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        聊城城區(qū)地?zé)崴Y源及開采

        2011-08-15 00:42:15張茂云許慶濤
        山東水利 2011年8期
        關(guān)鍵詞:第三系館陶奧陶系

        張茂云 ,許慶濤 ,楊 磊

        (1.聊城市水利開發(fā)投資公司,山東 聊城 252000;2.聊城市水利工程總公司,山東 聊城 252000;3.聊城市水利局,山東 聊城 252000)

        1 區(qū)域地質(zhì)背景

        聊城地處魯西黃河沖積平原,為著名的江北水城,低溫地?zé)崴Y源比較豐富且在城區(qū)普遍分布,溫度一般在45℃~67℃。

        該區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上屬華北地臺(tái)的一部分,通過城區(qū)東部的南西-北東方向的聊城-蘭考大斷裂,將該區(qū)切割成東西2大部分。斷裂以西屬遼冀臺(tái)向斜,斷裂以東為魯西臺(tái)背斜。聊城城區(qū)處于莘縣凹陷(V4)與陽谷凸起的結(jié)合部。聊考斷裂帶在聊城城區(qū)段寬度較大,最寬處可達(dá)6.3 km,落差大于2 500 m。因此這條形成于中生代的斷裂帶,控制了聊城地區(qū)第三系沉積物和構(gòu)造的形成發(fā)展。根據(jù)上世紀(jì)70年代石油地質(zhì)鉆探和近年城區(qū)水文地質(zhì)鉆探資料顯示:斷裂帶兩側(cè)地層差距較大。斷裂帶以西,新生代地層發(fā)育較齊全,自下第三系至第四系地層均有發(fā)育,厚度可達(dá)數(shù)千米。而聊考斷裂帶以東,則新生代地層厚度不足千米,缺失下第三系地層。區(qū)內(nèi)與地?zé)崴嘘P(guān)的地層自上而下為:第四系(Q);上第三系明化鎮(zhèn)組(N1-2m);上第三系館陶組(N1-2g);第三系東營組(E3d)、沙河街組(E2-3s);石炭系(C) 二疊系(P);寒武-奧陶系(O)。

        2 區(qū)域熱儲(chǔ)、熱源及補(bǔ)給源概況

        目前,聊城城區(qū)主要開采的熱儲(chǔ)層2個(gè):一個(gè)為聊考斷裂帶以東的寒武-奧陶系熱儲(chǔ),含水層主要為巖溶裂隙灰?guī)r和豹皮狀灰?guī)r;另一個(gè)為斷裂帶以西的上第三系館陶組熱儲(chǔ),含水層為巖類裂隙-孔隙型熱儲(chǔ)。下第三系的東營組熱儲(chǔ)由于埋深較大,在該區(qū)只得到部分利用。其下伏的沙河街組熱儲(chǔ)尚未得到開采利用。這兩個(gè)熱儲(chǔ)溫度高、涌水量大,為未來地?zé)崴拈_采方向。以上熱儲(chǔ)層均以熱導(dǎo)率低的第四系和上第三系明化鎮(zhèn)組為蓋層,該蓋層主要由黏性土、砂性土、砂土和泥巖、砂巖互層組成,具有較好的隔水和保溫作用。

        該區(qū)地?zé)犷愋蜑閷涌匦?,區(qū)內(nèi)中部的聊考大斷裂,以及東部的茌平斷裂和西部的堂邑?cái)嗔眩瑸榈厍騼?nèi)部熱流向上傳導(dǎo)提供了良好通道。聊考斷裂活動(dòng)時(shí)間長而且現(xiàn)代仍在活動(dòng),該斷層的摩擦熱亦為本區(qū)補(bǔ)給熱源之一。

        本區(qū)地?zé)崴嬖?個(gè)補(bǔ)給源,聊考斷裂帶以東的奧陶系巖溶裂隙水主要補(bǔ)給源在平陰和魯中山區(qū),該區(qū)接受大氣降水后向西北方向運(yùn)動(dòng),經(jīng)長距離的深徑流循環(huán),為本區(qū)提供水源。斷裂帶以西的館陶組巖裂隙孔隙水補(bǔ)給源主要來自西部太行山區(qū)的大氣降水,經(jīng)緩慢徑流和溶濾作用,并與沉積水混合、對流后儲(chǔ)存在裂隙孔隙含水層中。根據(jù)該區(qū)地?zé)崴凰胤治鼋Y(jié)果,氚的含量在6.15~6.64T.U,可推測出該區(qū)地?zé)崴鶠樾陆娜虢c與古水的混合水,40年前古水占優(yōu)勢,新近入滲水補(bǔ)給量較小。

        3 地?zé)崴Y源特征

        3.1 地溫場特征

        根據(jù)第四系淺井井中測溫資料,區(qū)內(nèi)恒溫層埋深約為20m,恒溫層溫度為13.6℃。根據(jù)聊城有關(guān)地?zé)峋臏y溫資料,在聊考斷裂帶東側(cè)的古潛山附近,上覆蓋層的地溫梯度變化幅度一般在5.0~7.9℃/100m,而其下奧陶系熱儲(chǔ)段的地溫梯度值相對較小,在0.82℃/100m。而寒武系層段內(nèi),地溫梯度值為2.56℃/100m。在斷裂帶以西,蓋層地溫梯度相對較小,一般在3~3.5℃/100m,館陶組熱儲(chǔ)層平均地溫梯度為1.9~3.5℃/100m,愈靠近聊考斷裂帶地層地溫梯度愈大。在水平方向上表現(xiàn)為,陽谷凸起內(nèi)的地溫梯度大于臨清凹陷區(qū)的地溫梯度。

        3.2 熱儲(chǔ)含水層特征

        根據(jù)已有鉆探及物探資料,本區(qū)館陶組熱儲(chǔ)層含水層巖性以中細(xì)、中粗砂巖、礫狀粗砂巖為主,可開采利用的層數(shù)一般在14層左右,累計(jì)厚度平均在95 m,滲透系數(shù)一般為0.25~0.38 m/d,孔隙度在15%~35%之間。地?zé)崴疁囟葹?5℃~55℃,單井涌水量40~60 m3/h。本區(qū)奧陶系熱儲(chǔ)含水層以上部結(jié)晶次生的古溶蝕發(fā)育帶為主,巖性主要為灰?guī)r及白云巖,滲透系數(shù)一般為2.3~5.2 m/d,裂隙巖溶率為8%~15%,總厚度約100 m,地?zé)崴疁囟葹?5℃~67℃。目前東營組熱儲(chǔ)僅得到部分開采利用,水文地質(zhì)參數(shù)尚待通過試驗(yàn)獲取,但水溫可達(dá)到55℃~65℃。

        根據(jù)不同位置地?zé)崴乃|(zhì)檢測結(jié)果,區(qū)域內(nèi)地?zé)崴|(zhì)變化較大。首先表現(xiàn)為不同熱儲(chǔ)層的水質(zhì)變化較大,東營組熱儲(chǔ)層水礦化度最高,一般在5 035~10 120 mg/L,為咸水或鹽水,水化學(xué)類型隨礦化度的升高由Cl·SO4-Na型過渡為Cl-Na型水。館陶組熱儲(chǔ)水的礦化度一般在3 970~9 854 mg/L,水化學(xué)類型亦隨礦化度的升高由Cl·SO4-Na型過渡為Cl-Na型水,為咸水。奧陶系灰?guī)r熱儲(chǔ)的地?zé)崴牡V化度變化不大且相對較低,一般在5 250~5 330 m/L,水化學(xué)類型為 Cl·SO4-Na·Ca 型水。

        本區(qū)不同熱儲(chǔ)層地?zé)崴膒H值一般在7.0~7.7,一般為極硬水。地?zé)崴兴⒘吭剌^豐富,一般含有偏硅酸、鍶、碘、氟、偏硼酸等有益元素。其中鍶元素的含量均達(dá)到了命名礦水濃度;普遍開采的館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)崴衅杷崤c碘的含量達(dá)到了礦水濃度,具有較高的醫(yī)療價(jià)值;奧陶系熱儲(chǔ)層地?zé)崴衅鹚岬暮窟_(dá)到礦水濃度;該區(qū)地?zé)崴械姆睾烤_(dá)到了醫(yī)療價(jià)值濃度。經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)該區(qū)地?zé)崴睦曛笖?shù),LI一般在11.2~90.5,均為不結(jié)垢,但對金屬和混凝土具有強(qiáng)腐蝕性的地?zé)崴?/p>

        3.3 地?zé)崴砷_采量估算

        該區(qū)水文地質(zhì)條件較復(fù)雜,既存在巖溶裂隙水,又存在巖裂隙孔隙水,且邊界條件比較復(fù)雜,區(qū)內(nèi)又存在多條相對阻水的次級(jí)斷裂帶,含水層厚度變化也比較大,因此采用單一的水文地質(zhì)模型不可能對該區(qū)的可采量做出準(zhǔn)確的估算。但其地?zé)崴巧顚映袎核?,開采時(shí)符合承壓水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是肯定

        的。本文根據(jù)該區(qū)多眼不同地質(zhì)條件地?zé)峋某樗囼?yàn)資料,利用泰斯公式為基礎(chǔ),建立了多個(gè)邊界條件下的多個(gè)供水水文地質(zhì)模型,估算出在聊考斷裂帶以東奧陶系熱儲(chǔ)的可開采量為1.17×105m3/d,斷裂帶西側(cè)館陶組和東營組上半部熱儲(chǔ)的可開采量1.26×104m3/d。

        4 地?zé)崴_采現(xiàn)狀及存在問題

        隨著聊城城市建設(shè)的不斷發(fā)展,地?zé)崴拈_采量呈加速上升趨勢。目前城區(qū)范圍內(nèi),聊考斷裂帶以西共有地?zé)峋s14眼,以西有2眼(聊古1號(hào)井目前主要用于觀測,未統(tǒng)計(jì)),成井深度一般在1 290~2 400 m,主要是用于采暖,僅少部分用于洗浴。通過這幾年發(fā)展,地?zé)崴拈_采亦暴露一些問題:1)地?zé)峋季植缓侠?,缺少統(tǒng)一規(guī)劃管理,現(xiàn)在地?zé)崴_采單位主要是住宅小區(qū)和酒店賓館,井位主要是根據(jù)地理位置設(shè)計(jì),對周邊地?zé)峋嗷ビ绊懣紤]較少,從而導(dǎo)致地?zé)峋鏊繙p少,降深增大,開采費(fèi)用高;2)取水層段較集中,目前城區(qū)地?zé)峋饕_采館陶組熱儲(chǔ),導(dǎo)致該層水位下降較快;3)地?zé)峋苯油馀?,對地表環(huán)境造成一定污染,目前該區(qū)地?zé)崴催M(jìn)行回灌或處理外排,由于該區(qū)地?zé)崴V化度高,不僅造成了地?zé)崴Y源的浪費(fèi),而且污染了淡水資源和土壤,有的還造成了熱污染;4)對地?zé)崴_發(fā)利用的層次較低,目前城區(qū)地?zé)崴饕怯脕聿膳?,但對?qiáng)腐蝕性的低溫地?zé)崴畞碚f,其利用成本比較高。

        5 幾點(diǎn)建議

        針對以上問題,結(jié)合該區(qū)的實(shí)際情況,特提出以下建議:1)針對該區(qū)的地質(zhì)條件,對地?zé)崴奈恢眠M(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,合理布局;2)根據(jù)不同用途,實(shí)行分層、分段、分區(qū)合理開采,可避免地?zé)峋奸_采同一段熱儲(chǔ)層,導(dǎo)致出水量減少;3)加強(qiáng)對地?zé)崴欧诺墓芾?,積極探索推進(jìn)人工回灌試驗(yàn)、試點(diǎn)工作,實(shí)行地?zé)崴Y源的可持續(xù)利用;4)提高地?zé)崴睦盟?,進(jìn)一步挖掘其經(jīng)濟(jì)價(jià)值,該區(qū)地?zé)崴⒘吭刎S富,無有害元素超標(biāo),并有多種元素達(dá)到醫(yī)療價(jià)值濃度,可開展高檔的洗浴、療養(yǎng)等服務(wù)業(yè),對供暖廢水可開展冬季養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè),實(shí)現(xiàn)地?zé)崴木C合利用;5)學(xué)習(xí)北京等先進(jìn)省市的辦法,把地?zé)崴_采量納入到地下水資源的監(jiān)管規(guī)劃范圍。地?zé)崴粌H是礦產(chǎn)資源,更是水資源,對其進(jìn)行統(tǒng)一管理,禁止混采、超采和污染淺層飲用水,有利于整個(gè)地下水環(huán)境體系得到有效保護(hù)。

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