高 劍，張進(jìn)平，孔祥軍，袁利娟，孫振添

（北京市地?zé)嵫芯吭?，北?00143）

北京通州地區(qū)深部地?zé)峋g的影響分析

高 劍，張進(jìn)平，孔祥軍，袁利娟，孫振添

（北京市地?zé)嵫芯吭?，北?00143）

為了認(rèn)清北京市通州地區(qū)深部地?zé)峋g是否存在相互影響，本文選取研究區(qū)內(nèi)新鉆鑿成功地兩眼地?zé)峋ň┩?3井和京通-4井）進(jìn)行抽水和觀測(cè)試驗(yàn)，對(duì)京通-4井進(jìn)行大流量和小流量的抽水試驗(yàn)，同時(shí)觀測(cè)其鄰近的京通-3井中的水位變化。試驗(yàn)結(jié)果表明，在對(duì)京通-4井進(jìn)行抽水試驗(yàn)時(shí)，附近的京通-3井中的水位未發(fā)生明顯變化，說明京通-3井沒有受到抽水影響，這可能主要是由于兩眼地?zé)峋嚯x約2km，相對(duì)較遠(yuǎn)，在對(duì)其中一眼地?zé)峋M(jìn)行抽水試驗(yàn)時(shí)，其并不能影響到鄰近相對(duì)較遠(yuǎn)的地?zé)峋械乃蛔兓?/p>

深部地?zé)崴怀樗囼?yàn)；水位監(jiān)測(cè)；相互影響

0 引言

地?zé)崮苁羌療?、礦、水三位一體的清潔、寶貴和可再生的礦產(chǎn)資源（廖忠禮等，2006），與其他清潔能源相比，地?zé)豳Y源具有資源量巨大、能源利用效率高、成本具有競(jìng)爭性、二氧化碳減排效果明顯的優(yōu)勢(shì)，已被世界各國作為緩解能源短缺和防治環(huán)境污染的綠色能源（劉杰等，2012），是今后經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的首選清潔能源。近年來，對(duì)地?zé)豳Y源的開發(fā)和利用規(guī)模不斷增大，技術(shù)逐漸成熟。但迫切需要解決的問題是深部地?zé)豳Y源的大規(guī)模開發(fā)和利用是否會(huì)影響區(qū)域地?zé)豳Y源的開發(fā)利用，這對(duì)深部地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用尤為關(guān)鍵。

為了解決區(qū)域地?zé)豳Y源之間的開發(fā)利用是否存在相互影響，開展地?zé)峋某樗陀^測(cè)試驗(yàn)是解決這一問題的有效方法和手段。本文以北京市通州地區(qū)作為重點(diǎn)研究區(qū)，通過對(duì)選取的1眼地?zé)峋謩e進(jìn)行大流量和小流量抽水試驗(yàn)，并同時(shí)觀測(cè)其鄰近的另一眼地?zé)峋械乃蛔兓?，以查明深部地?zé)峋g是否存在相互影響，確定合理的井間距，為地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)和利用奠定基礎(chǔ)。

1 地?zé)峋倪x擇與試驗(yàn)方法

1.1 地?zé)峋倪x擇

本次試驗(yàn)以北京市通州地區(qū)作為重點(diǎn)研究區(qū)，選取研究區(qū)內(nèi)新鉆鑿成功的2眼地?zé)峋鳛樵囼?yàn)對(duì)象。兩眼地?zé)峋奈恢萌鐖D1所示，其中對(duì)京通-4地?zé)峋M(jìn)行大流量和小流量兩次連續(xù)抽水試驗(yàn)，并同時(shí)觀測(cè)鄰近的京通-3地?zé)峋械乃蛔兓?/p>

圖1 抽水井與監(jiān)測(cè)井的井位分布圖Fig.1 Distribution diagram of pumping and monitoring wells position

兩眼地?zé)峋挥趶埣覟硵嗔训臇|北側(cè)，處于斷裂上盤；東南側(cè)發(fā)育燕郊斷裂，地?zé)峋g并未有斷裂發(fā)育（北京市區(qū)域地質(zhì)志，1991），相距約2km遠(yuǎn)。其中，京通-3井終孔深度約為3000m，出水溫度為52℃，最大出水量約為1662 m3/d；京通-4井的終孔深度約為2800m，出水溫度為46℃，最大出水量為2163 m3/d，兩眼井的地下熱水均取自薊縣系霧迷山組熱儲(chǔ)層。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料以及鉆探研究成果顯示，該區(qū)內(nèi)地層自上而下依次發(fā)育第四系、寒武系饅頭組和昌平組、青白口系景兒峪組、龍山組和下馬嶺組以及薊縣系鐵嶺組、洪水莊組和霧迷山組。橫切兩眼地?zé)峋员蔽髦聊蠔|方向（圖1）的水文地質(zhì)剖面圖（圖2）顯示，該區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育了4個(gè)含水層，包括薊縣系霧迷山組、薊縣系鐵嶺組、青白口系龍山組和寒武系昌平組，其中青白口系龍山組為弱含水層，含水層與隔水層相間發(fā)育，薊縣系霧迷山組為該區(qū)內(nèi)乃至北京地區(qū)最主要的熱儲(chǔ)層。

圖2 京通-3井—京通-4井水文地質(zhì)剖面Fig.2 Hydrogeologic section of Jingtong-3 and Jingtong-4

1.2 試驗(yàn)方法

（1）抽水試驗(yàn)

選取研究區(qū)內(nèi)的京通-4地?zé)峋M(jìn)行單井抽水試驗(yàn)，選擇使用的潛水泵型號(hào)為TQ200QJR22-100型，即揚(yáng)程為100m，出水量為80m3/h，潛水泵實(shí)際下入深度為150m。其中，自2017年4月2日至4月6日對(duì)京通-4井進(jìn)行大流量單井抽水試驗(yàn)，出水量約為2163 m3/d，累積時(shí)間約為96小時(shí)，其中抽水時(shí)間約為72小時(shí)，熱恢復(fù)時(shí)間約為24小時(shí)；自2017年4月6日至4月9日對(duì)京通-4井進(jìn)行小流量單井抽水試驗(yàn)，出水量為968 m3/d，累積時(shí)間約為66小時(shí)，其中抽水時(shí)間約為46小時(shí)，熱恢復(fù)時(shí)間約為20小時(shí)。通過對(duì)該地?zé)峋械乃蛔兓瘮?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，對(duì)相鄰地?zé)峋g的連通性進(jìn)行初步判定。

（2）動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

本次動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作以《地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)規(guī)程》和《水文地質(zhì)手冊(cè)》的規(guī)定為基礎(chǔ)，在對(duì)京通-4地?zé)峋M(jìn)行抽水試驗(yàn)的同時(shí)，觀測(cè)并記錄下京通-4井中的水位連續(xù)變化情況。還需對(duì)鄰近的京通-3地?zé)峋械乃贿M(jìn)行連續(xù)、詳細(xì)的觀測(cè)。此次動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)主要采用人工方式觀測(cè)地?zé)峋械乃蛔兓米灾朴袠?biāo)識(shí)深度的銅質(zhì)測(cè)線、微安表和盒尺進(jìn)行手動(dòng)觀測(cè)，測(cè)線長度120m，測(cè)量精度為1cm。京通-4井的觀測(cè)時(shí)間為2017年4月2日至2017年4月9日，其中大流量抽水試驗(yàn)的觀測(cè)時(shí)間約為96小時(shí)，小流量抽水試驗(yàn)的觀測(cè)時(shí)間約66小時(shí)，京通-3井的觀測(cè)時(shí)間為2017年4月2日至2017年4月12日，累積約為258小時(shí)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 京通-4井抽水試驗(yàn)時(shí)的水位變化

本次試驗(yàn)通過對(duì)京通-4井進(jìn)行了大流量和小流量抽水試驗(yàn)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分別繪制了京通-4井的大流量水位動(dòng)態(tài)曲線分布圖（圖3）和小流量水位動(dòng)態(tài)曲線分布圖（圖4）。

圖3 京通-4井大流量抽水的水位動(dòng)態(tài)曲線分布圖Fig.3 Dynamic curves of water level of mass flow Pumping from Jingtong-4 well

圖3顯示，2017年4月2日13：00開始對(duì)京通-4井進(jìn)行大流量抽水試驗(yàn)，初始水位為66.25m，隨著抽水試驗(yàn)的進(jìn)行，水位急速下降，約10分鐘后，水位埋深下降至95.65m；之后水位下降速率明顯降低，并趨于穩(wěn)定，在99.28～102.54m范圍內(nèi)輕微波動(dòng)。在2017年4月5日13點(diǎn)停止抽水，京通-4井中的水位迅速上升，逐漸恢復(fù)至初始水位，并保持穩(wěn)定。

圖4 京通-4井小流量抽水的水位動(dòng)態(tài)曲線分布圖Fig.4 Dynamic curves of water level of small flow Pumping from Jingtong-4 well

圖4顯示，2017年4月6日13：00開始對(duì)京通-4井進(jìn)行抽水試驗(yàn)，初始水位為66.25m，隨著抽水試驗(yàn)的進(jìn)行，水位急速下降，約10分鐘后達(dá)到最低水位，為96.41m；之后水位開始上升并逐漸趨于穩(wěn)定，在87.37～89.37m范圍內(nèi)輕微波動(dòng)。造成上述現(xiàn)象的主要原因是由于開始抽水時(shí)，地?zé)峋械臒崴茨軌虻玫郊皶r(shí)的補(bǔ)給，造成水位快速下降；而后隨著時(shí)間的推移，井中的熱水開始得到補(bǔ)給，導(dǎo)致井中的水位又開始上升，當(dāng)?shù)責(zé)崴玫椒€(wěn)定補(bǔ)給時(shí)，井中的水位開始趨于穩(wěn)定。在2017年4月8日11點(diǎn)停止抽水，京通-4井中的水位迅速上升，逐漸恢復(fù)至初始水位，并保持穩(wěn)定。

2.2 京通-3井的水位變化

在對(duì)京通-4井進(jìn)行抽水試驗(yàn)的同時(shí)，本試驗(yàn)也對(duì)鄰近的京通-3井中的水位進(jìn)行了連續(xù)觀測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制了京通-3井的水位動(dòng)態(tài)曲線分布圖（圖5）。

由圖5可以看出，京通-3井的靜水位在64.87～65.17m之間，波動(dòng)較小，較為平穩(wěn)。在對(duì)京通-4井進(jìn)行大流量和小流量抽水試驗(yàn)前的11個(gè)小時(shí)內(nèi)，該井的靜水位也一直在波動(dòng)，變化幅度為64.63～64.78m，變化幅度較小，而在對(duì)京通-4井進(jìn)行抽水試驗(yàn)時(shí)，京通-3井中的靜水位浮動(dòng)范圍為64.63～65.17m，并未因鄰近的京通-4井的持續(xù)抽水試驗(yàn)而導(dǎo)致靜水位大幅度下降。上述現(xiàn)象說明了京通-3井中的水位波動(dòng)可能是由其他原因造成，與京通-4井的抽水試驗(yàn)可能并無多大聯(lián)系。

圖5 京通-3井水位動(dòng)態(tài)曲線分布圖Fig.5 Dynamic curves of water level from Jingtong-3 well

3 討論

目前，北京地區(qū)有關(guān)深部熱儲(chǔ)層相互影響的研究相對(duì)匱乏，部分學(xué)者對(duì)深部地?zé)崴蜏\部含水層間的水力聯(lián)系做了初步探討（呂金波等，2008；李海京等，2004；劉成龍等，2004；高劍等，2017）,不同地質(zhì)條件下的深部地?zé)岷蜏\部含水層間的水力聯(lián)系也不盡相同。本研究通過對(duì)北京市通州地區(qū)的深部地?zé)峋g的相互影響進(jìn)行探討，為地?zé)豳Y源的大規(guī)模開發(fā)利用提供理論依據(jù)。結(jié)果顯示：在對(duì)1眼地?zé)峋M(jìn)行抽水試驗(yàn)時(shí)，鄰近的地?zé)峋械乃晃窗l(fā)生明顯降低，說明了兩眼深部地?zé)峋串a(chǎn)生直接的水力聯(lián)系。如前所述，雖然兩眼地?zé)峋娜∷畬游痪鶠樗E縣系霧迷山組，但因兩眼井距離約為2km，相對(duì)較遠(yuǎn)。所以在對(duì)京通-4進(jìn)行抽水試驗(yàn)時(shí)，并未影響對(duì)鄰近的京通-3井中的水位變化，這可能是由于兩眼地?zé)峋g的距離大于兩眼地?zé)峋挠绊懓霃街退斐傻?。因而在今后地?zé)峋拈_發(fā)和利用中，地?zé)峋g的間距應(yīng)至少大于其影響半徑之和，才不會(huì)造成區(qū)域上深部地?zé)峋g的相互影響。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)選取的兩眼地?zé)峋M(jìn)行抽水和觀測(cè)試驗(yàn)分析，主要取得以下結(jié)論：

（1）研究區(qū)內(nèi)的深部地?zé)崴臒醿?chǔ)層雖然均為薊縣系霧迷山組，但兩眼深部地?zé)峋串a(chǎn)生直接的水力聯(lián)系。

（2）由于研究區(qū)內(nèi)的兩眼地?zé)峋嚯x相對(duì)較遠(yuǎn)，大于兩眼地?zé)峋挠绊懓霃街?，因而在?duì)其中的1眼地?zé)峋M(jìn)行開發(fā)利用時(shí)，不會(huì)造成區(qū)域上深部地?zé)峋g的相互影響。

廖忠禮，張予杰，陳文彬，等，2006. 地?zé)豳Y源的特點(diǎn)和可持續(xù)開發(fā)利用[J]. 中國礦業(yè)，15(10)：8-11.

劉杰，宋美鈺，田光輝，2012. 天津地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀及可持續(xù)開發(fā)利用建議[J]. 地質(zhì)調(diào)查與研究，35(1)：67-73.

北京市地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991. 北京市區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京：地質(zhì)出版社.

中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)部，1994.《地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)規(guī)程》(DZ/T 0133-1994) [S].

中國地質(zhì)調(diào)查局，2012. 水文地質(zhì)手冊(cè)[M]. 北京：地質(zhì)出版社.

呂金波，車太用，張瑞成，等，2008. 北京北部地區(qū)深層熱水開發(fā)對(duì)淺層冷水的影響[J]. 地質(zhì)通報(bào)，27(3)：388-395.

李海京，唐永輝，2004. 東高地地區(qū)巖溶裂隙水與第四系水的聯(lián)系分析[J]. 北京水利，(3)：47-48.

劉成龍，車太用，呂金波，2006. 京北地?zé)崽镩_發(fā)對(duì)地下流體動(dòng)態(tài)的影響[J]. 地震地質(zhì)，28(1)：142-149.

高劍，張進(jìn)平，孔祥軍，等，2017. 深部地?zé)豳Y源開采對(duì)淺層地下水的影響[J]. 北京地質(zhì)，12(1)：56-58.

The Discuss on Mutual Influence from Different Deep Geothermal Wells in Tongzhou Area, Beijing

GAO Jian, ZHANG Jinping, KONG Xiangjun, YUAN Lijuan, SUN Zhentian
(Beijing Geothermal Research Institute, Beijing 100143)

In order to acquire the mutual in fluence from the different deep geothermal resources in Tongzhou area,Beijing, we chose 2 geothermal wells (Jingtong-3 well and Jingtong-4 well) drilled recently to conduct pumping and observing tests in the studying area. When the Jingtong-4 geothermal well was pumped (mass flow and small flow), meanwhile the water level of Jingtong-3 geothermal well in the near of the Jingtong-4 geothermal well was monitored. The test results showed there were no obvious descends of water level in the Jingtong-3 geothermal wells when the Jingtong-4 geothermal well was pumped, implying no obvious mutual influence from deep geothermal water in the studying area. The reason might be that there was a relative long distance between the two geothermal wells (the distance of about 2 km), greater than the sum of influencing radius between two geothermal wells. When one geothermal well was pumped, there were no obvious impacts on the variation of water level in another geothermal well.

Mutual influence; Deep geothermal resource; Pumping test; Water level monitoring

A

1007-1903（2017）04-0072-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.04.014

通州某建設(shè)新區(qū)深部地?zé)豳Y源勘查與示范

高劍（1986- ），男，博士，工程師，主要從事水文地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)相關(guān)工作。E-mail：gaojian198611@163.com