1 地?zé)岬刭|(zhì)條件

1.1 地熱儲藏邊界條件

根據(jù)地?zé)岬刭|(zhì)背景,研究區(qū)以鄭州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)為中心,北起隴?？焖俾?南至鄭民高速,西起機(jī)場高速,東到萬三公路附近。地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°43'15″~ 113°54'36″,北緯34°44'6″~34°38'35″,面積約158.5 km2, 詳見圖1。

1.2 地?zé)?/a>地層特征

新近系地層在研究區(qū)分布較為普遍,其主要巖性為硬粘土、粘土與砂、砂礫石互層,自下而上呈多層結(jié)構(gòu)。據(jù)已知鉆孔資料統(tǒng)計(jì),砂層均40%~50%。本套地層厚度約1000 m。新近系地層在工作區(qū)埋藏較深,頂板埋深大于500 m,含水層較厚,補(bǔ)給路徑較長,是工作區(qū)現(xiàn)行地?zé)豳Y源開發(fā)的主要熱儲層,詳見圖2。

(1)館陶組(Ng):工作區(qū)底板埋1000~1 600 m。 下部:為褐灰色灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰白色鈣質(zhì)砂巖;中部: 灰綠色細(xì)砂巖及淺灰綠、棕黃色松散砂層,灰白色礫狀砂巖夾紫紅色泥巖;上部:淺灰色、灰綠色細(xì)砂巖夾紫色泥巖,黑色硬煤與淺灰色粉砂巖。

(2)明化鎮(zhèn)組(Nm):在工作區(qū)最大厚9 90 m,其巖性自上而下可分為四段:① 棕紅、深棕紅顯紫色泥巖、砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉巖夾黃白色細(xì)粒長石砂巖、粉砂巖,厚3 90 m。② 褐黃色泥質(zhì)粉砂巖、灰白色黃色粉細(xì)砂巖與紫紅、棕紅、灰綠砂質(zhì)灰?guī)r、泥巖互層,厚1 50m。③ 棕紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾棕紅色、灰白色、灰綠色粉細(xì)砂巖,厚2 50 m。④ 黃褐色、灰白色長石石英細(xì)砂巖,灰綠色、黃褐色泥質(zhì)粉砂巖夾棕紅、褐棕色砂質(zhì)泥巖,厚200 m。

2 地?zé)?/a>物理與化學(xué)特征

2.1 物理特征

2.1.1 恒溫帶的確定

采用實(shí)測32眼民井5~10 m之間不同深度的水溫資料,運(yùn)用相關(guān)分析法,計(jì)算的鄭州市區(qū)恒溫帶深度為2 7.3 6 m,恒溫帶溫度為1 7.02℃,全年溫度變化不超過0.5℃。最后選用鄭州市經(jīng)開區(qū)恒溫帶深度為2 7 m,恒溫帶溫度為1 7℃。

2.1.2 地溫梯度的確定研究區(qū)的熱儲類型

主要為新生代沉積盆地型,據(jù)對明化鎮(zhèn)組和館陶組地下水井的測溫情況分析, 總體規(guī)律都是溫度隨深度增加逐漸遞增,未發(fā)現(xiàn)明顯的異常段。對3 5 0~1 6 0 0 m深度范圍內(nèi)增溫梯度計(jì)算時,一般在2.6~3.5℃/1 0 0 m,平均在3℃/1 0 0 m左右,屬于正常自然增溫率的范圍。明化鎮(zhèn)組熱儲地溫梯度在2.5~3.5℃/1 0 0 m,館陶組熱儲地溫梯度在2.7~3.6℃/1 0 0 m。符合華北盆地南部地?zé)?/a>增溫率變化范圍及溫度隨深度增加逐漸遞增的規(guī)律。

2.1.3 深部熱儲溫度推斷

結(jié)合開采井的水化學(xué)分析資料,經(jīng)對比3 50~800m、800~1 600 m熱儲層溫度符合區(qū)域規(guī)律。地溫梯度推斷法:根據(jù)地質(zhì)情況,利用熱儲上部的地溫梯度推算深部熱儲溫度。

計(jì)算公式為:

t=(d-h)×Δt/Δh+ t0 (1)

式中:t—熱儲溫度,℃;

d—熱儲埋藏深度,m;

h—常溫帶埋藏深度,m;

Δt/Δh—地溫梯度,℃/m;

t0—常溫帶溫度,℃。

根據(jù)《鄭州市區(qū)東部地?zé)豳Y源普查報(bào)告》結(jié)合本次調(diào)查,研究區(qū)地?zé)峋?/a>埋藏深度500 m、800 m、1200 m、1 500m

3 地?zé)豳Y源計(jì)算與評價

3.1 熱儲模型

研究區(qū)位于開封次凹陷的西南部邊緣地帶,新生界沉積厚度500~2200 m,模型中,底部以紅色箭頭表示鄭州市區(qū)為大地熱流供熱模式,傳導(dǎo)加熱。研究區(qū)熱儲層埋藏較深,由于上部第四系覆蓋層還有60~280m厚,新近系熱儲層不易直接接受大氣降水的補(bǔ)給,而是通過側(cè)向徑流方式獲取上游方向徑流來的地下水的補(bǔ)給。模型中,以近似水平的藍(lán)色箭頭表示新近系熱儲層獲取側(cè)向徑流的補(bǔ)給。由于新近系地層受新構(gòu)造運(yùn)動的影響較小,地層產(chǎn)狀平緩,地下熱水在水平方向的水力坡度很小,徑流非常緩慢。

3.2 地?zé)?/a>資源計(jì)算

地?zé)?a href="http://m.x3sfp.cn/t/資源.html" >資源計(jì)算方法有熱儲法、自然放熱量推算法、水熱均衡法等。熱儲法是目前國際上廣泛運(yùn)用的計(jì)算沉積盆地型地?zé)嵯到y(tǒng)地?zé)豳Y源的計(jì)算方法,本次地?zé)豳Y源計(jì)算采用熱儲法。

熱儲層儲存的熱量計(jì)算公式:

QR=CAd(tr-tj)(2)

式中:QR-熱儲層儲存的熱量(J);

A-計(jì)算區(qū)面積(m2);

d-熱儲厚度(m);

tr-熱儲溫度(℃);

tj-基準(zhǔn)溫度(當(dāng)?shù)氐叵潞銣貙訙囟然蚰昶骄鶜鉁?℃);

C-熱儲巖石和水的平均比熱容(J/m3·℃)。 計(jì)算參數(shù)的選定參考《地?zé)豳Y源評價方法》 (DZ40—85)中比熱、巖石密度、孔隙度及《河南省鄭州市地?zé)?a href="http://m.x3sfp.cn/t/資源.html" >資源普查與開發(fā)利用保護(hù)》中取樣分析結(jié)果和華北盆地同熱儲層熱力學(xué)參數(shù)。

3.3 地?zé)豳Y源評價

由于本次資源計(jì)算為調(diào)查階段,地?zé)豳Y源量、可開采量即相當(dāng)于預(yù)可行性勘查階段推斷儲量。研究區(qū)明化鎮(zhèn)組熱儲層中儲存熱總量9.1 1×101 7J,地?zé)崃黧w資源總量6.51×109m3,地?zé)崃黧w中儲熱總量3.98×1017 J;研究區(qū)館陶組熱儲層中儲存熱總量3.01×1018 J,地熱流體資源總量9.0×109m3,地?zé)崃黧w中儲熱總量1.28×101 8J。明化鎮(zhèn)組熱儲區(qū)年可開采熱水量1.63×107m3/a,年可利用熱水中熱能2.76×108 kWt; 館陶組熱儲區(qū)年可開采熱水量1.7 9×107 m3/a,年可利用熱水中熱能7.1 2×108 kWt。

4 地?zé)豳Y源開發(fā)利用評價

4.1 開發(fā)利用現(xiàn)狀評價

依據(jù)研究區(qū)有關(guān)部門近幾年對城區(qū)地下水開采量統(tǒng)計(jì)資料,目前區(qū)內(nèi)地下水年總開采量為72 6.8×104m3/a,其中,淺層(井深50~100m)地下水年開采量為64.8×104 m3/a,中深層(井深1 50~500 m)地下水年開采量為447×104 m3/a ,明化鎮(zhèn)組(熱儲層深600~800 m)地?zé)?a href="http://m.x3sfp.cn/t/礦泉水.html" >礦泉水年開采量為1 50×104 m3/a,館陶組(熱儲層深800~1 600 m)地?zé)?a href="http://m.x3sfp.cn/t/礦泉水.html" >礦泉水年開采量為2 90×104 m3/a,則各層分別占地下水開采總量的6.81%、46.9 6%、1 5.7 6%和30.47%。由于研究區(qū)地?zé)崃黧w埋藏較深,其水源除少量大氣降水補(bǔ)給外,大部分為古沉積水。近幾年經(jīng)開區(qū)政府主管部門嚴(yán)格地?zé)峋?/a>建井審批制度,靜水位埋深基本趨于穩(wěn)定。

4.2 利用范圍評價

依據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T1 1 6 1 5- 2010)中的地?zé)豳Y源溫度分級表,進(jìn)行利用范圍評價。研究區(qū)地熱流體溫度3 1℃~46℃。依據(jù)地?zé)豳Y源溫度分級表,地熱流體一部分屬低溫地?zé)豳Y源中的溫水,主要利用范圍為洗浴、溫室、農(nóng)業(yè)灌溉、養(yǎng)殖等;另一部分屬低溫地?zé)豳Y源中的溫?zé)崴?主要利用范圍為醫(yī)療、洗浴、采暖、溫室、養(yǎng)殖等。

4.3 開采適宜性評價

依據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T1 1 6 1 5- 2010)的評價標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行開采適宜性評價。評價標(biāo)準(zhǔn)為:地?zé)峋?/a>地?zé)崃黧w單位產(chǎn)量>50 m3/d·m,為適宜開采區(qū);地?zé)峋?/a>地?zé)崃黧w單位產(chǎn)量10~50 m3/d·m,為較適宜開采區(qū);地?zé)峋責(zé)崃黧w單位產(chǎn)量<10 m3/d·m,為不適宜開采區(qū)。

根據(jù)《鄭州市區(qū)東部地?zé)豳Y源普查報(bào)告》及本次野外調(diào)查情況,參與統(tǒng)計(jì)的9眼地?zé)峋?適宜開采的地?zé)峋?>50 m3/d·m)有1眼,占統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)的1 1.1%; 較適宜開采的(10~50 m3/d·m)有5眼,占統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)的5 5.5 5%;不適宜開采的(<10 m3/d·m)有3 眼,占統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)的33.33%。最適宜開采和適宜開采的地?zé)峋? 6.6 5%,適宜開采和較適宜開采的所占比例明顯較高,不適宜開采的所占比例明顯較低。對于大型沉積盆地地?zé)崽?/a>來說,這些是正常的。因此, 研究區(qū)應(yīng)劃為較適宜開采的地區(qū)。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)熱儲類型主要為新生代沉積盆地型, 據(jù)對明化鎮(zhèn)組和館陶組地下水井的測溫情況分析350~1 600m深度范圍地溫梯度,一般在2.6~3.5℃/ 100m,平均在3℃/100 m左右;明化鎮(zhèn)組熱儲地溫梯度在2.5~3.5℃/100 m,館陶組熱儲地溫梯度在 2.7~3.6℃/100 m。地?zé)崴?/a>水化學(xué)類型主要為 HCO3—Na型,其次為HCO3—Na·Ca、HCO3—Ca ·Na 和HCO3·SO4—Na類型。

(2)研究區(qū)內(nèi)2000 m以淺地?zé)崴?/a>主要補(bǔ)給途徑來源于北部和東部熱儲層無限邊界的古沉積水地下徑流,少量來源于大氣降水垂向補(bǔ)給和西南部一帶淺部徑流補(bǔ)給,地?zé)崴_采是主要排泄途徑。

(3)研究區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用可行性評價結(jié)果顯示,館陶組集中區(qū)地?zé)崴_采潛力指數(shù)1.05介于1.2 ≥P≥0.8之間,屬于采補(bǔ)平衡,可能處于超采狀態(tài),不建議對該區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的地?zé)衢_發(fā)。分散開采區(qū)地?zé)崴_采潛力指數(shù)P=25.8>1.2 ,屬于有開采潛力區(qū), 可以擴(kuò)大開采,可增加允許開采量為1 1.2×104 m3/ km2.a,屬于潛力中等區(qū)。研究區(qū)內(nèi)后張莊村以東可以列為重點(diǎn)勘查開發(fā)區(qū)。