僅為依據現有回灌系統與回灌試驗結果而來，下一步或可通過調整回灌孔布置、回灌點深度等方式，探尋進一步擴儲的可能，并作進一步探討與研究。

作者簡介：陳丹（1983-），女，江西上饒人，江西省勘察設計研究院工程師。

（責任編輯：周 瓊）