阳朔县月亮山地热田资源量评价

罗 崴，梁礼革，朱明占，康志强

（广西壮族自治区地质调查院，南宁 530023）

阳朔县月亮山地热田资源量评价

罗 崴，梁礼革，朱明占，康志强

（广西壮族自治区地质调查院，南宁 530023）

通过对阳朔县月亮山地热田的地层岩性、断裂构造及地热地质特征进行分析研究，建立了地热概化模型。结合野外勘查工作成果，利用热储法对地热田地热资源进行评价。根据地热井抽水试验，用开采强度法对地热水可开采量进行计算。结果显示研究区地热资源总量为8.28×1013kJ，可利用地热资源量为4.07×1013kJ，地热水资源总量为4.63×108m3，地热水中储存热量为4.07×1013kJ，地热田热水可开采资源量为1 590 m3/d。

阳朔县；月亮山；地热田；地热资源；热储法；开采强度法

1 引言

地热资源是指能够经济地被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用部分[1]。地热是一种利用前景广阔的新型清洁环保的能源，全球地热储量1.45×1026J，资源分布广泛，开发潜力巨大[2]。我国水热型地热资源主要有高温对流型、中低温对流型和中低温传导型[3]。而中低温地热资源分布广泛，在对其直接利用中供暖占18%，医疗洗浴与娱乐占65.2%，种养殖占9.1%，其它占7.7%[4-5]。目前我国地热资源直接利用量居世界之首，但其开发利用水平、研究程度及管理规范等方面尚待完善[6]。近年来，广西也加大了地热流体资源、浅层地温能、干热岩等方面调查评价和开发研究，拓展地热资源新领域[7]，但研究程度相对较低。研究区位于桂林市阳朔县十里画廊末端月亮山风景区，在此开发地热资源，发展温泉旅游，有利于提升月亮山的旅游品质，促进地方经济发展[8]。为了合理地规划与开发地热资源，地热资源量计算与评价是其可持续发展的重要基础。

2 研究区概况

2.1 研究区基础地质条件

研究区主要分为碳酸盐岩地层和碎屑岩地层，局部为第四系松散层所覆盖。碳酸盐岩地层包括融县组（D3r）、谷闭组（D3gb）、榴江组（D3l）、桂林组（D3g）、东岗岭组（D2d）、民塘组（D2m）及塘家湾组（D2t），岩性主要为灰岩、硅质岩、白云岩。碎屑岩地层为信都组（D2x）和四排组（D2s）砂岩、页岩、泥岩，其中四排组地层主要为钻孔揭露。

月亮山地热田主要受北西向构造体系及其次一级的构造影响，具体为切割较深的北西向高田断裂与北西向龙门断裂、东西向龙城断裂的复合交汇地带。受其活动影响，深部次一级断裂、裂隙较发育，为区内地热资源的成生创造了良好的热源对流传递的通道条件。

2.2 研究区地热地质条件

2.2.1 热源及控热构造

地热田主要热源是上地幔热及地壳深部结晶基底放射性蜕变产热共同形成的大地热流[8]，局部存在沿深大断裂对流型热源。区内较大断裂为高田断裂及同期伴生的龙门断裂和龙城断裂，沟通深部热源并使大地热流不断地向地表传导，为主要的控热构造。

2.2.2 热储及盖层

地热田热储主要由信都组（D2x）和四排组（D2s）泥质粉砂岩、粉砂岩、砂岩等组成，构造裂隙发育，具有较好的储水储热性能。而信都组（D2x）粉砂质页岩、页岩、泥岩和四排阻（D2s）泥质页岩、页岩等，属柔性岩石，节理裂隙发育较弱，具有很好的隔热保温作用，构成本区良好的盖层。两组地层中的泥质岩与砂类岩在垂向上呈互层状复合圈闭结构，即热储及盖层呈复合圈闭结构，地热水具多层承压性质（见图1）。

图1 月亮山地热田范围

3 地热概化模型的建立

月亮山地区地热系统为一个断裂构造与地层圈闭而成的水热对流地热系统（见图2）。在面上包括降雨补给区、断裂导水迳流区和排泄区。在垂向上，上部为信都组（D2x）和四排阻（D2s）的泥质粉砂岩、粉砂岩、砂岩、粉砂质页岩、泥质页岩、页岩、泥岩等，其中的砂类岩构成区内良好的热储层，而泥质岩形成较好的盖层，两者呈复合圈闭结构，下部底板为古生代碎屑岩地层。底部为结晶基底，其顶面埋深约9 km，厚约9～10 km，其下为硅镁质下壳层，再下则到上地幔。

地热水补给来源主要为降雨入渗补给。在热储层裸露地带，降雨入渗后，浅层地下水由南向北迳流往最低排泄基准面—金宝河排泄。而最低排泄基准面以下的地下水，在水力和热力的驱动下沿断裂带和岩石孔隙向深部运移，经过缓慢的循环交替迳流运动后被围岩加热，形成地热水。

4 地热资源量评价

因月亮山地区地热开发利用研究程度较低，所以进行地热资源量评价，对于指导该区地热长期开采是十分重要的[6]。而热储法不仅应用范围较广，而且方法成熟，计算可靠，简便可行[9]。所以用热储地热系统的水热对流传递主要有层间对流传递、通过隔水层传递、通过导水断层传递3种形式[8]。法计算地热资源量，用回收率法计算可利用地热资源量。由于本次对两口地热井进行了抽水试验，利用开采强度法对地下热水可采资源量进行计算，计算结果更符合地热田实际开采情况。

图2 月亮山地热概化模型

4.1 地热田范围圈定

研究区中部碎屑岩丘陵区为信都组（D2x）地层由北西向南东呈条带状展布，形成背斜轴部，高田断裂沿轴部切过，断失背斜西翼，只存在东翼，本次主要对背斜东翼进行计算。背斜东翼倾向东北，倾角30°～40°，延伸至向斜轴部。在背斜轴部D2x地层裸露区圈定地热田的范围，综合考虑地层界线、构造影响与研究区的范围，地热田西南侧以高田断裂为界，北侧以近东西向龙城断裂为界，东侧以龙门断裂及地层线为界，而南面则以研究区边界为界，从而可得地热田范围为不规则的图形（见图1），面积为3.2 333 km2。

4.2 计算公式

（1）热储中储存的热量

（2）储存水量及地热水中储存的热量

（3）回采率

式中：Q——热储中储存的热量，kJ；

Vw——地热水储存量，m3；

φ——热储岩石的孔隙度（无量纲）；

A——热储层过水断面面积，m2；

d——热储延伸垂直深度，m；

Qw——地热水中存储的热量，kJ；

ρr——热储岩石密度，kg/m3；

Cr——热储岩石比热，kJ/kg·℃；

ρw——地热水密度，按规范取1 000 kg/m3；

Cw——地热水比热，按规范取4.1868kJ/kg·℃；

tr——热储温度，℃；

t0——当年平均气温，取18.5℃。

4.3 计算参数选取

在热田范围内地热系统为储盖复合圈闭结构，据钻孔资料，其中热储约占36%，则热储层过水断面面积A=1 163 988㎡。而由浅层土壤测温确定D2x地层恒温带深20 m，温度为22.9℃，由地热孔测温可得平均地温梯度为2.19℃/100 m，则达到地热水要求温度（25℃）深度为116 m，以此为热储顶界。而底部则以信都组延伸至向斜轴部深度为底界，根据背斜东翼的倾角（平均35°）及两构造轴部平面距离，可算出底界深度为1 441.72 m，温度为54.03℃，则热储平均温度为39.52℃。而从顶界到底界热储垂直深度为1 325.72 m，即d=1 325.72 m。而对于热储岩石和水的物理参数，可根据已有的勘查资料及岩样测试结果得到，具体各参数数值见表1。

表1 主要参数数值表

4.4 地热资源计算结果

经计算，研究区热储地层中地热资源总量为8.28×1013kJ，若煤的热值按29.3×106J/kg计算，则地热资源总量折合标准煤282.594万t。计算得回采率为49.21%，则可利用地热资源量为4.07×1013kJ，折合标准煤138.908万t。地热水资源总量为4.63×108m3，地热水中储存热量为4.07×1013kJ，折合标准煤138.908万t。

4.5 开采强度法计算地热水可开采资源量

4.5.1 地热井抽水试验

本次施工的两口地热井DZK1、DZK2位于地热田内的九牛岭（见图1），DZK1井深800 m，DZK2井深600 m，两井间距为74.63 m。对地热井主要进行多井抽水试验和群井抽水试验。多井抽水试验时，分别单独对其中一口地热井进行两次降深的稳定流抽水，而群井抽水试验则是两口地热井同时以最大流量进行抽水，使其相互干扰，模拟后期实际开采的抽水情况。

4.5.2 水文地质参数计算

（1）多井抽水试验计算。

首先判断各曲线曲度并对其降深值进行修正，后用试算法计算其相关参数，公式为

式中：Q——地热井出水量，m3/d；

m——承压含水层厚度，m；

Sw——水位降深，m；

rw——地热井出水层位的半径，m。

计算结果见表2。

表2 多井抽水试验计算结果表

（2）群井抽水试验计算

利用干扰井抽水的叠加原理公式计算，2口地热井同时抽水时计算公式如下[10]：

式中：Sw1、Sw2——两口井的水位降深；

Q1、Q2——两口井的流量；

R1、R2——两口井的影响半径；

rw1、rw2——两口井出水层位井管半径；

r12——为 DZK2到DZK1的距离；

r21——为 DZK1到DZK2的距离。

结合方程组（8）和公式（7），计算相关参数如表3。

表3 群井抽水试验计算结果表

计算结果显示，群井抽水试验时最大影响半径是单抽一口井时的2.5～2.7倍，说明群井抽水时由于相互干扰，降落漏斗范围变得更大，而降深反而变小，符合实际干扰抽水情况，其计算结果较为可靠。

4.5.3 地热水可开采资源量计算

以地热井抽水试验资料绘制Q=f（s）曲线，然后确定水流方程以内插法计算确定地热井可开采量。按多井抽水试验结果，采用曲度判断DZK1曲线属指数型，可计算确定其曲线方程为LgQ=-1.827+LgS/1.226，然后综合考虑DZK1在抽水试验中最大出水能力、群井相互干扰时尽量减小降深值和地热井实际开采经济技术条件，确定DZK1最大水位降深为223 m，将其代入曲线方程中可以计算出其最大允许开采量为105.93 m3/d，取整数为106 m3/d。综上可得到地热井最大允许开采量为106 m3/d，最大影响半径可达到259.38 m，则最大相互干扰影响面积为0.211 km2，以此推算地热田范围内可以布15口地热井，则地热田热水可开采资源量为1 590 m3/d。

5 结语

（1）通过对月亮山地区地热地质条件分析可知其地热系统为一个断裂构造与地层圈闭而成的水热对流地热系统，主要热源是大地热流，主要控热构造为高田断裂及同期伴生的龙门断裂和龙城断裂，热储与盖层呈复合圈闭结构，地热水来源于大气降雨补给，降雨入渗后，沿深大断裂带向深部运动，经过缓慢的循环交替径流运动后被围岩加热，形成地热水。

（2）根据热储所在的地层的构造形态特征，结合勘查工作取得成果，利用热储法计算出地热资源总量为8.28×1013kJ，可利用地热资源量为4.07×1 013kJ，地热水资源总量为4.63×108m3，地热水中储存热量为4.07×1013kJ。结合地热井抽水试验，利用开采强度法可得地热田热水可开采资源量为1 590 m3/d。区内地热资源储藏较丰富且潜力较大，而地热水可开采资源量对以后地热资源实际开采及可持续发展具有重要的指导意义。

[1]GB/T11615-2010，地热资源地质勘查规范[S].

[2] 彭 凯，赵振华，房 浩.滨州西部地热资源计算与评价研究[J].地下水，2015，37（5）:22-24，32.

[3] 任国澄.浅谈地热资源及储量计算方法[J].西部探矿工程，2015（11）：108-110.

[4] 鹿清华，张晓熙，何祚云.国内外地热发展现状及趋势分析[J].2012，2（1）：39-42.

[5] 马立新，田舍.我国地热能开发利用现状与发展[J].中国国土资源经济，2006（9）：19-22.

[6] 孙 颖，许辉熙，刘久荣，等.中低温地热田的地热资源计算评价—以北京小汤山地热田为例[J].安徽农业科学，2009，37（14）：6535-6537.

[7] 黄 强.为地热能源“加热”—广西地质矿产勘查开发局拓展地热新能源领域记略[J].南方国土资源，2015（6）：47-48.[8] 朱明占.阳朔月亮山地热成因与水热对流传递特征[J].南方国土资源，2013（6）：33-35，38.

[9] 王治祥，温金梅，李德龙.热储法在地热资源评价中的应用—以重庆巴南区地热田为例[J].地下空间与工程学报，2015（11）：342-346.

[10] 薛禹群，朱学愚，吴吉春，等.地下水动力学[M].北京：地质出版社，2010.

（责任编辑：刘征湛）

Geothermal resources evaluation for moon hill geothermal field in Yangsuo County

LUO Wei，LIANG Li-ge，ZHU Ming-zhan，KANG Zhi-qiang

（Guangxi Geological Survey Institute，Nanning 530023，China）

Analysis was made on the strata lithology，fault structures and geothermal geological characters of moon hill geothermal field in Yangsuo County，based on which the geothermal gerneralized model was set up.Combined with the achievements of field survey，geothermal resources were evaluated by thermal storage method.With the da⁃ta out of geothermal well pumping test，geothermal water mining capacity was calculated by mining intensity meth⁃od.The results of evaluation demonstrate the total geothermal reserve is 8.28×1013kJ，the available reserve 4.07×1013kJ，geothermal water resources 4.63×108m3，heat storage of geothermal water 4.07×1013kJ，exploitable geother⁃mal water capacity 1590m3/d.

Yangsuo County；moon hill；geothermal field；geothermal resources；thermal storage method；mining intensity method

P314.1

B

1003-1510（2016）03-0021-05

2016-03-10

罗 崴（1986-），男，广西南丹县人，广西地质调查院助理工程师，学士，主要从事水文地质、地热地质、岩溶地质调查研究工作。