基于地下水(地热水)取水水源论证

2023-12-13卢敬

黑龙江水利科技 2023年11期

卢敬

(兴城市水利事务服务中心,辽宁兴城 125100)

1 概述

大连某园区河流多为季节河,占地面积9.3hm2。项目东侧为生命湖,属于人工开凿湖泊,水源来自区域雨水汇集和部分企业排污水,后经整治区域雨污实现分流,生命湖水质得到改善,水源主要为雨水[1-2]。

区域地下水储存介质可分为3类:松散岩孔隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水和基岩裂隙水,这三种类型的地下水都很小,然而,根据不同的需求,它对缺水地区的供水也有一定的意义。低山丘陵地区的区域化学特征为碳酸氢钙钠离子型水,矿化度<0.5g/L;到低丘和山前平原区的氯-重碳酸根-钙-钠离子型水,矿化度<10g/L;沿海地区地下水类型为氯钙钠离子型和氯钠离子型,矿化度<10 g/L,最高可达18g/L。地下水补给、径流、排水条件与地形地貌趋势基本一致。主要补给区位于低山丘,径流区位于山前平原,沿海地区为排泄区。根据现有数据,有4个具有供水意义的重点地区:大和尚山南的丁家岭、李家甸,九里村地段;大和尚山东南部的于家屯段;董家沟地段;原石棉矿的废料坑部分,本工程属于董家沟段。

2 水资源状况

由于大连某园区水文资料缺失,以下使用金州新区或金普新区的水文资料代替。

2.1 水资源量

2.1.1 地表水资源

金州新区多年(1956—2007)平均径流深为163.0mm,流域面积为894.9km2,径流量为14586万m3。该区地表水资源仅占大连地区水资源总量的4.8%。

2.1.2 地下水资源

金州新区多年(1980—2010)平均地下水资源量为4691×104m3,其中基流量4357×104m3,潜水蒸发量334×104m3。全区地下水可开采量为1459×104m3,占6.2%。

2.1.3 水资源总量

金州新区水资源总量以径流量表示,该区水资源总量为14920×104m3。

2.2 时空分布特点

该地区年平均降水量687.9mm。受温带季风气候影响,6～8月降水量占全年降水量的70%以上,具有汛期降水量大而集中,冬季降水量少的特点。地表径流主要由降水补给,地表径流的年分布与降水非常相似。6～9月地表径流量占全年径流量的70%以上。由于降水集中、暴雨多,导致大量水资源向洪水排水,宝贵的水资源不仅不能得到很好的利用,而且容易造成水土流失。

3 地下水开发利用现状

地下水作为可再生资源,合理开采利用符合《大连市循环经济发展规划》我们鼓励企业积极利用海水、污水和废水资源,减少用水量,并鼓励使用太阳能、风能和地热能源,促进能源结构的多元化发展[3-7]。目前,大连市已开发的深层地下水资源主要用于温泉、疗养。过去几十年大连地区深层地下水的持续开发实践表明,作为旅游休闲和疗养用水,开发大连市的深层地下水符合大连市水源、能源结构多元化发展的政策。

温泉理疗是一种自然疗法,温泉中的大部分化学物质会沉淀在皮肤上,改变皮肤的pH值,所以它有吸收沉淀的作用;有些化学物质通过皮肤进入人体,然后人体将物质通过皮肤排出到水中,达到交换效果;刺激自主神经、内分泌和免疫系统的化学物质,加速组织再生和细胞活力,促进水肿消退和组织修复,促进身体恢复。目前,在国内已有不少地方都已经设立了使用地下水的疗养机构类型的医院以进行康复理疗,理疗效果显著[8-10]。

本工程地下水区含水岩群由粉质石灰岩、粉质钙质白云石、泥晶灰岩、大理岩、千枚岩、片麻岩等组成,碳酸盐岩裂隙岩溶水和基岩裂隙水两种类型,东西向和西北向构造断层相交切割,产水量较好。预计该段地下水自然开采量为2500m3/d,目前开采量约为1200m3/d。地下水化学类型为重碳酸根-钙-钠型水,氯离子含量<50.30mg/L,矿化度0.38g/L,pH值 7.67,属于低矿化度淡水。

4 地下水取水水源论证

4.1 地热地质条件

4.1.1 地质条件

项目区分布岩性主要为寒武系地层,总厚度约734～1449m,再往深处为震旦系地层。厂组主要为下部为深灰色或黑色厚灰岩,底部为砂质钙质角砾岩;上部为结节状泥灰岩,夹黄绿色页岩。平行不整合覆于震旦系之上。崮山组主要岩性为灰色、紫色中厚层状灰岩、泥质灰岩、结节状灰岩、竹叶黄绿页岩。

长山组下部为灰黄色薄层结节状灰岩、鲕粒灰岩、竹叶灰岩、黄绿页岩。底部通常有一层薄薄的黑色石灰石。凤山组下部为灰色薄层泥质花纹灰岩、条纹灰岩、竹叶浅色灰岩,中部为厚层灰岩,上部为深色后层涡白云岩灰岩。项目区南部由震旦系马家店组(Zm)的泥质石灰岩和兴民村组(Zx)的石灰岩、页岩和砂岩组成,整个地层呈NWW走向。北部有董家沟组(Ardj)的片岩和片麻岩夹角闪岩。

断裂在项目区北部黑山响水寺—董家沟—大李家一带上元古界强烈动力变质。南芬组页岩变为糜棱岩、千糜岩、泥灰岩变为千糜状大理岩,构成宽约200m长的糜棱岩带。岩石片理化强烈,眼球状构造普遍发育,石英长石粒化。岩层褶皱变形复杂,平卧褶皱发育,形态各异。走向由东西向变北东东向。另在测区北东方向有一条北东向断裂[11-13]。

4.1.2 物理场特征

3个剖面在整个区域中反射的电阻率在上部基本上较低(约200m或更多),然后逐渐增加,最低时一般低于50Ω·M,高于500Ω·M。另外,从每条剖面的南端、中间和北端各选取3个点,分别作出单点曲线,特征为1号剖面北端、中间、南端测深点,电测深曲线大致反应为4层。北端:从地表到地下45m左右为第四系浮土,电阻率在35Ω·M左右。从45～365m电阻率逐渐升高,到365m时电阻率达到上升最快的点,该处电阻率为295Ω·M,是寒武e系灰岩、含沙钙质角砾岩、瘤状泥灰岩、夹黄绿色页岩;灰色夹紫色薄层中厚层灰岩、泥质条带灰岩、瘤状夹竹叶状灰岩黄绿色页岩;灰黄色薄层瘤状灰岩、鲕状灰岩、竹叶状灰岩夹黄绿色页岩、砂岩的反映。再往深处365～1800m电阻率达到极大值,而后又下降,这也是该点的高阻段,反映为灰岩夹少量砂岩、页岩的特征。继续向深处到2000m,电阻率下降,说明灰岩含水量有所增加[14]。

中间从地表到地下95m左右为低阻层是第四系浮土造成的,电阻率在25Ω·M左右。从95～360m电阻率逐渐升高,到360m时电阻率达到上升最快的点,该处电阻率为215Ω·M,是寒武系e灰岩、含沙钙质角砾岩、瘤状泥灰岩、夹黄绿色页岩;灰色夹紫色薄层中厚层灰岩、泥质条带灰岩、瘤状夹竹叶状灰岩黄绿色页岩;灰黄色薄层瘤状灰岩、鲕状灰岩、竹叶状灰岩夹黄绿色页岩、砂岩的反映。再往深处360～1700m电阻率达到极大值,而后又下降,这是本区的高阻段,反映为灰岩夹少量砂岩、页岩的特征。继续向深处到2000m,电阻率下降,同样说明灰岩含水量增加。

南端从地表到地下45m左右为低阻层是第四系浮土造成的,电阻率在20Ω·M左右。从45～250m电阻率逐渐升高,到250m时电阻率达到上升最快的点,该处电阻率为220Ω·M,是寒武系e灰岩、含沙钙质角砾岩、瘤状泥灰岩、夹黄绿色页岩;灰色夹紫色薄层中厚层灰岩、泥质条带灰岩、瘤状夹竹叶状灰岩黄绿色页岩;灰黄色薄层瘤状灰岩、鲕状灰岩、竹叶状灰岩夹黄绿色页岩、砂岩的反映。再往深处250～1500m电阻率达到极大值,而后又下降,这是本区的高阻段,反映为灰岩夹少量砂岩、页岩的特征。继续向深处到2000m,电阻率下降,说明灰岩含水量增加。

由于工作范围很小,2、3号剖面与1号剖面的电性特征差不多。在2000m以内1号剖面的曲线四层反映明显,2、3号剖面的测探曲线尾端略微有所下降表现为三层特征。

4.1.3 氡气测量特征

根据表1,在与可控源剖面相同的1号剖面发现1～18号氡异常(11733Bq/m3),3号剖面上发现3～20号氡异常(10831Bq/m3)。在湖北面测区发现了1～1号(10832Bq/m3)、1～3号(9928Bq/m3)、4～6号(10830Bq/m3)氡异常。其他处仅有些偏高,意义不大。

表1 氡气测量底数统计表

4.1.4 地热条件

根据以往研究成果,该区大地热流值为41mw/m2,属地热正常区范畴。这就决定了在可及深度(3km深度为准)内,不具有高温地热形成的条件,只能是低温(<90℃)的热水。

该处岩性上部是寒武e系灰岩、含沙钙质角砾岩、瘤状泥灰岩、夹黄绿色页岩;灰色夹紫色薄层中厚层灰岩、泥质条带灰岩、瘤状夹竹叶状灰岩黄绿色页岩;灰黄色薄层瘤状灰岩、鲕状灰岩、竹叶状灰岩夹黄绿色页岩、砂岩的反映。下部深处是震旦系的灰岩夹少量砂岩、泥质灰岩、页岩夹砂岩、灰岩。既有盖层,又有灰岩含水层及下部隔层对开发地热是有利的。

4.2 地下水资源量

综合可控源音频大地电磁测深、氡气测量及岩性测深结果,认为可控源音频大地电磁测深1-10号点(JST11)具体位置(39°03’39.0”,121°52’47.6”H:5m),是本次地热开发最有利点,可将地热勘探井定在此处。从岩性测深的结果看,此处有较好的储集层和热异常显示,要封住800m,最佳深度2600m终孔;预计水温35～45℃,水量可达300～400m3/d,井位设计详见附件4。670～4000m的有效热储层累计厚度56m,详见表2。

表2 热储层厚度统计表

4.3 地下水可开采量

根据《大连开发区双D港地热综合物探报告》,本项目地下水井预计水量可达300～400m3/d;根据《工程竣工验收报告》,本项目地下水井出水量为230m3/d;根据《辽宁省大连市开发区维特奥康复中心地热井完井总结报告》,抽水试验结果如下:抽水前静水位埋深65m,共抽水30h,抽水1h后水位稳定,稳定后动水位埋深247m,降深182m,水温37℃,出水量218.94m3/d(2.5341L/s)。综上,出水量满足日最大用水量(61.85m3/d)。