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辽宁省朝阳市某地产项目开发地热[地热资源开发的意义]

籍夏之2022-06-20 14:02:57 69 人围观
简介按照我公司地热井前期预可行性研究方法对甲方区域地热地质情况进行了分析,现提出对该区域开发地热资源可行性研究结果及勘探设计如下。

原标题:

辽宁省朝阳市某地产项目开发地热资源预可行性研究及勘探设计报告

本文关键词:地热资源开发的意义

郑州地象科技有限公司受朝阳市XXX(甲方)委托,对甲方所在区域开发地热资源进行预可行性研究论证。按照我公司地热井前期预可行性研究方法对甲方区域地热地质情况进行了分析,现提出对该区域开发地热资源可行性研究结果及勘探设计如下。

1. 可行性研究论证的目的和任务

开发利用地热资源的前提是在待开发区域内确实存在有开发价值的地热资源,而是否存在可开发利用的地热资源的关键是要看是否存在形成地热水资源的断裂构造等地质条件。因此,对项目勘查区开发地热资源进行可行性研究论证的主要任务为:

1、在对在对勘查区域及周边地区开展水文地质调查的基础之上,详细分析勘查区的地层结构、地热条件等情况。

2、利用卫星地图标定低高程方法,查找勘查区隐伏断裂位置及走向,设定初步勘探范围,设计初步勘探线路。

3、进入实地勘探阶段,首先利用MT-VCT大地电磁成像深层构造探测仪、按照预先设计线路开展初步的地球物理勘探工作,通过深部地质体及含水层对电磁波的吸收特性形成的测值成像,判断勘查区内是否存在规模较大的断裂构造,确定断裂带的走向、含水裂隙V形聚集中心区段,确定详细勘探靶区范围。

4、通过点间距5米的多条线路详细勘探形成的高分辨率成像剖面图,探明断裂构造中心位置及走向,在构造内选择裂隙发育较好、深层赋水较多、且可穿过多个V形聚水层中心的相对最佳位置确定地热井孔位。

2.勘查区域地质概况

2.1 区域地质背景

朝阳大地构造位置处于中朝准地台北缘,二级构造分属内蒙地轴、燕山台褶带、内蒙优地槽褶皱带,三级构造有内蒙地轴建平台拱,包括四级构造宁城断凹和宝国老断凸。燕山台褶带辽西台陷,包括四级构造朝阳穹褶断束;燕山台褶带山海关台拱,包括四级构造绥中凸起。

朝阳地区的火山活动发生在太古代及中生代。中生代燕山运动使已经稳固了的地台基底复又褶皱和断裂,导致火山喷发。该时代火山岩相极为发育,主要分布在区内各盆地,有裂隙式喷发和中心式喷发两种形式,岩性由基性转变为酸性,并出现了少量流纹质凝灰岩夹层。

区内地质构造运动处于太古代至侏罗系沉降带与隆起带发展成熟时期,以纬向构造为主。华夏构造体系发育,形成北向东、北北东向褶皱、冲断裂以及隆起带、沉降带雁形展布的格局。构造形迹以断裂为主,褶皱隆起与凹陷为次,主要展布于北票—建昌、朝阳—大黑山、金岭寺—羊山、朝阳—药王庙、凌源—北票等地区。有内蒙地轴断裂系、绥中凸起断裂系、辽西断裂系及冲断层和推覆体构造系统,还有褶皱隆起带和凹(断)陷盆地。

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图1 勘查区域地质图

2.2 勘查区水文地质条件

朝阳市境内河流基本有3个特点:因降水量较小,河川径流不丰沛。在常规情况下,除夏秋两季外,河道充水量均不大。河面较狭窄,水的深度也小,经常呈现间歇状态。除老哈河流向向北外,其余4条河流流向均为由西向东转东南或径直南流。河床地势陡峻。河的上游均有山岩,河道狭窄,落差很大,造成地形上的强烈切割。中、下游河道曲折而舒展,流速变缓,呈现婉转迂回的景象。

朝阳市地处内蒙古高原向沿海平原过渡的阶梯分界地带,是辽西山地丘陵地区,水资源不充足。朝阳地区的地下水,按其地质构造和岩石含水特征,可分为松散岩层孔隙水、碳酸盐岩裂隙溶水、碎屑岩类孔隙裂隙水、基岩裂隙水4大类。朝阳市地表水主要为降水和径流,降水是水资源的补给来源。

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图2 勘查区域水文地质图

2.3 勘查区地层岩性

勘查区域主要为侏罗系、白垩系中生界地层,出露广泛,发育齐全。由地质图可知:勘查区内地表出露地层为白垩系下统九佛堂组K1j地层,岩性主要为泥质粉砂岩、长石岩屑砂岩、泥质灰岩、白云岩夹沉凝灰岩等,厚度约230--763米;其下为义县组K1y地层,岩性主要为安山岩、玄武岩、粗安岩、英安岩、流纹岩及火山碎屑岩夹多层凝灰质砂岩、砾岩、页岩,厚度为376~4287米。勘查区白垩系地层总的厚度为506--5050米,九佛堂组地层赋水性一般,但作为地热井不会取用800米以上地层的水;义县组多为火山岩地层,赋水性较差,至于厚度究竟有多大还需要根据勘探结果判断。

根据勘查区旁出露侏罗系地层情况,白垩系下面有可能为侏罗系下统的北票组J1b、兴隆沟组J1x及羊草沟组T3J1y地层。其中:北票组岩性主要为砂岩、泥岩夹砾岩、粉砂岩页岩夹砾岩,厚度为816米,赋水性相对较好;兴隆沟组岩性为安山质角砾熔岩、安山岩、玄武安山岩等,厚度为403米,赋水性差;再向下为侏罗系羊草沟组T3J1y地层,岩性主要为含砾粗砾岩屑砂岩、长石砂岩、复成分砾岩、含砾岩屑砂岩、粉砂岩夹炭质页岩及煤线,厚度为481米,赋水性尚可。

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图3 勘查区地质图

3. 勘查区地热勘探工作方法及仪器

3.1 勘探工作方法

目前能够有效进行深部地质构造勘查工作的物探仪器,一是通过人工形成地震波测取反射地震波的地震法,二是利用天然的大地电磁场作为工作场源的大地电磁物探法。地震法的物探施工成本较高,一般多应用于石油勘探。而大地电磁法测取的是天然的大地电磁场信号,物探施工成本较低,被广泛应用于深部地热资源勘探工作中。

属于天然场源的大地电磁法具有明显的优势:天然场源信号相对稳定,不存在人工场源受电源强弱、电极置放环境和条件影响效果差别较大的问题;电磁波辐射信号穿透能力强,不存在人工场源发电受地下高阻层或低阻层屏蔽不能穿透的问题;由于不需要对地发射电磁信号、只要接收天然电磁场信息,探测仪器体积小,探测施工对于场地和环境条件要求不高。

本次在勘查区用于勘探工作的是由郑州地象科技有限公司创新研发的地球物理勘探设备MT-VCT大地电磁镜像测深法深层构造探测仪,其与国外V8、GDP32等MT方法同属于天然场源的大地电磁法仪,但是在理论、架构及勘探方法上存在一定的差异,其分辨率及应用效果明显优于其它大地电磁法仪器。

3.2 MT-VCT大地电磁镜像测深方法简介

1、MT-VCT的有效场源是来自于地球内部的动态电磁场,MT-VCT把地表之上所有电磁场信号都视为干扰信号而将其屏蔽掉,抗干扰能力很强,在离220千伏高压线50米处能够正常探测。

2、由于地下动态电磁场源相对稳定,与地表之上的气候、时间、地域无关,MT-VCT采集信号结果与雷雨天或四季、白天或黑夜、亚洲或非洲无关。

3、MT-VCT在地表采集的是电磁波穿过地壳介质层作用后相对稳定的剩余能量值,反映的是地下各介质层的电磁反应特性,与介质层电阻率无关,不存在不能穿透的高阻层或低阻带。

4、MT-VCT仅需要一个高效电磁感应探头垂直放置在地面上,即可采集到大地电磁波经过地壳各介质层辐射到地表的剩余能量值,在水泥地面、岩石、山林、田野、冻土上都可以探测。

5、大地电磁场源电磁波穿过地壳传播过程中携带有各地层介质的电磁反应特性信息,MT-VCT采集到的电磁波能量序列值,完全可以表征地壳自下而上各介质层的电磁反应物性参数值。

6、MT-VCT利用电磁波能量包传播的包络递进特征,在很短的数据采集周期内就可以采集到所需频率对应的最大电磁波能量值,深度达4000米的MT-VCT大地电磁深层构造探测仪在一个探测点上的采样时间仅需要1分钟。

7、电磁波穿过地壳介质层到达地表的剩余能量值符合镜像法的唯一性定理要求,在地表上每个频率的测值与地下相应波长深度层的电磁反映特性值互为镜像关系,即每一个频率点都对应着一个固定不变的深度层(波长),MT-VCT据此实现了间隔5米显示一层的分辨率。

3.3 MT-VCT深层构造探测仪性能指标及特点

目前常用于地热资源勘探的是MT-VCT-4000M深层构造探测仪,其性能指标:单点探测时间只有56秒钟,若设定点间距5米时,4个小时就可以探测形成200点、1000米长的剖面线,探测速度非常快。每个探测点的探测深度为4000米,显示地层介质信息的层间隔:0—2000米深度内隔5米/层,2000—3000米深度内隔10米/层,3000—4000米深度内隔15米/层,纵向分辨率远高于其它MT类仪器。

MT-VCT深层构造探测仪应用于地热勘探的优势及特点:

1、硬件技术领先。拥有独创的大地电磁物探理论及装置、高灵敏度磁感应探头、高品质低噪声抗干扰性强的数据采集电路板,确保采集数据真实可靠。

2、不受地形限制。地热勘探定井多在可能存在较大断裂构造的山区丘陵地带,MT-VCT只需一人肩挎仪器手提磁感应探头,不用布线和插埋探针,可在水泥地、岩石、山林中随意探测。

3、抗干扰性能强。MT-VCT不受季节、时间、地域限制,在冰雪上、泥水中、5万伏高压线下仍旧可以正常探测,在22万伏高压线外30米也可以正常工作。

4、利于大范围勘探。MT-VCT具有任意放置探头、单点测时少、移动方便等优点,可在大范围内沿设定线路进行初探,快速查找断裂构造位置,框定靶区后开展细探定井工作。

5、自动出图CT成像。选择“点纵深分析”、“深度层分析”、“线剖面分析”功能键后一键自动出图,可以显示出所有的探测点纵深柱状图、各深度层柱状图和线剖面图。

6、大数据清晰展现地下构造。可将定井区块按网状切割成图详细勘察分析,凭借大数据清楚掌握地下断裂构造和含水裂隙位置和走向、含水层分布等情况,确定最佳位置定井。

3.4 MT-VCT深层构造探测仪成像分析方法

MT-VCT大地电磁成像深层构造探测仪是通过各探测点下面代表不同深度层的频点,由各个探测点相同频点(深度层)组成一行行显示实际电位值和涂有相应色彩的彩色剖面图,频点越多就越接近于实际地质构成状况。就像彩色电视机的扫描精度一样,扫描的行数越多越密显示的图像就越接近于真实。由于每个探测点的拾取信息量大、分层细,加上在地面上隔5米探测一个点进行密集探测,一条线探测几十上百个点,就能够形成一个精密度很高的清晰反映地下深部构造的CT剖面图。

探测数据表示介质岩性特征及对色块颜色的定义:

1、MT-VCT大地电磁场成像探测仪是将采集到的每个探测点大地电磁场的测值直接作为分析数据、无人为干预剔除的全部展现出来,供全面、客观地进行分析使用。探测数据电位值在0—30微伏范围内,在不同分析模式中都会将数值显示出来供比较分析。

2、不同深度介质的测值大小与介质对大地电磁波的波阻系数成正比,因水对于电磁波的折射率很大、波阻系数高,电磁波经过水层时能量多被吸收掉了,在地面上测得的电磁波剩余能量值就很小,测值在0—1微伏范围内说明介质湿度大,可能会含水,测值在0—0.6微伏内说明透水性较好;电位值在1—2微伏范围内时岩层多属于三四系地层或硬度较低岩层;2—4微伏范围内属于较硬岩石层,4微伏以上为更硬岩石或压性断层。测值越高说明地层介质对于大地电磁波通过阻力越小、岩石硬度越大,通过岩层到达地表的剩余电磁波能量值越大。

3、色块显示底色标识功能也是MT-VCT成像物探法的精髓所在。蓝、绿、黄、红四色分别代表四段电位值区段,每种颜色均有10种色差来区分同色电位值的相对高低。0—2微伏显示为蓝色,2—4微伏显示为绿色,4—6微伏显示为黄色,6—30微伏显示为红色,这种色块颜色分布是根据介质特征与探水的特点设置的。

4、色块的作用就是在观看线剖面图时只需要先查看关注色块颜色的分布情况,即可了解该线路地下剖面各层的岩性构成,尤其是在找水时只看深蓝色块的分布和连通情况就能知道含水裂隙和含水层的基本分布情况。

4. 勘查区初步勘探靶区设定

4.1 地热勘探定井的关键是找到张性断裂构造

地热资源勘探的目的就是寻找深部地下含水构造、在最佳位置凿井深层取水。根据地温增热梯度原理和地热水增温机理,只要断裂足够大、含水层就足够深,围岩地温足够热、地热水温就会高出同深度地温值。所以,能否抽取出足够热度的水,关键是要找到深层含水的张性断裂构造、在构造中心多层V形聚水区位置凿井取到地下深层热水。因此,地热资源勘探工作目标,就是要通过物探方法对开启性断裂构造和含水裂隙的明显反映,寻找含水性和导通性较好的基岩裂隙、构造裂隙、断裂破碎带,探明构造带的宽度、延深、走向及水源补给和赋水条件,从而实现获取赋存于断裂构造深层带状裂隙水的目的。

4.2 勘查区地质构造及断裂带

对勘查区地质构造影响最大的应该是燕山旋回,其代表了中生代侏罗系、白垩系阶段构造运动,以地层剖面不整合面为依据,划分为4个构造幕。第一幕称北票运动或早燕山运动。中株罗统海房沟组与下株罗统北票组间不整合。自锦州运动以后北票盆地逐渐形成,有火山喷发至含煤地层的堆积,形成有重要意义的煤,伴随侵入活动以杨杖子花岗岩为代表。第二幕称松岭运动或中燕山运动,该地质运动促成北票盆地等进一步扩大,生成金岭寺至羊山盆地、汤神庙盆地,并促使中、上株罗统砂砾岩及火山岩褶皱成山,构成松岭山脉的主体。第三幕称医巫闾山运动或晚燕山运动,下白垩系早期,义县火山岩循北北东为主的断裂喷发,发展演化地势差异下降形成断陷盆地。

从地质图上来看,在勘查区北面有两条近东西向断裂带,但都在勘查区北西侧中断,而在勘查区内没有标注有断裂带。

4.3 利用低高程方法查找隐伏断裂带

通过在谷歌地球上查找相对低高程点的方法,在勘查区附近找出标定高程的相对最低点、并将这些低高程点相连,就可以发现可能存在的隐伏断裂带。由图4可以看出,自勘查区北到勘查区内存在2条近南北向隐伏断裂带,分别在勘查区中部和南部汇集在一起。说明在勘查区应以南北向断裂为主确定勘探靶区、设计勘探线路,而且应以隐伏断裂带交汇区域为重点勘探靶区。

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图4 勘查区低高程标示隐伏断裂走向图

5.实施勘探工作内容及成果

5.1 初步勘探线路及实施

2条红色线为某物探单位在勘查区做的可控源勘探线路,因地质条件及电磁干扰等因素影响,不能确定勘查区内是否存在断裂构造及其赋水性,未能根据勘探结果定地热井。3条黄色线路为MT-VCT大地电磁镜像测深法在勘查区设计的初步勘探线路,1线、2线为在勘查北部区横切隐伏断裂汇集区的两条勘探线路,1、2线的勘探长度均约1公里,点间距5米,合计约400个探测点。3线是在勘查区南部横切隐伏断裂带的汇集区探测,点间距5米,探测点约120点。通过利用MT-VCT大地电磁成像深层构造探测仪在勘查区进行3条线路的勘探、约520个探测点的初步勘探工作,基本上就可以找出断裂构造、确定其中心位置及走向,框定详细勘查探测靶区范围。

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图5 勘查区MT-VCT初步勘探线路

5.2 详细勘探及综合分析定井

根据初步勘探成果设定详细勘探靶区范围,设计详细探测线路,仍然按照5米/点的点间距进行详细探测工作。具体线路安排要根据初步勘探分析结果来确定。

经过详细探测后,对于探测结果进行综合分析、详实论证,明确地热井孔位,提出凿井建议。具体内容包括:

(1)通过MT-VCT成像分析软件对探测数据进行计算后,形成每条探测线路的MT-VCT彩色成像地质结构剖面图,综合分析掌握勘查区内地质构造的特点,对地热构造做出基本的描述。

(2)确定勘探靶区内地热构造存在形式、宽度、延深、产状及水源补给和赋水条件,选择适合定地热井的最佳探测线路,列出等距压缩线剖面图并做出标示。

(3)明确提出最佳钻孔施工的探测点(孔位)坐标、终孔深度,列出钻孔点位附近区段的MT-VCT彩色成像剖面图,在图上标出孔位穿过各含水裂隙层的走向、连通、聚集等情况,列出孔位穿过各个含水裂隙层的深度范围、相对赋水分级。

(4)根据孔位含水层情况和甲方意见,设定开始取水深度层和终孔深度,预测主要出水层的数量、所在深度及厚度,预报成井后大致的出水量和地热水的温度范围。

(5)根据构造内地质情况对钻井施工提出应注意的事项和参考意见;对于开发地热资源的风险进行评估。

六、小结

1、勘查区域处在白垩系下统九佛堂组K1j和义县组K1y地层上。九佛堂组赋水性稍好,但厚度约230--763米;其下的义县组全为赋水性较差的火山岩地层,厚度约376~4287米,实际厚度究竟有多大、构造内赋水性是否会好一些,还需要根据勘探结果判断。

2、白垩系下面有可能为侏罗系下统的北票组J1b、兴隆沟组J1x及羊草沟组T3J1y地层。北票组岩性主要为砂岩、泥岩夹砾岩、粉砂岩页岩夹砾岩,厚度为816米,赋水性相对较好,若是上层义县组厚度没有很大,北票组地层可以成为勘查区地下的主要热储层。

3、勘查区西部较近露出有侵入岩地层,向下多深到侵入岩尚未可知,地下岩层增温梯度略高于一般地区,估计会在2--2.5oC/100米,地热温度条件相对较好。

4、勘查区内处在2条较小规模隐伏断裂带上及其交汇区域内,断裂构造内含水裂隙发育相对好一些,会弥补一些火山岩地层岩性赋水性和渗透性差的不足,在构造深部赋水性稍好地层内有可能形成聚水层。

5、由于总体赋水性较差,即使是在断裂构造内穿过含水层较多的位置定井,总的出水量也不可能较大;但只要是能够取到1000米之下含水层的地热水,出水温度就会高于40oC。

郑州地象科技有限公司 寇伟

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