德州市城区馆陶组热储回灌可行性研究

(山东省鲁北地质工程勘察院 山东德州253000)

(山东省鲁北地质工程勘察院 山东德州253000)

山东省德州市城区在大地构造上属华北板块（Ⅰ级）、华北坳陷区Ⅰ（Ⅱ级）、临清坳陷Ⅰb（Ⅲ级）德州潜断陷Ⅰb2（Ⅳ级）、德州潜凹陷Ⅰb21（Ⅴ级）内。本文在查明区内馆陶组热储地热地质条件和开发利用现状的基础上，根据区内地热回灌试验成果开展馆陶组热储地热回灌可行性研究，认为目前区内馆陶组热储回灌空间有限，不适于强调进行大规模地热自然回灌和加压回灌。

德州市城区馆陶组热储地热回灌

0 引言

地热资源集热能与水资源为一体,由于其温度适宜且富含多种对人体有益的矿物质，在采暖、洗浴、工业、医疗、养殖业等领域有广泛的应用价值，是继太阳能和风能之后的一种重要的绿色能源。德州市城区地热资源开发利用程度较高，地热资源的长期开采已导致区内地热水水位的大幅下降。若长期只采不灌，不但造成资源的浪费，还将导致地热水位的不断加速下降，并有可能加剧区内地面沉降的发展趋势，导致吊泵、开发利用成本增加、取水困难、资源枯竭及其它热污染、水土污染等环境地质问题。开展地热回灌研究对合理开发利用地热资源具有重要意义。

1 地质背景

1.1 地质构造

山东省德州市城区在大地构造上属华北板块（Ⅰ级）、华北坳陷区Ⅰ（Ⅱ级）、临清坳陷Ⅰb（Ⅲ级）德州潜断陷Ⅰb2（Ⅳ级）、德州潜凹陷Ⅰb21（Ⅴ级）内。。

区内断裂主要发育方向为NNE、NE向，均隐伏于新近纪地层之下。区内较大断裂主要有沧东大断裂和边临镇—羊二庄断裂。

1.2 地层

区内埋深2500m深度以范围内地层为新生界地层，由老至新为古近纪孔店组（未揭穿），古近纪沙河街组层厚360～420m，古近纪东营组层厚205～540m，新近纪馆陶组厚度350～475m，新近纪明化镇组厚度870～890m，第四纪平原组厚度240～260m。。

2 馆陶组热储特征

2.1 岩性

（1）岩性粗，多为砂砾岩、含砾砂岩及粉砂岩等，砂岩厚度占地层厚度的比值为30～40%。

（2）在垂向上具有上细下粗的正旋回沉积特征，其底部为砂砾岩。

（3）在水平分布上馆陶组底板埋深从南向北呈明显的变浅趋势。

2.2 埋藏及厚度

区内馆陶组顶界面埋深由中间向四周逐渐变浅，顶界面最大埋藏深度1150m，最小埋藏深度1026m；底界面埋藏规律与顶界面埋藏规律一致，由中间向四周逐渐变浅。区内馆陶组地层厚度在350～500m之间，由南向北逐渐变薄，其中市政府-于官屯地段最厚，厚度在450m左右。区内馆陶组热储水层砂层厚度分布规律与地层厚度分布规律基本一，由南向北逐渐变薄，厚度在160～200m左右。

2.3 水文地质特征

区内馆陶组热储含水砂层岩性以含砾粗砂岩及砂砾岩为主，孔隙度24～30%，涌水量4.21～6.32m3/h·m，水温52～59℃，地热水矿化度4～5g/L，水化学类型为Cl—Na型，补给主要为西南山区的侧向远距离径流补给，排泄以人工开采为主。

3 开发利用现状

目前德州市城区内已有地热井62眼，开采层位为新近纪馆陶组热储，主要用于供暖和洗浴，开采量约为1.556×107m3/a，已形成地热水降落漏斗，漏斗中心水位埋深在30m左右，近年来，区内地热井增加迅速，地热水开采量明显增大，地热水位也呈加速下降趋势。根据R14井水位监测资料，2005年10月21日，R14井水位标高为11.9m，2010年10月21日R14井水位标高为-6.7m，五年水位下降幅度达18.6m，平均下降速率约为3.1m/a。

图1 R14井地热水水位多年动态曲线图

4 地热回灌研究

4.1 地热回灌试验

回灌试验于2011年5月22日10点50分开始，至5月29日11点15分结束，回灌井为东建2井，共进行了3个压力段回灌试验回灌数据见表1。

表1 东建2井回灌试验数据表

4.2 回灌试验分析

4.2.1 回灌量与回灌延续时间关系

回灌量与回灌延续时间呈指数函数关系（Q=19.125e-0.0001t,相关系数R=0.9391）,二者呈负相关关系，即同一回灌压力下随着回灌时间的延续回灌量逐渐减小。这主要是由于随着回灌时间的延续，物理堵塞和化学堵塞会越来越严重，从而导致回灌量会越来越小。

4.2.2 回灌量-水头升高关系

回灌水量与水头升高呈正相关关系(Q=0.5557H0.9017，相关系数R=1)，大致符合幂函数关系，回灌量随水头的升高（回灌压力）而增大。

综上可知,回灌量会随着回灌压力的增大而增大，但随着回灌时间的延续回灌量会逐渐减小。

5 地热回灌可行性分析

5.1 地热回灌水源条件

目前德州市城区所开采的地热水中89%以上是用于供暖，供暖后的地热弃水排放量多达1.38×107m3/a，因此用供暖后的地热弃水进行回灌，在水量方面是有保证的。

供暖后的地热弃水保持了与原水基本相同的水质，仅是温度的降低，因此以供暖后的地热弃水作为回灌水源从水质方面讲是完全可行的。

5.2 热储入渗条件及储水条件

区内馆陶组热储层的渗透系数在2.59～11.17m/d之间，可见区内馆陶组热储层具有良好的渗透条件。

目前区内馆陶组热储地热水水位埋深18～30m,具有一定的储水空间，在外界水头压力下的作用下，有一定空间压缩潜能。但相对于热储所承受的1000多米的压力来讲，微乎其微，在其作用下热储层所能提供的压缩空间很小。

因此从现状地热回灌条件上来看，自然回灌所产生最大压力差小，回灌空间有限。因此现在不适于强调进行大规模地热自然回灌和加压回灌。

6 结论

(1)山东省德州市城区在大地构造上属华北板块（Ⅰ级）、华北坳陷区Ⅰ（Ⅱ级）、临清坳陷Ⅰb（Ⅲ级）德州潜断陷Ⅰb2（Ⅳ级）、德州潜凹陷Ⅰb21（Ⅴ级）内。

(2)目前德州市城区内已有地热井62眼，开采层位为新近纪馆陶组热储，主要用于供暖和洗浴，已形成地热水降落漏斗，地热水位也呈加速下降趋势。

（3）根据区内已有回灌试验，回灌量会随着回灌压力的增大而增大，但随着回灌时间的延续回灌量会逐渐减小。

（4）从德城区现状地热回灌条件上来看，自然回灌所产生最大压力差小，回灌空间有限。因此现在不适于强调进行大规模地热自然回灌和加压回灌。

[1]马晓东,陆荣莉,周长祥,等.山东聊城西部地热田地热地质特征 [J].地质灾害与环境保护,2008,1 24-28.

[2]孔庆友,邹国强，等 山东省矿产资源储量报告编写指南 .山东省地图出版社,2010,11 278-280

[3]徐军祥,康凤新.山东省地热资源 [M].中国地质,2000,10(2):41-42.

德州市城区馆陶组热储回灌可行性研究

■张震宇

P314[文献码]B

1000-405X（2016）-10-56-2

张震宇（1979～），男，本科，工程师，研究方向为工程地质水文地质。