松辽盆地林甸镇地热田地热流体水质评价

刘 玉,杨 兴,隋学文

(1.黑龙江省水文地质工程地质勘察院,哈尔滨 150030;2.黑龙江省地质调查研究总院,哈尔滨 150036)

0 引 言

林甸镇地热田经过地质部门及石油部门数十年的勘探、研究,现已证明蕴含丰富的中低温地热资源,一般出口水温50～60℃。现有1口油气改造井、9口地热开采井,开发利用的有8口,主要用于地热供暖,洗浴疗养及种植、养殖等领域,现逐步向产业化发展,为北方高寒地区地热资源开发利用树立了典范。地热资源作为一种清洁能源,负荷能力强,稳定性好,逐渐渗透到各个利用领域。而对地热流体的水质进行科学评价,可以为地热资源合理开发利用和保护提供理论依据。因此本文将对该区代表性水样进行水质分析,包括医疗热矿水评价、饮用矿泉水评价、农业灌溉用水评价、渔业用水评价、工业用水评价等5种用途的评价。

1 地质与水文地质条件

林甸镇地热田位于黑龙江省大庆市林甸县。林甸地区属古亚洲构造域,依据深部构造分区,林甸地区处在松嫩上地幔隆起区,莫霍面埋深30～32 km,莫霍面隆起与沉积盖层厚度呈镜像关系。林甸地区断裂极其发育,工作区及附近主要有两条断裂:林甸断裂(L1)和林甸东断裂(L2)。林甸镇地热田属中低温地热田,构造上处于克山依龙背斜、乌裕尔凹陷以及黑鱼泡凹陷的接触地带,见图1。

林甸镇地热田地层层序自下而上为石炭二叠系(基底),侏罗系,白垩系登娄库组、泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组,第三系依安组;第四系泰康组、林甸组和大兴屯组。据以往勘查资料,林甸镇地热田主要热储层为中生代白垩系姚家组、青山口组、泉头组三、四段的中砂岩、细砂岩、粉砂岩,顶板埋深924～1 324 m,其中青山口组二、三段和泉头组三、四段为地热田主力热储层,热储厚度大,温度高,单井自溢量45～50 m3/h,出口水温50～60℃,单井涌水量100 m3/h时,水温可达60℃以上。地下热水补给来源主要是盆地边缘地表水下渗形成深部循环水,另一补给源为生油区泥质岩中黏土矿物高温释水形成的泥质岩中黏土矿物释水。

图1 井位分布图Fig.1 Location of the well

2 样本选择

林甸镇地热田选择林热10井(井深2 001 m) 2008年11月2日水样、林灌1井(井深2 000 m) 2008年12月12日水样、林深热1井(井深3 000 m)2007年12月31日水样、林热2井(井深2 006 m)2007年7月2日水样、林热1井(井深2 718 m) 2007年8月12日水样等5个样品参加评价。井位分布见图1。

3 地热流体水质评价

3.1 医疗热矿水评价

依据地热资源地质勘查规范GB11615-89附录C医疗矿水水质标准,对区内地热流体进行医疗热矿水评价,评价结果见表1。

林甸镇地热田氟含量达到矿水命名浓度标准,可定为氟水,且偏硼酸、偏硅酸含量达到矿水浓度标准。

3.2 饮用矿泉水评价

根据《饮用天然矿泉水》水质标准GB8537—1995对该区饮用热矿水水质进行评价。

3.2.1 感官要求

评价结果均符合要求,不再列表显示。

3.2.2 界限指标

评价结果详见表2。

3.2.3 限量指标

5口地热井个别限量指标均超标,评价结果见表3。

3.2.4 污染物指标

区内5口井地热流体中,污染物指标均符合规范要求,不再列表显示。

3.2.5 综合评价

综合评价结果表明:该区5口井锂、偏硅酸、溶解性总固体含量界限指标均达标;但限量指标中,林热10井钡含量超标,林深热1井钡、铅、耗氧量超标,林热2井铅含量超标,林热1井镉含量超标,且 5口井氟化物含量全部超标;因限量指标均有所超标,不适宜开发饮用矿泉水。

表1 林甸镇地热田医疗热矿水评价表Table 1 Evaluation of the iatrical geothermic mineral water /mg◦L-1

表2 林甸镇地热田饮用矿泉水界限指标评价结果表Table 2 Evaluation of the drinking mineral water limitation factors in Lindan /mg◦L-1

表3 林甸镇地热田饮用矿泉水限量指标评价结果表Table 3 Evaluation of the drinking mineral water prospects in Lindan /mg◦L-1

3.3 农业灌溉用水评价

3.3.1 水 温

在北方,灌溉用水水温标准为10～15℃,本区地热流体温度普遍在50℃左右,不适宜直接灌溉用水,前提必须是经过梯级利用使温度降下来以后方可排放。

3.3.2 灌溉系数及盐度、碱度

根据灌溉系数Ka评价法并结合国内盐度、碱度评价方法综合对地热流体灌溉用水进行评价。因地热流体中氯化钠、硫酸钠及碳酸钠同时存在,根据下式计算:

计算结果见表4,由表4可见该区5口地热井Ka＜1.2,均为不适于直接做为灌溉水源,水质类型均为重盐碱水,灌溉后土壤迅速盐碱化,对土壤影响很大。

表4 灌溉用水Ka、盐度、碱度综合评价结果表Table 4 Evaluation of Ka、salt、ash for irrigation water

3.4 渔业用水评价

低温地下热水仍可适用于鱼类的养育越冬以及孵化等,并可适用于高密度工厂养殖尼罗罗非鱼等喜温的热带鱼种,是地热水直接利用中十分普遍的项目。根据养鱼水质评价分级表及渔业水质标准(GB11607-89)对本区地热水综合评价。

评价结果见表5,由表5可见,林甸镇地热田5口地热井均为Ⅲ级可以做渔业用水使用。

3.5 工业用水评价

地热水的工业用水主要考虑锅炉用水,因此主要进行锅炉用水水质评价。锅炉用水水质评价主要包括热水的腐蚀、结垢、起泡评价,其中腐蚀性评价为最重要的因素。

3.5.1 热水的腐蚀性

地热水温度较高,含有多种腐蚀性化学成分,往往对地热利用设备和管材产生不同程度的腐蚀、破坏作用。腐蚀作用对锅炉的危害极大,它不仅缩短锅炉的使用寿命,还有可能发生爆炸事故。

表5 渔业用水综合评价表Table 5 Synthesize evaluation for fish farm water /mg◦L-1

因该区地热水氯离子含量较高,故根据拉伸指数评价其腐蚀性,L1的大小说明该热水腐蚀性的大小。

式中L1为拉伸指数;Cl-为热水中氯化物或卤化物浓度;SO为热水中硫酸盐浓度;ALK为总碱度。

上述3项均以等当量的CaCO3(mg/L)表示。

评价结果见表6,由表6可见,林甸镇地热田5口地热井均为无腐蚀性地热水,不会对设备、管材产生腐蚀、破坏作用。

表6 热水腐蚀性指标评价结果表Table 6 Corrosivity evaluation for geothermic mineral water

3.5.2 热水的结垢评价

热水的锅垢总量按下式计算:

式中H0为锅垢总重量(mg/L);S为水中悬浮物含量(mg/L);C为水中胶体(SiO2+Fe2O3+Al2O3)含量(mg/L);γ Fe2+、γ Al3+、γ Mg2+、γ Ca2+为水中离子含量(mmol/L)。

结垢系数按下式计算:

根据划分标准(略)进行评价,评价结果见表7,由表7可见5口地热井锅垢均很少,评价结果较好,对传热和锅炉的效用不会造成较大影响。但是林热10井、林灌1井和林深热1井地热流体存在硬沉积物,这些沉积物主要是由碱土金属的碳酸盐、硫酸盐等构成,附壁牢固,不易清除。

表7 热水结垢评价结果表Table 7 Geothermic mineral water form scale

3.5.3 热水的起泡评价

起泡系数(F)按下式计算:

式中F为起泡系数;γ Na+、γ K+为Na+、K+离子含量(mmol/L)。

评价结果见表8,由表8可见,该区5口地热井均为起泡的水。当泡沫太多时,将使锅炉内水的汽化作用极不均匀和水位急剧地升降,致使锅炉不能正常运转。

表8 热水起泡评价结果表Table 8 Water quality according to foam

3.5.4 锅炉用水综合评价

林甸镇地热田5口地热井地热流体均为无腐蚀性水、锅垢很少,但是均为起泡的水,需要进行处理后才能使用。建议地热供暖采用板式换热器与热泵系统提温相结合的间接取热方式,运用热泵技术提温使地热水从50℃降至7℃,1 m3地热水可提取热量4.65×104W,使地热流体温度降为10℃以下再进行排放,节约能源并达到环保要求。

4 结 论

根据前面的评价结果提出合理开发利用建议:

1)林甸镇地热田5口地热井综合定名为含偏硼酸、偏硅酸氟医疗热矿水,具有很高的疾病医疗作用,且该区地热流体水温高,水量丰富,开发利用前景广阔。根据地热水对风湿,风湿性关节炎、骨质疏松、各类皮肤病有显著疗效的研究成果,目前已建成了4个大型洗浴疗养中心。

2)林甸镇地热田5口地热井均不符合饮用矿泉水标准,不适合开发饮用矿泉水。

3)林甸镇地热田5口地热井水质类型均为重盐碱水,并且水温较高,不能直接进行灌溉。

4)林甸镇地热田5口地热井,均可以做为渔业用水使用。之前也做过一些实验,较为成功,表明地热水产养殖是可行的。1999年,利用林深1井建成6个地热温流水养殖试验池,进行热带鱼养殖试验; 2001年在国家星火项目—寒地地热在保护农业产业中应用的实验中,利用李3井地热资源,开发建设了1 000 m2地热温流水鱼池。

5)林甸镇地热田5口地热井不适宜直接作为锅炉用水使用,但经过一定处理,均可进行冬季供暖。现在林热10井和林灌1井均为天星公司进行住宅供暖,林热1井供温泉疗养、供暖及生活用水。

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[4] 张树林,施尚明,郭 升.松辽盆地林甸地区热储水的补给及其水动力条件[J].大庆石油学院学报,1998,22(4):82-84.

[4] 黑龙江省水文地质工程地质勘察院.林甸县地热资源详查报告[R].哈尔滨:黑龙江省水文地质工程地质勘察院,2000.

[5] 黑龙江省水文地质工程地质勘察院.林甸县林甸镇深层地热资源普查报告[R].哈尔滨:黑龙江省水文地质工程地质勘察院, 2006.

[6] GB11615—89,地热资源地质勘查规范[S].