基于地下水(地熱水)取水水源論證

2023-12-13 11:33:32盧敬

黑龍江水利科技 2023年11期

盧敬

(興城市水利事務服務中心,遼寧興城 125100)

1 概述

大連某園區河流多為季節河,占地面積9.3hm2。項目東側為生命湖,屬于人工開鑿湖泊,水源來自區域雨水匯集和部分企業排污水,后經整治區域雨污實現分流,生命湖水質得到改善,水源主要為雨水[1-2]。

區域地下水儲存介質可分為3類:松散巖孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水和基巖裂隙水,這三種類型的地下水都很小,然而,根據不同的需求,它對缺水地區的供水也有一定的意義。低山丘陵地區的區域化學特征為碳酸氫鈣鈉離子型水,礦化度<0.5g/L;到低丘和山前平原區的氯-重碳酸根-鈣-鈉離子型水,礦化度<10g/L;沿海地區地下水類型為氯鈣鈉離子型和氯鈉離子型,礦化度<10 g/L,最高可達18g/L。地下水補給、徑流、排水條件與地形地貌趨勢基本一致。主要補給區位于低山丘,徑流區位于山前平原,沿海地區為排泄區。根據現有數據,有4個具有供水意義的重點地區:大和尚山南的丁家嶺、李家甸,九里村地段;大和尚山東南部的于家屯段;董家溝地段;原石棉礦的廢料坑部分,本工程屬于董家溝段。

2 水資源狀況

由于大連某園區水文資料缺失,以下使用金州新區或金普新區的水文資料代替。

2.1 水資源量

2.1.1 地表水資源

金州新區多年(1956—2007)平均徑流深為163.0mm,流域面積為894.9km2,徑流量為14586萬m3。該區地表水資源僅占大連地區水資源總量的4.8%。

2.1.2 地下水資源

金州新區多年(1980—2010)平均地下水資源量為4691×104m3,其中基流量4357×104m3,潛水蒸發量334×104m3。全區地下水可開采量為1459×104m3,占6.2%。

2.1.3 水資源總量

金州新區水資源總量以徑流量表示,該區水資源總量為14920×104m3。

2.2 時空分布特點

該地區年平均降水量687.9mm。受溫帶季風氣候影響,6～8月降水量占全年降水量的70%以上,具有汛期降水量大而集中,冬季降水量少的特點。地表徑流主要由降水補給,地表徑流的年分布與降水非常相似。6～9月地表徑流量占全年徑流量的70%以上。由于降水集中、暴雨多,導致大量水資源向洪水排水,寶貴的水資源不僅不能得到很好的利用,而且容易造成水土流失。

3 地下水開發利用現狀

地下水作為可再生資源,合理開采利用符合《大連市循環經濟發展規劃》我們鼓勵企業積極利用海水、污水和廢水資源,減少用水量,并鼓勵使用太陽能、風能和地熱能源,促進能源結構的多元化發展[3-7]。目前,大連市已開發的深層地下水資源主要用于溫泉、療養。過去幾十年大連地區深層地下水的持續開發實踐表明,作為旅游休閑和療養用水,開發大連市的深層地下水符合大連市水源、能源結構多元化發展的政策。

溫泉理療是一種自然療法,溫泉中的大部分化學物質會沉淀在皮膚上,改變皮膚的pH值,所以它有吸收沉淀的作用;有些化學物質通過皮膚進入人體,然后人體將物質通過皮膚排出到水中,達到交換效果;刺激自主神經、內分泌和免疫系統的化學物質,加速組織再生和細胞活力,促進水腫消退和組織修復,促進身體恢復。目前,在國內已有不少地方都已經設立了使用地下水的療養機構類型的醫院以進行康復理療,理療效果顯著[8-10]。

本工程地下水區含水巖群由粉質石灰巖、粉質鈣質白云石、泥晶灰巖、大理巖、千枚巖、片麻巖等組成,碳酸鹽巖裂隙巖溶水和基巖裂隙水兩種類型,東西向和西北向構造斷層相交切割,產水量較好。預計該段地下水自然開采量為2500m3/d,目前開采量約為1200m3/d。地下水化學類型為重碳酸根-鈣-鈉型水,氯離子含量<50.30mg/L,礦化度0.38g/L,pH值 7.67,屬于低礦化度淡水。

4 地下水取水水源論證

4.1 地熱地質條件

4.1.1 地質條件

項目區分布巖性主要為寒武系地層,總厚度約734～1449m,再往深處為震旦系地層。廠組主要為下部為深灰色或黑色厚灰巖,底部為砂質鈣質角礫巖;上部為結節狀泥灰巖,夾黃綠色頁巖。平行不整合覆于震旦系之上。崮山組主要巖性為灰色、紫色中厚層狀灰巖、泥質灰巖、結節狀灰巖、竹葉黃綠頁巖。

長山組下部為灰黃色薄層結節狀灰巖、鮞粒灰巖、竹葉灰巖、黃綠頁巖。底部通常有一層薄薄的黑色石灰石。鳳山組下部為灰色薄層泥質花紋灰巖、條紋灰巖、竹葉淺色灰巖,中部為厚層灰巖,上部為深色后層渦白云巖灰巖。項目區南部由震旦系馬家店組(Zm)的泥質石灰巖和興民村組(Zx)的石灰巖、頁巖和砂巖組成,整個地層呈NWW走向。北部有董家溝組(Ardj)的片巖和片麻巖夾角閃巖。

斷裂在項目區北部黑山響水寺—董家溝—大李家一帶上元古界強烈動力變質。南芬組頁巖變為糜棱巖、千糜巖、泥灰巖變為千糜狀大理巖,構成寬約200m長的糜棱巖帶。巖石片理化強烈,眼球狀構造普遍發育,石英長石粒化。巖層褶皺變形復雜,平臥褶皺發育,形態各異。走向由東西向變北東東向。另在測區北東方向有一條北東向斷裂[11-13]。

4.1.2 物理場特征

3個剖面在整個區域中反射的電阻率在上部基本上較低(約200m或更多),然后逐漸增加,最低時一般低于50Ω·M,高于500Ω·M。另外,從每條剖面的南端、中間和北端各選取3個點,分別作出單點曲線,特征為1號剖面北端、中間、南端測深點,電測深曲線大致反應為4層。北端:從地表到地下45m左右為第四系浮土,電阻率在35Ω·M左右。從45～365m電阻率逐漸升高,到365m時電阻率達到上升最快的點,該處電阻率為295Ω·M,是寒武e系灰巖、含沙鈣質角礫巖、瘤狀泥灰巖、夾黃綠色頁巖;灰色夾紫色薄層中厚層灰巖、泥質條帶灰巖、瘤狀夾竹葉狀灰巖黃綠色頁巖;灰黃色薄層瘤狀灰巖、鮞狀灰巖、竹葉狀灰巖夾黃綠色頁巖、砂巖的反映。再往深處365～1800m電阻率達到極大值,而后又下降,這也是該點的高阻段,反映為灰巖夾少量砂巖、頁巖的特征。繼續向深處到2000m,電阻率下降,說明灰巖含水量有所增加[14]。

中間從地表到地下95m左右為低阻層是第四系浮土造成的,電阻率在25Ω·M左右。從95～360m電阻率逐漸升高,到360m時電阻率達到上升最快的點,該處電阻率為215Ω·M,是寒武系e灰巖、含沙鈣質角礫巖、瘤狀泥灰巖、夾黃綠色頁巖;灰色夾紫色薄層中厚層灰巖、泥質條帶灰巖、瘤狀夾竹葉狀灰巖黃綠色頁巖;灰黃色薄層瘤狀灰巖、鮞狀灰巖、竹葉狀灰巖夾黃綠色頁巖、砂巖的反映。再往深處360～1700m電阻率達到極大值,而后又下降,這是本區的高阻段,反映為灰巖夾少量砂巖、頁巖的特征。繼續向深處到2000m,電阻率下降,同樣說明灰巖含水量增加。

南端從地表到地下45m左右為低阻層是第四系浮土造成的,電阻率在20Ω·M左右。從45～250m電阻率逐漸升高,到250m時電阻率達到上升最快的點,該處電阻率為220Ω·M,是寒武系e灰巖、含沙鈣質角礫巖、瘤狀泥灰巖、夾黃綠色頁巖;灰色夾紫色薄層中厚層灰巖、泥質條帶灰巖、瘤狀夾竹葉狀灰巖黃綠色頁巖;灰黃色薄層瘤狀灰巖、鮞狀灰巖、竹葉狀灰巖夾黃綠色頁巖、砂巖的反映。再往深處250～1500m電阻率達到極大值,而后又下降,這是本區的高阻段,反映為灰巖夾少量砂巖、頁巖的特征。繼續向深處到2000m,電阻率下降,說明灰巖含水量增加。

由于工作范圍很小,2、3號剖面與1號剖面的電性特征差不多。在2000m以內1號剖面的曲線四層反映明顯,2、3號剖面的測探曲線尾端略微有所下降表現為三層特征。

4.1.3 氡氣測量特征

根據表1,在與可控源剖面相同的1號剖面發現1～18號氡異常(11733Bq/m3),3號剖面上發現3～20號氡異常(10831Bq/m3)。在湖北面測區發現了1～1號(10832Bq/m3)、1～3號(9928Bq/m3)、4～6號(10830Bq/m3)氡異常。其他處僅有些偏高,意義不大。

表1 氡氣測量底數統計表

4.1.4 地熱條件

根據以往研究成果,該區大地熱流值為41mw/m2,屬地熱正常區范疇。這就決定了在可及深度(3km深度為準)內,不具有高溫地熱形成的條件,只能是低溫(<90℃)的熱水。

該處巖性上部是寒武e系灰巖、含沙鈣質角礫巖、瘤狀泥灰巖、夾黃綠色頁巖;灰色夾紫色薄層中厚層灰巖、泥質條帶灰巖、瘤狀夾竹葉狀灰巖黃綠色頁巖;灰黃色薄層瘤狀灰巖、鮞狀灰巖、竹葉狀灰巖夾黃綠色頁巖、砂巖的反映。下部深處是震旦系的灰巖夾少量砂巖、泥質灰巖、頁巖夾砂巖、灰巖。既有蓋層,又有灰巖含水層及下部隔層對開發地熱是有利的。

4.2 地下水資源量

綜合可控源音頻大地電磁測深、氡氣測量及巖性測深結果,認為可控源音頻大地電磁測深1-10號點(JST11)具體位置(39°03’39.0”,121°52’47.6”H:5m),是本次地熱開發最有利點,可將地熱勘探井定在此處。從巖性測深的結果看,此處有較好的儲集層和熱異常顯示,要封住800m,最佳深度2600m終孔;預計水溫35～45℃,水量可達300～400m3/d,井位設計詳見附件4。670～4000m的有效熱儲層累計厚度56m,詳見表2。

表2 熱儲層厚度統計表

4.3 地下水可開采量

根據《大連開發區雙D港地熱綜合物探報告》,本項目地下水井預計水量可達300～400m3/d;根據《工程竣工驗收報告》,本項目地下水井出水量為230m3/d;根據《遼寧省大連市開發區維特奧康復中心地熱井完井總結報告》,抽水試驗結果如下:抽水前靜水位埋深65m,共抽水30h,抽水1h后水位穩定,穩定后動水位埋深247m,降深182m,水溫37℃,出水量218.94m3/d(2.5341L/s)。綜上,出水量滿足日最大用水量(61.85m3/d)。