北京通州地區(qū)深部地熱井間的影響分析

高 劍，張進平，孔祥軍，袁利娟，孫振添

（北京市地熱研究院，北京100143）

北京通州地區(qū)深部地熱井間的影響分析

高 劍，張進平，孔祥軍，袁利娟，孫振添

（北京市地熱研究院，北京100143）

為了認清北京市通州地區(qū)深部地熱井間是否存在相互影響，本文選取研究區(qū)內(nèi)新鉆鑿成功地兩眼地熱井（京通-3井和京通-4井）進行抽水和觀測試驗，對京通-4井進行大流量和小流量的抽水試驗，同時觀測其鄰近的京通-3井中的水位變化。試驗結(jié)果表明，在對京通-4井進行抽水試驗時，附近的京通-3井中的水位未發(fā)生明顯變化，說明京通-3井沒有受到抽水影響，這可能主要是由于兩眼地熱井距離約2km，相對較遠，在對其中一眼地熱井進行抽水試驗時，其并不能影響到鄰近相對較遠的地熱井中的水位變化。

深部地熱水；抽水試驗；水位監(jiān)測；相互影響

0 引言

地熱能是集熱、礦、水三位一體的清潔、寶貴和可再生的礦產(chǎn)資源（廖忠禮等，2006），與其他清潔能源相比，地熱資源具有資源量巨大、能源利用效率高、成本具有競爭性、二氧化碳減排效果明顯的優(yōu)勢，已被世界各國作為緩解能源短缺和防治環(huán)境污染的綠色能源（劉杰等，2012），是今后經(jīng)濟和社會發(fā)展的首選清潔能源。近年來，對地熱資源的開發(fā)和利用規(guī)模不斷增大，技術(shù)逐漸成熟。但迫切需要解決的問題是深部地熱資源的大規(guī)模開發(fā)和利用是否會影響區(qū)域地熱資源的開發(fā)利用，這對深部地熱資源的可持續(xù)開發(fā)利用尤為關(guān)鍵。

為了解決區(qū)域地熱資源之間的開發(fā)利用是否存在相互影響，開展地熱井的抽水和觀測試驗是解決這一問題的有效方法和手段。本文以北京市通州地區(qū)作為重點研究區(qū)，通過對選取的1眼地熱井分別進行大流量和小流量抽水試驗，并同時觀測其鄰近的另一眼地熱井中的水位變化，以查明深部地熱井間是否存在相互影響，確定合理的井間距，為地熱資源的可持續(xù)開發(fā)和利用奠定基礎(chǔ)。

1 地熱井的選擇與試驗方法

1.1 地熱井的選擇

本次試驗以北京市通州地區(qū)作為重點研究區(qū)，選取研究區(qū)內(nèi)新鉆鑿成功的2眼地熱井作為試驗對象。兩眼地熱井的位置如圖1所示，其中對京通-4地熱井進行大流量和小流量兩次連續(xù)抽水試驗，并同時觀測鄰近的京通-3地熱井中的水位變化。

圖1 抽水井與監(jiān)測井的井位分布圖Fig.1 Distribution diagram of pumping and monitoring wells position

兩眼地熱井均位于張家灣斷裂的東北側(cè)，處于斷裂上盤；東南側(cè)發(fā)育燕郊斷裂，地熱井間并未有斷裂發(fā)育（北京市區(qū)域地質(zhì)志，1991），相距約2km遠。其中，京通-3井終孔深度約為3000m，出水溫度為52℃，最大出水量約為1662 m3/d；京通-4井的終孔深度約為2800m，出水溫度為46℃，最大出水量為2163 m3/d，兩眼井的地下熱水均取自薊縣系霧迷山組熱儲層。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料以及鉆探研究成果顯示，該區(qū)內(nèi)地層自上而下依次發(fā)育第四系、寒武系饅頭組和昌平組、青白口系景兒峪組、龍山組和下馬嶺組以及薊縣系鐵嶺組、洪水莊組和霧迷山組。橫切兩眼地熱井自北西至南東方向（圖1）的水文地質(zhì)剖面圖（圖2）顯示，該區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育了4個含水層，包括薊縣系霧迷山組、薊縣系鐵嶺組、青白口系龍山組和寒武系昌平組，其中青白口系龍山組為弱含水層，含水層與隔水層相間發(fā)育，薊縣系霧迷山組為該區(qū)內(nèi)乃至北京地區(qū)最主要的熱儲層。

圖2 京通-3井—京通-4井水文地質(zhì)剖面Fig.2 Hydrogeologic section of Jingtong-3 and Jingtong-4

1.2 試驗方法

（1）抽水試驗

選取研究區(qū)內(nèi)的京通-4地熱井進行單井抽水試驗，選擇使用的潛水泵型號為TQ200QJR22-100型，即揚程為100m，出水量為80m3/h，潛水泵實際下入深度為150m。其中，自2017年4月2日至4月6日對京通-4井進行大流量單井抽水試驗，出水量約為2163 m3/d，累積時間約為96小時，其中抽水時間約為72小時，熱恢復(fù)時間約為24小時；自2017年4月6日至4月9日對京通-4井進行小流量單井抽水試驗，出水量為968 m3/d，累積時間約為66小時，其中抽水時間約為46小時，熱恢復(fù)時間約為20小時。通過對該地熱井中的水位變化數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，對相鄰地熱井之間的連通性進行初步判定。

（2）動態(tài)監(jiān)測

本次動態(tài)監(jiān)測工作以《地下水動態(tài)監(jiān)測規(guī)程》和《水文地質(zhì)手冊》的規(guī)定為基礎(chǔ)，在對京通-4地熱井進行抽水試驗的同時，觀測并記錄下京通-4井中的水位連續(xù)變化情況。還需對鄰近的京通-3地熱井中的水位進行連續(xù)、詳細的觀測。此次動態(tài)監(jiān)測主要采用人工方式觀測地熱井中的水位變化，利用自制有標識深度的銅質(zhì)測線、微安表和盒尺進行手動觀測，測線長度120m，測量精度為1cm。京通-4井的觀測時間為2017年4月2日至2017年4月9日，其中大流量抽水試驗的觀測時間約為96小時，小流量抽水試驗的觀測時間約66小時，京通-3井的觀測時間為2017年4月2日至2017年4月12日，累積約為258小時。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 京通-4井抽水試驗時的水位變化

本次試驗通過對京通-4井進行了大流量和小流量抽水試驗，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別繪制了京通-4井的大流量水位動態(tài)曲線分布圖（圖3）和小流量水位動態(tài)曲線分布圖（圖4）。

圖3 京通-4井大流量抽水的水位動態(tài)曲線分布圖Fig.3 Dynamic curves of water level of mass flow Pumping from Jingtong-4 well

圖3顯示，2017年4月2日13：00開始對京通-4井進行大流量抽水試驗，初始水位為66.25m，隨著抽水試驗的進行，水位急速下降，約10分鐘后，水位埋深下降至95.65m；之后水位下降速率明顯降低，并趨于穩(wěn)定，在99.28～102.54m范圍內(nèi)輕微波動。在2017年4月5日13點停止抽水，京通-4井中的水位迅速上升，逐漸恢復(fù)至初始水位，并保持穩(wěn)定。

圖4 京通-4井小流量抽水的水位動態(tài)曲線分布圖Fig.4 Dynamic curves of water level of small flow Pumping from Jingtong-4 well

圖4顯示，2017年4月6日13：00開始對京通-4井進行抽水試驗，初始水位為66.25m，隨著抽水試驗的進行，水位急速下降，約10分鐘后達到最低水位，為96.41m；之后水位開始上升并逐漸趨于穩(wěn)定，在87.37～89.37m范圍內(nèi)輕微波動。造成上述現(xiàn)象的主要原因是由于開始抽水時，地熱井中的熱水未能夠得到及時的補給，造成水位快速下降；而后隨著時間的推移，井中的熱水開始得到補給，導(dǎo)致井中的水位又開始上升，當?shù)責崴玫椒€(wěn)定補給時，井中的水位開始趨于穩(wěn)定。在2017年4月8日11點停止抽水，京通-4井中的水位迅速上升，逐漸恢復(fù)至初始水位，并保持穩(wěn)定。

2.2 京通-3井的水位變化

在對京通-4井進行抽水試驗的同時，本試驗也對鄰近的京通-3井中的水位進行了連續(xù)觀測。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制了京通-3井的水位動態(tài)曲線分布圖（圖5）。

由圖5可以看出，京通-3井的靜水位在64.87～65.17m之間，波動較小，較為平穩(wěn)。在對京通-4井進行大流量和小流量抽水試驗前的11個小時內(nèi)，該井的靜水位也一直在波動，變化幅度為64.63～64.78m，變化幅度較小，而在對京通-4井進行抽水試驗時，京通-3井中的靜水位浮動范圍為64.63～65.17m，并未因鄰近的京通-4井的持續(xù)抽水試驗而導(dǎo)致靜水位大幅度下降。上述現(xiàn)象說明了京通-3井中的水位波動可能是由其他原因造成，與京通-4井的抽水試驗可能并無多大聯(lián)系。

圖5 京通-3井水位動態(tài)曲線分布圖Fig.5 Dynamic curves of water level from Jingtong-3 well

3 討論

目前，北京地區(qū)有關(guān)深部熱儲層相互影響的研究相對匱乏，部分學者對深部地熱水和淺部含水層間的水力聯(lián)系做了初步探討（呂金波等，2008；李海京等，2004；劉成龍等，2004；高劍等，2017）,不同地質(zhì)條件下的深部地熱和淺部含水層間的水力聯(lián)系也不盡相同。本研究通過對北京市通州地區(qū)的深部地熱井間的相互影響進行探討，為地熱資源的大規(guī)模開發(fā)利用提供理論依據(jù)。結(jié)果顯示：在對1眼地熱井進行抽水試驗時，鄰近的地熱井中的水位未發(fā)生明顯降低，說明了兩眼深部地熱井未產(chǎn)生直接的水力聯(lián)系。如前所述，雖然兩眼地熱井的取水層位均為薊縣系霧迷山組，但因兩眼井距離約為2km，相對較遠。所以在對京通-4進行抽水試驗時，并未影響對鄰近的京通-3井中的水位變化，這可能是由于兩眼地熱井間的距離大于兩眼地熱井的影響半徑之和所造成的。因而在今后地熱井的開發(fā)和利用中，地熱井間的間距應(yīng)至少大于其影響半徑之和，才不會造成區(qū)域上深部地熱井間的相互影響。

4 結(jié)論

本文通過對選取的兩眼地熱井進行抽水和觀測試驗分析，主要取得以下結(jié)論：

（1）研究區(qū)內(nèi)的深部地熱水的熱儲層雖然均為薊縣系霧迷山組，但兩眼深部地熱井未產(chǎn)生直接的水力聯(lián)系。

（2）由于研究區(qū)內(nèi)的兩眼地熱井距離相對較遠，大于兩眼地熱井的影響半徑之和，因而在對其中的1眼地熱井進行開發(fā)利用時，不會造成區(qū)域上深部地熱井間的相互影響。

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高劍，張進平，孔祥軍，等，2017. 深部地熱資源開采對淺層地下水的影響[J]. 北京地質(zhì)，12(1)：56-58.

The Discuss on Mutual Influence from Different Deep Geothermal Wells in Tongzhou Area, Beijing

GAO Jian, ZHANG Jinping, KONG Xiangjun, YUAN Lijuan, SUN Zhentian
(Beijing Geothermal Research Institute, Beijing 100143)

In order to acquire the mutual in fluence from the different deep geothermal resources in Tongzhou area,Beijing, we chose 2 geothermal wells (Jingtong-3 well and Jingtong-4 well) drilled recently to conduct pumping and observing tests in the studying area. When the Jingtong-4 geothermal well was pumped (mass flow and small flow), meanwhile the water level of Jingtong-3 geothermal well in the near of the Jingtong-4 geothermal well was monitored. The test results showed there were no obvious descends of water level in the Jingtong-3 geothermal wells when the Jingtong-4 geothermal well was pumped, implying no obvious mutual influence from deep geothermal water in the studying area. The reason might be that there was a relative long distance between the two geothermal wells (the distance of about 2 km), greater than the sum of influencing radius between two geothermal wells. When one geothermal well was pumped, there were no obvious impacts on the variation of water level in another geothermal well.

Mutual influence; Deep geothermal resource; Pumping test; Water level monitoring

A

1007-1903（2017）04-0072-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.04.014

通州某建設(shè)新區(qū)深部地熱資源勘查與示范

高劍（1986- ），男，博士，工程師，主要從事水文地質(zhì)、地熱地質(zhì)相關(guān)工作。E-mail：gaojian198611@163.com