滄州肅寧縣地熱開(kāi)發(fā)利用及其環(huán)境保護問(wèn)題

  地熱作為一種新能源，具有投資少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)，尤其在冬季供暖方面有著(zhù)鍋爐無(wú)法擬的優(yōu)越性，地熱又屬于潔凈能源，不污染環(huán)境，能改善人們的生活質(zhì)量，開(kāi)發(fā)利用地熱能有著(zhù)良好的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。肅寧縣是河北省皮毛加工地，是朔黃、京九鐵路的交匯處，隨著(zhù)朔黃、京九鐵路的相繼開(kāi)通，區位優(yōu)勢越來(lái)越明顯。當地經(jīng)濟的不斷發(fā)展，特別是當地皮毛企業(yè)及朔黃鐵路公司等相繼建設與發(fā)展，將對當地經(jīng)濟進(jìn)一步發(fā)展產(chǎn)生更大的活力。同時(shí)，對于能源的需求量將不斷增加，隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展逐步加快，對地熱資源的需求更加迫切。本區地處冀中拗陷區，地熱地質(zhì)條件良好，地熱資源豐富，然而肅寧地熱田的地熱開(kāi)發(fā)尚處在起步階段，地熱開(kāi)發(fā)利用層次較低，管理粗放，影響了肅寧縣縣城地熱資源的科學(xué)、經(jīng)濟、合理、有序的開(kāi)發(fā)與保護。  為避免盲目開(kāi)采造成的失誤和浪費，為科學(xué)合理開(kāi)發(fā)肅寧縣城區地熱資源提供科學(xué)依據，本研究小組在河北省地勘局第四水文工程地質(zhì)大隊與肅寧縣華碩地熱開(kāi)發(fā)有限公司有關(guān)人員的幫助下，開(kāi)展了對肅寧縣城區地熱資源研究工作。

 

  （一）所做的工作：

 

  1．收集了肅寧地區地熱資源方面資料，取得河北省地勘局水文四隊及當地有關(guān)單位的支持，并提供技術(shù)指導。

 

  2．到肅寧地區進(jìn)行實(shí)地勘察，對肅寧地區地質(zhì)構造和地熱層進(jìn)行了解，到現有地熱井處提取水樣進(jìn)行化驗，并作不同用途的水質(zhì)評價(jià)，為地熱資源評價(jià)，合理開(kāi)發(fā)肅寧縣縣城地熱資源提供科學(xué)依據。

 

  3．了解了肅寧地區經(jīng)濟發(fā)展情況，通過(guò)對已有地熱開(kāi)發(fā)井進(jìn)行調查研究獲得地熱發(fā)展與利用的相關(guān)資料與問(wèn)題。

 

  4．搜集到各地區地熱開(kāi)發(fā)與利用的經(jīng)驗，并結合肅寧地區實(shí)地情況提出地熱利用可行性方案。

 

  5．在指導老師的幫助下對資料進(jìn)行了整理，對現存地熱開(kāi)發(fā)對環(huán)境所產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行統計，并提出地熱資源可持續利用方案  為此，我們課題組全面收集了該區的物探、石油探井、水文地質(zhì)、地熱等相關(guān)資料，進(jìn)行了實(shí)地勘查，，在綜合研究基礎上編寫(xiě)了肅寧縣地熱資源開(kāi)發(fā)與可持續利用報告。

 

  在項目研究過(guò)程中得到了河北省地勘局第四水文工程地質(zhì)大隊與肅寧縣華碩地熱開(kāi)發(fā)有限公司有關(guān)人員的大力支持和幫助，并得到了指導老師的大力幫助和精心指導，在此一并表示衷心的感謝。

 

  （二）以往地熱資源研究程度  本區以往地熱資源研究程度相對較低，與本區有關(guān)的研究成果主要有：1978-1982年，河北省地質(zhì)局水文地質(zhì)遠景區劃組完成了《河北省地下熱水開(kāi)采利用水文地質(zhì)遠景區劃報告》，該報告較細致地論述了區域地質(zhì)、深部構造、平原區基巖地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和地熱地質(zhì)，圈定了平原區地熱異常區范圍。

 

  1988年，科學(xué)出版社出版了由陳墨香等人編寫(xiě)的《華北地熱》一書(shū)，該書(shū)對包括本區在內的區域地溫場(chǎng)形成機制進(jìn)行了分析，對地下熱水形成、性質(zhì)、開(kāi)發(fā)利用進(jìn)行了探索，圈畫(huà)了淺部可開(kāi)發(fā)的地熱區，并將深部地熱作為開(kāi)發(fā)利用遠景區。

 

  1988-1989年，滄州地區新能源辦公室提交了《滄州地區地熱資源調查研究及開(kāi)發(fā)利用對策報告》，該報告給出了全區的地熱水資源量，并對全區地熱水利用情況進(jìn)行了調查，收集石油勘探井資料265眼。

 

  2001年，河北省地勘局第三水文工程地質(zhì)大隊提交了《河北省地熱資源開(kāi)發(fā)利用規劃研究報告》，該報告對包括該區在內的全省地熱地質(zhì)條件進(jìn)行了論述，計算了各熱儲地熱資源/儲量，并有針對性地制定了勘查和開(kāi)發(fā)利用規劃。  2002年，滄州市國土資源局提交了《滄州市地熱資源“十五”計劃及2015年規劃研究報告》，該報告論述了全市的地熱地質(zhì)條件，估算了全市各熱儲地熱資源，并進(jìn)行了勘查和開(kāi)發(fā)利用規劃。

 

  2003年，華北石油管理局水電廠(chǎng)水文地質(zhì)勘察工程大隊提交了《河北省肅寧縣肅熱1井地熱地質(zhì)勘查報告》，計算了地熱可采資源，確定了合理井距和地熱井保護范圍。

 

  二、區域概況

 

  ?（一）區域地理概況?

 

  肅寧縣位于河北省滄州市西部，地形為沖積平原，地勢自西向東北傾斜，海拔10－16m，氣候屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫12℃，年平均降水量560mm。?

 

  境內有小白河、古洋河、于家河等排水河道。滄州－定州公路橫穿本縣，朔黃、京九鐵路從縣城通過(guò)，交通便利（圖1）。?

 

  工作區位于肅寧縣城區，地理坐標為東經(jīng)115°48′00″至115°51′00″，北緯38°24′30″至38°26′30″，面積13.6km2。

 

  （二）區域地熱資源開(kāi)發(fā)利用現狀?

 

  肅寧縣地熱資源開(kāi)發(fā)起步較晚，2004年才打了第一眼地熱開(kāi)采井，但發(fā)展速度較快，主要用于供暖、供熱水、洗浴、游泳娛樂(lè )、皮毛加工及溫室種植養殖等，下面介紹兩個(gè)地熱開(kāi)發(fā)利用實(shí)例：?

 

  1、肅寧縣一中地熱開(kāi)采井?

 

  肅寧一中地熱開(kāi)采井為館陶組地熱井，井深2250m，井口水溫81℃，涌水量2760?m3/d，礦化度1200?mg/l。該地熱井供暖面積140000m2，其中暖氣掛片供暖面積75000m2，待供暖回水溫度降至50℃左右進(jìn)行二級利用，供地板輻射采暖和溫泉洗浴，地板輻射采暖面積65000m2，并供5000多師生溫泉洗浴和部分教職工家居供熱水。采暖后的大部分地熱尾水直接排放。?

 

  2、肅寧縣華碩地熱開(kāi)采井?

 

  肅寧縣華碩地熱1井為館陶組地熱井，井深2274.4m，井口水溫82℃，涌水量2640?m3/d，礦化度1525?mg/l。該地熱井供暖面積100000m2；帶動(dòng)了九州、泉香等13家洗浴理療中心；給兩家洗毛廠(chǎng)供熱水，地熱水洗毛，色澤鮮艷，手感好，質(zhì)量高；并建了多個(gè)共計1萬(wàn)多平方米溫室大棚，種植蔬菜、花卉及藥材。采暖后的大部分地熱尾水直接排放于下水道。?

 

  三、地熱地質(zhì)條件?

 

  （一）構造特征?

 

  肅寧縣城區在構造上位于冀中坳陷饒陽(yáng)凹陷蠡縣斜坡底部肅寧洼槽內，饒陽(yáng)凹陷是一個(gè)東斷西坡發(fā)育完整的大型單斷凹陷，蠡縣斜坡位于凹陷西緣，基底是高陽(yáng)大背斜的東翼，其內幕構造為東傾單斜，由元古界、下古生界和中生界組成。沿潛山面地層出露上老下新，背斜軸部是薊縣系霧迷山組，順東坡而下，是寒武系、奧陶系，到坡腳有巨厚的中生界。潛山頂面新生代地層各組層段沉積具全，沒(méi)有典型的層層超復關(guān)系。

 

  方向，來(lái)自西部太行山區，地層西薄東厚，碎屑顆粒西粗東細，砂巖比例西大東小。斷裂具有兩期性，早期斷層一般都沒(méi)有穿過(guò)沙三段地層，晚期斷裂發(fā)育于漸新世以后，向下一般穿過(guò)沙一段，向上穿過(guò)館陶組地層，活動(dòng)規模小，斷距垂直落差一般在50－200m，同生斷層很少，斷裂繼承性差。?

 

  肅寧城區基底為寒武系，西高東低，埋深4800m左右。

 

  （二）地層特征  本區發(fā)育有第四系、上第三系和下第三系，因本區主要熱儲層為上第三系明化鎮組、館陶組熱儲層，所以下面由淺至深分層詳述上第三系地層特征。

 

  1、 第四系（Q）

 

  底界深度303.0m－401.0m，為黃灰色、灰黃色粘土夾灰白色砂層。與下伏上第三系明化鎮組呈不整合接觸。

 

  2、上第三系明化鎮組上段（Nm上）

 

  底界深度934.5m－1225.0m，為灰黃色、淺棕紅色中、粗砂巖互層，泥質(zhì)純、性軟，吸水膨脹，造漿性強，砂巖顆粒較粗，成巖性差，膠結物少，呈散砂狀。

 

  3、上第三系明化鎮組下段（Nm下）

 

  底界深度1724.0m－1965.0m。巖性主要為棕紅色、暗棕紅色、紫紅色泥巖與淺灰色粗砂巖、含礫砂巖呈不等厚互層，泥巖質(zhì)純、性軟，砂巖分選較差，泥質(zhì)膠結，疏松，巖屑呈散砂狀。與館陶組呈整合接觸。

 

  4、上第三系館陶組（Ng）

 

  底界深度2300－2350m，為紫紅色泥巖夾淺灰色、灰白色粗砂巖、含礫砂巖、砂礫巖，底部為雜色礫巖。泥巖質(zhì)不純，性軟，成巖性差；砂巖、含礫砂巖、砂礫巖，粒度自上而下逐漸變粗，分選性較差，泥質(zhì)膠結，疏松；礫巖成份以石英，燧石為主，礫巖堅硬，顏色混雜，分選差，泥質(zhì)膠結，疏松。

 

  （三）地溫場(chǎng)特征

 

  肅寧地熱田屬沉積盆地傳導型地熱田，其熱源來(lái)自地殼深處，區域大地熱流是本區的恒定熱源。在地殼深部，熱流平均分布，當進(jìn)入地殼上部后，在基巖凸起與凹陷構造格局的制約下，熱流重新分配布局，在正向構造與負向構造的交接轉換部位，熱流方向發(fā)生偏轉，不再保持完全的垂直向上，有從凹陷部位向凸起部位相對加大而在凹陷部位相對減弱的趨勢。依據相關(guān)資料，本區地溫梯度一般＞3.0℃/100m，西部地溫較高，而東部較低，這與基巖埋深由西向東加深呈負相關(guān)。

 

  （四）熱儲層特征

 

  本區熱儲層自上而下可分為上第三系熱儲層、下第三系熱儲層及基巖熱儲層。  上第三系熱儲層包括明化鎮組和館陶組兩套熱儲層，是本區最具開(kāi)發(fā)價(jià)值的熱儲層。

 

  本區明化鎮組熱儲層以上部第四系地層為蓋層，屬孔隙熱儲層，地層底界深度1724.0m－1965.0m，分為上、下兩段，其砂層發(fā)育，巖性為灰白色、淺灰色中、粗砂巖、含礫砂巖。1050m-1350m層段砂巖厚度達94－153m，孔隙度30％，根據區域資料，單井出水量1200m3 /d，水溫可達45℃以上，礦化度在1000mg/l左右。  館陶組熱儲層在冀中坳陷內普遍發(fā)育，巖性穩定，旋回性強，是本區一個(gè)最重要的熱儲層，也是熱流體的富集層，其具有埋藏適中、水溫較高、出水量大的特點(diǎn)。該熱儲層以上部第四系和明化鎮組地層為蓋層，屬孔隙型熱儲層，巖性為淺灰色、灰白色粗砂巖、含礫砂巖、砂礫巖、礫巖。儲水砂層具有層數多，但單層厚度薄的特點(diǎn)，單層厚度4－15m，一般6－9m，底部砂層總厚81－101m不等，聲波孔隙度一般25－27％，底礫巖聲波孔隙度偏低，一般20％左右。本區館陶組底界埋深2300-2350m，根據區域資料，單井出水量1200m3 /d，水溫大于80℃，礦化度小于2000mg/l。

 

  基巖熱儲層埋藏深，達4800m左右，構造復雜，勘探程度低，進(jìn)行地熱開(kāi)發(fā)投資高、風(fēng)險大，目前經(jīng)濟技術(shù)條件下不適合進(jìn)行地熱勘探。而下第三系熱儲層為東營(yíng)組、沙河街組含水砂層，由于受沉積壓實(shí)和斷層發(fā)育影響，造成斷塊分割、儲層薄、物性差、產(chǎn)水量小、水礦化度高，利用價(jià)值不高。