地热勘查新进展期刊投稿

李传磊1 程秀明1 史忠民2 刘玉仙1

（1.山东省地矿工程勘察院，济南250014；2.山东省第七地质矿产勘查院，临沂276006）

作者简介：李传磊（1975—），山东莘县人，助理工程师，主要从事水、工、环技术工作。

摘要：通过对济北地热田的地质背景分析，阐明了济北地热田的储、盖、通、源等地热地质条件。齐河地热井的成功完成使济北地热资源勘查取得了突破性进展，为尽快全面开发齐河一带地热资源起到了示范作用。

关键词：济南地热田；地热概念模型；水化学场；水动力场；水温度场；医疗矿水

为了尽快开发齐河经济开发区一带地热资源，开辟新的经济增长点，山东省地矿工程勘察院在山东省地矿局的支持下，决定在齐河经济开发区一带勘探开发地热资源，并于2003年7月施工了一眼探采结合地热钻孔，该地热钻孔的成功完成使济南北部地热资源的勘查获得了突破行进展。

1 齐河地热资源地质背景

1.1 齐河地热地质条件

1.1.1 地层特征

根据地热勘探及研究成果，济南以北为一面积较大的地热田，称为济南地热田（简称济北地热田）。济北地热田范围大致是：南至济南岩体北界，北至齐河-广饶大断裂，西到长清断裂东到鸭旺口断裂（详见图1）。从地热田内各地热钻孔揭露的地层分析，该地热田热储主要为奥陶系灰岩裂隙岩溶含水层，盖层为第四系、新近系、二叠系和石炭系。

1.1.2 构造特征

该区位于济南单斜前缘，受北部齐河-广饶深大断裂的影响，断裂构造发育，钻孔附近主要有NNE、NNW向两组断裂，它们归属于鲁西系外旋回层伴生构造，均为张性断裂，切割了深部的奥陶系灰岩，是地下热水的富集区，对地下热水的运移和分布起了重要作用。

1.1.3 岩浆岩特征

本区最重要的侵入体为济南岩体，该岩体近东西向展布，椭圆状，东西长30km，岩性主要为辉长岩，边缘相为闪长岩，该岩体对本区地热形成起重要作用，表现为：

图1 济北地热田边界条件图

（1）阻挡了南部大量冷水向北径流，对北部热水起了重要保护作用；

（2）迫使南部一部分岩溶水向地下深处循环，形成增温作用；

（3）岩体侵入过程中，压应力使含水层产生裂隙和一系列的断裂，有利于热水的对流传导；

（4）岩浆岩侵入体带来大量可溶性物质成分，使地下热水溶滤出了多种对人体有益的成分，对形成医疗矿水有重要意义（详见图2）。

1.1.4 热储的水文地质特征

该区地热水为裂隙岩溶水，根据区域水文地质条件，岩溶水的补给来自南部山区，地下水由南向北径流，南部山前地带或济南岩体以南，裂隙岩溶发育，水交替循环条件良好，加上上覆第四系很薄，不具备良好的保温作用。水温低，一般16～20℃，济南岩体以北，岩溶含水层（即热储）上覆为巨厚的第四系、新近系、二叠系和石炭系，地热田地带其厚度可达1300m以上，构成一个保温、隔水性能良好的盖层。本次钻孔地层揭露，热储岩性以厚层质纯灰岩、云斑灰岩为主，上覆盖层厚度达1306.53 m。由于受岩体的阻挡和埋深大等因素的影响，该区地下水处于一种半封闭状态，水交替循环微弱，经深循环的地下热水在此聚集，其矿化度较高，该井矿化度3.424g/L，孔口水温57℃。

1.2 地热水运动特征

1.2.1 水动力场

前以所述，该区地热水为裂隙岩溶水，根据区域水文地质条件，岩溶水的补给来自南部山区，地下水由南向北径流，南部山前地带或济南岩体以南的岩溶地下水分布区，从补给区到排泄区水循环条件良好，水位变幅由大到小；岩溶水一部分在山前地带以泉水的形式排泄，另一部分穿过岩体向深处运动，进入半封闭状态被地温加热，水温度增加，压力增大，据钻孔资料，水头高出地面13 m。

图2 济北地热田地热形成概念模型图

1.2.2 水化学场

地下水由南向北径流，南部山前地带，裂隙岩溶发育，水交替循环条件良好，从补给区到排泄区某些离子含量逐步增加；济南岩体以北齐河附近，由于受岩体的阻挡和埋深大等因素的影响，该区地下水处于一种半封闭状态，水交替循环微弱，经深循环的地下热水在此聚集，其矿化度较高，为3.424g/L，水化学类型为SO4·Cl-Ca·Mg型，岩浆岩侵入体带来大量可溶性物质成分，使地下热水溶滤出了多种对人体有益的成分，对形成医疗矿水有重要意义（其主要化学组分见表1）。

表1 齐河地热井地热水化学组分一览表

1.2.3 水温度场

济南岩体以南，为灰岩的裸露区及半裸露区，第四系很薄，由于灰岩的地温梯度较小，为0.5～1.0℃/100m，不具备良好的保温作用，因此，水温低，一般为16～20℃。济南岩体以北，岩溶含水层（即热储）上覆有巨厚的第四系、新近系、二叠系和石炭系，地热田地带其厚度可达1300m以上，其岩性为粉质粘土、砂岩、页岩、泥岩，地温梯度为3.0～3.8℃/100m，构成一个保温、隔水性能良好的盖层，随着盖层厚度的增加，其温度也逐渐升高，齐河附近水温高，一般为40～60℃。如济南市华山镇桃园地热井盖层厚度413m，水温36℃；齐河地热井盖层厚度为1306.53m，水温57℃。

2 齐河地热单井可采资源量计算

根据齐河地热井抽水试验资料。抽水前测得该井自流量为65.03m3/h，自流时水头高出地面 4.90m。抽水时，测得压力水头高出地面 13m。降深为 17.55m，出水量为107.73m3/h，经山东省储委办公室组织专家评审，该钻孔单井可采资源量为2585.52m3/d。计算得出岩层渗透系数（K）为0.8620m/d。抽水时，孔口水温为57℃，以上参数可用于开采资源计算与评价。

2.1 单井可采地热资源计算

（1）热水中获得的热资源量

QW＝Qc（tw-t0）

式中：QW为单井可采地热资源量，J/d；Q 为可采热水量，m3/d；c 为水的比热容，取4.18×106J/（m3·℃）；tw为井口水温，取57.0℃；t0为基础温度，以济南市年平均气温13.5℃。

计算结果：QW＝4.71×1011J/d，折合标准煤16.1t/d（煤的热值2.93×107J/kg）。

（2）100年所放的总热量

W＝36500QW＝1.72×1016J，折合标准煤5.87×105t。

2.2 可有效利用资源量计算

QW＝Qc（tw-ti）

式中：QW为可有效利用热资源量；ti为热水利用后废弃温度根据利用方式不同分别取（1）供暖（40℃）；（2）洗浴（37℃）；（3）游泳（30℃）；（4）土壤加热（25℃）；（5）养鱼（18℃）。

计算结果如下：

（1）ti＝40℃，QW＝1.84×1011J/d，折合标准煤6.28t/d。

（2）ti＝37℃，QW＝2.17×1011J/d，折合标准煤7.41t/d。

（3）ti＝30℃，QW＝2.92×1011J/d，折合标准煤9.97t/d。

（4）ti＝25℃，QW＝3.46×1011J/d，折合标准煤11.81t/d。

（5）ti＝18℃，QW＝4.22×1011J/d，折合标准煤14.4t/d。

3 地热资源开发利用前景分析

地热能一直以“清洁能源”而著称，它可以用来发电，取暖，养殖、洗浴。我国地热利用发展最快的是供暖和养殖。地热能直接利用的技术性、可靠性、经济性、环境的可接受性已经被世界各地的实际利用所证实。

济南市是个文化底蕴较浓厚的城市，旅游资源十分丰富，趵突泉、千佛山、大明湖名扬天下，济南北部齐河一带地热开发使济南不仅拥有冷泉而且还有温泉，从而丰富了泉文化的内涵。

根据济南市城市发展规划，齐河地热开发为济南市区北跨、招商引资、绿色农业等都有着十分重要的意义。为此，齐河地热开发前景十分广阔。

4 开发过程中应注意的问题

4.1 化学污染

化学污染主要是地热流体中的可容固体，非凝结气体如NH3，H2S等，热水中 Cl-含量较高，矿化度也较高，尾水若要回渗到地下，腐蚀和结垢会很严重，会污染附近浅层地下水。

4.2 地面沉降

当从热储中抽取地热水后，改变了原系统的压力分布，从而产生地面沉降，沉降与地质条件密切相关，地热井开采利用后建议加强水质、水量、地面沉降等方面的监测。

5 结语

（1）齐河地热井其实测井口水温为57℃，属低温地热资源中的温热水。

（2）该井热储层为奥陶系八陡组、五阳山组灰岩，补给来源充足。该地热井自流量为1506.72m3/d，压力水头高出地面13m，当降深为17.55m时，出水量为2585.52m3/d，单井可开采量为2585.52m3/d。

（3）该井地下热水水化学类型为水化学类型为SO4—Ca型水；按其所含的微量元素根据有关规范规定可命名为锶水、氟水，偏硅酸含量达到矿水浓度，偏硼酸浓度达到有医疗价值的浓度。可用于医疗洗浴、温室、土壤加温等。

（4）在开发利用时对该井的水质应进行综合评价，并对水温、水位、水质进行长期动态监测，以便为合理开发利用提供科学依据。

该区地热资源开发，要做到“统一规划、依法管理，合理布局，综合利用”，以便使地热这种宝贵的资源可持续开发利用。

参考文献

GB 11615-89.地热资源地质勘查规范.国家技术监督局.

中华人民共和国地质部.1979.水文地质钻探规程（试行）.

中国地质科学院水文地质环境地质研究所（简称水环所）始建于1956年，是全国唯一专门从事水文地质、工程地质、环境地质研究的国家公益性科研机构，是全国水文地质环境地质调查和地下水资源评价的科技支撑单位和技术发展核心，是全国水文地质环境地质专业编图中心。

“973”项目启动会上为特聘专家颁发聘书

2009年承担地质调查工作项目11项、地质调查工作内容1项，在研国家自然基金项目4项、973项目1项所属课题2项、国家科技支撑项目课题4项、国土资源部公益性行业科研专项2项、国土资源部百人计划项目2项、国土资源大调查安排的科研项目1项、基本科研业务费项目16项、中国地质科学院重点开放实验室专项2项。获批2010年国家自然科学基金面上项目2项、青年基金1项。国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“华北平原地下水演变机制与调控”喜获科技部立项并启动，所长石建省研究员担任项目首席科学家，总经费4500万元。

所长兼党委副书记石建省（中）、副所长张发旺（右一）、副所长张永波（左一）

2009年，水环所获国土资源部科学技术奖一等奖1项、省部级二等奖2项，荣获首届全国地源热泵行业评选活动“2009年度系统地质勘察优秀企业”称号。全年科研人员发表SCI、EI检索论文3篇，各种科技期刊和学术会议上共发表论文98篇，其中核心期刊论文90篇，出版专著4部。

2009年科研成果

全国地下水资源及其环境问题综合评价及专题研究：地质调查项目，负责人为石建省研究员，主要成员包括张发旺、张翼龙、王贵玲、陈宗宇、张光辉、张永波、刘少玉等。项目阐明了我国北方平原（盆地）地下水系统的演化趋势；划分了该区地下水系统，对比了华北平原、东北平原、西北内陆盆地地下水系统间的差异性。提出了地下水功能评价方法，首次建立了北方地区地下水功能评价指标体系，并完成了北方八大平原（盆地）的功能评价与区划。系统总结了北方各平原（盆地）地下水数值模拟方法、应用状况以及模型建立条件；建成了基于大型数据库的地下水资源数据共享与动态评价平台，整合完成了北方八大平原（盆地）地下水资源与环境实体数据库，实现了动态评价服务。重新评价了我国北方各主要地下水盆地的地下水资源及其开发利用潜力，系统分析了地下水资源变化的影响因素和各主要平原（盆地）地下水开采程度的差异。

地下水动态评价平台

中国地下水系统划分

华北平原地下水污染调查与评价：该项目为地质调查计划项目，项目负责人为张兆吉，主要参加人员包括费宇红、钱永、李亚松、王昭、陈京生、张凤娥等。通过对地下水污染的调查、采样和测试技术的详尽研究，研制了采样设备，建立了有机污染分析测试体系，提出了新的评价方法。通过对华北平原区14万km2开展的1:25万和对重点地下水污染区开展的1:5万地下水污染调查发现：不用任何处理直接可以饮用的地下水（I—Ⅲ类）占36.49%，经适当处理可以饮用的地下水（Ⅳ类）占24.25%，有39.26%的地下水（V类）需经专门处理后才可利用。华北平原地下水污染的特点：①污染检出指标多、超标少；②多为点状污染，分布广，多集中在城市周边和重化工开发区及影响带范围内；③以浅层地下水污染为主。项目成果入选中国地质学会2009年度十大科技进展。

野外现场测试水样

全国主要城市环境地质调查评价项目：属于地质大调查项目，负责人为刘长礼研究员，参加人员有侯宏冰、张礼中、张云等。项目完成了浙江、云南、四川、甘肃等15省区196个地级以上城市环境地质调查评价，建立了188个城市地质环境数据库，为177个城市的规划、建设、管理及汶川灾区灾后重建提供了地质依据。项目组查明152个城市地质灾害特征与发展趋势，为78个城市地质灾害防治、49个城市地下水保护与污染治理、13个城市地下热水开发利用、17个城市建筑地基适宜性利用提出了合理的对策建议，为75个城市论证了后备地下水资源208处，为17个城市未来垃圾的填埋处置初选了26个场地，编制了中国主要城市环境地质图集、各类图件共2168张。

中国地质环境分区与城市主要环境地质问题图

项目成果

珠江三角洲地区地下水污染调查评价：地质调查项目，负责人孙继朝研究员，主要成员有荆继红、黄冠星、刘景涛、陈玺、张玉玺、王金翠、向小平等。项目探索了地下水污染调查评价工作流程、技术方法、编图内容，完成了地下水污染防治区划，编制了具有创新性的地下水污染防治系列图件。自主研发了定深取样设备并获得国家专利，创新性地提出了“层次阶梯”地下水污染评价方法，为该地区地下水污染防治和地下水资源保护提供了科学依据和应用平台，也为我国其他类似地区开展地下水污染调查提供了经验和示范。计划项目和专题研究成果均被评审为优秀，这是我国首次完成的区域性地下水污染调查评价成果。

全国地热资源现状评价与区划：地质调查项目，负责人为王贵玲研究员，成员包括蔺文静、陈德华、刘志明、陈浩、张薇、杨会峰等。项目收集汇总了全国31个省（市、自治区）的地热井、温泉开发利用资料，修编了“中国地热资源利用现状图”、“中国地热资源分布图”等图件，编制了《浅层地热能勘查开发技术规程》，完成了《全国地热资源现状评价及区划技术要求》及《全国地热资源现状评价与区划编图技术要求》的编制工作。开展了地热资源评价方法研究，提出了我国山区对流型和沉积盆地型地热可开采资源量计算方法，提出在全国进一步开展地热资源勘查评价的建议及工作部署。

中国地热资源利用现状图

中国地热资源分布图

河套平原地下水资源及其环境问题调查评价：地质调查项目，项目负责人为石建省研究员和张翼龙教授级高工，主要成员包括刘海坤、赵华、杨会峰、叶浩、陈宗宇、张永波等。2009年开展了河套平原1:10万第四纪地质和水文地质调查、水文地质物探和钻探、测试分析、遥感解译等工作，对调查区内的土地利用、盐渍化、沙漠化及与地质环境相关的地方病状况有了较详细的了解；建立了野外包气带水盐运移试验场；对河套平原已建立地下水模型中存在的问题进行了总结，并提出建模思路，初步建立起区域水资源优化配置模型。同时，还建立了河套平原区地下水同位素剖面和社会经济数据库系统，为开展地下水循环演化研究奠定了基础。

在内蒙古毕克齐镇利用RAS—24浅震仪探测水文地质结构

黄河流域基岩区侵蚀成因及预测预报：科技部科研院所社会公益项目，负责人为石建省研究员和叶浩研究员。主要完成人员包括程彦培、侯宏冰、石迎春、郭娇、吴利杰、王强恒等。主要研究内容是砒砂岩的侵蚀机理。项目经过3年研究表明，粉红色的砒砂岩抗侵蚀性相对最强，灰白—紫红色交错互层的砒砂岩抗侵蚀性相对最弱；利用“3S”技术，对砒砂岩沟边线的蚀退进行了预测。预测结果表明，砒砂岩的侵蚀不但与岩石的地层组合有关，而且与地表覆盖物的厚度和松散程度有关；提出在现有水土保持工程的基础上，应针对地表不同类型的覆盖沙进行重点治理，以减轻该地区岩土侵蚀的强度。

水岩作用模拟试验装置

污灌区水土污染自然衰减调查评价：该项目为地质调查项目，负责人为张翠云研究员，项目组主要成员包括何泽、张胜、殷密英、李正红、马琳娜等。经过多年的努力，成功建立了微生物分子生物学检测高新技术。该技术由微生物DNA提取纯化、扩增、DGGE分析和测序等多个环节组成。目前利用该技术完成了28m深包气带土样和地下水样DNA提取纯化、扩增、DGGE分析和测序，取得了国内首批厚层包气带和地下水样微生物DNA数据，为污染物在包气带和地下水中的自然衰减评价提供了依据。

污灌区地下水微生物 DNA提取纯化结果

典型地区1:5万水文地质调查示范：地质调查项目，负责人为王贵玲研究员，主要成员包括杨会峰、陈德华、陈浩、张薇、范琦、刘志明、蔺文静、梁继运等。开展了水文地质调查、水文地质物探、水文地质钻探、水文地质试验（抽水试验和渗水试验）、水化学样品采集、同位素样品采集，工程测量等工作。查明了水动力场、水化学场的空间分布特征，对水文地质参数进行了精细刻画。详细研究了1:5万水文地质调查技术方法体系，对各种图件的表达内容和编制方法进行进一步地总结和优化，制定了1:5万水文地质调查的编图技术要求。

项目组进行水位测量

鄂尔多斯能源基地能源开发与地质环境互馈效应调控研究：水环所与德国蒂宾根大学应用地质中心、美国马萨诸塞大学合作开展的项目，中方负责人是张发旺研究员，中方主要参加人员有陈立、张胜、赵红梅、侯新伟等。项目组历经3年多研究，开创性地提出了利用采煤塌陷区深厚包气带作为接纳储蓄大气降水的关键技术；首次提出黄土地区石油污染土壤原位微生物修复技术，为一定规模原位修复石油污染土壤起到了示范作用；利用德方提供的鲁尔矿区环境整治规划和产业结构调整的经验，优化了大柳塔矿区和铜川矿区的地质环境整治规划方案。

石油污染土壤原位修复试验

二级，是期刊，《地热能》杂志于1991年创刊,为双月刊,是我国地热行业发行最早的专业刊物。主办单位是:天津大学(天津大学地热研究培训中心)、中国能源研究会地热专业委员会等...