劉 玉,楊 興,隋學文

(1.黑龍江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院,哈爾濱 150030;2.黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院,哈爾濱 150036)

0 引 言

林甸鎮(zhèn)地熱田經(jīng)過地質(zhì)部門及石油部門數(shù)十年的勘探、研究,現(xiàn)已證明蘊含豐富的中低溫地熱資源,一般出口水溫50～60℃。現(xiàn)有1口油氣改造井、9口地熱開采井,開發(fā)利用的有8口,主要用于地熱供暖,洗浴療養(yǎng)及種植、養(yǎng)殖等領(lǐng)域,現(xiàn)逐步向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,為北方高寒地區(qū)地熱資源開發(fā)利用樹立了典范。地熱資源作為一種清潔能源,負荷能力強,穩(wěn)定性好,逐漸滲透到各個利用領(lǐng)域。而對地熱流體的水質(zhì)進行科學評價,可以為地熱資源合理開發(fā)利用和保護提供理論依據(jù)。因此本文將對該區(qū)代表性水樣進行水質(zhì)分析,包括醫(yī)療熱礦水評價、飲用礦泉水評價、農(nóng)業(yè)灌溉用水評價、漁業(yè)用水評價、工業(yè)用水評價等5種用途的評價。

1 地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

林甸鎮(zhèn)地熱田位于黑龍江省大慶市林甸縣。林甸地區(qū)屬古亞洲構(gòu)造域,依據(jù)深部構(gòu)造分區(qū),林甸地區(qū)處在松嫩上地幔隆起區(qū),莫霍面埋深30～32 km,莫霍面隆起與沉積蓋層厚度呈鏡像關(guān)系。林甸地區(qū)斷裂極其發(fā)育,工作區(qū)及附近主要有兩條斷裂:林甸斷裂(L1)和林甸東斷裂(L2)。林甸鎮(zhèn)地熱田屬中低溫地熱田,構(gòu)造上處于克山依龍背斜、烏裕爾凹陷以及黑魚泡凹陷的接觸地帶,見圖1。

林甸鎮(zhèn)地熱田地層層序自下而上為石炭二疊系(基底),侏羅系,白堊系登婁庫組、泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組,第三系依安組;第四系泰康組、林甸組和大興屯組。據(jù)以往勘查資料,林甸鎮(zhèn)地熱田主要熱儲層為中生代白堊系姚家組、青山口組、泉頭組三、四段的中砂巖、細砂巖、粉砂巖,頂板埋深924～1 324 m,其中青山口組二、三段和泉頭組三、四段為地熱田主力熱儲層,熱儲厚度大,溫度高,單井自溢量45～50 m3/h,出口水溫50～60℃,單井涌水量100 m3/h時,水溫可達60℃以上。地下熱水補給來源主要是盆地邊緣地表水下滲形成深部循環(huán)水,另一補給源為生油區(qū)泥質(zhì)巖中黏土礦物高溫釋水形成的泥質(zhì)巖中黏土礦物釋水。

圖1 井位分布圖Fig.1 Location of the well

2 樣本選擇

林甸鎮(zhèn)地熱田選擇林熱10井(井深2 001 m) 2008年11月2日水樣、林灌1井(井深2 000 m) 2008年12月12日水樣、林深熱1井(井深3 000 m)2007年12月31日水樣、林熱2井(井深2 006 m)2007年7月2日水樣、林熱1井(井深2 718 m) 2007年8月12日水樣等5個樣品參加評價。井位分布見圖1。

3 地熱流體水質(zhì)評價

3.1 醫(yī)療熱礦水評價

依據(jù)地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范GB11615-89附錄C醫(yī)療礦水水質(zhì)標準,對區(qū)內(nèi)地熱流體進行醫(yī)療熱礦水評價,評價結(jié)果見表1。

林甸鎮(zhèn)地熱田氟含量達到礦水命名濃度標準,可定為氟水,且偏硼酸、偏硅酸含量達到礦水濃度標準。

3.2 飲用礦泉水評價

根據(jù)《飲用天然礦泉水》水質(zhì)標準GB8537—1995對該區(qū)飲用熱礦水水質(zhì)進行評價。

3.2.1 感官要求

評價結(jié)果均符合要求,不再列表顯示。

3.2.2 界限指標

評價結(jié)果詳見表2。

3.2.3 限量指標

5口地熱井個別限量指標均超標,評價結(jié)果見表3。

3.2.4 污染物指標

區(qū)內(nèi)5口井地熱流體中,污染物指標均符合規(guī)范要求,不再列表顯示。

3.2.5 綜合評價

綜合評價結(jié)果表明:該區(qū)5口井鋰、偏硅酸、溶解性總固體含量界限指標均達標;但限量指標中,林熱10井鋇含量超標,林深熱1井鋇、鉛、耗氧量超標,林熱2井鉛含量超標,林熱1井鎘含量超標,且 5口井氟化物含量全部超標;因限量指標均有所超標,不適宜開發(fā)飲用礦泉水。

表1 林甸鎮(zhèn)地熱田醫(yī)療熱礦水評價表Table 1 Evaluation of the iatrical geothermic mineral water /mg?L-1

表2 林甸鎮(zhèn)地熱田飲用礦泉水界限指標評價結(jié)果表Table 2 Evaluation of the drinking mineral water limitation factors in Lindan /mg?L-1

表3 林甸鎮(zhèn)地熱田飲用礦泉水限量指標評價結(jié)果表Table 3 Evaluation of the drinking mineral water prospects in Lindan /mg?L-1

3.3 農(nóng)業(yè)灌溉用水評價

3.3.1 水 溫

在北方,灌溉用水水溫標準為10～15℃,本區(qū)地熱流體溫度普遍在50℃左右,不適宜直接灌溉用水,前提必須是經(jīng)過梯級利用使溫度降下來以后方可排放。

3.3.2 灌溉系數(shù)及鹽度、堿度

根據(jù)灌溉系數(shù)Ka評價法并結(jié)合國內(nèi)鹽度、堿度評價方法綜合對地熱流體灌溉用水進行評價。因地熱流體中氯化鈉、硫酸鈉及碳酸鈉同時存在,根據(jù)下式計算:

計算結(jié)果見表4,由表4可見該區(qū)5口地熱井Ka＜1.2,均為不適于直接做為灌溉水源,水質(zhì)類型均為重鹽堿水,灌溉后土壤迅速鹽堿化,對土壤影響很大。

表4 灌溉用水Ka、鹽度、堿度綜合評價結(jié)果表Table 4 Evaluation of Ka、salt、ash for irrigation water

3.4 漁業(yè)用水評價

低溫地下熱水仍可適用于魚類的養(yǎng)育越冬以及孵化等,并可適用于高密度工廠養(yǎng)殖尼羅羅非魚等喜溫的熱帶魚種,是地熱水直接利用中十分普遍的項目。根據(jù)養(yǎng)魚水質(zhì)評價分級表及漁業(yè)水質(zhì)標準(GB11607-89)對本區(qū)地熱水綜合評價。

評價結(jié)果見表5,由表5可見,林甸鎮(zhèn)地熱田5口地熱井均為Ⅲ級可以做漁業(yè)用水使用。

3.5 工業(yè)用水評價

地熱水的工業(yè)用水主要考慮鍋爐用水,因此主要進行鍋爐用水水質(zhì)評價。鍋爐用水水質(zhì)評價主要包括熱水的腐蝕、結(jié)垢、起泡評價,其中腐蝕性評價為最重要的因素。

3.5.1 熱水的腐蝕性

地熱水溫度較高,含有多種腐蝕性化學成分,往往對地熱利用設(shè)備和管材產(chǎn)生不同程度的腐蝕、破壞作用。腐蝕作用對鍋爐的危害極大,它不僅縮短鍋爐的使用壽命,還有可能發(fā)生爆炸事故。

表5 漁業(yè)用水綜合評價表Table 5 Synthesize evaluation for fish farm water /mg?L-1

因該區(qū)地熱水氯離子含量較高,故根據(jù)拉伸指數(shù)評價其腐蝕性,L1的大小說明該熱水腐蝕性的大小。

式中L1為拉伸指數(shù);Cl-為熱水中氯化物或鹵化物濃度;SO為熱水中硫酸鹽濃度;ALK為總堿度。

上述3項均以等當量的CaCO3(mg/L)表示。

評價結(jié)果見表6,由表6可見,林甸鎮(zhèn)地熱田5口地熱井均為無腐蝕性地熱水,不會對設(shè)備、管材產(chǎn)生腐蝕、破壞作用。

表6 熱水腐蝕性指標評價結(jié)果表Table 6 Corrosivity evaluation for geothermic mineral water

3.5.2 熱水的結(jié)垢評價

熱水的鍋垢總量按下式計算:

式中H0為鍋垢總重量(mg/L);S為水中懸浮物含量(mg/L);C為水中膠體(SiO2+Fe2O3+Al2O3)含量(mg/L);γ Fe2+、γ Al3+、γ Mg2+、γ Ca2+為水中離子含量(mmol/L)。

結(jié)垢系數(shù)按下式計算:

根據(jù)劃分標準(略)進行評價,評價結(jié)果見表7,由表7可見5口地熱井鍋垢均很少,評價結(jié)果較好,對傳熱和鍋爐的效用不會造成較大影響。但是林熱10井、林灌1井和林深熱1井地熱流體存在硬沉積物,這些沉積物主要是由堿土金屬的碳酸鹽、硫酸鹽等構(gòu)成,附壁牢固,不易清除。

表7 熱水結(jié)垢評價結(jié)果表Table 7 Geothermic mineral water form scale

3.5.3 熱水的起泡評價

起泡系數(shù)(F)按下式計算:

式中F為起泡系數(shù);γ Na+、γ K+為Na+、K+離子含量(mmol/L)。

評價結(jié)果見表8,由表8可見,該區(qū)5口地熱井均為起泡的水。當泡沫太多時,將使鍋爐內(nèi)水的汽化作用極不均勻和水位急劇地升降,致使鍋爐不能正常運轉(zhuǎn)。

表8 熱水起泡評價結(jié)果表Table 8 Water quality according to foam

3.5.4 鍋爐用水綜合評價

林甸鎮(zhèn)地熱田5口地熱井地熱流體均為無腐蝕性水、鍋垢很少,但是均為起泡的水,需要進行處理后才能使用。建議地熱供暖采用板式換熱器與熱泵系統(tǒng)提溫相結(jié)合的間接取熱方式,運用熱泵技術(shù)提溫使地熱水從50℃降至7℃,1 m3地熱水可提取熱量4.65×104W,使地熱流體溫度降為10℃以下再進行排放,節(jié)約能源并達到環(huán)保要求。

4 結(jié) 論

根據(jù)前面的評價結(jié)果提出合理開發(fā)利用建議:

1)林甸鎮(zhèn)地熱田5口地熱井綜合定名為含偏硼酸、偏硅酸氟醫(yī)療熱礦水,具有很高的疾病醫(yī)療作用,且該區(qū)地熱流體水溫高,水量豐富,開發(fā)利用前景廣闊。根據(jù)地熱水對風濕,風濕性關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松、各類皮膚病有顯著療效的研究成果,目前已建成了4個大型洗浴療養(yǎng)中心。

2)林甸鎮(zhèn)地熱田5口地熱井均不符合飲用礦泉水標準,不適合開發(fā)飲用礦泉水。

3)林甸鎮(zhèn)地熱田5口地熱井水質(zhì)類型均為重鹽堿水,并且水溫較高,不能直接進行灌溉。

4)林甸鎮(zhèn)地熱田5口地熱井,均可以做為漁業(yè)用水使用。之前也做過一些實驗,較為成功,表明地熱水產(chǎn)養(yǎng)殖是可行的。1999年,利用林深1井建成6個地熱溫流水養(yǎng)殖試驗池,進行熱帶魚養(yǎng)殖試驗; 2001年在國家星火項目—寒地地熱在保護農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中應用的實驗中,利用李3井地熱資源,開發(fā)建設(shè)了1 000 m2地熱溫流水魚池。

5)林甸鎮(zhèn)地熱田5口地熱井不適宜直接作為鍋爐用水使用,但經(jīng)過一定處理,均可進行冬季供暖。現(xiàn)在林熱10井和林灌1井均為天星公司進行住宅供暖,林熱1井供溫泉療養(yǎng)、供暖及生活用水。

[1] 蔡義漢.地熱直接利用[M].天津:天津大學出版社,2004.

[2] 邢順洤,姜洪啟.松遼盆地陸相砂巖儲集層性質(zhì)與成巖作用[M].哈爾濱:黑龍江科學技術(shù)出版社,1992.

[3] 李緒謙.環(huán)境水化學[M].長春:吉林科學技術(shù)出版社,2000.

[4] 張樹林,施尚明,郭 升.松遼盆地林甸地區(qū)熱儲水的補給及其水動力條件[J].大慶石油學院學報,1998,22(4):82-84.

[4] 黑龍江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院.林甸縣地熱資源詳查報告[R].哈爾濱:黑龍江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院,2000.

[5] 黑龍江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院.林甸縣林甸鎮(zhèn)深層地熱資源普查報告[R].哈爾濱:黑龍江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院, 2006.

[6] GB11615—89,地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范[S].