安徽阜陽城區地熱資源評價

[摘要]地熱資源是重要的綠色能源之一，安徽阜陽城區地處構造控制盆地內，地熱資源豐富，主要賦存于新近系和古近系地層中，屬低溫地熱資源，為了更好的開采和使用該區的清潔能源，對阜陽城區的地熱資源采用熱儲法進行了計算和綜合評價，得出地熱資源總量2.59×10¹⁸J，折合標準煤8.83×10⁷t，可利用地熱資源量3.03×10¹⁷J，折合標準煤1.03×10⁷t，達到中型深埋型城市地熱田標準。新近系地熱開采井宜井深度860～935m左右，屬最經濟的。古近系地熱開采宜井深度925～1505m左右，屬開采經濟的。依據地熱單位產量確定開采區的適宜性，劃分為地熱較適宜開采區。

[關鍵詞]阜陽城區；地熱資源；評價

[基金項目]安徽省地質勘查基金項目“安徽省阜陽市城區地熱資源預可行性勘查”（項目編號：2013-j-2-24）。

進入二十一世紀以來，為應對全球氣候變化，緩解能源危機，保護自然環境，國家積極倡導開發利用新能源，推進節能減排。地熱資源作為綠色能源之一，其開發利用符合國務院提出的“因地制宜地開發和推廣太陽能、風能和地熱能等清潔能源”政策，符合推進我國社會、經濟可持續發展戰略的實施[1-3]。

阜陽作為皖西北新興的重要城市，近年隨著經濟建設的加快發展，對地熱資源需求亦日益迫切。阜陽地熱水溫度一般40℃～60℃，屬溫熱水，地熱資源按溫度分級為低溫地熱資源，熱儲呈層狀，分布范圍廣，巖性、厚度穩定，構造條件比較簡單[1，2]，因此，阜陽地熱田為中低溫地熱田（Ⅱ），勘查類型為Ⅱ-1。

如何對阜陽城區地熱資源進行有效利用，并服務于社會經濟發展，是當地政府關注的一項重要內容。查明城區地熱儲量，分析地下流體可開采量，摸清“家底”對地熱資源開發利用前景做出評價顯得尤為重要，可為今后阜陽地熱開發利用提供重要依據。

1.地熱地質條件

安徽阜陽城區內熱儲覆蓋層為第四系松散沉積物、新近系明化鎮組粘土、亞粘土、細砂、中砂和新近系館陶組上部泥巖、泥質砂巖等，其中新近系館陶組上部泥巖、泥質砂巖為主要熱儲蓋層；存在著新近系館陶組、古近系界首組兩個熱儲層[1]（圖1）。

城區地熱總體不高，屬于正常區[1]。熱源主要來自地球的放射性元素的熱蛻變和上地幔[1]。熱儲層主要有：新近系館陶組、古近系界首組兩個，根據研究區鉆探資料得知，新近系館陶組熱儲層頂板埋深688.25～704.93m，熱儲層砂層厚度約165.95m。古近系界首組熱儲層頂板埋深949.05～955.05m，揭露古近系熱儲層砂層厚度約257.85m，屬孔隙型，以層控為主。蓋層為：新近系館陶組上部地層，巖性以泥巖、泥質砂巖為主，厚約200m，在區內穩定分布[1-4]。

綜上，安徽阜陽城區具有良好的地熱地質條件，熱儲、蓋層、熱源及地熱運移介質共同組成較完整的地熱地質系統。地熱流體主要賦存于新生界新近系、古近系碎屑巖中，熱儲類型為盆地型層狀孔隙—裂隙型，受區域地質構造控制。根據熱儲層的地質時代、埋藏條件、巖性特征及溫度等，自上而下劃分為新近系熱儲和古近系熱儲兩個熱儲層。熱儲溫度受基底、斷裂、地層結構及埋深的影響，熱源主要來自地殼深部及上地幔，屬傳導型兼對流型地熱。穩定而厚層分布的新生界上部粘性土是地熱良好蓋層。具有一定孔隙、裂隙的新近系、古近系砂巖既是熱儲層，也是地熱流體運移交替的介質。地熱流體由區外遠處深部側向緩慢補給，斷裂構造有利于地熱流體的運移及熱傳遞。新近系熱儲層分布穩定，主要由中細砂、中細砂、砂礫巖組成，結構較松散，周邊側向為無限邊界。古近系熱儲層由碎屑巖組成，呈固結狀，周邊側向為無限邊界。

2.地溫場特征

地溫反映地球內部熱能的變化程度，淺部地溫場是表征地表淺部（200m以淺）巖土體溫度分布及其變化狀態的總和，受太陽照射和地球內部熱能雙重作用的控制[6，7]。安徽阜陽城區淺層地熱能地溫隨深度而變化。200m以淺自上而下劃分為變溫帶、恒溫帶和增溫帶（圖2）。

（1）變溫帶：太陽輻射熱對地球表層影響存在日、季、年和多年的周期性變化，其地下溫度隨之變化，年內地溫隨氣溫變化明顯，年內垂向變化大，以此劃為變溫帶，本區變溫帶深度一般10～20m。

（2）恒溫帶：變溫帶之下，地球內部的熱能與太陽輻射熱能的影響達到相對平衡的地帶。阜陽城區恒溫帶高于當地年平均氣溫2℃左右，為17.0～17.5℃。

（3）增溫帶：阜陽城區增溫帶上限計算深度15～30m。增溫帶地溫變化情況用地溫梯度表示，即深度每向下增加100m所增高的溫度值，約為4℃/100m。

為了解新近系、古近系熱儲蓋層及熱儲層地溫梯度，對地熱深井的熱儲層埋深、水溫等要素進行統計，進行地溫梯度計算。經計算，蓋層地溫梯度2.5℃/100m；平均地溫梯度2.13℃/100m（表1）。可見，蓋層地溫梯度較大，熱儲層熱對流傳導較強烈，平均地溫梯度相對較小。

3.地熱資源評價

3.1賦存地熱資源計算

地熱資源的類型不同，其計算方法不同。目前地熱資源計算方法主要有熱儲法、水均衡方法，適用于孔隙型熱儲、裂隙型熱儲。本次采用熱儲法對地熱能資源進行計算[1-3]，計算熱儲砂層中賦存的地熱資源量和熱水資源儲量，根據FR03井抽水試驗資料分別對研究區進行地熱水可開采資源量進行計算與評價。

（1）計算公式

QR=C·A·H（tr-tj）

式中：

QR—地熱資源量（J）

C—熱儲層平均熱容量（J/m3·℃）

A—熱儲面積（m2）

H—熱儲層砂層厚度（m）

tr—熱儲溫度（℃）

tj—基準溫度（常溫層溫度℃）

（2）計算方法與結果

新近系熱儲層平均熱容量？C為2.83×10⁶J/m3·℃，該熱儲層在研究區的面積A為53.40×10⁶m2，經統計得出熱儲層砂層平均厚度H為165.95m，熱儲溫度取值tr為50℃，根據該地區常見氣溫、淺層地溫監測資料得出基準溫度tj為14.9℃；古近系熱儲層平均熱容量？C為2.75×10⁶J/m3·℃，該熱儲層在研究區的面積A為53.40×10⁶m2，經統計得出熱儲層砂層平均厚度H為257.85m，熱儲溫度取值tr為60℃，基準溫度tj為14.9℃。

將參數代入公式計算得出：新近系熱儲層中地熱資源量為8.80×10¹⁷J；古近系熱儲層中地熱資源量為1.71×10¹⁸J；研究區熱儲層中地熱資源總量為2.59×10¹⁸J（表2）。

3.2可利用地熱資源儲量計算

熱能的采收率與熱儲巖性和孔隙裂隙發育程度有關。本區新近系熱儲孔隙度取值為28.7%，古近系熱儲孔隙度取值為24.5%，結合國內相似孔隙熱儲研究區經驗，新近系熱儲采收率取值為15%，由于古近系熱儲的連通性較差，其采收率取值為10%[3，4]。地熱資源的可利用量按QWH=QR·RE進行計算，式中，QWH為可利用地熱資源量（J）；QR為熱儲層地熱資源總量（J）；RE為采收率（%）。

計算結果表明，阜陽城區新近系熱儲層地熱資源量為8.80×10¹⁷J，該層段采收率定為15%，該層段可利用地熱資源量為1.32×10¹⁷J；古近系熱儲層地熱資源量為1.71×10¹⁸J，該層段采收率定為10%，該層段可利用地熱資源量為1.71×10¹⁷J。得出阜陽城區熱儲層中地熱資源可利用總量為3.03×10¹⁷J[1]。

3.3地熱資源評價

阜陽城區蘊藏有較豐富的地熱資源，新近系熱儲地熱資源量8.80×10¹⁷J，古近系熱儲地熱資源量1.71×10¹⁸J，地熱資源總量2.59×10¹⁸J。煤的熱值按29.3×10⁶J/kg計，折合標準煤8.83×10⁷t，換算成電量為7.19×1011度。可利用地熱資源量3.03×10¹⁷J，折合標準煤1.03×10⁷t，換算成電量為8.41×10¹⁰度；以可利用地熱資源量折合標準煤計，價值達25.83億元人民幣（標準煤250元/噸）[1]。

按照表3中的指標進行地熱田規模分級，中低溫地熱田熱能>50MW即為大型地熱田，按地熱資源可開采熱能量換算結果，阜陽城區達到大型低溫地熱田標準。

4.地熱資源開發利用可行性評價

安徽阜陽城區新近系地熱水溫大于43℃，單井涌水量超過1700m3/d，開采深度900～1000m。按現行技術和經濟條件，完全能滿足地熱資源的開發利用。而古近系地熱水水溫大于53℃，單井涌水量約700m3/d，開采深度一般小于2000m，按現行技術和經濟條件，滿足地熱資源的開發利用。新近系地熱開采井宜井深度860～935m左右，屬最經濟的。古近系地熱開采宜井深度925～1505m左右，屬開采經濟的。

根據《地熱資源地質勘查規范》（GB/T11615-2010）、地熱開發利用實踐以及該地熱流體化學組分和流量等，本區地熱作為低溫地熱資源，其主要用途為：人體保健理療、人體洗浴、建筑采暖、溫室種植及養殖熱帶水產。依據地熱單位產量確定開采區的適宜性，劃分為地熱較適宜開采區。

熱儲層與上部含水層水力聯系弱，地熱井施工過程中作好止水，對阜陽地面沉降造成的影響小，考慮對阜陽地面沉降可能性的影響，調整新近系熱儲地熱流體可采比例系數為15%，古近系熱儲地熱流體可采比例系數為10%，新近系熱儲地熱流體資源儲存量2.55×109m3，古近系熱儲地熱流體資源儲存量3.39×109m3，新近系熱儲可采地熱流體資源量3.83×10⁸m3，古近系熱儲地熱流體可采資源量3.39×10⁸m3。根據規范規定，中低溫地熱田按100年開采年限計，則新近系熱儲可采地熱資源為3.83×10⁶m3/a，合10493.15m3/d，按每眼地熱井開采量2620.8m3/d計，新近系熱儲層可布設地熱井不超過4眼，宜井深度860～935m左右。古近系熱儲可采地熱流體資源為3.39×10⁶m3/a，合9287.67m3/d，按每眼地熱井開采量1483.2m3/d計，古近系熱儲層可布設地熱井不超過5眼，宜井深度925～1505m左右。

阜陽城區地熱水依據《理療熱礦水國家標準》（GB/T11615-2010）進行理療熱礦水評價，可以作為理療熱礦水開發利用[1，4-7]。地熱流體中碘、鍶、鋰、偏硼酸、偏硅酸能達到有理療價值的濃度，碘、鍶、鋰、偏硼酸、偏硅酸能達到理療熱礦水濃度，鍶能達到了命名濃度，可作為理療熱礦水利用[7-9]。

5.結論

（1）安徽阜陽城區地熱地質條件良好，具有較完整的地熱地質系統：熱儲、蓋層、熱源及地熱運移介質。新近系和古近紀地層為主要地熱儲層。

（2）采用熱儲法對研究區地熱資源進行了計算，得出地熱資源總量達2.59×10¹⁸J，屬大型低溫地熱田，城區熱儲層中地熱資源可利用總量為3.03×10¹⁷J。

（3）安徽阜陽城區新近系地熱開采井宜井深度860～935m左右，屬最經濟的，古近系地熱開采宜井深度925～1505m左右，屬開采經濟的。為地熱較適宜開采區。

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