浅层地温能开发利用适宜性分区研究

王柏林

（广东省有色金属地质局九三八队，广东 惠州 516023）

摘要：本文通过对广东省惠州市浅层地热能的开发利用和实用性分区的研究，提出了以关键因子为必要条件，以浅层低温能资源的赋存以及相应的环境条件和技术经济条件为评价因子的适宜性分区的研究评价方法。本文采用了关键因素法、层次分析法和综合指数法三种方法来进行浅层低温能适应性分区的相关研究，这些方法都能够对浅层低温能进行开发利用的适宜性特征进行客观反映和综合评价。对于浅层地温能开发利用适宜性分区的研究是贯穿于对浅层地温能调查和评价工全过程之中的，其研究结论是对浅层低温能进行开发利用进行合理指导的重要基础，对于其评价因子选取和相应的分区方法都要根据实际情况进行紧密结合和因地制宜。

关键词：浅层低温能；开发利用；适宜性分区

引言：浅层地温能一般指的是蕴藏在地面以下200m左右深度范围内的地下水和岩土体内所具有开发和利用价值的热能，浅层低温能主要的热能储存介质便是这些地表浅处的地下水和岩土体。但是浅层地温能并不是像太阳能和风能一样，能够取之不尽、用之不竭，过量的开采浅层地温能仍然会造成此类资源的逐渐枯竭。因此对浅层地温能进行研究和调查必须以合理开发利用和相应的保护为前提和目的，这其中浅层地温能的适宜性分区研究就是对其进行开发利用和保护的基础性工作。不同地区的浅层地温能具体的开发利用条件都是有一定条件的，相应适宜区的分区方法和评價因子也都是有所不同的。目前国外对于浅层低温能开发利用适宜性分区相应的研究还没有开展，但是在我国的各个地区根据自身的地质和水文地质条件都是已经有研究学者开始对浅层低温能开发利用适宜性分区的研究工作，并且提出了关键因素法、层次分析法和综合指数法等类别的浅层地温能的开发利用适宜性分区的研究方法。本文通过对广东省惠州市地质和水文条件的分析，对本地区浅层地温能开发利用适宜性分区进行了相应研究。

1.浅层地温能赋存条件概况

1.1 自然地理条件

惠州位于广东省东南部，珠江三角洲东北端，地处低纬度，北回归线以南，属亚热带季风性湿润气候区，雨量充沛，阳光充足，气候炎热。

区内多年平均气温为22～23℃（1997年～2010年），年内最低气温集中在1月份，为10.2℃，年内最高气温集中在夏季7月份，为32.7℃，极端最低气温为0.5℃，极端最高气温为38.2℃。区内雨量充沛，有自北向南递增趋势，沿海一带降雨量较多，常年平均年降雨量为1174.2～2570.9mm（1997年～2010年），主要集中在4月份至9月份的雨季。

据区内惠州水文站多年资料，最高水位6.51～12.85m（2004年～2010年），最低水位2.73～10.32m（1998年～2010年），河流径流系数为51.5～82.9%，径流深901.9～1486mm。据博罗水文站多年资料，最大流量1430～7840m3（1988年～2010年），最小流量27～338m3（1988年～2010年）。

1.2 地层岩性及结构划分

工作区内工程地质岩土体按其岩性、结构、物理力学性质分为中-高压缩性多层土体、层状较软弱红色碎屑岩综合体、层状较软至较坚硬碎屑岩综合体、层状软硬相间变质岩综合体、块状较坚硬至坚硬岩综合体和较坚硬碳酸盐岩综合体等六类。

（1）中-高压缩性多层土体（Ⅰ）。岩性为第四系河流冲（淤）积层粉砂、砂、砾石、粘土等和坡残积粘性土等组成。

（2）层状较软红色碎屑岩综合体（Ⅱ）。岩性为砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩等，自上而下，岩石风化程度变弱。

（3）层状较坚硬至较软碎屑岩综合体（Ⅲ）。岩性为砂岩、粉砂岩、泥岩、火山碎屑岩，局部夹细砂岩等，自上而下，岩石风化程度变弱。

（4）块状较坚硬至坚硬岩综合体（Ⅵ）。结构基本破坏或大部分破坏，矿物成分除石英外其余已风化成粘土，岩质极软，岩芯呈土状，浸水后易软化崩解。

（5）较坚硬碳酸盐岩综合体（Ⅴ）。岩性为晶质灰岩、角砾状灰岩夹生物碎屑灰岩，多呈微风化，岩石较坚硬，节理裂隙中等发育，部分裂隙被方解石脉充填。

2.适宜性分区研究方法

2.1 总体技术路线

在充分收集、分析本地区已有的自然地理、区域地质、水文地质、工程地质、地热地质等成果的基础上，进行水文地质补充调查和浅层地温能开发利用工程现状调查，开展勘探孔施工、取样和测试、热响应试验以及抽水、回灌试验等工作，查明150m以浅第四系区域的岩土层结构和水文地质条件，取得资源评价与开发利用区划的相关技术参数。在此基础上进行地埋管换热方式和地下水换热方式适宜性分区，进行区域浅层地温能评价，并编制浅层地温能合理开发利用区划，最后提交综合成果资料（见图1）。

2.2 分区方法

首先利用关键因子法对适宜性的必要条件进行划分，然后在通过层次分析法和综合指数法对适宜性的级别进行划分。其中层次分析法是采用定性定量相结合的方法来进行系统化和 层次化的分析，此种方法在处理复杂决策问题方面具有很好的实用效果，而综合指数法是在层次分析法所计算出的权重和模糊评判法所取得的数据的基础上提出经济效益指标的综合评价指数。

在进行适宜性分区的过程中，首先采用专家打分法来对各层指标进行赋值，对层次分析软件所计算出的各层指标进行权重，然后利用软件绘制各要素层的图件，之后将权重与分区赋值相乘，并且与各要素图层相叠加，图层的叠加结果便是适宜性分区的依据。最后，在评价体系的隶属关系之上，要再结合调查统计和室内分析研究利用1-9标度发来对要素层和属性层中各因素的相对重要性进行分析比较。其中对适宜性分区影响较大的因素其重要性就越大，可以建立比较矩阵进行分析，必要时对比较矩阵进行调整，使其满足对所有因素的评价一致性，然后在求出要素层中各个要素在目标层中的权重。

2.3 适宜性分区指标

2.3.1 地下水源型开发利用适宜性分区评价体系

地下水源型开发利用适宜性评价体系（图2）层次分析的目标层指标是适宜性的划分，属性层指标是地下水的富水性和动力场条件，要素层指标包括含水层有效厚度、水位埋深、单井涌水量、回灌能力和补给模数等六个指标，并且水源地保护条件和地面沉降等环境地质问题是建立各个要素层和属性层判断矩阵和确定权重的综合考虑因素。

2.3.2 地源型开发利用适宜性分区指标

地源型开发利用适宜性评价体系（图3）层次分析的目标层指标是适宜性的划分，属性层指标是地质条件、水文条件、地形地貌、热物性、地质灾害和施工条件，要素层指标包括岩土体坚硬程度、地下水径流条件、地层岩性结构、综合热导率、平均比热容和地质灾害易发程度等六个指标，其中地形地貌和地质灾害是分区的前提条件。

3.结束语

（1）浅层地温能开发利用适宜性分区主要是通过对浅层地温能资源赋存地区的地质条件的分析，然后结合本地区的环境保护和技术经济条件进行研究，本次研究方法主要是将关键银族作为必要条件，然后利用关键因子法、层次分析法和综合指数法相综合的评价方法来进行浅层地温能的适宜性分区研究，对浅层地温能的开发和利用能够进行客观的评价。

（2）由于各地区的资源赋存条件有所不同，进行浅层低温能开发利用适宜性分区研究的评价因子和相应侧重点都不一样，因此在进行研究的时候要因地而异、因地制宜。

参考文献

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[2]官煜.浅层地热能开发利用适宜性分区方法研究[C]//中国资源综合利用协会地温资源综合利用专业委员会.地温资源与地源热泵技术应用论文集：第四集.北京：地质出版社，2011.

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