太原市地熱資源計算及評價

摘 要

當今地熱能成為世界能源研究開發(fā)利用的熱點，它潔凈、污染環(huán)境少，為“可再生能源”。太原市地熱田主要分布于三給地壘以南的太原市盆地區(qū)，分布面積586.75km2，根據(jù)盆地內(nèi)構造及地熱地質條件又將地熱田劃分為八個亞區(qū)。

太原市太原市盆地區(qū)地熱田為低溫地熱資源，地熱田具有層狀兼有帶狀熱儲特征。熱儲模型由蓋層（蓋）、熱儲層（儲）、熱源通道（通）以及熱源（源）這四要素組成，地熱能可轉化為開發(fā)利用的資源，蓋、儲、通、源四個要素的有利組合是*的條件。 太原市盆地區(qū)地熱資源總量為1498.79×1013KJ（折合標準煤為51153.24×104T）；存儲地熱水總量39.83×108m3（存儲地熱水所含總熱量66773.44×1010KJ，折合標準煤為

4432278.96×10T）?？刹傻責崴?9575×10 m。

關鍵字：地熱田、熱儲層、熱儲模型

Abstract

目 錄

摘 要 .................................................................... I ABSTRACT ................................................................ II

緒 言 .................................................................. 1

0.1 研究的主要內(nèi)容為： ............................................ 1

0.2 研究程度 ...................................................... 1

0.3 勘察工作依據(jù) .................................................. 1

*章 自然地理概況 ................................................... 2

1.1 地形地理 ...................................................... 2

1.2 氣象水文 ...................................................... 2

第二章 區(qū)域地熱地質條件 ............................................... 2

2.1 區(qū)域地質特征 .................................................. 2

2.2 區(qū)域地熱地質條件 .............................................. 3

2.3 蓋層、熱儲層特征及埋藏條件 .................................... 3

第三章 地熱田劃分及地熱田地質條件 ..................................... 4

3.1 地熱田邊界條件及地熱田劃分 .................................... 4

3.2熱儲層埋藏條件及特征 .......................................... 6

3.3 地熱田水文地質條件 ............................................ 7

第四章 地熱資源計算及評價 .............................................. 8

4.1 熱儲模型 ...................................................... 8

4.2 計算參數(shù)的確定及選取 ......................................... 10

4.3 地熱資源計算 ................................................. 15

4.4 地熱資源評價 ................................................. 18

第五章 地熱資源開發(fā)利用 .............................................. 19

5.1 地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀 ......................................... 19

5.2 地熱資源開發(fā)重點地區(qū) ......................................... 19

第六章 結論與建議 .................................................... 20

致 謝 .............................................................. 22

參 考 文 獻 ....................................................... 23

緒 言

當今地熱能成為世界能源研究開發(fā)利用的熱點，它潔凈、污染環(huán)境少，為“可再生能源”。我市位于汾渭地塹地熱帶，地熱能蘊藏于太原新生代斷陷盆地內(nèi)，按地熱田規(guī)模屬于“大型”地熱田；熱儲層為奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r；為“低溫地熱資源”；屬于中淺埋藏開采經(jīng)濟適宜型地熱田，地熱資源比較豐富。

太原市地熱勘查工作始于二十世紀七十年代，山西省地質工程勘察院（山西省地礦局*水文地質工程地質隊）在太原、清徐一帶進行過地熱物探普查工作， 1995年5月在神堂溝鉆鑿出S1號復合型熱礦水，孔深603.71m，水溫43℃，揭開了太原盆地地

熱勘查與開發(fā)的序幕，隨后在山西省地質工程勘察院西院內(nèi)、農(nóng)展館、麗華苑、西華苑、匯錦花園、煤炭學校、傘兒樹等地施工十余眼地熱井。隨著地熱資料的不斷積累，地熱工作范圍擴大，開采深度不斷增加，大成井深度近2000m，出口水溫達62.5℃，涌水量達6000m3/d，在盆地內(nèi)親賢地壘城南隆起帶地下熱水還可自流，水頭高出地表10.2m?？梢娞械叵聼崴Y源比較豐富，具有較好的開發(fā)前景。論文就太原市的地熱資源進行初步研究，進行簡單的資源評價。

0.1 研究的主要內(nèi)容為：

1、初步查明太原市區(qū)地熱田的成因、地質條件、賦存規(guī)律；

2、推測太原市區(qū)地熱水分布范圍、面積并提出優(yōu)先勘查區(qū)；

3、對地熱資源進行儲量計算與評價；

0.2 研究程度

1、1972年3月山西省地質局水文隊提交《太原—清徐地熱物探普查報告》。

2、1983年9月山西省地質局水文隊提交《山西省地下熱水分布圖及說明書》。 3、1991年8月山西省第三地質工程勘察院在太原市統(tǒng)計學校施工一眼飲用水井，成井出口水溫39℃（現(xiàn)32℃）。

4、1993年8月中國地質大學、山西省水資源委員會提交《山西省地下熱水及飲用天然礦泉水研究》。

5、1994年12月山西省地質局環(huán)境地質總站提交《山西省地下熱水志》

6、1997年9月山西省地質工程勘察院提交《山西省太原市神堂溝地熱田勘察報告》未正式出版。

7、2004年5月山西省地質工程勘察院提交《山西省太原市西邊山熱礦水勘查報告》。 8、2000年7月山西煤田水文229隊*工程處在傘兒樹村東施工一眼人畜飲用水井，成井出口水溫為32℃。

9、2004年7月太原市萬柏林區(qū)龍泉水源開發(fā)技術部在山西省農(nóng)展館施工一眼地熱探采結合井，孔深1690.5m，水溫54℃。

10、2005年5月太原市萬柏林區(qū)龍泉水源開發(fā)技術部、北京市地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)總公司在麗華苑小區(qū)施工地熱探采結合生產(chǎn)井一眼，孔深1803.35m，水溫62.5℃。并提交《山西省太原市麗華苑小區(qū)地熱鉆井勘探報告》。

0.3 勘察工作依據(jù)

1、GB11615—89地熱資源地質勘查規(guī)范；

貫其間。盆地內(nèi)沉積了晚新生代的上新統(tǒng)到第四系地層，其下基底深埋的地層主要是：三疊系、二疊系、石炭系、奧陶系、寒武系、震旦系及太古界的變質巖及火成巖。 2.1.2 地質構造

從大地構造單元看，該區(qū)地處山西臺背斜中段，東部屬太行山斷裂隆起帶，中部為汾渭地塹新裂谷，西部屬呂梁山斷裂隆起帶。本區(qū)構造形跡主要形成于燕山期和喜山期，燕山運動以擠壓為主，形成一系列斷裂和褶皺。喜山運動以拉張為主，形成了北東向的汾河地塹和張性斷裂和節(jié)理，并切割了燕山期構造形跡。

2.2 區(qū)域地熱地質條件

一、廣義的太原盆地北起大盂凹陷、泥屯斷階，南到文水、祁縣太谷斷階帶，東鄰太行斷隆的西翼，西接呂梁斷隆東翼的太原西山。南北長近150km，東西平均寬度約40km，呈南寬北窄形態(tài)。它是一個典型的新生代斷陷盆地。斷陷盆地的總體構造格局及活動特征呈現(xiàn)南北分異，其基底構造形態(tài)上又表現(xiàn)出東西方向的不對稱性。從總體格局上，依據(jù)基底埋深的不同，新生界沉積發(fā)育程度的差異以及基底時代的不同，太原盆地可以分成北、中、南三部分，分別稱為北段、中段和南段。三給地壘和田莊斷裂帶可作為這三段的分界線，本次主要研究中段及南段的北部，即三給地壘以南至太原市與清徐縣分界以北地段。

二、本次主要研究太原盆地的中段（它界于三給地壘斷裂帶和田莊斷裂帶之間）和南段的北部地區(qū)。這段區(qū)域內(nèi)基底埋深的變化較大。從北到南分別為：Ⅰ城區(qū)凹陷，Ⅱ西銘斷階，Ⅲ城東斷階，Ⅳ親賢地壘，Ⅴ西邊山斷階，Ⅵ黃陵—西溫莊隆起，Ⅶ晉源凹陷，Ⅷ清交凹陷北部部分地區(qū)等八個次級構造單元。除晉源凹陷新生界厚度超過1000m，清徐交城凹陷新生界厚度達3000m，基底為三疊系之外，其余各單元的新生界厚度均在200—500m之間。其中城區(qū)凹陷中心汾河斷裂帶附近新生界厚度可能超過600m。西銘斷階，黃陵—西溫莊隆起的大部分地區(qū)新生界厚度均變化在100—300m之內(nèi)。黃陵—西溫莊隆起的西南傾伏端基底埋深可超過600m。該段的基底形態(tài)是一個典型的不對稱“V”形谷，東緩西陡，中心在汾河斷裂帶及晉源凹陷中心，基底均為二疊系地層。晉源凹陷基底埋深大，前新生界基底為三疊系，中奧陶統(tǒng)灰?guī)r地層埋深在1200—1600m，和東西山灰?guī)r地層*斷開，難以構成東、西山巖溶系統(tǒng)有的含水結構，封閉還原條件好，為熱水儲存創(chuàng)造了有利條件。

田莊斷裂以南的清徐—交城凹陷、據(jù)太原落陽村晉7號石油孔資料，第四系層厚470m，第三系地層埋深在470—2580m，2580—3301.22m、厚721.22m為三疊系銅川組和二馬營組砂頁巖，推測奧陶系地層埋深在2200—5000m以下。熱儲層埋深過大，推測雖然溫度較高，但水量較小。

三、太原盆地內(nèi)部斷裂構造十分發(fā)育，這些斷裂對盆地形態(tài)和結構以及地熱地質條 件影響較大的有西邊山斷裂帶、東邊山斷裂帶、三給地壘、親賢地壘、汾河斷裂帶和田莊斷裂帶。

2.3 蓋層、熱儲層特征及埋藏條件

一、蓋層

第四系、第三系、三疊系、二疊系及石炭系為區(qū)內(nèi)主要的保溫蓋層。蓋層總厚度的變化特征是從盆地邊山到中心，從盆地北部到南部逐漸加厚。田莊斷裂以北、蓋層厚度 范圍為400—1400m，田莊斷裂以南為3000—4000m。

二、地下熱儲特征

地下熱儲據(jù)現(xiàn)有鉆孔揭露及物探資料證實，屬于碳酸鹽巖巖溶裂隙型層狀熱儲，地層為中奧陶系灰?guī)r及白云巖。由于該區(qū)經(jīng)歷了較復雜的地質構造運動，脆性的灰?guī)r、白云巖形成了裂隙，后經(jīng)地下水的運移、溶蝕作用形成了溶洞、溶隙和溶孔。裂隙和溶洞是地下熱水良好的儲存空間和運移通道。熱儲層總厚度500—700m，有效厚度約200m。根據(jù)地層及物探資料推測，田莊斷裂以南碳酸鹽巖巖溶裂隙型層狀熱儲之上還存在有第三系砂層及砂礫層熱儲。

三、地下熱儲的埋藏條件

區(qū)內(nèi)熱儲層按地層可劃分為兩個不同深度的熱儲層。田莊斷裂以北熱儲層為奧陶系地層。田莊斷裂以南，*熱儲層為新生界第三系河湖相半膠結的砂層及砂礫層。第二熱儲層為奧陶系地層。

第三章 地熱田劃分及地熱田地質條件

作為地熱資源，如果離開了地熱田則毫無意義，只有用正確的地熱地質理論與方法查明了地熱田并科學地開采地熱儲中的熱能，地殼中聚集的熱量才會有經(jīng)濟價值，通過熱儲工程體系才能把地下熱能轉化成商品，地熱能才成為地熱資源。

3.1 地熱田邊界條件及地熱田劃分

3.1.1 地熱田邊界條件

太原市地熱田熱儲主要深埋藏于太原市盆地中南部地區(qū)，地熱田的邊界條件主要受東邊山、西邊山深大斷裂所控制，北部以三給地壘為界，南部邊界以太原及清徐行政邊界為界。

3.1.2 地熱田劃分

太原市盆地區(qū)地熱田主要受西山山前大斷裂、三給地壘、東邊山斷裂所控制；盆地內(nèi)有與盆地邊緣斷裂相平行、垂直或斜交的隱伏斷（階）塊，將盆地基底切割成許多塊段，由于斷裂構造發(fā)育展布方向及不均勻下沉，盆地內(nèi)形成次一級隆起與凹陷，將盆地區(qū)地熱田切割成許多小塊地熱田；熱儲為奧陶系中統(tǒng)厚層石灰?guī)r、白云質灰?guī)r，奧陶系頂板埋深：盆地區(qū)東西邊山黃土臺塬區(qū)400m—800m，中南部1200—5000m。地熱井出口水溫30℃—62.5℃，地熱資源總體上是以“對流型”為主的“低溫地熱資源”，其熱儲介質為碳酸鹽巖溶裂隙水+巖溶溶洞水，他所處的構造部位不同，其地層及地溫場分布情況也各異，因此將地熱田劃分為：Ⅰ城區(qū)凹陷、Ⅱ西銘斷階、Ⅲ城東斷階、Ⅳ親賢地壘、Ⅴ西邊山斷階、Ⅵ黃陵斷階、Ⅶ晉源凹陷、Ⅷ清交凹陷八個亞區(qū)地熱田，見表（3—1）。

太 原 市 盆 地 區(qū) 地 熱 田 分 區(qū) 綜 合 一 覽 表 表3-1

3.2熱儲層埋藏條件及特征

太原市Ⅰ—Ⅷ個區(qū)地熱田熱儲層根據(jù)基底斷裂塊段、凹陷與隆起、地層組合巖性、構造特點，地熱場溫度，熱儲層巖性及水文地質條件等，可把地熱田劃分為：蓋層（又稱隔熱保溫層）、第三系孔隙裂隙水熱儲層，奧陶系碳酸鹽巖巖溶水熱儲層。

Ⅰ—Ⅶ區(qū)地熱田熱儲為中奧陶系中厚層石灰?guī)r，白云質灰?guī)r，蓋層為第四系、第三系及二疊、三疊、石炭系砂頁巖，東邊山蓋層厚度大于西邊山，市區(qū)中南部蓋層厚度大于東西邊山。

西邊山的Ⅱ區(qū)、Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)沿晉祠斷裂、馬家溝斷層、大虎峪地壘、圪燎溝斷層及黃土臺塬，包括部分盆地區(qū)呈條帶狀分布；第四系第三系蓋層厚度3—235m，二疊系、石炭系蓋層厚度400—600m；地熱（O2）開采井成井過程中，第四系、第三系松散巖類孔隙水因涌水量較小對熱儲水溫影響不大，二疊、石炭系為碎屑巖裂隙水及碳酸鹽巖巖溶裂隙水，直接或間接與熱儲產(chǎn)生導水作用，成井止水固井工藝做不好，影響并降低熱儲出口水溫，所以蓋層既是熱儲保溫層，又是（地熱開采井）熱儲水溫的威脅層。奧陶系峰峰組O2f 厚80—150m含水層厚度30m左右，在本區(qū)做為熱儲層，但熱儲水溫低于40 ℃，為膏狀角礫泥灰?guī)r、涌水量較小，做為上下馬家溝頂部相對隔水層；奧陶系上、下馬家溝組為厚層狀石灰?guī)r，厚220—250m，含水層厚度80—150m，熱儲層地層實測水溫在40—50℃。

東邊山熱儲層分布于東邊山斷裂以西親賢地壘、沿黃土臺塬區(qū)呈帶狀分布。第四系、第三系蓋層厚度80—300m，三疊、二疊、石炭系蓋層厚度600—800m，裂隙不發(fā)育，降

f

深大水位埋藏深，涌水量較小，水溫低于20℃；奧陶系 O2 峰峰組厚150m左右，水溫低于30℃，視為相對隔水層。奧陶系上、下馬家溝組中厚層狀灰?guī)r為本區(qū)熱儲開采層，其巖溶發(fā)育程度低于西邊山，熱儲水溫也低于西邊山，水溫30—40℃，單井涌水量20—25m3/h。

市區(qū)中南部熱儲層主要沿Ⅰ區(qū)、Ⅳ區(qū)、Ⅶ區(qū)、Ⅵ區(qū)，由北到南呈嗽叭狀展布，也是目前盆地區(qū)開采（蘊藏）熱儲水溫較高、水量較大的分布區(qū)；第四系、第三系蓋層厚度由北到南310m—717m—1079m；二疊、三疊、石炭系蓋層厚度由北到南為813m—921m—1121m；奧陶系峰峰組O2f 厚度150m，個別凹陷區(qū)達180m，熱儲水溫大于40℃，但水量、水質欠佳，一般在成井過程中做為止水層處理；奧陶系上、下馬家溝組O2s+x地層，為太原市地熱田主要開發(fā)利用的熱儲層，具有水溫高、水量大特點；據(jù)麗華苑L1、農(nóng)展館N1地熱井資料，1000m以下單井涌水量3000—6000m3/d，水溫57—62.5℃。

Ⅷ區(qū)熱儲層處于太原盆地北部即清交凹陷地熱田，根據(jù)熱儲埋藏條件及其大地熱場地溫增溫率特點，可把Ⅷ區(qū)—清交凹陷分為：第三系孔隙裂隙水熱儲層；奧陶系碳酸鹽巖巖溶水熱儲層。

（一）該區(qū)蓋層：第四系500余米，第三系為靜樂組N2；保德組N2b厚度2110m—2500m，其中第三系上部1000余米，視為蓋層，下部500—1000m可視為熱儲層，據(jù)晉7號孔，第三系保德組N2b地層巖性粉砂巖、細砂巖、粗砂巖、粉砂質泥巖互層，裂隙較發(fā)育、富水性較好、水溫大于40℃，預計單井涌水量20—40 m3/h，有開發(fā)利用前景。埋藏于第三系之下的三疊、二疊、石炭系砂頁巖地層。厚度1620—2400m，裂隙不太發(fā)育，可視為下部奧陶系灰?guī)r熱儲的蓋層。

（二）奧陶系碳酸鹽巖巖溶水熱儲層，為太原市地熱田熱儲埋藏深、水溫高的熱儲層，是今后太原市地熱開發(fā)利用的重點。

—2000m3/d，單位涌水量0.37 L/s〃m左右；井的出口水溫25—30℃，熱儲層水溫40℃左右，屬于“溫水”，為重碳酸、硫酸、重碳酸型水，礦化度小于1 g/L，個別大于1 g/L。

Ⅵ區(qū)：黃陵斷階地熱田：西南以汾河斷裂、田莊斷層為界，東北以三給地壘及行政界線為界，剖面顯示地層由東北向西南呈階梯式跌落；地熱田面積62.25km2，蓋層厚度1000—1600m，目前該區(qū)未揭露奧陶系灰?guī)r頂板，預測奧陶系灰?guī)r頂板標高-200—-800m，由邊山向盆地逐漸加深，深部巖溶較發(fā)育，預測水位標高760—770m（自流或淺埋），單井涌水量1000—2000 m3/d，單位涌水量0.5 L/s〃m左右，井的出口水溫預計40—50℃，屬于“溫水”。

Ⅶ區(qū)：晉源凹陷地熱田：東南部以南堰斷層、田莊斷層為界，東北以汾河斷裂、城南隆起為界，剖面上為西深東淺不對稱向斜構造，地熱田面積122.75 km2，蓋層厚度1000—2300m，據(jù)北京、天津深部巖溶發(fā)育資料，一般奧陶系灰?guī)r埋深在6000m以上巖溶仍很發(fā)育，據(jù)原1孔、小馬鉆孔預測奧陶系灰?guī)r頂板標高-200—-800m、南部達-1400m，單井涌水量預測2000—3000 m3/d，水溫預計50—70℃，屬“溫熱”熱水，水化學類型為硫酸型水，礦化度大于1.0g/L。

Ⅷ區(qū)：清交凹陷地熱田：地熱田面積113.75 km2，蓋層厚度2200—5000m，據(jù)石油隊晉7孔資料，推測奧陶系灰?guī)r頂板埋深-1400—-4000m，水位埋深接近地表或自流，單井預測涌水量2000—3000 m3/d，水溫預測60—70℃，屬于“熱水”，為硫酸型水，礦化度大于2.0 g/L。

第四章 地熱資源計算及評價

4.1 熱儲模型

一、太原市盆地區(qū)地熱田為低溫地熱資源，地熱田具有層狀兼有帶狀熱儲特征。熱儲層埋藏深度西邊山地區(qū)為400—1000m，東邊山地區(qū)為600—1200m，中部地區(qū)埋藏深度為1200—5000m。地熱田單井開采量為1000—6000m3/d。地熱井地熱流體單位產(chǎn)量23—144m3/d.m，統(tǒng)計學院與煤炭學院現(xiàn)在的單位產(chǎn)量8—10m3/d.m。熱儲層為奧陶系中統(tǒng)上、下馬家溝組碳酸鹽巖，見表（4-1）。

二、熱儲模型由蓋層（蓋）、熱儲層（儲）、熱源通道（通）以及熱源（源）這四要

素組成。

地熱能可轉化為開發(fā)利用的資源，蓋、儲、通、源四個要素的有利組合是*的條件，如三給地壘及其以北的地區(qū)蓋、通條件不良，很難形成良好的熱儲。

1、蓋層

太原市盆地區(qū)熱儲蓋層主要由新生界第四系第三系松散層和二疊、三疊系碎屑巖及石炭系煤系地層所構成。一般地區(qū)厚500—1500m，晉源凹陷2000—2500m，清交凹陷大于4000m。構成地熱田的蓋層厚度及隔熱功能是至關重要的，如果蓋層薄或者透水性強，導熱功能好，就會使熱儲層儲存的熱能散失。

2、熱儲層

太原市盆地熱儲層主要由中奧陶系碳酸鹽巖所組成，清交凹陷的第三系砂巖，裂隙—孔隙水發(fā)育，厚度大，既為蓋層，也為熱儲層。奧陶系上、下馬家溝組中厚層灰?guī)r及白云質灰?guī)r裂隙、巖溶普遍發(fā)育，是太原盆地主要熱儲層，其厚度為500m左右，但考慮到部分層段巖溶不發(fā)育，故熱儲層厚度按200m計算，巖石密度2700kg/m3，水溫32—60℃，日產(chǎn)熱水量1000—6000m3/d?？紫抖?phi;根據(jù)《太化集團101號和102號井群非穩(wěn)定流抽水試驗》資料 ：

T=20491.99m2/d——9894.63m2/d a=1.83?106m2/d——8.96?105m2/d φ=0.011—0.044

以及《太原西山地區(qū)巖溶水資源評價研究，碳酸鹽巖物理實驗成果表》資料中太原市東、西山及文水、交城等鄰區(qū)的15個鉆孔中的135塊奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖孔隙度試驗結果求的平均值約為3.2%。

由以上四個資料的實地調(diào)查數(shù)據(jù)結果與河北，北京，天津等地同類型地熱田對比發(fā)現(xiàn)，本次孔隙度按照3.2%取值較為合適。 3、熱源

居里等溫面是判斷地熱狀態(tài)的物理面，山西居里等溫面總體上是一條北東向的隆起帶，其軸線與山西汾河斷陷盆地的軸線基本重合，太原盆地居里等溫面小于20km，東西山區(qū)埋深顯著增大，一般在28km以上，說明兩側山區(qū)與太原盆地中部物理狀態(tài)存在明顯差異，據(jù)山西大地電磁測深資料，盆地中部中地殼為低速高導層（為高溫半熔融狀態(tài)）具有溫度高（600℃）的物理特性，使盆地區(qū)形成熱異常區(qū)。另據(jù)山西大地熱流值等值線圖可知，太原市盆地大地熱流值普遍大于1.7HFU(71mw/m2)，而東、西山區(qū)大地熱流值小于1.3HFU(54.5mw/m2)。居里等溫面與莫霍面在盆地中部都有上拱現(xiàn)象，中地殼上部高溫（600℃）半熔融狀態(tài)的巖漿熱會在地殼薄的盆地深部向地表進行熱傳導。熱流值會在上拱的地殼部位集中形成高熱流值。從以上幾方面均說明盆地深部熱狀態(tài)高。因此深部熱傳導是太原市盆地區(qū)地熱田的恒定供熱源。推測本區(qū)地熱源主要來自花崗巖殼的熱源?；◢弾r殼巖石中含有大量的放射性元素，衰變時能產(chǎn)生大量的熱量。

太原市盆地東、西邊山斷裂及盆地中部的汾河斷裂、三給地壘、田莊斷裂等斷裂是新生代活動斷裂，某些深斷裂可勾通盆地深部熱源，有利于地下水深循環(huán)加熱上升形成巖溶地熱水。

4、地下熱水源

從同位素資料及水文地球化學資料證實，本區(qū)地熱水是來自古代大氣降水。古代大氣降水及汾河水，從東、西山裸露灰?guī)r區(qū)、斷裂破碎帶或巖層孔隙裂隙向地下滲入、在漫長的地質年代和水頭差位能作用下，*地向深處運移，水向深處運移過程中被圍巖加熱后產(chǎn)生密度差（有些水可直接沿深斷裂滲透至半熔融高溫層），造成自然的水

熱對流，受熱流體循環(huán)上升，送至地殼淺部的奧陶系巖層，并在巖溶裂隙孔隙中儲存下來，成為當今的地熱水。據(jù)14C測年結果地熱水形成年代達7000—10000年。SiO2和氟離子含量高說明經(jīng)深循環(huán)與圍巖充分溶濾有關。從14C測年結果及SiO2和氟離子含量說明太原盆地深部熱水封閉狀態(tài)較好。由于太原市地下熱水開發(fā)利用量很小，且資料有限，故地下熱水與東西山區(qū)巖溶水水力關系有待以后考證。

4.2 計算參數(shù)的確定及選取

一、熱儲層分布面積

熱儲層分布范圍根據(jù)地熱地質調(diào)查、物探，構造地熱井及測溫資料進行綜合分析確定。三給地壘以南，太原—清徐交界線以北，太原東邊山斷裂以西，太原西邊山斷裂以東的太原市盆地，水溫大于25℃，為太原市地熱分布范圍，可劃分為八個亞區(qū)地熱田。各區(qū)面積從1/5萬地形圖上量取，其總面積586.75km2，見表（4—2）。

二、熱儲層厚度

熱儲層厚度主要依據(jù)鉆孔資料，結合地熱地質條件而定。峰峰組地層不參與計算，只計算上、下馬家溝熱儲層，其總厚約400m，其中上、下馬家溝地層的下段為泥灰?guī)r及角礫巖泥灰?guī)r，不作為熱儲層，故熱儲層厚度按200m計算。其中Ⅷ清交凹陷區(qū)第三系熱儲層厚度也按200m計算。

三、主要計算參數(shù)

（一）熱水及熱儲層物理參數(shù)

物理參數(shù)以麗華苑L1地熱孔和DKY—1孔為例。按照DE40—85《地熱資源評價方法》查表4求取，并和西邊山神堂溝S1孔資料進行了對比分析后選取。

熱水密度ρw按986kg/m3選??；熱水比熱Cw按4180J/kg〃℃選取; 熱儲巖石密度ρr按2700kg/m3；(第三系砂巖取2600kg/m3)

熱儲巖石比熱Cr按920J/kg〃℃；(第三系砂巖取 910J/kg〃℃) 熱儲巖石孔隙度φ按0.032選??； （第三系砂巖取φ0.01） （二）熱儲層溫度參數(shù)

原則上取鉆孔揭露的熱儲層的平均溫度， DKY—1孔在970m揭露峰峰組頂板后測溫為47℃。L1孔在1165m揭露峰峰組頂板后測溫為44℃，實測溫度偏低，原因是測溫時間短所造成?，F(xiàn)只有根據(jù)蓋層溫度梯度推算，并和地球化學溫度計算結果進行對比選取。

（三）熱儲層溫度的推算 1、 熱儲層梯度推算法

?t

t=(d—h)+t0

?h

t：熱儲層溫度(℃) d：熱儲層埋深(m) h：常溫層埋藏深度(m) ?t

：地溫梯度(℃) ?h

t0：常溫層溫度或當?shù)仄骄鶜鉁?10.4℃)

11 

始水頭水平（各處壓力相同）時計算公式為：

KM·??

Q=2.73

lg(r1/rw)

Q：流量m3/d

K：滲透系數(shù)m/d M：熱儲的厚度m

??：生產(chǎn)井的壓力降低m

r1：觀測井和生產(chǎn)井之間的距離m rw：生產(chǎn)井出水段的半徑m

神堂溝施工兩眼探采井均作了單孔抽水試驗，并以S2孔為主孔，S1號井為觀測孔的多孔抽水試驗，山西省地質工程勘察院西院DKY—1號探采井進行了兩次降深的單孔抽水試驗。麗華苑探采井進行了三次降深的單井抽水試驗。現(xiàn)根據(jù)已有的抽水試驗資料，用穩(wěn)定流單井公式，非穩(wěn)定流泰斯公式，布爾頓雙對數(shù)配線法，半對數(shù)拐點法及水位恢復法計算導水系數(shù)T，滲透系數(shù)K，壓力傳導系數(shù)a，儲水系數(shù)s。見參數(shù)計算一覽表（4—5）。

QRK= ·ln2?smrQT?W?u?

4?s4TtS??2

r/ue

14

a=T/S?

R?10Sk 式中：

K：滲透系數(shù)（m/d） Q：出水量（m3/d） T：導水系數(shù)（m2/d） S：水位下降值（m） S?：彈性釋水系數(shù)

M：有效含水層厚度（200m） R：抽水影響半徑（m） r：抽水孔半徑（m）

4.3 地熱資源計算

一、熱儲層中儲存的熱量

熱儲層中儲存的熱量可按下式計算； Qr=CAd(tr—t0)

C=ρrCr(1—φ)+ρwCwφ 其中： Qr：熱儲層中儲存的熱量，J。 A：計算面積，（586.75?106m2）； d：熱儲厚度，（取200m） tr：熱儲溫度，（各區(qū)平均溫度） t0：當?shù)啬昶骄鶜鉁兀?0.4。C）

Ⅰ—Ⅷ區(qū)的奧陶系熱儲層熱儲巖石和水的平均比熱容為：

C=2700?920?(1—0.032)+986?4180?0.032=2536399.36J/m3.。C Ⅷ區(qū)第三系熱儲層熱儲巖石和水的平均比熱容為：

C=2600?910?(1—0.01)+986?4180?0.01=2383554.8J/m3.。C ρr：熱儲巖石密度，（奧陶系取2700kg/m3，第三系取2600 kg/m3） Cr：熱儲巖石比熱，（奧陶系取920J/kg〃℃,第三系取910 J/kg〃℃） ρw：地熱水密度，（取986kg/m3） Cw：地熱水的比熱，（取4180 J/kg〃℃） φ：熱儲巖石的孔隙度，（奧陶系取3.2%，第三系取1%）

1噸標準煤折合熱量為2.93?1010J。各區(qū)計算結果見表（4—6）。 二、地熱資源回采率計算 Qwh=Qr×k

Qwh：可采地熱資源量（KJ） Qr：地熱資源總存儲量（KJ） K：回采系數(shù)（取0.25）

地熱資源回采率取決于多種因素，尤與巖層的裂隙率與厚度密切相關?？紤]到太原市盆地區(qū)地熱田巖溶裂隙發(fā)育情況，孔隙率取3.2%，并按上式進行了計算，計算結果與回采率參照天津和河北束鹿—寧晉地熱田資料選取0.25。

太原市盆地區(qū)儲存地熱資源量 表4—6

三、地熱資源存儲量計算

對于承壓含水層，其存儲量包括容積存儲量和彈性存儲量兩項。 W總=W容+W彈=V×φ+F×H×S

W總：熱儲層熱水總存儲量（m3）

W容：熱儲層地下熱水容積存儲量（m3） W容=586.75×106×200×0.032=3.76×109m3 W彈：熱儲層地下熱水彈性儲量（m3）

W彈=586.75×106×1000×9×10—4=5.28×108m3 V：熱儲層有效體積（m3） φ：熱儲層平均孔隙度3.2%

F：熱儲層分布面積（586.75×106m3） H：自熱儲層頂板算起的水頭高度1000m S：熱儲層彈性釋放系數(shù)9×10—4 計算結果見表（4—7）

注 ：1W=3.6kJ/h, 1cal=4.1868J

1噸標準煤=7×106k=2.93×1010J

各地熱井計算結果如表（4—9）。

4.4 地熱資源評價

太原市盆地（除埋藏較深不宜開采的Ⅷ區(qū)清交凹陷113.75km2，不在本次評價范圍

內(nèi)）七個地熱田亞區(qū)473 km2地熱資源（按規(guī)范）計劃開采100年，則日開采總量為

20732.88m3/d，見表（4—10）。

每眼地熱井日開采量按1000—500 m3/d計算時，七個地熱田可布設地熱井20—40

眼。即：Ⅰ市區(qū)凹陷地熱田區(qū)可布1—2眼；Ⅱ西銘斷階地熱田區(qū)可布2—4眼；Ⅲ城東

斷階地熱田區(qū)可布2—4眼；Ⅳ親賢地壘地熱田區(qū)可布5—10眼；Ⅴ西邊山斷階地熱田

區(qū)可布2—4眼；Ⅵ黃陵斷階地熱田區(qū)可布3—5眼；Ⅶ晉源凹陷地熱田區(qū)可布5—11

眼。

地熱（開采）井井距確定：根據(jù)地勘院DKY—1地熱井，神堂溝S2地熱井所求的影

響半徑R=668－700m值分析，成井（或開采）后未做長系列（連續(xù)性）抽水試驗，所求

的參數(shù)影響半徑R值偏小。所以根據(jù)太原市盆地熱儲埋藏條件、開采深度、單井涌水量，

確定地熱井（設計井）的影響半徑為R≥1000m，確定小井距≥1000m較適宜。

太原市盆地586.75km2地熱田熱儲由表6—6和表6—8的計算結果表明：太原市盆

地區(qū)可開采地熱水量為99575×104m3地熱水，可利用總熱量為16693.28×1010KJ，僅相

當于全部儲存熱量的1498.79×1013KJ的1.1%。根據(jù)GB11615—89《地熱資源地質勘查

規(guī)范》地熱儲量劃分標準、結合太原市盆地地熱田勘查研究程度，將太原市盆地區(qū)的地

熱資源確定為“D級地熱田”。其資源潛力是十分巨大的，只是由于地熱需要以水為載

體，將儲存的“熱”轉化為熱水方可以利用。但因熱水資源有限，深部的補給逕流條件

差，使深部地熱的運移受到諸多限制，進而限制了地熱（水）資源的開發(fā)利用量。隨著

科技的進步，地熱資源可開發(fā)利用的量將會進一步擴大。

第五章 地熱資源開發(fā)利用

地熱資源集熱、礦、水為一體，除可以用于地熱發(fā)電以外，還可以直接用于供暖、

洗浴、醫(yī)療保健、休閑療養(yǎng)、養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖、紡織印染、食品加工等方面。此外，

地熱資源的開發(fā)利用可帶動地熱資源勘察、地熱井施工、地面開發(fā)利用工程設計施工、

地熱裝備生產(chǎn)、水處理、環(huán)境工程及餐飲、旅游度假等發(fā)展，可大量增加社會就業(yè)，促

進經(jīng)濟發(fā)展，提高人民生活質量。因此，世界上有地熱資源的國家均將其作為優(yōu)先開發(fā)

的再生能源，培植各具特色的地熱產(chǎn)業(yè)，在緩解常規(guī)能源供應緊張和改善生態(tài)環(huán)境等方

向發(fā)揮了明顯作用。

處理好保護地熱資源與鼓勵開發(fā)地熱資源的關系非常重要，地熱資源要保護，目的

是延長其使用壽命，走可持續(xù)發(fā)展的道路。

5.1 地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

太原市盆地區(qū)地熱田，屬于“低溫地熱資源”到2005年12月10日止，現(xiàn)有開發(fā)

地熱井數(shù)為12眼，正在施工的兩眼，集洗浴、理療、休閑度假為一體開發(fā)的神堂溝2

眼，供生活、生產(chǎn)用水的6眼，未利用4眼，25℃≤T＜40℃“溫水”7眼，占總數(shù)的

58.3%，40℃≤T＜60℃“溫熱水”4眼，占總數(shù)的33.3%，60℃≤T＜90℃“熱水”1眼，

占8%。水溫較高的熱水井集中在親賢地熱田Ⅳ區(qū)，水溫54℃—57℃— 62℃，單井涌水

量較大的也集中在該區(qū)，可達到6000m3/d。目前開發(fā)的地熱井自流區(qū)也集中在該區(qū)，該

區(qū)開發(fā)地熱井達7眼，占總數(shù)58.3%；西銘斷階地熱田Ⅱ區(qū)開發(fā)利用1眼,正在施工鉆

鑿1眼,城東斷階地熱田Ⅲ區(qū)開發(fā)利用4眼,Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ 4個地熱田區(qū)目前未施工

地熱井。

5.2 地熱資源開發(fā)重點地區(qū)

按開采經(jīng)濟指標劃分，當成井深度<1000m時為開采經(jīng)濟的；當成井深度1000—

3000m時為開采經(jīng)濟的；當成井深度3000—4500m時為開采不經(jīng)濟的；當成井深度>4500m

時為不宜開采的.當?shù)責峋畣挝划a(chǎn)量>50m3/d〃m時為宜開采的；當?shù)責峋畣挝划a(chǎn)量10

—50 m3/d〃m時為適宜開采的；當?shù)責峋畣挝划a(chǎn)量5—10 m3/d〃m時為差開采的；當?shù)?/span>

熱井單位產(chǎn)量<5m3/d〃m時為不宜開采的。所以根據(jù)以上劃分原則,結合每個小區(qū)地熱田

資源評價計算的熱儲層資源量及規(guī)劃井數(shù)以及綜合地層指標考慮,地熱資源開發(fā)方向的

重點應為,Ⅳ區(qū)親賢地壘汾河斷層以東、Ⅳ區(qū)親賢地壘以北的Ⅰ區(qū)城區(qū)凹陷地熱田、Ⅱ

區(qū)西銘斷階地熱田。Ⅲ區(qū)城東斷階地熱田；Ⅳ區(qū)親賢地壘以南的Ⅴ區(qū)西邊山斷階地熱田、

Ⅵ區(qū)黃陵斷階地熱田、Ⅶ區(qū)晉源凹陷地熱田、Ⅷ區(qū)清交凹陷地熱田。根據(jù)鑿井深度及涌

水量等考慮*批開發(fā)利用區(qū)應為Ⅳ區(qū)親賢地壘以東地區(qū)；第二批開發(fā)利用應為Ⅰ區(qū)、

Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)；第三批開發(fā)利用應為Ⅴ區(qū)、Ⅵ區(qū)、Ⅶ區(qū)；第四批開發(fā)利用應為Ⅷ區(qū)；第Ⅷ

區(qū)先應開發(fā)第三系N2碎屑巖裂隙水熱儲資源，后適當?shù)亻_發(fā)奧陶系熱儲資源。由淺

到深、溫熱水相間開采，由盆地向四周擴散開采型。也可以把麗華苑、農(nóng)展館一帶地熱

井先建設為一個集供暖、洗浴、理療、健身、休閑、度假為一體的一個示范性地熱開發(fā)區(qū)。

第六章 結論與建議

一、結論

1、太原市地熱資源調(diào)查范圍包括太原市六個轄區(qū)，總面積1425km2，其中東西山區(qū)面積625 km2，太原市盆地（包括黃土丘陵黃土臺塬區(qū)）區(qū)約800 km2。本次調(diào)查主要側重于太原市盆地區(qū)800 km2轄區(qū)內(nèi)。

2、太原市盆地區(qū)地熱田按規(guī)模屬于“大型”地熱田；熱儲層為奧陶系中統(tǒng)厚層狀石灰?guī)r、白云質灰?guī)r（在清交凹陷Ⅷ區(qū)埋藏有第三系砂巖熱儲層）；為“低溫地熱資源”，屬于中淺埋藏開采經(jīng)濟適宜型地熱田。熱儲層埋藏于太原市盆地中南部地區(qū)。地熱田邊界條件主要受東邊山、西邊山深大斷裂所控制，北部以三給地壘為界，南部邊界以清交凹陷的南端行政地界為界，根據(jù)盆地內(nèi)次一級構造單元，再結合GB/T11615—200《地熱資源勘查規(guī)范》地熱井出露水溫大于等于25℃熱水劃分為八個地熱田亞區(qū)即：Ⅰ城區(qū)凹陷、Ⅱ西銘斷階、Ⅲ城東斷階、Ⅳ親賢地壘、Ⅴ西邊山斷階、Ⅵ黃陵斷階、Ⅶ晉源凹陷、Ⅷ清交凹陷地熱田。

3、太原市盆地區(qū)地熱田熱儲層蓋層一般厚度400—1600m，大蓋層厚度2300—5000m，熱儲層厚度350—450m，水位埋深+12.2—63.57m，大水位埋深可達143m，單井涌水量1000—2000m3/d，大單井涌水量6000m3/d，25≤T＜40℃“溫水”面積114.5 km2，40≤T＜60℃“溫熱水”面積258.75 km2，預測60≤T＜90℃“熱水”面積213.5 km2，地熱田總面積586.75 km2；溫度總體趨勢為東西兩側低，盆地中部高，由北向南水溫逐漸增高25℃—40℃—60℃—70℃，由溫水—溫熱水—熱水到南部邊界水溫預計大于70℃。

4、太原市盆地區(qū)地熱資源總量為1498.79×1013KJ（折合標準煤為51153.24×104T）；

8310存儲地熱水總量39.83×10m（存儲地熱水所含總熱量66773.44×10KJ，折合標準煤

為2278.96×104T）?？刹傻責崴?9575×104 m3。太原市盆地地熱資源除埋藏較深不宜開采的Ⅷ區(qū)清交凹陷外，其余七個區(qū)可采地熱水量75675×104m3（所含熱量為12347.97×1010KJ，折合標準煤為421.43×104T），按開采100年規(guī)劃，日開采總量為20732.88m3。根據(jù)GB11615—89《地熱資源地質勘查規(guī)范》地熱儲量劃分標準、結合太原市盆地地熱田勘查研究程度，將太原市盆地區(qū)的地熱資源確定為“D級地熱田”。

5、地熱資源勘查規(guī)劃及潛力分析：Ⅰ區(qū)城區(qū)凹陷、Ⅴ區(qū)西邊山斷階、Ⅵ區(qū)黃陵斷階、Ⅶ區(qū)晉源凹陷、Ⅷ區(qū)清交凹陷五個地熱田未開發(fā)利用，為重點勘查區(qū)，分別布臵勘查孔在Ⅰ區(qū)1眼、Ⅴ區(qū)1眼、Ⅵ區(qū)3眼、Ⅶ區(qū)1眼、Ⅷ區(qū)2眼，設計孔深2000—5000m，開采熱儲為奧陶系中統(tǒng)巖溶熱水。第Ⅷ區(qū)應先開發(fā)第三系N2碎屑巖裂隙水熱儲資源，

后適當?shù)亻_發(fā)奧陶系熱儲資源。由淺到深、溫熱水相間開采、由盆地向四周擴散開采。

6、根據(jù)太原市已有地熱井所求的影響半徑結合太原市盆地區(qū)地熱田熱儲埋藏條件、開采深度、單井涌水量確定地熱井（設計井）的影響半徑為R≥1000m，確定小井距≥1000m較適宜。

7、地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀：現(xiàn)有開發(fā)地熱井12眼，正在施工2眼，使用6眼（其中休閑渡假2眼），未利用4眼，25≤T＜40℃溫水7眼，占總數(shù)58.3%，40≤T＜60℃溫熱水4眼，占總數(shù)33.3%，60≤T＜90℃熱水1眼，占總數(shù)8%，水溫較高54℃—75℃—62℃集中在親賢地壘Ⅳ區(qū)，水量大6000 m3/d也集中在親賢地壘Ⅳ區(qū)。

8、施工地熱井同時應配套施工一眼地熱回灌井。必須節(jié)約、保護、合理地利用地

熱資源，用回灌方式來增加地熱資源量，以便能從熱儲巖體中取出更多的熱能量。

二、建議

1、建議對已有熱礦水井的水溫、水質、水位、流量進行長期監(jiān)測，為下一步合理開發(fā)利用和管理地熱資源提供科學依據(jù)。

2、加強地熱資源勘查評價：地熱資源開發(fā)的風險比較大，要降低地熱資源開發(fā)的風險和成本，就必須加強地熱資源的勘查評價工作，現(xiàn)在劃分的地熱田都是區(qū)域性的，要設計施工某一個地熱井，在點上要多做工作如地震、電法等，才能做到心中有數(shù)地開發(fā)地熱。才能降低成本、減少風險。

3、加強地熱資源法規(guī)建設：盡快制定和出臺太原市的地熱資源管理條例，并進一步理順和健全管理體制，按照地熱“可再生資源法”及其配套法等規(guī)定，健全和完善地熱資源由國土資源主管部門統(tǒng)一管理的體制。

4、依靠科技進步和創(chuàng)新、推進地熱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。①加強梯級利用綜合開發(fā)。②合理布局、*開采。③加強省內(nèi)外地熱勘查與開發(fā)利用科技交流。

5、加強地熱資源管理信息系統(tǒng)建設：地熱資源數(shù)據(jù)庫、動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、自動化信息管理系統(tǒng)。

6、制定優(yōu)惠政策、鼓勵合理開發(fā)利用地熱資源。

7、積極推廣水源熱泵和地源熱泵技術應用，鼓勵開發(fā)利用淺層地熱能。

參 考 文 獻

1、邢集善等， 試從地球物理資料論山西地塹系的構造特征,山西地質,1989

2、王西文，用航磁異常尋找地熱田—以西地熱田為例，山西地質，1989

3、山西省地質工程勘察院，山西省太原市西峪煤礦二水平礦床水文地質勘探報告，1992

4、山西省地質工程勘察院，山西省太原市神堂溝地熱田勘察報告，1997.9

5、北京水文地質工程勘察院，北京地區(qū)地熱資源評價，1982

6、山西省地質工程勘察院，山西省太原市西邊山熱礦水勘查報告，2004.5

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