关中盆地地下热水开发利用研究

杨梦辉

(西北大学 地质系，陕西 西安710069)

关中盆地地下热水开发利用研究

杨梦辉

(西北大学 地质系，陕西 西安710069)

关中盆地地热资源丰富，具良好热源背景和存储场所，第三系和第四系地层为地热水提供良好储、盖组合，水质较好，水温较高。为实现关中盆地地热水的合理开发利用，本文对关中盆地地热储存条件、地热水补给及可更新性、开发利用现状及存在问题进行了综合研究，总结了目前地热开发利用先进技术和合理的开发利用模式。为实现关中盆地地热水可持续开发利用提出建议。

地热水;热储层;可持续开发;热泵

关中盆地位于陕西省中部，西起宝鸡，东至潼关，北接渭河北山，南依附秦岭山脉，为喜马拉雅运动时期形成的断陷带。关中盆地面积约3.4万 km2，西窄东宽，地势西高东低，总体呈“新月”形立于陕西中部。该盆地受南北缘断裂带主控，可以分为6个构造断块。盆地莫霍面北东向展布，在西安和固市有地热异常。关中盆地属于大陆裂谷型沉积盆地，在晚白坚世一古新世时期，即燕山运动时，秦岭构造带和华北地块相向收缩挤压，软流圈处于上隆状态，一直持续到古新世末。随着热脉动由软流圈向上的传播，本区岩石圈地慢和中下地壳增热，粘度下降，形成低速一高导层。盆地的热流值因此时地壳减薄，地慢上涌，深部热量沿深大断裂上来，此时地表热流非常高。

1 关中盆地地热地质特征

1.1 含水层

盆地含水层主要为第四系砂砾孔隙含水层与第三系基岩裂隙孔隙含水层。其中:第四系含水层厚约800 m，主要岩性为淡灰黄色黄土及砂、砾石层，其主要富水段为砂、砾石孔隙含水层，富水性强，单井出水量50～200 m3/h;第三系含水层厚约数千米，主要岩性为泥岩及中、细粒砂岩，砂岩胶结疏松，孔隙、裂隙发育，富水性中等，单井出水量30～80 m3/h。

1.2 热储层

研究区比较好的热储层有三个，分别为:上第三系上新统的蓝田灞河组，中新统龚家沟组下半部的冷水沟组，以及渐新统白鹿原组。

1)蓝田灞河组

厚度307～1 060 m，岩性主要为紫红、深灰色泥岩、棕、浅灰色粗砂岩，底部具砾石层，具良好隔热保温效果，为良好的热储层。

2)冷水沟组

厚度100～360 m，。上部岩性由底砾岩、砂岩、泥质砾岩和泥质粉砂岩组成;上部位砂砾岩，泥岩和泥质砂岩互层。具上、下粗，中间细的特征，为地下会存储运移提供良好条件，是较好的热水储层。

3)白鹿原组

厚度500～780 m，下部含砾中砂岩与灰褐色含砾砂质泥岩互层，中部灰黄色细砂岩、灰白色粉砂岩，上部主要为砂质泥岩，本组以厚层状灰白色含砾砂岩为特征，岩性脆、裂隙发育，容易形成溶蚀裂隙，是比较好的热水储层。

1.3 地热水化学特征

1)所含离子

地热水主要阴离子含量浅部以HCO3、SO4为主，深部则以SO4、Cl为主;阳离子Na的含量有随深度增加的趋势。

2)矿化度

热储层段矿化度高，一般 2.5 ～4.0 g/L，最高 14.58 g/L;第三热储层段较低，一般1.0～2.0 g/L，第一热储层段最低，仅为0.5 g/L左右。

3)SiO2、F 含量变化

SiO2、F含量随深度增加，主要开采层普遍较高，且以热田中心部位最高。

1.4 地热水补给源与可更新性

关中盆地地下热水的补给来源主要是大气降水、地表水及基岩裂隙水。根据环境同位素资料、同位素和水化学资料，关中地区地下热水补给关系大致为，咸阳的地下热水由盆地北部及西部高地补给，而西安的地下热水补给主要来自秦岭古代山区降水，关中地区地下热水接受补给时的温度以西安地区最低，咸阳次之。

关中盆地地下热水的补给和更新特点具有明显的非均一性和有限性。盆地南缘径流条件好，地下水更新较快;盆地中部远离补给源地带，地下水年老又更新缓慢，且埋藏较深，其上覆隔水或弱透水层，补给条件差，所以更新能力远弱于浅层水，西安咸阳热水的可更新性差。

2 地热水开采利用现状

据《关中盆地地热资源评价》报告显示:整个关中盆地地热资源总热量达2.67×1018kcal，相当于381亿 t标准煤的热量;－4 000以上的地热资源可用热量为1.869×1018kcal，相当于标准煤267亿 t，占总热量的68%。目前，除西安、咸阳两市外，其余县市地热资源开发的多处于起步阶段，因此其开发潜力巨大。

截至2007年底，关中盆地利用地热资源井总数增至302眼，集中分布在西安、咸阳、长安等区域。目前，陕西省地热供暖面积已达到350多万m2，地热资源医疗洗浴逐渐形成产业;长安东大地区还建起面积达18万 m2的地热养殖场，种植花卉14万 m2。收到较好的经济和社会效益。

2.1 沐浴、疗养

如临潼的温泉约形成于二三百万年以前，水温长年恒止在43℃，温泉水质温和、芳流千古不竭，名冠诸泉之首，享有“天下第一温泉”的美誉。又有南山温泉、蓝田汤峪温泉等等。

2.2 采暖

陕西省地热水供暖面积已达到350多万 m2。西安武警学院全院营区规划供暖面积24万 m2，地热井出水量140～180 m3/h，出水温度95℃。地热采暖后，采暖尾水供学院种植大棚取暖，而后排放;地热水也用于军官、家属、学员、医院人员的洗浴和游泳。

2.3 养殖

长安东大地区建起面积达270多亩的地热养殖场，种植地热温泉花卉200多亩。长安区沣峪地区丰富的地下热水资源，大力发展以罗非鱼为主的水产养殖，带动了经济的发展。

3 地热开发利用技术

为实现关中盆地地热水可持续开发利用，我们秉承用热不用水的思想寻找适合我们的技术。

3.1 热泵

是一种利用地下浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。热泵利用地能一年四季温度稳定的特性，冬季把地能作为热泵供暖的热源，夏季把地能作为空调的冷源;即在冬季把高于环境温度的地能中的热能取出来供给室内采暖，夏季把室内的热能取出来释放到低于环境温度的地能中。如图1。

图1 热泵原理示意图

3.2 地热井下换热器

井下换热器主要依靠井内底部地热水层的自然对流方式取热，其最高提取热量可以达到1 000 kW以上，具有不抽取地下水、无地热水排放等优点，无污染环境问题，可以保护地下水资源。如图2。

4 存在的问题及给出的建议

4.1 存在问题

4.1.1 过渡开发

由于地热水利用方便，开发利用成本低，导致一些人无度滥采，西安城区开采热水井数已达上百余眼，西安地区(包括西安各郊县)热水开采井数达二百余眼。据相关部门测算，西安地下热水，若合理开发利用可用20 a，若掠夺式无度开采，仅可使用5～10 a。

4.1.2 地下热水利用不当

由于地热水开采相关制度规定不健全，不少开采属于无证、或手续不全的开采。这些非法开采技术不成熟，利用不彻底，是对地热资源的浪费和破坏，只能加剧地热资源生命的早日终结。

4.1.3 回灌困难

如果要实现地热水的可持续开发利用，必须解决地热水回灌问题，目前尝试打过的几口回灌井均失败，需对地下地质情况进一步调查，和改善回灌技术，寻求新的方法。

图2 地热井下换热器示意图

4.2 关中盆地地热水合理开发的一些建议

4.2.1 井位选择

在采集地下热水时，井位的选择应首先考虑所处位置的断裂分布情况及断裂的影响程度，当靠近断裂时，水温高，水量相对较大，可能形成高温自流井。远离断裂时，水量较小，水温也较低。对于已有一些热水井分布的地区，如长安东大，水文地质条件优越，埋藏浅，水温高，水量大，水质好，多眼水井为自流井，仍有较大的开发潜力。

4.2.2 防止污染

由于研究区基底上部沉积了巨厚的第三系，第四系沉积物，当地下热水向断陷中央运输时，溶解的上覆地层中的矿物质加大，盐分累积增高。例如西安及咸阳热水井。因此，在开发第三系地下热水时，由于位置不同，水质多有变化。当水质恶化时要考虑采用必要的处理，提高地下热水质量，防止环境污染，以便更好地开发利用。

4.2.3 规范开采

加强对地热水开采单位资格的审核，并建立监管制度，防止过度开采，浪费地热资源。

［1］胡伟伟，李婷，马致远，豆惠萍.地下水资源可更新性的环境同位素研究［J］.地下水.2011，(2).

［2］王兴—渭河盆地热资源特征及开发的环境因素［J］.陕西煤炭.2003.

［3］陕西省一三九煤田地质勘探队.陕西省渭河盆地东部地下热水赋存规律研究报告［R］.渭南:陕西省一三九煤田地质勘探队.1996.

［4］金海峰，张益谦.西安地下热水开采现状与合理开发利用探讨［J］.地球科学与环境学报.2004，(9):40 －43.

P314.1

B

1004－1184(2012)03－0075－02

2012－04－10

杨梦辉(1987－)，男，河南开封人，在读硕士研究生，主攻方向:石油开发。