4取水水源论证

4.1 水源论证方案

在区域地层、构造、水文地质条件分析的基础上，着重分析论证区区域构造条件，地下热水富水性及水质；充分利用已有成井资料和地热水资源评价成果，在调查验证的基础上，评价地下热水资源量、单井采出资源量、开采影响范围、地下热水水质等；据地下热水开采条件，预测地下水水位，对地下水取水的可靠性做出论证。

4.2 地热水取水水源论证

阜新市细河区祥宇上品商住小区于2011年9月6日至2011年11月25日施工一口XS-1地热井。根据XS-1地下热水井的资料和地下热水条件来论述该工作区的地热水资源量。

4.2.1 地质、水文地质条件分析 4.2.1.1 地质特征

工作区处于中朝准地台辽西台陷中，为阜新穹褶断束的一部分，阜新-义县盆地中东部。盆地内褶曲发育，但褶皱平缓，呈缓倾斜的单斜构造，岩层走向呈北东向延伸，倾向南东，倾角10°～20°，构成不对称的单斜盆地，深部钻孔资料表明，东部沉积厚度较大。

盆地周边北东，北北东向断裂比较发育。区域性义县-清河门—四合主干断裂呈北东向由盆地西北边界通过，为活动性压—压扭性壳断裂。据物探解释资料得知，工作区内有隐伏断裂6条，为高角度张扭性断裂，除WF5、 WF9为北东向外，其余均为北北东或北西向展布，物探资料显示阜新盆底基底凹凸不平，发育隐伏凸起和凹陷，盆地内隐伏断裂皆属于区域性义县-清河门—四合主干断裂活动断裂带。见阜新市区及周边地区断裂一览表（表4-1）（见图4-1阜新盆地地层底界构造图）。

表4-1 阜新市区及周边地区断裂一览表

编号 位置 走向 倾向 倾角 南东/45-65 北西 /35-45 北西/45-55 北/65 力学 性质 张扭 体系归属 时代 F1 清河门—四合 北东 盆缘断裂 印支—燕山—F2 三家子—沙拉 北东 张扭 盆缘断裂 喜山期继承性活动 F3 元宝洼—北五家 北东 近东西、东端转北东 压扭 F4 西灰同—巴扎兰 压扭 燕山期

4.2.1.2 地层条件

⑴新生界第四系：岩性浅黄色亚粘土，亚砂土，砂砾石。

⑵中生界白垩系下统沙海组：深灰色泥岩，间夹浅灰色粉砂岩、细砂岩薄层。岩性致密，孔隙度差。

⑶中生界白垩系下统九佛堂组：以灰色、深灰色泥岩为主，局部夹浅灰色细砂岩。岩性致密，孔隙度差。

⑷中生界白垩系下统义县组：深灰绿色、深灰褐色火山角砾岩。岩性致密，孔隙度差。

(5)新太古界前震旦系：其岩性上部灰黑色片岩。下部浅灰绿色花岗片麻岩。

4.2.1.3 水文地质条件分析

工作区地处小型盆地内部的丘陵坡地，浅部地下的赋存条件受地形地貌、气象水文等因素控制；区内第四系松散砂砾石层分布有限且厚度较薄，平均3.00～15.00m，地下水的补排及动态变化主要受地形和大气降水影响。深部地下水主要受岩性和构造控制，岩性主要为砂岩、泥岩、侵入岩，含水层位的分布主要受断裂构造所控制。区内地下水类型以基岩裂隙水为主，富水性较弱。构造以张性和张扭性断裂为主并控制着深部地下水的补给和径流。

一、松散岩类孔隙～风化裂隙含水层

主要分布在近地表的第四系冲洪积沙砾层及基岩风化裂隙带中，其厚度发育较薄，埋藏较浅，含水层厚度为5.00～15.00m，地下水位埋藏深度在0～10.00m，属孔隙～风化裂隙潜水含水层，以大气降水的垂直入渗为主要补给源，季节性变化较大，水位变幅在2.00～5.00m之间，水化学类型以CI-Ca.Mg为主，渗透系数30.00～120.00m/d，单位涌水量1～30L/s.m。

二、基岩孔隙～裂隙含水层

（1）沙海组砂岩孔隙～裂隙含水层。

（2）九佛堂组裂隙含水层，岩性致密坚硬、脆度大，受构造影响裂隙较发育，形成构造裂隙含水带，富水性好，水化学类型为HCO3-+Na+型水(重碳酸盐水)。

（3）义县组火山岩裂隙水，据1994年一○七队于该区北部架其营子村施工了一口94-3井，在钻进538.00m深度时，钻井开始涌水，涌水层位是义县组玄武岩裂隙带。涌水量由最初的20m3/h（1994年6月18日）逐渐衰减，降至0.50m3/h（1995年3月28日），趋于稳定状态。

（4）新太古界前震旦系片岩裂隙水，据测井解释， 1431.75～1823.00m、 有3个裂隙含水层段，合计厚度41.2m 。片岩裂隙水是该地热井主要取水层位，水量丰富。

4.2.2 地下水资源量分析 4.2.2.1 热储层分布特征

该区内地下热水的热储空间类型属断裂构造控制下的带状～层状热储型。 热储层位为新太古界前震旦系片岩和中生界上侏罗统九佛堂组下部的白云质泥岩、粉砂岩。其岩性特点为致密坚硬，孔隙性差，但脆性较大，受断裂构造影响裂隙较发育，某种程度已形成了沿地质层位发育的带状及层状含水空间。

热储层必须要有良好的盖层，才能使储层中的热量得以保存。项目区具有良好的盖层条件。上覆沙海组及九佛堂组的地层厚度在700.00～1000.00m左右，其中沙海组的厚层状泥岩、粉砂岩及九佛堂组泥岩、细砂岩是理想的盖层。 4.2.2.2 地温场特征

该项目区地热属盆地传导型地热，其热源来自地壳深部，区域大地热流是其恒定热源，在地壳深部呈平均分布，当进入地壳上部后，在基岩凸起与凹陷构造格局的制约下，热流重新分配布局，在正向构造与负向构造的交接部位，热流方向发生偏转，不再保持完整的垂直向上，有从凹陷部位向凸起部位倾斜的趋势，从而导致热密度在凸起部位的相对加大，而在凹陷部位相对减弱。

根据井温测井资料，本井所在地下岩层温度亦随着深度的增加而增加，但是其地热增温率在不同深度上表现出一定的差别，基本上可划出5个增温率差异段，见下表5-2：

序号 深度（米） 井温℃ 增温 增温率 增温程度 22.57～1 100～200 23. 1.32 1.32 正常 23.～2 200～340 24.81 0.92 0.66 偏低 24.81～3 340～1400 37.97 13.6 1.28 正常 37.97～4 1400～10 40.08 2.11 0.88 偏低 40.08～5 10～1800 43.73 3.65 2.19 偏高 表4-2 增温率差异段表

全井地层温度变化情况从下面的曲线图中直观可见。见图5-2。

根据《地热资源评价办法》（DZ40-85）公式⑿采用地温梯度推算法确定热储温度。

t（d-h）to 计算公式为：th式中：t－热储温度，℃；

d－热储埋藏深度，m；取1800m； h－常温层埋藏深度，m；取50m；

，℃/100m，根据测井计算地温梯度确定；

to－常温层温度，℃；取12℃。

计算结果：

t=（1823-50）×1.53℃/100m+12=39.13℃

通过计算，XS-1井的热储层热储温度39.13℃，抽水试验中测得地热水出口温度为51℃，地热水出口温度高于计算的热储层温度，说明开采的地热水来源于深部断裂构造造成热异常的裂隙水。

0102030405060708090100温度（℃）

10020030040050060070080090010001100120013001400150016001700180019002000深度（m）

图5-2 XS-1井井温曲线图

4.2.3 地下热水资源量和可开采量分析 4.2.3.1 地热井热储含水层、止水位置

根据成井资料，地热井的目的热储含水层、止水位置见表4-3。

表4-3 目的热储含水层、止水位置 热储含水层 井号 含水层底深（m） XS-1 1453.85 厚度（m） 22.1 位置（m） 止水方法 套管 止水位置 1202.77 1538.00 1567.35 合计 3.4 15.7 41.2 此井热储层位于太古界片岩及片麻岩中，热储层深度在1400m以下，为防止热储层上部地层的冷水混入热储层中，在1202.77m以上下入套管，并在0～23m及976.00～1202.77m套管外部注入水泥固井止水。 4.2.3.2地热井抽水试验

XS-1井在白垩系下统义县组底部的火山角砾岩及太古界前震旦系片岩中进行抽水试验，深度为1202.77～1823.81m（即裸孔部分），1202.77m以上采用套管止水。上覆隔水层是弱透水层，为沉积较厚的沙海组泥岩、九佛堂组泥岩及义县组火山角砾岩，静止水位埋深39.00m。根据XS-1 地热井抽水试验，含水层厚度41.20m，单位涌水量为13.35 m3/d.m。

表4-4 XS-1井抽水试验成果表

水位下降涌水量Q 井深 S （ m3/d） （m） 第1次降深 第2次降深 第3次降深 （m3/d.m） q (m) (mm) （m） 单位涌水量含水层厚度 井径r 静止水位 72.5 152.95 128.81 968.42 2042.52 1720.51 13.36 13.35 13.36 41.2 215.9 39 41.2 215.9 39 41.2 215.9 39 Q·S 曲线0102030Q (l /s)0q·S 曲线0.1000.2000.300q (l /s.m)50Q=11.21S=72.50Q=19.91S=128.8150q=0.158S=72.5011100100150Q2=23.S2=152.95150q2=0.157S2=152.95q3=0.158S3=128.81200S(m)200S(m)

图4-3 抽水试验

4.2.3.3 地热资源储量计算

Q-S及q-S曲线

地热资源储量计算的目的是为了资源评价，地热能随着地层埋深的加大，温度以一定的梯度增加，地热能作为资源开采，必须在具有一定的经济价值许可及深度范围内进行，XS-1地下热水井，井深小于2000m，定为经济型。

（1）地热井的稳定产量

依据XS-1地下热水井抽水试验成果，单位涌水量为13.35 m3/d.m，在降深150m时地热井稳定出水量为2000 m3/d。

（2）单井开采权益保护半径

依据《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615-2010）的规定，通过确定的单井稳定产量按单井允许开采量100年、消耗15%左右地热储量，按公式估算地热井开采对热储的影响半径（R），视其为单井开采权益保护半径。

36500Qf

R=√

0.15𝐻𝜋式中：

Q—地热井产量，单位为立方米每日（2000 m3/d）

f—水比热/热储岩石比热的比值，介于3-5之间 H—热储层厚度，单位为米（m）

R—地热井开采100年排出热量对热储的影响半径，单位为米（m） 通过计算，单井开采权益保护半径为4337m。开采保护区范围以开采井为中心，半径为4337m，面积为59km2。

按实际开采量457.5 m3/d计算，单井开采权益保护半径为2074m。开采保护区范围以开采井为中心，半径为2074m，面积为13.5km2。 4.2.3.4 采出热量计算

依据辽宁省阜新市祥宇上品XS-1井完井报告及日允许开采地热水资源量，计算用水开采100年的采出热量。

公式：Qw= 36500Q采Cw (tr— t0)

式中：Qw——热水井开采100年采出的热量（J）；

Q采——热水井日允许开采量（m3）；

tr——热储温度，取XS-1井的井口温度51℃； t0——当地年平均气温，取年平均气温7.2℃； Cw——水的比热容，取4.18kJ/m3.℃。

通过计算，用水开采100年的采出热量为1.34×1013 J，相当于4.58×105 吨标准煤燃烧的热量值。 4.2.5取水可靠性分析

4.2.5.1 开采量及开采保护区范围分析

依据XS-1地下热水井抽水试验成果，单位涌水量为13.35 m3/d.m，地热井实际开采量为457.5m3/d。依据《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615-2010）的规定，通过计算，单井开采权益保护半径为2074m。开采保护区范围以开采井为中心，半径为2074m，面积为13.5km2。

4.2.5.2 可靠性分析

根据对地热井稳定产量的分析可知，地热井实际出水量为457.5 m3/d，用水开采100年的采出热量为2.27×1012 J，相当于1.12×105 吨标准煤燃烧的热量值。稳定产量和采出热量均可满足项目的取用水需求。据国土资源部地下水矿泉水及环境监测中心检测结果与《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615—2010）附录E理疗热矿泉水水质标准对比对照表明，地热水已达到医疗价值浓度和矿水浓度，判定为硅水、硼水、铁水和锂矿水，具有医疗价值。

综合以上热量、水量及水质分析，该地热井取水可靠。 4.2.5.3 地热取水可行性分析

（一）成井基本情况

祥宇上品XS-1井由东北煤田地质局一○七勘探队2011年9月至2011年11月施工完成，终孔深度为1823.00m。成井后，分别进行了抽水试验、水质采取检测及测井工作，所有工作符合《地热资源评价方法》(DZ40-85)和《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615-2010）相关条款。

（二）可行性分析

根据辽宁省阜新市祥宇上品XS-1井完井报告的成井方式和物探测井结果，成井工艺合理，结构稳定，成井的各项指标均达到长期开采要求。地下热水经抽水试验和水质化验，水位稳定。出水量和水温等地热参数稳定，符合用水要求，可以保证井的正常使用。同时，所取的地热水可以满足供暖与洗浴需求，取水是可行的。