王奎，丁美青

安徽省霍邱縣西梢鐵礦地?zé)豳Y源的估算與評價

王奎，丁美青

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊，安徽 六安 237000）

結(jié)合安徽省霍邱縣西梢鐵礦地?zé)豳Y源研究區(qū)實際情況，建立熱儲概念模型，選定模型各項參數(shù)，計算西梢鐵礦熱儲地?zé)豳Y源量和可開采利用資源儲量。對西梢鐵礦地?zé)豳Y源開發(fā)利用經(jīng)濟性和地?zé)崃黧w溫度綜合利用進行評價，為地?zé)豳Y源的開發(fā)利用提供資源依據(jù)。

地?zé)豳Y源；熱儲概念模型；熱儲地?zé)豳Y源量；可開采利用資源儲量

1 工作區(qū)概況

西梢鐵礦地?zé)崞詹閰^(qū)位于安徽省霍邱縣王截流鄉(xiāng)屠老圩村，距霍邱縣城西北方向30km。G105國道、商景高速、阜六鐵路從勘查區(qū)西側(cè)8～10km經(jīng)過，淮河從勘查區(qū)北端經(jīng)過，距周集港約3km，水路可通往淮南、蚌埠等地。區(qū)內(nèi)交通較為方便。

工作區(qū)位于淮河南岸沿淮沖積平原，微地貌為河漫灘。區(qū)域構(gòu)造位于淮陽山字型構(gòu)造脊柱東側(cè)的長山隆起與正陽關(guān)拗陷過渡帶，地層屬華北區(qū)淮河分區(qū)淮南小區(qū)，區(qū)內(nèi)除西南部長山一帶有零星青白口系、震旦系和寒武系出露外，余者均為第四系覆蓋，其下分布有較大面積的新太古界霍邱群變質(zhì)巖系和中生代地層（馬冬等，2015）。

2 區(qū)域水文地質(zhì)條件

霍邱鐵礦區(qū)北部廣泛分布第四系砂性土，賦存孔隙水。西部四十里長山丘陵區(qū)分布有碳酸鹽巖，巖溶較發(fā)育，為巖溶地下水賦存和運移提供了條件。中部第四系下伏變質(zhì)巖類巖石，含較貧乏裂隙水。風(fēng)化帶含稍富風(fēng)化裂隙水。東部第四系下伏廣泛分布中生代紅層，含水貧乏。

壓扭性斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為北西西向及北北東-北東向兩組，多被充填，一般富水性較差。部分張性、張扭性斷裂帶富水性較強。四十里長山構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)位于區(qū)域西南部，接受降雨補給。區(qū)內(nèi)河漫灘、Ⅰ、Ⅱ級階地地形較平坦，為大氣降水及地表水入滲孔隙水提供了有利條件（岳楊，2020）。

圖1 西梢地?zé)岣拍钅Ｐ褪疽鈭D

3 西梢鐵礦地?zé)豳Y源估算與評價

3.1 熱儲概念模型的建立

3.1.1 地下水補、逕、排條件

工作區(qū)西南部20km長山丘陵為基巖裸露區(qū)。露頭區(qū)風(fēng)化帶與下伏風(fēng)化帶呈連續(xù)似層狀分布，南高北低，西高東低?；鶐r裸露區(qū)降雨補給地下水沿風(fēng)化帶由西南向東北運移，至排出區(qū)外，途中部分地下水通過“天窗”向中、下更新統(tǒng)越流補給；隨著霍邱鐵礦大量開發(fā)，越流補給或已消失，主要向礦坑排泄。第四系淺層孔隙水與淮河水還存在著互補關(guān)系。

3.1.2 熱儲概念模型

地?zé)醿δＰ陀蔁嵩?、?dǎo)熱通道、儲熱層、蓋層四個要素組成。要素簡化模型見圖1。

斷層F5可能為本地區(qū)的地?zé)崃黧w提供了通道。該斷層為張性，產(chǎn)狀30°∠80°，富水性較強；局部被巖脈充填或膠結(jié)愈合，富水性差（王有權(quán)等，2012）。

熱儲層為霍邱群吳集組，巖性主要為斜長角閃巖、黑云斜長變粒巖。熱儲平面形態(tài)為一喇叭形帶狀，熱儲中部由西向東有一呈楔形弱透水層分布，將熱儲分為上下兩層，往東至9線上下兩層熱儲層局部連通，至11線中間弱透水層尖滅。

蓋層為第四系，厚度326.94～374.2m，上部80～100m為Q4、Q3的粘性土為主，中部有9～12層砂與粘性土互層，下部有厚度30～60m含鈣質(zhì)粘土，局部見鈣膠結(jié)砂巖。第四系粘性土導(dǎo)熱導(dǎo)水性能差，為熱儲層蓋層（程立群等，2020）。

圖2 ZK01鉆孔柱狀圖

3.2 估算參數(shù)

3.2.1 地?zé)峥讌?shù)

通過搜集匯總工作區(qū)鉆孔地質(zhì)報告（截取-374.5m至-1000.69m部分（圖2）、測井和水文實驗數(shù)據(jù)（表1），總結(jié)形成如表2所示的地?zé)峋畢?shù)。

表1 ZK01抽水試驗成果一覽表

3.2.2 熱儲模型參數(shù)

根據(jù)前述內(nèi)容計算得知熱儲體積V=635324943m3；熱儲巖石的溫度tr=63.45℃；地?zé)崃黧w的溫度tw=62℃；恒溫帶溫度t0=17.5℃；巖石的裂隙率φ=0.366%；工作區(qū)巖石的平均天然密度為2.69g/cm3（2690kg/m3），平均比熱容0.44 kJ/kg·K。根據(jù)地?zé)嵋?guī)范查表得62℃水的密度為982.06kg/m3，比熱為4.18kJ/kg·K。

3.3 熱儲量計算

3.3.1 熱儲巖石的儲熱量

根據(jù)計算公式： Qr=V·ρr·Cr(1-φ)·(tr－t0)

式中：Qr為熱儲巖石的儲熱量；V為熱儲體積；ρr為熱儲巖石的平均天然密度；Cr為熱儲巖石的平均比熱容；φ為熱儲巖石的裂隙率；tr為熱儲巖石的溫度；t0恒溫帶溫度。

計算得出熱儲巖石的儲熱量Qr為3.443×1013（kJ）。

表2 地?zé)峋畢?shù)一覽表

3.3.2 地?zé)崃黧w的儲熱量

（1）地?zé)崃黧w儲量

在不考慮測向補給的情況下，地?zé)崃黧w儲存量由靜儲量和彈性儲量兩部分組成。其中彈性儲水量由顆粒骨架和水體壓縮量決定的，由于地?zé)崃黧w賦存在堅硬基巖裂隙中，骨架可視為不可壓縮的剛性體，僅水體本身可壓縮的，這部分彈性儲水量占總儲水量的比例很小，本次地?zé)崃黧w儲量計算將其忽略。

根據(jù)計算公式： QL＝V·φ

式中：QL為地?zé)崃黧w儲量；V為熱儲體積；φ為熱儲巖石的裂隙率。

計算得出地?zé)崃黧w儲量QL為2 325 289m3。

（2）地?zé)崃黧w儲熱量

根據(jù)計算公式： QW=QL·ρw·Cw·(tw－t0)

式中：Qw為地?zé)崃黧w儲熱量；QL為地?zé)崃黧w儲量；ρw為62℃水的密度；Cw為62℃水的比熱；tw為地?zé)崃黧w的溫度；t0恒溫帶溫度。

計算得出地?zé)崃黧w儲熱量Qw為4.25×1011kJ。

（3）熱儲地?zé)豳Y源量（控制的）

根據(jù)計算公式： Q上＝Qr+QW

式中：Q上為熱儲地?zé)豳Y源量（控制的）；Qr為熱儲巖石的儲熱量；QL為地?zé)崃黧w儲量；

計算得出為熱儲地?zé)豳Y源量（控制的）Q上為3.447×1013kJ，換算成電能為9.575×109kW·h。按工程上1kW·h相當(dāng)于0.5kg煤計，即西梢地?zé)崽锏V權(quán)范圍內(nèi)總地?zé)豳Y源量相當(dāng)478.8萬噸煤釋放的熱量。

3.4 可開采利用地?zé)豳Y源儲量估算

工作區(qū)熱儲巖層均為變質(zhì)巖，裂隙發(fā)育，根據(jù)《地?zé)豳Y源評價方法》（DZ40－85）地?zé)豳Y源回收率經(jīng)驗值，參照花崗巖回收率0.05～0.1，取中值0.075，可開采利用資源儲量為Q可采為2.585×1012kJ。換算成電能為7.18×108kW·h。

按工程上1kW·h電相當(dāng)于0.5kg煤計，即西梢地?zé)崽锏V權(quán)范圍內(nèi)可開采利用地?zé)豳Y源量相當(dāng)35.9萬噸煤釋放的熱量，按每噸煤300元計算，合人民幣1.1億元。

按開采利用地?zé)醿α坑嬎隳晗逓?00年，每年按250天計，相當(dāng)熱能：Q熱能＝Q熱量/t時間，將各參數(shù)代入公式得Q熱能為1.20MW。

表3 地?zé)豳Y源經(jīng)濟性劃分表

按《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T11615-2010）分級標(biāo)準(zhǔn)，地?zé)崽镆?guī)模等級為小型。

3.5 地?zé)豳Y源開發(fā)利用評價

（1）經(jīng)濟性。根據(jù)地?zé)峋删疃龋瑢Φ責(zé)豳Y源后續(xù)開發(fā)利用具有的經(jīng)濟性進行劃分（表3）。西梢鐵礦地?zé)峋甖K01深度為1000.69 m，屬經(jīng)濟范疇（馬榮圖等，2021）。

表4 地?zé)豳Y源綜合利用分級表

（2）地?zé)崃黧w溫度綜合利用。根據(jù)現(xiàn)行地?zé)豳Y源勘查規(guī)范，可對地?zé)崃黧w進行溫度分級（表４）。西梢鐵礦地?zé)豳Y源溫度為62℃，屬低溫地?zé)豳Y源，可應(yīng)用于理療、洗浴和溫室（呂雅馨等，2020）。

通過上述地?zé)豳Y源的計算和評價，分析西梢鐵礦地?zé)豳Y源的熱儲特征，可為后續(xù)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用提供堅實的理論依據(jù)（吳顯國，2020）。

4 結(jié)論

（1）過建立熱儲概念模型，計算得出：西梢鐵礦地?zé)豳Y源熱儲地?zé)豳Y源量（控制的）Q上為3.447×1013kJ，換算成電能為9.575×109kW·h，相當(dāng)于478.8萬噸煤釋放的熱量?？砷_采利用資源儲量為Q可采為2.585×1012kJ。換算成電能為7.18×108kW·h，相當(dāng)于35.9萬噸煤釋放的熱量。

（2）工作區(qū)地?zé)岢删疃葹?000.69m，屬經(jīng)濟范疇。

（3）工作區(qū)地?zé)崴疄榈蜏氐責(zé)豳Y源，可用于理療、洗浴和溫室。

馬冬，吳國榮，李勇．2015．安徽省安慶市市區(qū)地?zé)豳Y源特征與前景分析[C]//華東六省一市地學(xué)科技論壇．

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Estimation and Evaluation of Geothermal Resources in the Xishao Iron Mine, Huoqiu County, Anhui Province

WANG Kui DING Mei-qing

(The 313rd Geological Team, Anhui Bureau of Geology and Mineral Exploration, Lu’an, Anhui 237000)

A concept model of the thermal reservoir in the Xishao iron mine is established based on its geological conditions. Resources and exploitable resource reserve of the thermal reservoir is estimated by the selected parameters of the model. The feasibility of development and utilization of the geothermal resources and comprehensive utilization of geothermal fluids are evaluated.

geothermal resource; thermal reservoir; concept model; exploitable resource reserves

P624.6

A

1006-0995（2022）01-0041-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.01.008

2021-04-07

王奎（1988— ），男，河南鄭州人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)與管理工作