發(fā)布時間：2015-01-01 10:40

 

【摘要】 銀川平原蘊含著巨大的地熱資源儲量，本文在銀川平原地熱形成有利條件、地熱資源特征的研究基礎(chǔ)上，通過建立三維地質(zhì)模型，參考已有的地熱井對銀川平原地熱資源進行了評價。通過大量資料整理，并利用新的物探解譯資料，在充分分析銀川平原地貌、地質(zhì)構(gòu)造、深部熱流等特征的基礎(chǔ)上，總結(jié)出地熱形成的有利條件，即山坡匯水經(jīng)深循環(huán)為地下熱水提供來源，巨厚的新生界地層、特有的巖性特征造就了有利的儲蓋條件，深大活動斷裂提供了深部熱流上移的通道，隆起區(qū)聚集熱流體并形成高地溫異常區(qū)，上隆的上地幔軟流層和莫霍面、高熱流值的地幔流造就良好的深部熱源條件。之后通過地溫場分布區(qū)情況分析，進一步說明地溫在深度3000m內(nèi)可達80℃，淺層地溫梯度足夠大，銀川平原具有巨大的中低溫地熱資源潛能。對地熱資源進行評價的前提是對研究區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)有清晰的認識。三維地質(zhì)模型能夠直觀地表現(xiàn)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等的空間分布形態(tài)，為熱儲存在區(qū)劃分、熱儲埋藏深度確定、熱儲層段劃分、熱儲厚度取值、熱儲溫度計算等提供依據(jù)。以鉆探孔數(shù)據(jù)，及地震和物探資料解譯出的地質(zhì)構(gòu)造剖面為基礎(chǔ)，在GOCAD軟件中建立研究區(qū)三維地質(zhì)模型。從經(jīng)濟和技術(shù)可行性出發(fā)，確定淺層地溫梯度在2.5℃/100m以上，熱儲溫度達到25℃，深度在4000m以內(nèi)且在漸新統(tǒng)底板以上為熱儲資源評價范圍，共有熱儲面積為1990.473106m2。利用與研究區(qū)地質(zhì)特征相符地熱資源評價方法，依照構(gòu)造特征分5個區(qū)進行地熱資源儲量評價，最終算出銀川平原研究區(qū)地熱資源總量為4518.7731014kJ，地熱資源可開采總量為1129.6931014kJ，地熱流體儲存總量為12742.773108m3，地熱流體可開采總量為637.143108m3。通過地熱資源開發(fā)利用經(jīng)濟和環(huán)境影響的評價，可知研究區(qū)地熱資源整體上屬于經(jīng)濟型；地熱資源可開采量折合成標準煤為38.613108噸，可節(jié)省環(huán)境治理費用10737.63億元；熱儲層埋深較大，開采地熱流體引發(fā)地面沉降的可能性不大。本次研究所得三維地質(zhì)模型和地熱資源儲量評價結(jié)果，對銀川平原進行地熱資源開發(fā)利用，實現(xiàn)能源和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導意義。 

第1 章 緒論

 

1.1 選題目的和意義

社會經(jīng)濟的快速和穩(wěn)步增長需要足夠的能源作支撐，但現(xiàn)如今中國能源不足問題正逐漸顯現(xiàn)，必將影響今后經(jīng)濟的良好發(fā)展。地熱資源是一種新型的可再生能源（Kepinska B，2003；Zhao L，2004；Kaygusuz K and Kaygusuz A，2004），與煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)的化石能源相比，地熱能具有清潔、環(huán)保、就地取用等優(yōu)勢（Baradács E, et al. ，2001；Eliasson E T and Bjornsson O B，2003；Bujakowski W and Barbacki A，2004；Jankovic Z，1998；陳墨香等，1996）。從世界來看，地熱能已經(jīng)能比較成熟并廣泛的應(yīng)用于發(fā)電、供暖、洗浴、和醫(yī)療保健等與居民生活密切相關(guān)的領(lǐng)域。我國已初步形成以供暖、洗浴、種植等直接利用方式為主，并積極發(fā)展高溫發(fā)電的地熱資源開發(fā)利用格局（王貴玲等，2000），另外，近幾年利用地源熱泵開發(fā)淺層地溫能進行供暖和制冷在我國各地區(qū)發(fā)展迅速（詹麒等，2010）。對地熱資源的研究及開發(fā)利用，有利于緩解能源短缺、保護環(huán)境和提高經(jīng)濟效益（仇曉燕等，2005；李志茂等，2007）。

銀川平原作為一個工業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速的經(jīng)濟發(fā)展區(qū)，在西部大開發(fā)中占有重要地位。同所有經(jīng)濟發(fā)展迅速的地區(qū)一樣，銀川平原也面臨著能源短缺的問題。雖然銀川平原有著豐富的煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源，但是若僅僅用這些傳統(tǒng)化石能源作為工農(nóng)業(yè)發(fā)展的能源支柱，會給該地區(qū)帶來嚴重的污染問題。因此，發(fā)掘清潔新能源，并將其盡快合理的應(yīng)用到實際，成為銀川平原經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大研究問題。

銀川平原因其有利的地質(zhì)構(gòu)造背景和地溫條件而蘊含著豐富的地熱資源，儲量大，水質(zhì)條件好，分布廣泛，具有很高的開發(fā)價值。根據(jù)“寧夏地熱遠景調(diào)查及銀川平原地熱資源評價設(shè)計書”，銀川平原地熱將被著重應(yīng)用與城市、農(nóng)業(yè)和旅游等方面，具體的利用形式包括供暖、洗浴、水產(chǎn)養(yǎng)殖、療養(yǎng)和娛樂等。為實現(xiàn)地熱資源開發(fā)利用的合理規(guī)劃，寧夏國土資源廳、中國地質(zhì)科學院及寧夏地質(zhì)工程勘察院都對寧夏平原進行了積極的現(xiàn)場踏勘和資料搜集，另外利用鉆探和物探等手段對這一地區(qū)的地層結(jié)構(gòu)、地溫分布、地熱水質(zhì)條件等進行了詳細的探查，為地熱資源的儲量計算和開發(fā)利用規(guī)劃提供了有力的資料基礎(chǔ)。

 

1.2 研究現(xiàn)狀

1.2.1 地熱研究和利用現(xiàn)狀

目前國內(nèi)對地熱的科研研究主要圍繞存在條件、資源量評價、開采技術(shù)。在存在條件方面，有學者論述了地熱大范圍存在的條件（畢玉榮，2011）；還有學者通過對地熱形成機理的探索，總結(jié)出“儲、蓋、通、源、滯”為地熱形成的充要條件（程秀明，2013）；對于中國而言陳墨香對地熱形成特點做了詳細的介紹（陳墨香等，1994）。在資源量評價方面，主要是針對某一特定地區(qū)進行熱儲量的評價（劉向陽，2007；劉志明，2011），具體方法根據(jù)各地區(qū)特點和開采方式而不同。在開采技術(shù)方面，早在上世紀七十年代就有學者提出地熱和石油、天然氣等開采一樣，都是對深層能源的獲取，必須要有先進的鉆井技術(shù)支撐，目前中石油長城鉆探工程公司的高端鉆井技術(shù)在全國范圍內(nèi)比較有名。國外對地熱的研究主要集中于地熱能的開發(fā)利用優(yōu)點和現(xiàn)狀（Enrico Barbier,2002；Ruggero Bertani,2005），以及地熱利用較為成功國家的開發(fā)技術(shù)論述（Nationl Energy Authority，2006）。

早在 10000 年前，溫泉就被應(yīng)用于來做飯、洗澡和供暖等日常生活中了（John W.Lund, 2002）。1990 年以后，世界地熱研究和開發(fā)取得了比價大的進展（張季生等，2001）。地熱資源因其節(jié)能環(huán)保、高效利用、廉價、量穩(wěn)等優(yōu)勢（劉桂英等，2010）在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的重視。目前全球正在開發(fā)利用地熱資源的國家有120 多個，包括冰島、意大利、中國、日本、美國（鄭秀華，筆耕文化推薦期刊，2001）等。地熱利用的方式主要為地熱發(fā)電和直接利用。全球各國開始重視地熱發(fā)電是在意大利建成了世界上首座地熱發(fā)電站之后，經(jīng)過不懈努力已實現(xiàn)了高發(fā)電產(chǎn)量的理想，我國比較成功的是西藏羊八井地熱發(fā)電站（周大吉，2003）。直接利用主要指利用中低溫地熱進行供暖、洗浴、旅游等，中低溫地熱資源在我國范圍內(nèi)儲量巨大，各地對于地熱的直接利用有了很大成果，并積累了很多寶貴的經(jīng)驗（劉時彬，2002；關(guān)梓，2010）。

 

第2 章 地熱形成區(qū)域地質(zhì)背景

 

銀川平原位于斷陷盆地中間，主要的構(gòu)造演化發(fā)生在新生代，是鄂爾多斯活動斷裂系的一部分。在地質(zhì)歷史時期，由于地層經(jīng)歷了多次拉張和閉合運動，盆地內(nèi)伴生性巖漿活動發(fā)生次數(shù)較多。盆地內(nèi)新生界沉積物的厚達可達7000 多米，主要是由于青藏高原在新生代發(fā)生抬升，盆地地層隨之發(fā)生幅度巨大的拉張斷陷作用。銀川地熱屬中低溫地熱資源，儲量巨大，這與區(qū)內(nèi)獨特的地質(zhì)構(gòu)造特點和深部頻繁的水熱活動密切相關(guān)。以下較為簡要介紹銀川平原自然地理概況，從地層、構(gòu)造、深部熱流等方面較為詳細的闡述銀川平原地熱形成原因。

 

2.1 自然地理及地貌概況

銀川平原整體上在寧夏回族自治區(qū)北部，與華北平原區(qū)相鄰，南北長165km，東西寬 42－60km。從地理位置上銀川平原是西北的前沿陣地，在西部大開發(fā)策略中具有重要的戰(zhàn)略地位。本文劃分的研究區(qū)范圍如圖2-1所示，大致上為南起青銅峽，北至石嘴山，西傍賀蘭山，東到黃河邊界。

銀川平原是受東部黃河沖積和西部賀蘭山洪積而成的一個盆地式平原，平原內(nèi)海拔在 1090 到 1400 米之間，地形較平，是寧夏回族自治區(qū)地勢最低處。以黃河為界，西部地形向東傾斜，坡降較大，南部海拔高于北部，坡降較小；東部地形向西傾斜，坡降小。

根據(jù)地貌的成因、形態(tài)將銀川平原劃分為沖洪積臺地、山前洪積斜平原、沖洪積平原、沖湖積平原和風積地形，分布情況如圖 2-1 所示，各自的具體特征如表2-1所示。

 

 

 

 

2.2 地層結(jié)構(gòu)

銀川平原擁有厚度很大的第四系蓋層和巨厚的第三系基底。根據(jù)平原內(nèi)已有的鉆孔資料，第四系厚度可達 1605m；新近系厚度大于 2535m；古近系厚度大于1094m，未揭露到底。主要地層厚度和巖性情況可從各已有地熱井（Y1、Y2、NSR-1井）和石油參數(shù)井（銀參1、2、3）的柱狀巖層資料（表2-2）、遙感解譯探測剖面圖（圖2-2）得知，其中在研究區(qū)位置見圖2-3。

從6個鉆探井的地層資料可知，銀川平原第三系以泥巖和砂巖互層為特征。其中，根據(jù) 3個地熱井更加詳細的地層厚度統(tǒng)計資料，可分析出根據(jù)地質(zhì)年代不同，第三系有三個熱儲層，每個熱儲層上都有良好的蓋層條件，各井熱儲層和蓋層厚度如表2-3 所示。蓋層巖性以泥巖層為主，砂泥比小于0.5，為相對隔水層或保溫層；熱儲層巖性以砂巖層為主，砂泥比大于 0.5，為相對含水層或熱儲層。

 

 

 

 

 

第 3 章 地溫場分析........... 17

3.1 地溫分布特征 ....... 17

3.2 地溫梯度 ......... 18

3.3 地熱地溫要求 ............. 19

第 4 章 三維地質(zhì)建模 ......... 20

4.1 建模目的 ......... 20

4.2 建模方法 ............ 21

第 5 章 地熱資源儲量評價........ 33

5.1 評價內(nèi)容和范圍.............. 33

5.2 評價區(qū)域劃分及計算分區(qū)............ 33

 

第5 章 地熱資源儲量評價

 

5.1 評價內(nèi)容和范圍

本次評價是針對主要儲存量的計算，內(nèi)容包括地熱資源量、地熱資源可開采量、地熱流體儲存量、地熱流體可開采量四個方面的計算。

評價范圍主要根據(jù)開采技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性，及開發(fā)利用價值最優(yōu)性進行劃定。雖然成井深度達到 3000m 以上時有經(jīng)濟風險，但地熱井在北方一般孔深多在 3000-4000m 之間，先進的鉆機可鉆孔深達 4500m 左右（李國棟，2008）,并且根據(jù)銀川平原熱儲條件來看，熱儲深度可達4000m 以上，因此本次計算最大深度為4000m，底界地層計算到漸新統(tǒng)。

為使熱水溫度有較高的利用價值，且評價范圍內(nèi)一定內(nèi)的熱水能夠得到有效利用，本次評價在溫度上要求淺層地溫梯度在2.5℃/100m以上，熱儲溫度在25℃以上。

 

5.2 評價區(qū)域劃分及計算分區(qū)

地熱評價區(qū)域的劃分首先要達到規(guī)定的溫度要求。利用三維地質(zhì)模型可得到新生界地層厚度等值線（圖5-1）。將上圖與淺層地溫梯度等值線圖（圖3-2）結(jié)合，可圈定出在研究區(qū)內(nèi)4000m 深度以上，淺層地溫梯度 2.5℃/100m 以上，地層溫度可達到 25℃以上，且范圍和厚度都較大的熱儲評價區(qū)（圖 5-2），其中為保證溫度可達到25℃以上，新生界地層厚度總和保守估計至少在1000m 以上。

由于所劃分出的評價區(qū)域較大，但能用于參數(shù)確定的鉆孔較少，并且由于斷裂構(gòu)造的存在，地層厚度在斷裂界限兩側(cè)變化較大，本次評價按照斷裂分布情況進行計算區(qū)分區(qū)，如圖5-2 所示。

 

 

 

第6 章 總結(jié)

本次研究在搜集前人資料和本次調(diào)查所得資料的基礎(chǔ)上，通過對銀川平原研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造、深部熱流資料等進行系統(tǒng)分析，總結(jié)了地熱形成的有利條件；通過對溫度場及熱儲埋藏條件的分析，確定了熱儲類型；根據(jù)地熱井、石油參數(shù)井、地震和物探資料解譯所得地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面建立了三維地質(zhì)模型；結(jié)合三維地質(zhì)模型、地熱井參數(shù)、地溫場分布等情況對地熱資源儲量進行了詳細計算，并對開發(fā)利用的經(jīng)濟和環(huán)境影響做了簡要分析。研究結(jié)論如下：

1、銀川平原階梯狀地層構(gòu)造有利于地下水向盆地中心匯集，賀蘭山山坡匯水經(jīng)山前斷裂深循環(huán)補給地下水；平原區(qū)內(nèi)新生界地層分布廣且發(fā)育厚度大，提供了有利的儲蓋條件，使得該區(qū)地熱水儲量巨大；數(shù)量較多、規(guī)模較大、深度較深的活動斷裂，為深部熱流的上涌提供重要通道；局部隆起形成高地溫異常區(qū)；軟流層和莫霍面明顯上隆, 深部熱流向上匯集, 為該區(qū)提供了良好的深部熱源條件；具有高熱流值的地幔流為地表熱流提供來源。上述情況為研究區(qū)地熱形成提供了有利條件。

2、根據(jù)已有地熱井資料，研究區(qū)深層地溫梯度在 2℃/100m 左右，熱儲溫度在25-90℃之間，為中低溫地熱資源；熱儲類型為沉積盆地型，包括第四系砂質(zhì)孔隙型熱儲和第三系砂巖裂隙型熱儲。

3、建立的三維地質(zhì)模型反映出研究區(qū)主要的地質(zhì)構(gòu)造特征，第三系和第四系地層都發(fā)育良好，從盆地邊緣向盆地中心增厚；南北向和東西向都出現(xiàn)大型地塹構(gòu)造，地塹內(nèi)第四系和第三系地層厚度很大。

4、通過對淺層地溫梯度 2.5℃/100m 以上，地下深度 4000m 以內(nèi)、漸新統(tǒng)地層底板以上、熱儲溫度大于 25℃的地熱資源進行圈定，全區(qū)熱儲面積為 1990.473106m2，熱儲厚度平均約1550m；根據(jù)構(gòu)造特征可分為5個計算分區(qū)，最終算出銀川平原研究區(qū)地熱資源總量為 4518.7731014kJ，地熱資源可開采總量為1129.6931014kJ，地熱流體儲存總量為 12742.773108m3，地熱流體可開采總量為 637.143108m3；根據(jù)不同年代熱儲層厚度情況可知，研究區(qū)主要的熱儲層位于第三系地層。

5、地熱資源開發(fā)利用經(jīng)濟與環(huán)境影響評價結(jié)果優(yōu)良；熱儲埋深主要在500-3400m 之間，整體上屬于經(jīng)濟型；地熱資源可開采量折合成標準煤為38.613108噸，若加以利用可明顯減少污染排放量，節(jié)省治理費用 10737.63 億元；研究區(qū)熱儲層頂板埋深在 500-700m 之間，開采地熱流體引發(fā)地面沉降的可能性不大。 

綜上，銀川平原地熱資源潛力巨大，可被用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療、旅游等多個方面。地熱資源經(jīng)過合理規(guī)劃，可為銀川平原地區(qū)的能源提供強大支撐，有利于整個地區(qū)環(huán)境、經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。

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本文編號：10974