深部地热资源开采对浅层地下水的影响分析

高 剑，张进平，孔祥军，冯 浩，袁利娟，何云成，孙振添，沈鹏飞

（北京市地热研究院，北京 100143）

深部地热资源开采对浅层地下水的影响分析

高 剑，张进平，孔祥军，冯 浩，袁利娟，何云成，孙振添，沈鹏飞

（北京市地热研究院，北京 100143）

为了获取北京市西集地区深部地热资源和浅部含水层间是否存在水力联系，选取研究区内的两眼地热井（西集-1井和京通-2井）进行抽水试验，并同时选取两眼地热井周边的14眼凉水井进行水位监测。试验结果表明，在对两眼地热井进行抽水试验时，周边14眼凉水井的水位未发生明显降低，暗示了深部地热水与浅部含水层并不存在水力联系。区内发育了巨厚的古近系和新近系，其岩性以泥岩和粉-细砂岩为主，是有效的隔水层，隔绝了深部地热水与浅部第四系凉水的水力联系。

深部地热资源；浅部含水层；抽水试验；水位监测；水力联系

0 引言

地热能是一种新型的能源和资源，同时也是绿色环保能源（卢予北等，2005）。近年来，随着大气污染的加剧，对新能源尤其是清洁能源的需求和利用正在不断加大。而以深层地热能为代表的可再生清洁能源的开发利用是缓解大气污染的最有效手段之一。目前，对地热资源的开发和利用也相对比较成熟。但急需解决的问题是深部地热资源的大规模开发和利用是否会造成浅部含水层中地下水的污染和枯竭，这会影响到人类的生存。因此，解决深部地热资源开采是否对浅层地下水存在影响这一关键问题就显得尤为重要。

深部地热资源的开发对浅部含水层的影响主要通过两种途径：一是深部含水层和浅部含水层之间的水力联系导致的深部地热资源开发对浅部含水层的影响；二是地热资源开发利用过程中的尾水排放对浅部含水层的影响。因研究区内的地热井绝大多数处于待用状态，无法确定地热尾水排放导致的地热资源开发利用对浅部含水层的影响效果，所以本次研究主要通过对地热井进行抽水试验的同时，观测周边凉水井的水位等方式，以查明深部地热资源开发对浅部含水层的影响。

1 井的选择与试验方法

1.1 井的选择

试验以北京市西集地区作为研究重点区，选取区内的2眼地热井（西集-1井、京通-2井）作为抽水井，并在2眼抽水井周边一定范围内，由近而远的选择14眼凉水井作为观测井（图1）。

图1 工作区内抽水井与监测井井位分布图Fig.1 Distribution diagram of pumping and monitoring wells position in the studying area

1.2 试验方法

（1）抽水试验

选取区内2眼地热井进行单井抽水试验。京通-2井选择的潜水泵型号为TQ200QJR22-150型，即扬程为150m，出水量为22m3/h，潜水泵实际下入深度为150m；西集-1井选择的潜水泵型号为TQ250QJR100-150型，即扬程为150m，出水量为100m3/h，潜水泵实际下入深度为150m。其中，2015年9月21日至10月18日对西集-1井进行抽水试验，共进行了4个降深，累积时间约为244小时；2015年12月1日至12月11日对京通-2井进行抽水试验，共进行了3个降深，累积时间约为241小时。通过对水位变化数据的统计，对地热井与凉水井之间的连通性进行初步判定。

（2）动态监测

本次动态监测工作以《地下水动态监测规程》和《水文地质手册》的规定为基础，对选择的14眼凉水井进行长期、连续、详细的观测，这些井成井时深度为80m左右，均为农业灌溉井，现在大部分井的井底有沉砂，导致井的深度变化较大，深度约为50～70m。此次动态监测主要采用人工方式观测凉水井的水位，利用自制有标识深度的铜质测线、微安表和盒尺进行手动观测，测线长度50m，测量精度1cm。观测时间为2015年9月16日至2016年1月5日，观测间隔为1次/天。

2 试验结果与分析

目前，研究区内的地热资源开发利用相对缓慢，除本次选择进行抽水的2眼地热井外，还有1眼地热井（通热-18井），但处于未使用状态，区内有关深层地热水和浅层地下水的动态联系研究还处于空白。由于研究区内只有京通-2地热井在使用，且用量不是太大（小于200 m3/h），有利于在该区域内进行地热地质、水文地质试验，对试验结果的影响可以忽略不计。

2.1 西集-1井抽水试验对浅层地下水的影响

本次试验在对西集-1井进行抽水的同时，对周边7眼凉水井的水位进行监测。根据长期监测数据，绘制了西集-1井附近凉水井的水位动态曲线图（图2）。

由图2可以看出，西集-1井附近凉水井的水位在5.6～7.2m之间，大部分凉水井的静水位都在平稳升高，只有个别凉水井的水位有一定的波动（x-34井受附近东侧采摘园抽水的影响，水位有变化）。试验结果显示在对西集-1井进行抽水时，附近的凉水观测井水位没有发生明显降低。

图2 西集-1井附近浅部含水层水位动态曲线图Fig.2 Dynamic curves of water level of shallow aquifer in the near of Xiji-1 well

2.2 京通-2井抽水试验对浅层地下水的影响

本试验在对京通-2井进行抽水试验的同时，也选择了周边7眼凉水井作为观测井进行水位监测。根据长期监测数据，绘制了京通-2井附近凉水井的水位动态曲线图（图3）。

图3 京通-2井附近浅部含水层水位动态曲线图Fig.3 Dynamic curves of water level of shallow aquifer in the near of Jingtong-2 well

图3显示，京通-2井附近凉水井的水位在5.5～8.7m之间，大部分凉水井的静水位都在平稳升高，只有个别凉水井水位有一定的波动（x-78井受附近东侧鱼塘抽水的影响，水位降低）。通过对京通-2井进行抽水试验，其附近的凉水观测井的水位没有显著降低。

3 分析讨论

目前，北京地区有关深部地热资源对浅部含水层的影响研究相对匮乏，但部分学者也做了相关研究。吕金波等（2008）曾在北京北部地区做过类似试验，但其主要针对深部地热水开采对浅层基岩冷水的影响，而对第四系浅部含水层是否存有影响未作进一步的工作；李海京等（2004）也曾对北京市丰台地区东高地火箭基地中的地热水开采对浅部基岩冷水的影响作了进一步工作，证实了地热水开采对基岩冷水的影响，但其主要是针对与地热水取水层直接接触的基岩冷水进行研究，地热水取水层位与基岩冷水之间不存在隔水层。刘成龙等（2004）也对京北地热田中开展相关研究工作，证实了深部地热水开采对浅部含水层的影响。上述研究与本次研究的最大不同在于，研究区内发育了巨厚的古近系和新近系，岩性以泥岩和粉—细砂岩为主（北京市区域地质志，1991），在第四系地下水与基岩之间能够起到有效的隔水作用，最终阻止了浅部第四系含水层和深层地热水之间的水力联系。

4 结论

通过对2眼地热井的抽水试验和周边14眼凉水井的水位监测结果分析，主要取得以下结论：

（1）研究区内的深部地热水与浅部地下水之间并没有直接的水力联系，深部地热井开采不会影响浅部地下水的利用。

（2）由于研究区内古近系和新近系较发育，厚度巨大，具有良好的隔水作用，能够有效的隔绝深部地热水与浅部第四系凉水的水力联系。

北京市地质矿产局，1991. 北京市区域地质志[M]. 北京：地质出版社.

李海京，唐永辉，2004. 东高地地区岩溶裂隙水与第四系水的联系分析[J]. 北京水利，(3)：47-48.

卢予北，吴烨，张秋冬，等，2005. 地热资源开发与问题研究[M]. 郑州：黄河水利出版社.

刘成龙，车太用，吕金波，2006. 京北地热田开发对地下流体动态的影响[J]. 地震地质，28(1)：142-149.

吕金波，车太用，张瑞成，等，2008. 北京北部地区深层热水开发对浅层冷水的影响[J]. 地质通报，27(3)：388-395.

中华人民共和国地质矿产部，1994.《地下水动态监测规程》(DZ/T 0133-1994)[S].

中国地质调查局，2012. 水文地质手册[M]. 北京：地质出版社.

The Inf l uence of Exploiting Deep Geothermal Resources on Shallow Groundwater

GAO Jian, ZHANG Jinping, KONG Xiangjun, FENG Hao, YUAN Lijuan, HE Yuancheng, SUN Zhentian, SHEN Pengfei

(Beijing Geothermal Research Institute, Beijing 100143)

In order to obtain the hydraulics links between the deep geothermal resources and shallow aquifers in Xiji area, Beijing, we chose 2 geothermal wells (Xijing-1 well and Jingtong-2 well) to carry out pumping test in the studying area, and meanwhile monitor the water levels of 14 cold water wells nearby the two geothermal wells. The test results showed that there were no obvious descends of water level in the 14 cold water wells when the two geothermal wells were conducted the pumping test, implying no obvious hydraulics links existed between the deep geothermal water and shallow groundwater. The reason might be related to be the huge thick Palaeogene and Neogene Systems in the studying area which were dominated by mudstone and silt-fine sandstone. So the Palaeogene and Neogene Systems could serve as the effective water-resisting layers and cut off the hydraulics links between the deep geothermal water and the shallow Quaternary cold water.

Deep geothermal resource; Shallow aquifer; Pumping test; Water level monitoring; Hydraulics links

P314

A

1007-1903（2017）01-0056-03

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.01.009

北京市东南地区地热资源开发利用调查及评价。

高剑（1986- ）：男，博士，工程师，主要从事水文地质、地热地质相关工作。E-mail：gaojian198611@163.com