馬龍，馮超臣

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州　272100)

菏澤地區(qū)奧陶系地?zé)釂尉_采權(quán)益保護范圍的研究

馬龍，馮超臣

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州272100)

菏澤地區(qū)地處魯西南黃泛平原，中低溫地?zé)豳Y源豐富，具有良好的開發(fā)應(yīng)用前景。目前菏澤地?zé)岬拈_發(fā)利用正處于起步階段，地?zé)豳Y源的開發(fā)利用主要以奧陶紀(jì)熱儲層地?zé)崴疄橹鳌Ｔ撐膶W陶系地?zé)釂尉a(chǎn)能測試和開采權(quán)益保護范圍進行了描述，對區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源開發(fā)利用和地?zé)豳Y源規(guī)范管理起到一定的指導(dǎo)作用。

奧陶系；地?zé)豳Y源；抽水試驗； 菏澤地區(qū)

引文格式：馬龍，馮超臣.菏澤地區(qū)奧陶系地?zé)釂尉_采權(quán)益保護范圍的研究[J].山東國土資源，2015,31(1):40-42.MA long, FENG Chaochen.Study on Rights and Interests Scope Protection of Ordovician Geothermal Single Well in Heze City[J].Shandong Land and Resources,2015，31(1)：40-42.

菏澤地處魯西南黃泛平原，近年來的地?zé)岬刭|(zhì)勘查工作表明，菏澤地區(qū)地?zé)岢傻V地質(zhì)條件有利，中低溫地?zé)豳Y源豐富，具有良好的開發(fā)應(yīng)用前景。目前菏澤地?zé)岬拈_發(fā)利用正處于起步階段，地?zé)豳Y源的開發(fā)利用主要以奧陶紀(jì)熱儲層地?zé)崴疄橹鳎溟_發(fā)利用方式主要以地?zé)峁┡拖丛橹?。為保證地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用和規(guī)范管理，對地?zé)釂尉M行抽水試驗和可開采量確定的研究是非常必要的。

1　地?zé)豳Y源概述

1.1奧陶系地?zé)豳Y源

奧陶紀(jì)灰?guī)r熱儲層屬灰?guī)r類裂隙-巖溶型熱儲。巖性主要為石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及泥灰?guī)r等，巖溶裂隙發(fā)育，裂隙巖溶型熱儲層具有埋藏深、水量豐富、水溫較高等特點，開發(fā)利用價值較高。菏澤地區(qū)奧陶系地?zé)豳Y源主要分布在聊考斷裂以東，田橋斷裂以西地區(qū)，主要包括菏澤市市區(qū)、定陶縣、鄄城縣、鄆城縣、曹縣北部地區(qū)等(圖1)[1]，奧陶紀(jì)灰?guī)r熱儲層頂板埋深在800～1800m，熱儲層底板埋深在1600～2600m，熱儲厚度為800m。

圖1　菏澤地區(qū)奧陶系地?zé)豳Y源主要分布區(qū)簡圖

1.2奧陶系熱儲地質(zhì)特征

目前菏澤地區(qū)開發(fā)利用的地?zé)豳Y源熱儲為奧陶紀(jì)灰?guī)r，地?zé)釂尉疃仍?200～1800m。地?zé)峋貙訌纳隙聻椋旱谒南怠⑿陆?、石?二疊系、奧陶系。

區(qū)內(nèi)第四紀(jì)及新近紀(jì)地層厚度達950m，多為粘土和砂性土，結(jié)構(gòu)較致密，熱導(dǎo)率低，可視為阻熱良好的熱儲保溫蓋層。第四系主要是沖洪積黃色粘土、粉質(zhì)粘土夾不等粒之砂層；新近系主要以棕色為主的粘土巖夾粉質(zhì)粘土巖和粉、細(xì)砂巖。石炭-二疊系巖性為泥巖、頁巖、砂巖及少量灰?guī)r和煤層。巨厚的以粉質(zhì)粘土、粘土、泥巖為主的不透水層，切斷了含水層間的垂向運移，防止地下熱能的擴散。

奧陶紀(jì)灰?guī)r熱儲層組，是一套淺海相沉積，巖性以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，是主要的地?zé)豳Y源取水層。奧陶紀(jì)灰?guī)r歷經(jīng)強烈構(gòu)造運動、風(fēng)化侵蝕和多次溶蝕，形成斷裂、裂隙和破碎帶，在奧陶紀(jì)碳酸鹽巖地層中，洞、縫相當(dāng)發(fā)育，灰?guī)r裂縫是深層地下水體循環(huán)運移的通道，大型溶洞是奧灰?guī)r溶裂隙熱儲的空間。該熱儲層單井涌水量500～1000m3/d，富水性中等,水化學(xué)類型為SO4-Ca·Na型，礦化度大于1000mg/L,水溫50～58℃。該熱儲層具有埋藏深、水量豐富、水質(zhì)清澈、水溫較高等特點。

2　地?zé)釂尉a(chǎn)能測試

2.1地?zé)釂尉€(wěn)定流抽水試驗

抽水試驗是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)最直接有效的方法，通過有規(guī)律的抽取地下水，降低開采井中的地下水位，可以測定含水層涌水量與地下水位的關(guān)系，求解含水層滲透系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)以及確定影響半徑的大小等。對于地?zé)釂尉砷_采量的確定一般可依據(jù)地?zé)釂尉樗囼炠Y料繪制Q=f(s)曲線，井流方程以內(nèi)插法確定[5]。

抽水試驗設(shè)備的選用含變頻裝置的深層地?zé)釢撍?，以保證能夠進行大流量、大降深抽水試驗，以確定單井最大涌水量，以提高試驗結(jié)果的保證程度。

地?zé)釂尉樗囼灥奶攸c：

(1)由于抽水后水溫快速上升，井筒內(nèi)水的密度變小，造成水位升高，這一溫度引起的水位上升速度又大于抽水造成水位下降速度，會出現(xiàn)地?zé)峋樗_始后首先快速下降然后又向上回升的現(xiàn)象。水溫升到一定值后，其上升速度明顯變慢，并逐漸穩(wěn)定，此時水位變化起主要作用的是抽水造成的水位下降，最終水位趨于穩(wěn)定。

(2)地?zé)峋€(wěn)定靜水位是指井筒中水的溫度與地層溫度平衡后的靜水位，此時井筒中水的溫度由上至下增高，頂部可以認(rèn)為是恒溫帶溫度，底部是熱儲層溫度。抽水至水溫穩(wěn)定后，水溫約等于熱儲層中部溫度。穩(wěn)定靜水位與動水位值處于不同狀態(tài)，因此需要將穩(wěn)定靜水位換算為穩(wěn)定水溫時的水位值[3]。

2.2地?zé)釂尉髁糠匠痰拇_定

根據(jù)3次降深與流量的實測數(shù)據(jù)按照穩(wěn)定流抽水試驗公式計算水文地質(zhì)參數(shù)，并繪制Q=f(s)和q=f(s)關(guān)系曲線圖。利用計算曲線的曲度值(n)和曲線擬合誤差2種方法對Q=f(S)曲線類型進行判別，經(jīng)對比分析后確定曲線類型。根據(jù)2種方法推算的曲線方程，代入產(chǎn)能測試第二落程水位降深(S2),計算Q2與實際第二落程流量(Q2)進行對比分析，以誤差較小者確定為產(chǎn)能測試推算的井流方程。

3　可開采量及開采權(quán)益保護范圍

3.1地?zé)釂尉砷_采量

根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T 11615-2010)第8.3.4條規(guī)定，“對單個地?zé)衢_采井，應(yīng)依據(jù)井產(chǎn)能測試資料按井流量方程計算單井的穩(wěn)定產(chǎn)量，或以抽水試驗資料采用內(nèi)插法確定。計算使用的壓力降低值一般不大于0.3MPa，最大不大于0.5MPa，年壓力下降速率不大于0.02MPa”[5]。

根據(jù)菏澤地區(qū)地?zé)釂尉?HR1)抽水試驗資料，推算壓力降低值0.3MPa時的出水量為2200m3/d，水溫為58℃。菏澤地區(qū)地?zé)崴鶎儆跍責(zé)崴偷蜏氐責(zé)豳Y源，主要適用于供暖、洗浴、醫(yī)療等方面。冬季供暖期為120d，洗浴、醫(yī)療等用水在供暖期主要利用供暖尾水。非供暖期(245d)用水量較小，主要用于洗浴和醫(yī)療，每天用水時間一般為3～5h，平均按4h計算，則每年取用熱水時間按24h換算的總?cè)諗?shù)為160d。根據(jù)目前已開采地?zé)峋F(xiàn)有配套取水設(shè)備能力及已開采利用地?zé)峋畬嶋H開采量，區(qū)內(nèi)地?zé)峋畣尉_采量約60m3/h。因此，經(jīng)加權(quán)平均計算區(qū)內(nèi)單眼地?zé)峋刻鞂嶋H開采量約為634.5m3/d。綜合分析確定奧陶系熱儲層單井可開采量平均取650m3/d。

3.2單井開采權(quán)益保護范圍的確定

根據(jù)規(guī)范規(guī)定,對盆地型地?zé)崽?可按單井允許開采量開采100a、消耗15%左右地?zé)醿α浚捎霉?1)[5]估算地?zé)峋_采對熱儲的影響半徑(R)，視其為單井開采權(quán)益保護半徑。

(1)

式中：R—地?zé)峋_采100a排出熱量對熱儲的影響半徑，m；Q—地?zé)峋a(chǎn)量，m3/d；f—水比熱和熱儲巖石比熱的比值，介于3～5之間；H—熱儲層厚度，m。

地?zé)釂尉€(wěn)定產(chǎn)量根據(jù)區(qū)內(nèi)已開采地?zé)峋畬嶋H開采量及綜合分析，確定平均取650m3/d進行估算，可利用熱儲層厚度按600m計算。經(jīng)計算熱儲層地?zé)峋_采對熱儲的影響半徑為617.37m。具體計算結(jié)果見表2。

表2　地?zé)峋_采對熱儲的影響半徑計算結(jié)果

注：Q為單井可開采量；Cw為水比熱；Cr為熱儲巖石比熱；f為水比熱和熱儲巖石比熱的比值;H為熱儲層厚度；R為熱儲的影響半徑。

考慮到隨著開采年限的增加，可能造成地?zé)峋g相互干擾和涌水量的減小，在計算的單井開采對熱儲影響半徑的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增大一定的距離作為單井開采權(quán)益保護半徑，以此該區(qū)奧陶系熱儲地?zé)峋拈_采權(quán)益保護半徑均取為650m，合理井距為1300m，若按正方形計算，每眼地?zé)峋臋?quán)益保護范圍為1.69km2。

4　結(jié)論與建議

(1)菏澤地區(qū)地處魯西南黃泛平原，中低溫地?zé)豳Y源豐富，具有較好的開發(fā)應(yīng)用前景。目前菏澤地?zé)岬拈_發(fā)利用正處于起步階段，地?zé)豳Y源的開發(fā)利用主要以奧陶系熱儲層地?zé)崴疄橹鳌?/p>

(2)奧陶紀(jì)灰?guī)r熱儲層具有較好的開發(fā)利用價值。奧陶紀(jì)灰?guī)r熱儲層，蓋層為第四系、新近系和石炭—二疊系。該地?zé)崴瘜W(xué)類型為SO4-Ca·Na型。

(3)對于地?zé)釂尉砷_采量的確定一般可依據(jù)地?zé)釂尉樗囼炠Y料繪制Q=f(s)曲線，井流方程以內(nèi)插法確定。整理抽水試驗數(shù)據(jù)時，需要將穩(wěn)定靜水位換算為穩(wěn)定水溫時的水位值，然后參與水位降深計算。

(4)區(qū)內(nèi)應(yīng)根據(jù)地?zé)釂尉挠绊懓霃椒秶?，合理布設(shè)地?zé)峋?。對地?zé)峋?、井的?shù)量及開采量均應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)。

(5)加強地?zé)釂尉粘１O(jiān)測工作。應(yīng)建立地?zé)釂尉畡討B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對開采量及其引起的水位、水溫、水質(zhì)變化及環(huán)境影響實行有效監(jiān)測，保證地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)與利用。

[1]孔慶友，張?zhí)斓?，于學(xué)峰，等.山東礦床[M].濟南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2006：199-201.

[2]陳墨香.華北地?zé)醄M].北京：科學(xué)出版社，1988：94-102.

[3]沈俊超，王朝輝.地?zé)崴樗囼灥奶攸c[J].地?zé)崮埽?005，(4)：3-6.

[4]馮超臣，馬龍，張旭.山東省定陶縣城區(qū)地?zé)豳Y源分析及開發(fā)利用[J].城市地質(zhì)，2012，7(4)：28-31.

[5] GB/T 11615-2010.地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范[S].

Study on Rights and Interests Scope Protection of Ordovician Geothermal Single Well in Heze City

MA long, FENG Chaochen

(Lunan Geo-engineering Exploration Institute，Shandong Yanzhou 272100, China)

Heze area locates in the yellow flood plain in southwest of Shandong province. Low temperature geothermal resource is very rich and has very good development prospect. At present, geothermal exploitation and utilization is in starting stage. Development and utilization of geothermal resources are mainly composed of Ordovician heat reservoir geothermal water. In this paper, single well deliverability test of Ordovician geothermal and protection scope of mining rights have been described. It will guide the development and utilization and formal management of geothermal resources.

Ordovician；geothermal resources；pumping test；rights and interests

2014-02-07；

2014-05-05；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

馬龍(1985—)，男,山東東阿人，工程師，從事水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)工作；E-mail:malongh@163.com

P314

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