太原市地熱資源計算及評價

太原市地熱資源計算及評價(jia)

摘 要

當今地熱能成為(wei) 世界能源研究開發利用的熱點，它潔淨、汙染環境少，為(wei) “可再生能源”。太原市地熱田主要分布於(yu) 三給地壘以南的太原市盆地區，分布麵積586.75km2，根據盆地內(nei) 構造及地熱地質條件又將地熱田劃分為(wei) 八個(ge) 亞(ya) 區。

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

4432278.96×10T）。可采地熱水量99575×10 m。

關(guan) 鍵字：地熱田、熱儲(chu) 層、熱儲(chu) 模型

Abstract

目 錄

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

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

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

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

0.3 勘察工作依據 .................................................. 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 區域地熱地質條件 ............................................... 2

2.1 區域地質特征 .................................................. 2

2.2 區域地熱地質條件 .............................................. 3

2.3 蓋層、熱儲(chu) 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(chu) 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(jia) .............................................. 8

4.1 熱儲(chu) 模型 ...................................................... 8

4.2 計算參數的確定及選取 ......................................... 10

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

4.4 地熱資源評價(jia) ................................................. 18

第五章 地熱資源開發利用 .............................................. 19

5.1 地熱資源開發利用現狀 ......................................... 19

5.2 地熱資源開發重點地區 ......................................... 19

第六章 結論與(yu) 建議 .................................................... 20

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

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

緒 言

當今地熱能成為(wei) 世界能源研究開發利用的熱點，它潔淨、汙染環境少，為(wei) “可再生能源”。我市位於(yu) 汾渭地塹地熱帶，地熱能蘊藏於(yu) 太原新生代斷陷盆地內(nei) ，按地熱田規模屬於(yu) “大型”地熱田；熱儲(chu) 層為(wei) 奧陶係中統石灰岩；為(wei) “低溫地熱資源”；屬於(yu) 中淺埋藏開采經濟適宜型地熱田，地熱資源比較豐(feng) 富。

太原市地熱勘查工作始於(yu) 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月在神堂溝鑽鑿出S1號複合型熱礦水，孔深603.71m，水溫43℃，揭開了太原盆地地

熱勘查與(yu) 開發的序幕，隨後在山西省地質工程勘察院西院內(nei) 、農(nong) 展館、麗(li) 華苑、西華苑、匯錦花園、煤炭學校、傘(san) 兒(er) 樹等地施工十餘(yu) 眼地熱井。隨著地熱資料的不斷積累，地熱工作範圍擴大，開采深度不斷增加，大成井深度近2000m，出口水溫達62.5℃，湧水量達6000m3/d，在盆地內(nei) 親(qin) 賢地壘城南隆起帶地下熱水還可自流，水頭高出地表10.2m。可見太原市地下熱水資源比較豐(feng) 富，具有較好的開發前景。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(jia) 。

0.1 研究的主要內(nei) 容為(wei) ：

1、初步查明太原市區地熱田的成因、地質條件、賦存規律；

2、推測太原市區地熱水分布範圍、麵積並提出優(you) 先勘查區；

3、對地熱資源進行儲(chu) 量計算與(yu) 評價(jia) ；

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(shu) 》。 3、1991年8月山西省第三地質工程勘察院在太原市統計學校施工一眼飲用水井，成井出口水溫39℃（現32℃）。

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

5、1994年12月山西省地質局環境地質總站提交《山西省地下熱水誌》

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(san) 兒(er) 樹村東(dong) 施工一眼人畜飲用水井，成井出口水溫為(wei) 32℃。

9、2004年7月太原市萬(wan) 柏林區龍泉水源開發技術部在山西省農(nong) 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(wan) 柏林區龍泉水源開發技術部、北京市地質礦產(chan) 勘查開發總公司在麗(li) 華苑小區施工地熱探采結合生產(chan) 井一眼，孔深1803.35m，水溫62.5℃。並提交《山西省太原市麗(li) 華苑小區地熱鑽井勘探報告》。

0.3 勘察工作依據

1、GB11615—89地熱資源地質勘查規範；

貫其間。盆地內(nei) 沉積了晚新生代的上新統到第四係地層，其下基底深埋的地層主要是：三疊係、二疊係、石炭係、奧陶係、寒武係、震旦係及太古界的變質岩及火成岩。 2.1.2 地質構造

從(cong) 大地構造單元看，該區地處山西台背斜中段，東(dong) 部屬太行山斷裂隆起帶，中部為(wei) 汾渭地塹新裂穀，西部屬呂梁山斷裂隆起帶。本區構造形跡主要形成於(yu) 燕山期和喜山期，燕山運動以擠壓為(wei) 主，形成一係列斷裂和褶皺。喜山運動以拉張為(wei) 主，形成了北東(dong) 向的汾河地塹和張性斷裂和節理，並切割了燕山期構造形跡。

2.2 區域地熱地質條件

一、廣義(yi) 的太原盆地北起大盂凹陷、泥屯斷階，南到文水、祁縣太穀斷階帶，東(dong) 鄰太行斷隆的西翼，西接呂梁斷隆東(dong) 翼的太原西山。南北長近150km，東(dong) 西平均寬度約40km，呈南寬北窄形態。它是一個(ge) 典型的新生代斷陷盆地。斷陷盆地的總體(ti) 構造格局及活動特征呈現南北分異，其基底構造形態上又表現出東(dong) 西方向的不對稱性。從(cong) 總體(ti) 格局上，依據基底埋深的不同，新生界沉積發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(wei) 北段、中段和南段。三給地壘和田莊斷裂帶可作為(wei) 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(yu) 清徐縣分界以北地段。

二、本次主要研究太原盆地的中段（它界於(yu) 三給地壘斷裂帶和田莊斷裂帶之間）和南段的北部地區。這段區域內(nei) 基底埋深的變化較大。從(cong) 北到南分別為(wei) ：Ⅰ城區凹陷，Ⅱ西銘斷階，Ⅲ城東(dong) 斷階，Ⅳ親(qin) 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等八個(ge) 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(wei) 三疊係之外，其餘(yu) 各單元的新生界厚度均在200—500m之間。其中城區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新生界厚度均變化在100—300m之內(nei) 。黃陵—西溫莊隆起的西南傾(qing) 伏端基底埋深可超過600m。該段的基底形態是一個(ge) 典型的不對稱“V”形穀，東(dong) 緩西陡，中心在汾河斷裂帶及晉源凹陷中心，基底均為(wei) 二疊係地層。晉源凹陷基底埋深大，前新生界基底為(wei) 三疊係，中奧陶統灰岩地層埋深在1200—1600m，和東(dong) 西山灰岩地層*斷開，難以構成東(dong) 、西山岩溶係統有的含水結構，封閉還原條件好，為(wei) 熱水儲(chu) 存創造了有利條件。

田莊斷裂以南的清徐—交城凹陷、據太原落陽村晉7號石油孔資料，第四係層厚470m，第三係地層埋深在470—2580m，2580—3301.22m、厚721.22m為(wei) 三疊係銅川組和二馬營組砂頁岩，推測奧陶係地層埋深在2200—5000m以下。熱儲(chu) 層埋深過大，推測雖然溫度較高，但水量較小。

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

2.3 蓋層、熱儲(chu) 層特征及埋藏條件

一、蓋層

第四係、第三係、三疊係、二疊係及石炭係為(wei) 區內(nei) 主要的保溫蓋層。蓋層總厚度的變化特征是從(cong) 盆地邊山到中心，從(cong) 盆地北部到南部逐漸加厚。田莊斷裂以北、蓋層厚度 範圍為(wei) 400—1400m，田莊斷裂以南為(wei) 3000—4000m。

二、地下熱儲(chu) 特征

地下熱儲(chu) 據現有鑽孔揭露及物探資料證實，屬於(yu) 碳酸鹽岩岩溶裂隙型層狀熱儲(chu) ，地層為(wei) 中奧陶係灰岩及白雲(yun) 岩。由於(yu) 該區經曆了較複雜的地質構造運動，脆性的灰岩、白雲(yun) 岩形成了裂隙，後經地下水的運移、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(chu) 存空間和運移通道。熱儲(chu) 層總厚度500—700m，有效厚度約200m。根據地層及物探資料推測，田莊斷裂以南碳酸鹽岩岩溶裂隙型層狀熱儲(chu) 之上還存在有第三係砂層及砂礫層熱儲(chu) 。

三、地下熱儲(chu) 的埋藏條件

區內(nei) 熱儲(chu) 層按地層可劃分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 不同深度的熱儲(chu) 層。田莊斷裂以北熱儲(chu) 層為(wei) 奧陶係地層。田莊斷裂以南，*熱儲(chu) 層為(wei) 新生界第三係河湖相半膠結的砂層及砂礫層。第二熱儲(chu) 層為(wei) 奧陶係地層。

第三章 地熱田劃分及地熱田地質條件

作為(wei) 地熱資源，如果離開了地熱田則毫無意義(yi) ，隻有用正確的地熱地質理論與(yu) 方法查明了地熱田並科學地開采地熱儲(chu) 中的熱能，地殼中聚集的熱量才會(hui) 有經濟價(jia) 值，通過熱儲(chu) 工程體(ti) 係才能把地下熱能轉化成商品，地熱能才成為(wei) 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(chu) 主要深埋藏於(yu) 太原市盆地中南部地區，地熱田的邊界條件主要受東(dong) 邊山、西邊山深大斷裂所控製，北部以三給地壘為(wei) 界，南部邊界以太原及清徐行政邊界為(wei) 界。

3.1.2 地熱田劃分

太原市盆地區地熱田主要受西山山前大斷裂、三給地壘、東(dong) 邊山斷裂所控製；盆地內(nei) 有與(yu) 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，由於(yu) 斷裂構造發育展布方向及不均勻下沉，盆地內(nei) 形成次一級隆起與(yu) 凹陷，將盆地區地熱田切割成許多小塊地熱田；熱儲(chu) 為(wei) 奧陶係中統厚層石灰岩、白雲(yun) 質灰岩，奧陶係頂板埋深：盆地區東(dong) 西邊山黃土台塬區400m—800m，中南部1200—5000m。地熱井出口水溫30℃—62.5℃，地熱資源總體(ti) 上是以“對流型”為(wei) 主的“低溫地熱資源”，其熱儲(chu) 介質為(wei) 碳酸鹽岩溶裂隙水+岩溶溶洞水，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(wei) ：Ⅰ城區凹陷、Ⅱ西銘斷階、Ⅲ城東(dong) 斷階、Ⅳ親(qin) 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(ge) 亞(ya) 區地熱田，見表（3—1）。

太 原 市 盆 地 區 地 熱 田 分 區 綜 合 一 覽 表 表3-1

3.2熱儲(chu) 層埋藏條件及特征

太原市Ⅰ—Ⅷ個(ge) 區地熱田熱儲(chu) 層根據基底斷裂塊段、凹陷與(yu) 隆起、地層組合岩性、構造特點，地熱場溫度，熱儲(chu) 層岩性及水文地質條件等，可把地熱田劃分為(wei) ：蓋層（又稱隔熱保溫層）、第三係孔隙裂隙水熱儲(chu) 層，奧陶係碳酸鹽岩岩溶水熱儲(chu) 層。

Ⅰ—Ⅶ區地熱田熱儲(chu) 為(wei) 中奧陶係中厚層石灰岩，白雲(yun) 質灰岩，蓋層為(wei) 第四係、第三係及二疊、三疊、石炭係砂頁岩，東(dong) 邊山蓋層厚度大於(yu) 西邊山，市區中南部蓋層厚度大於(yu) 東(dong) 西邊山。

西邊山的Ⅱ區、Ⅳ區、Ⅴ區沿晉祠斷裂、馬家溝斷層、大虎峪地壘、圪燎溝斷層及黃土台塬，包括部分盆地區呈條帶狀分布；第四係第三係蓋層厚度3—235m，二疊係、石炭係蓋層厚度400—600m；地熱（O2）開采井成井過程中，第四係、第三係鬆散岩類孔隙水因湧水量較小對熱儲(chu) 水溫影響不大，二疊、石炭係為(wei) 碎屑岩裂隙水及碳酸鹽岩岩溶裂隙水，直接或間接與(yu) 熱儲(chu) 產(chan) 生導水作用，成井止水固井工藝做不好，影響並降低熱儲(chu) 出口水溫，所以蓋層既是熱儲(chu) 保溫層，又是（地熱開采井）熱儲(chu) 水溫的威脅層。奧陶係峰峰組O2f 厚80—150m含水層厚度30m左右，在本區做為(wei) 熱儲(chu) 層，但熱儲(chu) 水溫低於(yu) 40 ℃，為(wei) 膏狀角礫泥灰岩、湧水量較小，做為(wei) 上下馬家溝頂部相對隔水層；奧陶係上、下馬家溝組為(wei) 厚層狀石灰岩，厚220—250m，含水層厚度80—150m，熱儲(chu) 層地層實測水溫在40—50℃。

東(dong) 邊山熱儲(chu) 層分布於(yu) 東(dong) 邊山斷裂以西親(qin) 賢地壘、沿黃土台塬區呈帶狀分布。第四係、第三係蓋層厚度80—300m，三疊、二疊、石炭係蓋層厚度600—800m，裂隙不發育，降

f

深大水位埋藏深，湧水量較小，水溫低於(yu) 20℃；奧陶係 O2 峰峰組厚150m左右，水溫低於(yu) 30℃，視為(wei) 相對隔水層。奧陶係上、下馬家溝組中厚層狀灰岩為(wei) 本區熱儲(chu) 開采層，其岩溶發育程度低於(yu) 西邊山，熱儲(chu) 水溫也低於(yu) 西邊山，水溫30—40℃，單井湧水量20—25m3/h。

市區中南部熱儲(chu) 層主要沿Ⅰ區、Ⅳ區、Ⅶ區、Ⅵ區，由北到南呈嗽叭狀展布，也是目前盆地區開采（蘊藏）熱儲(chu) 水溫較高、水量較大的分布區；第四係、第三係蓋層厚度由北到南310m—717m—1079m；二疊、三疊、石炭係蓋層厚度由北到南為(wei) 813m—921m—1121m；奧陶係峰峰組O2f 厚度150m，個(ge) 別凹陷區達180m，熱儲(chu) 水溫大於(yu) 40℃，但水量、水質欠佳，一般在成井過程中做為(wei) 止水層處理；奧陶係上、下馬家溝組O2s+x地層，為(wei) 太原市地熱田主要開發利用的熱儲(chu) 層，具有水溫高、水量大特點；據麗(li) 華苑L1、農(nong) 展館N1地熱井資料，1000m以下單井湧水量3000—6000m3/d，水溫57—62.5℃。

Ⅷ區熱儲(chu) 層處於(yu) 太原盆地北部即清交凹陷地熱田，根據熱儲(chu) 埋藏條件及其大地熱場地溫增溫率特點，可把Ⅷ區—清交凹陷分為(wei) ：第三係孔隙裂隙水熱儲(chu) 層；奧陶係碳酸鹽岩岩溶水熱儲(chu) 層。

（一）該區蓋層：第四係500餘(yu) 米，第三係為(wei) 靜樂(le) 組N2；保德組N2b厚度2110m—2500m，其中第三係上部1000餘(yu) 米，視為(wei) 蓋層，下部500—1000m可視為(wei) 熱儲(chu) 層，據晉7號孔，第三係保德組N2b地層岩性粉砂岩、細砂岩、粗砂岩、粉砂質泥岩互層，裂隙較發育、富水性較好、水溫大於(yu) 40℃，預計單井湧水量20—40 m3/h，有開發利用前景。埋藏於(yu) 第三係之下的三疊、二疊、石炭係砂頁岩地層。厚度1620—2400m，裂隙不太發育，可視為(wei) 下部奧陶係灰岩熱儲(chu) 的蓋層。

（二）奧陶係碳酸鹽岩岩溶水熱儲(chu) 層，為(wei) 太原市地熱田熱儲(chu) 埋藏深、水溫高的熱儲(chu) 層，是今後太原市地熱開發利用的重點。

—2000m3/d，單位湧水量0.37 L/s〃m左右；井的出口水溫25—30℃，熱儲(chu) 層水溫40℃左右，屬於(yu) “溫水”，為(wei) 重碳酸、硫酸、重碳酸型水，礦化度小於(yu) 1 g/L，個(ge) 別大於(yu) 1 g/L。

Ⅵ區：黃陵斷階地熱田：西南以汾河斷裂、田莊斷層為(wei) 界，東(dong) 北以三給地壘及行政界線為(wei) 界，剖麵顯示地層由東(dong) 北向西南呈階梯式跌落；地熱田麵積62.25km2，蓋層厚度1000—1600m，目前該區未揭露奧陶係灰岩頂板，預測奧陶係灰岩頂板標高-200—-800m，由邊山向盆地逐漸加深，深部岩溶較發育，預測水位標高760—770m（自流或淺埋），單井湧水量1000—2000 m3/d，單位湧水量0.5 L/s〃m左右，井的出口水溫預計40—50℃，屬於(yu) “溫水”。

Ⅶ區：晉源凹陷地熱田：東(dong) 南部以南堰斷層、田莊斷層為(wei) 界，東(dong) 北以汾河斷裂、城南隆起為(wei) 界，剖麵上為(wei) 西深東(dong) 淺不對稱向斜構造，地熱田麵積122.75 km2，蓋層厚度1000—2300m，據北京、天津深部岩溶發育資料，一般奧陶係灰岩埋深在6000m以上岩溶仍很發育，據原1孔、小馬鑽孔預測奧陶係灰岩頂板標高-200—-800m、南部達-1400m，單井湧水量預測2000—3000 m3/d，水溫預計50—70℃，屬“溫熱”熱水，水化學類型為(wei) 硫酸型水，礦化度大於(yu) 1.0g/L。

Ⅷ區：清交凹陷地熱田：地熱田麵積113.75 km2，蓋層厚度2200—5000m，據石油隊晉7孔資料，推測奧陶係灰岩頂板埋深-1400—-4000m，水位埋深接近地表或自流，單井預測湧水量2000—3000 m3/d，水溫預測60—70℃，屬於(yu) “熱水”，為(wei) 硫酸型水，礦化度大於(yu) 2.0 g/L。

第四章 地熱資源計算及評價(jia)

4.1 熱儲(chu) 模型

一、太原市盆地區地熱田為(wei) 低溫地熱資源，地熱田具有層狀兼有帶狀熱儲(chu) 特征。熱儲(chu) 層埋藏深度西邊山地區為(wei) 400—1000m，東(dong) 邊山地區為(wei) 600—1200m，中部地區埋藏深度為(wei) 1200—5000m。地熱田單井開采量為(wei) 1000—6000m3/d。地熱井地熱流體(ti) 單位產(chan) 量23—144m3/d.m，統計學院與(yu) 煤炭學院現在的單位產(chan) 量8—10m3/d.m。熱儲(chu) 層為(wei) 奧陶係中統上、下馬家溝組碳酸鹽岩，見表（4-1）。

二、熱儲(chu) 模型由蓋層（蓋）、熱儲(chu) 層（儲(chu) ）、熱源通道（通）以及熱源（源）這四要

素組成。

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

1、蓋層

太原市盆地區熱儲(chu) 蓋層主要由新生界第四係第三係鬆散層和二疊、三疊係碎屑岩及石炭係煤係地層所構成。一般地區厚500—1500m，晉源凹陷2000—2500m，清交凹陷大於(yu) 4000m。構成地熱田的蓋層厚度及隔熱功能是至關(guan) 重要的，如果蓋層薄或者透水性強，導熱功能好，就會(hui) 使熱儲(chu) 層儲(chu) 存的熱能散失。

2、熱儲(chu) 層

太原市盆地熱儲(chu) 層主要由中奧陶係碳酸鹽岩所組成，清交凹陷的第三係砂岩，裂隙—孔隙水發育，厚度大，既為(wei) 蓋層，也為(wei) 熱儲(chu) 層。奧陶係上、下馬家溝組中厚層灰岩及白雲(yun) 質灰岩裂隙、岩溶普遍發育，是太原盆地主要熱儲(chu) 層，其厚度為(wei) 500m左右，但考慮到部分層段岩溶不發育，故熱儲(chu) 層厚度按200m計算，岩石密度2700kg/m3，水溫32—60℃，日產(chan) 熱水量1000—6000m3/d。孔隙度φ根據《太化集團101號和102號井群非穩定流抽水試驗》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《太原西山地區岩溶水資源評價(jia) 研究，碳酸鹽岩物理實驗成果表》資料中太原市東(dong) 、西山及文水、交城等鄰區的15個(ge) 鑽孔中的135塊奧陶係中統碳酸鹽岩孔隙度試驗結果求的平均值約為(wei) 3.2%。

由以上四個(ge) 資料的實地調查數據結果與(yu) 河北，北京，天津等地同類型地熱田對比發現，本次孔隙度按照3.2%取值較為(wei) 合適。 3、熱源

居裏等溫麵是判斷地熱狀態的物理麵，山西居裏等溫麵總體(ti) 上是一條北東(dong) 向的隆起帶，其軸線與(yu) 山西汾河斷陷盆地的軸線基本重合，太原盆地居裏等溫麵小於(yu) 20km，東(dong) 西山區埋深顯著增大，一般在28km以上，說明兩(liang) 側(ce) 山區與(yu) 太原盆地中部物理狀態存在明顯差異，據山西大地電磁測深資料，盆地中部中地殼為(wei) 低速高導層（為(wei) 高溫半熔融狀態）具有溫度高（600℃）的物理特性，使盆地區形成熱異常區。另據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於(yu) 1.7HFU(71mw/m2)，而東(dong) 、西山區大地熱流值小於(yu) 1.3HFU(54.5mw/m2)。居裏等溫麵與(yu) 莫霍麵在盆地中部都有上拱現象，中地殼上部高溫（600℃）半熔融狀態的岩漿熱會(hui) 在地殼薄的盆地深部向地表進行熱傳(chuan) 導。熱流值會(hui) 在上拱的地殼部位集中形成高熱流值。從(cong) 以上幾方麵均說明盆地深部熱狀態高。因此深部熱傳(chuan) 導是太原市盆地區地熱田的恒定供熱源。推測本區地熱源主要來自花崗岩殼的熱源。花崗岩殼岩石中含有大量的放射性元素，衰變時能產(chan) 生大量的熱量。

太原市盆地東(dong) 、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，有利於(yu) 地下水深循環加熱上升形成岩溶地熱水。

4、地下熱水源

從(cong) 同位素資料及水文地球化學資料證實，本區地熱水是來自古代大氣降水。古代大氣降水及汾河水，從(cong) 東(dong) 、西山裸露灰岩區、斷裂破碎帶或岩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岩加熱後產(chan) 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(ti) 循環上升，送至地殼淺部的奧陶係岩層，並在岩溶裂隙孔隙中儲(chu) 存下來，成為(wei) 當今的地熱水。據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深循環與(yu) 圍岩充分溶濾有關(guan) 。從(cong) 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較好。由於(yu) 太原市地下熱水開發利用量很小，且資料有限，故地下熱水與(yu) 東(dong) 西山區岩溶水水力關(guan) 係有待以後考證。

4.2 計算參數的確定及選取

一、熱儲(chu) 層分布麵積

熱儲(chu) 層分布範圍根據地熱地質調查、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(dong) 邊山斷裂以西，太原西邊山斷裂以東(dong) 的太原市盆地，水溫大於(yu) 25℃，為(wei) 太原市地熱分布範圍，可劃分為(wei) 八個(ge) 亞(ya) 區地熱田。各區麵積從(cong) 1/5萬(wan) 地形圖上量取，其總麵積586.75km2，見表（4—2）。

二、熱儲(chu) 層厚度

熱儲(chu) 層厚度主要依據鑽孔資料，結合地熱地質條件而定。峰峰組地層不參與(yu) 計算，隻計算上、下馬家溝熱儲(chu) 層，其總厚約400m，其中上、下馬家溝地層的下段為(wei) 泥灰岩及角礫岩泥灰岩，不作為(wei) 熱儲(chu) 層，故熱儲(chu) 層厚度按200m計算。其中Ⅷ清交凹陷區第三係熱儲(chu) 層厚度也按200m計算。

三、主要計算參數

（一）熱水及熱儲(chu) 層物理參數

物理參數以麗(li) 華苑L1地熱孔和DKY—1孔為(wei) 例。按照DE40—85《地熱資源評價(jia) 方法》查表4求取，並和西邊山神堂溝S1孔資料進行了對比分析後選取。

熱水密度ρw按986kg/m3選取；熱水比熱Cw按4180J/kg〃℃選取; 熱儲(chu) 岩石密度ρr按2700kg/m3；(第三係砂岩取2600kg/m3)

熱儲(chu) 岩石比熱Cr按920J/kg〃℃；(第三係砂岩取 910J/kg〃℃) 熱儲(chu) 岩石孔隙度φ按0.032選取； （第三係砂岩取φ0.01） （二）熱儲(chu) 層溫度參數

原則上取鑽孔揭露的熱儲(chu) 層的平均溫度， DKY—1孔在970m揭露峰峰組頂板後測溫為(wei) 47℃。L1孔在1165m揭露峰峰組頂板後測溫為(wei) 44℃，實測溫度偏低，原因是測溫時間短所造成。現隻有根據蓋層溫度梯度推算，並和地球化學溫度計算結果進行對比選取。

（三）熱儲(chu) 層溫度的推算 1、 熱儲(chu) 層梯度推算法

?t

t=(d—h)+t0

?h

t：熱儲(chu) 層溫度(℃) d：熱儲(chu) 層埋深(m) h：常溫層埋藏深度(m) ?t

：地溫梯度(℃) ?h

t0：常溫層溫度或當地平均氣溫(10.4℃)

11 

始水頭水平（各處壓力相同）時計算公式為(wei) ：

KM·??

Q=2.73

lg(r1/rw)

Q：流量m3/d

K：滲透係數m/d M：熱儲(chu) 的厚度m

??：生產(chan) 井的壓力降低m

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

神堂溝施工兩(liang) 眼探采井均作了單孔抽水試驗，並以S2孔為(wei) 主孔，S1號井為(wei) 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(liang) 次降深的單孔抽水試驗。麗(li) 華苑探采井進行了三次降深的單井抽水試驗。現根據已有的抽水試驗資料，用穩定流單井公式，非穩定流泰斯公式，布爾頓雙對數配線法，半對數拐點法及水位恢複法計算導水係數T，滲透係數K，壓力傳(chuan) 導係數a，儲(chu) 水係數s。見參數計算一覽表（4—5）。

QRK= ·ln2?smrQT?W?u?

4?s4TtS??2

r/ue

14

a=T/S?

R?10Sk 式中：

K：滲透係數（m/d） Q：出水量（m3/d） T：導水係數（m2/d） S：水位下降值（m） S?：彈性釋水係數

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(chu) 層中儲(chu) 存的熱量

熱儲(chu) 層中儲(chu) 存的熱量可按下式計算； Qr=CAd(tr—t0)

C=ρrCr(1—φ)+ρwCwφ 其中： Qr：熱儲(chu) 層中儲(chu) 存的熱量，J。 A：計算麵積，（586.75?106m2）； d：熱儲(chu) 厚度，（取200m） tr：熱儲(chu) 溫度，（各區平均溫度） t0：當地年平均氣溫（10.4。C）

Ⅰ—Ⅷ區的奧陶係熱儲(chu) 層熱儲(chu) 岩石和水的平均比熱容為(wei) ：

C=2700?920?(1—0.032)+986?4180?0.032=2536399.36J/m3.。C Ⅷ區第三係熱儲(chu) 層熱儲(chu) 岩石和水的平均比熱容為(wei) ：

C=2600?910?(1—0.01)+986?4180?0.01=2383554.8J/m3.。C ρr：熱儲(chu) 岩石密度，（奧陶係取2700kg/m3，第三係取2600 kg/m3） Cr：熱儲(chu) 岩石比熱，（奧陶係取920J/kg〃℃,第三係取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(chu) 岩石的孔隙度，（奧陶係取3.2%，第三係取1%）

1噸標準煤折合熱量為(wei) 2.93?1010J。各區計算結果見表（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(chu) 量（KJ） K：回采係數（取0.25）

地熱資源回采率取決(jue) 於(yu) 多種因素，尤與(yu) 岩層的裂隙率與(yu) 厚度密切相關(guan) 。考慮到太原市盆地區地熱田岩溶裂隙發育情況，孔隙率取3.2%，並按上式進行了計算，計算結果與(yu) 回采率參照天津和河北束鹿—寧晉地熱田資料選取0.25。

太原市盆地區儲(chu) 存地熱資源量 表4—6

三、地熱資源存儲(chu) 量計算

對於(yu) 承壓含水層，其存儲(chu) 量包括容積存儲(chu) 量和彈性存儲(chu) 量兩(liang) 項。 W總=W容+W彈=V×φ+F×H×S

W總：熱儲(chu) 層熱水總存儲(chu) 量（m3）

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

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

F：熱儲(chu) 層分布麵積（586.75×106m3） H：自熱儲(chu) 層頂板算起的水頭高度1000m S：熱儲(chu) 層彈性釋放係數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(jia)

太原市盆地（除埋藏較深不宜開采的Ⅷ區清交凹陷113.75km2，不在本次評價(jia) 範圍

內(nei) ）七個(ge) 地熱田亞(ya) 區473 km2地熱資源（按規範）計劃開采100年，則日開采總量為(wei)

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(ge) 地熱田可布設地熱井20—40

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

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

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

眼。

地熱（開采）井井距確定：根據地勘院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）後未做長係列（連續性）抽水試驗，所求

的參數影響半徑R值偏小。所以根據太原市盆地熱儲(chu) 埋藏條件、開采深度、單井湧水量，

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

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

地區可開采地熱水量為(wei) 99575×104m3地熱水，可利用總熱量為(wei) 16693.28×1010KJ，僅(jin) 相

當於(yu) 全部儲(chu) 存熱量的1498.79×1013KJ的1.1%。根據GB11615—89《地熱資源地質勘查

規範》地熱儲(chu) 量劃分標準、結合太原市盆地地熱田勘查研究程度，將太原市盆地區的地

熱資源確定為(wei) “D級地熱田”。其資源潛力是十分巨大的，隻是由於(yu) 地熱需要以水為(wei) 載

體(ti) ，將儲(chu) 存的“熱”轉化為(wei) 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製，進而限製了地熱（水）資源的開發利用量。隨著

科技的進步，地熱資源可開發利用的量將會(hui) 進一步擴大。

第五章 地熱資源開發利用

地熱資源集熱、礦、水為(wei) 一體(ti) ，除可以用於(yu) 地熱發電以外，還可以直接用於(yu) 供暖、

洗浴、醫療保健、休閑療養(yang) 、養(yang) 殖、農(nong) 業(ye) 種養(yang) 殖、紡織印染、食品加工等方麵。此外，

地熱資源的開發利用可帶動地熱資源勘察、地熱井施工、地麵開發利用工程設計施工、

地熱裝備生產(chan) 、水處理、環境工程及餐飲、旅遊度假等發展，可大量增加社會(hui) 就業(ye) ，促

進經濟發展，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(wei) 優(you) 先開發

的再生能源，培植各具特色的地熱產(chan) 業(ye) ，在緩解常規能源供應緊張和改善生態環境等方

向發揮了明顯作用。

處理好保護地熱資源與(yu) 鼓勵開發地熱資源的關(guan) 係非常重要，地熱資源要保護，目的

是延長其使用壽命，走可持續發展的道路。

5.1 地熱資源開發利用現狀

太原市盆地區地熱田，屬於(yu) “低溫地熱資源”到2005年12月10日止，現有開發

地熱井數為(wei) 12眼，正在施工的兩(liang) 眼，集洗浴、理療、休閑度假為(wei) 一體(ti) 開發的神堂溝2

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

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

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

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

區開發地熱井達7眼，占總數58.3%；西銘斷階地熱田Ⅱ區開發利用1眼,正在施工鑽

鑿1眼,城東(dong) 斷階地熱田Ⅲ區開發利用4眼,Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ 4個(ge) 地熱田區目前未施工

地熱井。

5.2 地熱資源開發重點地區

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

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

時為(wei) 不宜開采的.當地熱井單位產(chan) 量>50m3/d〃m時為(wei) 宜開采的；當地熱井單位產(chan) 量10

—50 m3/d〃m時為(wei) 適宜開采的；當地熱井單位產(chan) 量5—10 m3/d〃m時為(wei) 差開采的；當地

熱井單位產(chan) 量<5m3/d〃m時為(wei) 不宜開采的。所以根據以上劃分原則,結合每個(ge) 小區地熱田

資源評價(jia) 計算的熱儲(chu) 層資源量及規劃井數以及綜合地層指標考慮,地熱資源開發方向的

重點應為(wei) ,Ⅳ區親(qin) 賢地壘汾河斷層以東(dong) 、Ⅳ區親(qin) 賢地壘以北的Ⅰ區城區凹陷地熱田、Ⅱ

區西銘斷階地熱田。Ⅲ區城東(dong) 斷階地熱田；Ⅳ區親(qin) 賢地壘以南的Ⅴ區西邊山斷階地熱田、

Ⅵ區黃陵斷階地熱田、Ⅶ區晉源凹陷地熱田、Ⅷ區清交凹陷地熱田。根據鑿井深度及湧

水量等考慮*批開發利用區應為(wei) Ⅳ區親(qin) 賢地壘以東(dong) 地區；第二批開發利用應為(wei) Ⅰ區、

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

區先應開發第三係N2碎屑岩裂隙水熱儲(chu) 資源，後適當地開發奧陶係熱儲(chu) 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(li) 華苑、農(nong) 展館一帶地熱

井先建設為(wei) 一個(ge) 集供暖、洗浴、理療、健身、休閑、度假為(wei) 一體(ti) 的一個(ge) 示範性地熱開發區。

第六章 結論與(yu) 建議

一、結論

1、太原市地熱資源調查範圍包括太原市六個(ge) 轄區，總麵積1425km2，其中東(dong) 西山區麵積625 km2，太原市盆地（包括黃土丘陵黃土台塬區）區約800 km2。本次調查主要側(ce) 重於(yu) 太原市盆地區800 km2轄區內(nei) 。

2、太原市盆地區地熱田按規模屬於(yu) “大型”地熱田；熱儲(chu) 層為(wei) 奧陶係中統厚層狀石灰岩、白雲(yun) 質灰岩（在清交凹陷Ⅷ區埋藏有第三係砂岩熱儲(chu) 層）；為(wei) “低溫地熱資源”，屬於(yu) 中淺埋藏開采經濟適宜型地熱田。熱儲(chu) 層埋藏於(yu) 太原市盆地中南部地區。地熱田邊界條件主要受東(dong) 邊山、西邊山深大斷裂所控製，北部以三給地壘為(wei) 界，南部邊界以清交凹陷的南端行政地界為(wei) 界，根據盆地內(nei) 次一級構造單元，再結合GB/T11615—200《地熱資源勘查規範》地熱井出露水溫大於(yu) 等於(yu) 25℃熱水劃分為(wei) 八個(ge) 地熱田亞(ya) 區即：Ⅰ城區凹陷、Ⅱ西銘斷階、Ⅲ城東(dong) 斷階、Ⅳ親(qin) 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、太原市盆地區地熱田熱儲(chu) 層蓋層一般厚度400—1600m，大蓋層厚度2300—5000m，熱儲(chu) 層厚度350—450m，水位埋深+12.2—63.57m，大水位埋深可達143m，單井湧水量1000—2000m3/d，大單井湧水量6000m3/d，25≤T＜40℃“溫水”麵積114.5 km2，40≤T＜60℃“溫熱水”麵積258.75 km2，預測60≤T＜90℃“熱水”麵積213.5 km2，地熱田總麵積586.75 km2；溫度總體(ti) 趨勢為(wei) 東(dong) 西兩(liang) 側(ce) 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於(yu) 70℃。

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

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

為(wei) 2278.96×104T）。可采地熱水量99575×104 m3。太原市盆地地熱資源除埋藏較深不宜開采的Ⅷ區清交凹陷外，其餘(yu) 七個(ge) 區可采地熱水量75675×104m3（所含熱量為(wei) 12347.97×1010KJ，折合標準煤為(wei) 421.43×104T），按開采100年規劃，日開采總量為(wei) 20732.88m3。根據GB11615—89《地熱資源地質勘查規範》地熱儲(chu) 量劃分標準、結合太原市盆地地熱田勘查研究程度，將太原市盆地區的地熱資源確定為(wei) “D級地熱田”。

5、地熱資源勘查規劃及潛力分析：Ⅰ區城區凹陷、Ⅴ區西邊山斷階、Ⅵ區黃陵斷階、Ⅶ區晉源凹陷、Ⅷ區清交凹陷五個(ge) 地熱田未開發利用，為(wei) 重點勘查區，分別布臵勘查孔在Ⅰ區1眼、Ⅴ區1眼、Ⅵ區3眼、Ⅶ區1眼、Ⅷ區2眼，設計孔深2000—5000m，開采熱儲(chu) 為(wei) 奧陶係中統岩溶熱水。第Ⅷ區應先開發第三係N2碎屑岩裂隙水熱儲(chu) 資源，

後適當地開發奧陶係熱儲(chu) 資源。由淺到深、溫熱水相間開采、由盆地向四周擴散開采。

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

7、地熱資源開發利用現狀：現有開發地熱井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58.3%，40≤T＜60℃溫熱水4眼，占總數33.3%，60≤T＜90℃熱水1眼，占總數8%，水溫較高54℃—75℃—62℃集中在親(qin) 賢地壘Ⅳ區，水量大6000 m3/d也集中在親(qin) 賢地壘Ⅳ區。

8、施工地熱井同時應配套施工一眼地熱回灌井。必須節約、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(cong) 熱儲(chu) 岩體(ti) 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、流量進行長期監測，為(wei) 下一步合理開發利用和管理地熱資源提供科學依據。

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

3、加強地熱資源法規建設：盡快製定和出台太原市的地熱資源管理條例，並進一步理順和健全管理體(ti) 製，按照地熱“可再生資源法”及其配套法等規定，健全和完善地熱資源由國土資源主管部門統一管理的體(ti) 製。

4、依靠科技進步和創新、推進地熱產(chan) 業(ye) 的發展。①加強梯級利用綜合開發。②合理布局、*開采。③加強省內(nei) 外地熱勘查與(yu) 開發利用科技交流。

5、加強地熱資源管理信息係統建設：地熱資源數據庫、動態監測係統、自動化信息管理係統。

6、製定優(you) 惠政策、鼓勵合理開發利用地熱資源。

7、積極推廣水源熱泵和地源熱泵技術應用，鼓勵開發利用淺層地熱能。

參 考 文 獻

1、邢集善等， 試從(cong) 地球物理資料論山西地塹係的構造特征,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(wei) 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，北京地區地熱資源評價(jia) ，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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