贵州省地热流体资源可开采资源量研究

易世友,李 强,陈 刚,吉勒克补子

(贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队,贵州 遵义 563000)

0 引言

贵州省低温地热水资源丰富,近年来,全省已实施地热井225余处(自流井口水温或抽水状态下井口水温大于等于25℃),总流量达201 959.84 m3/d,水温26℃～73℃,在丰富的地热勘查资料基础上取得了一系列研究成果,2015年8月,杨荣康等[1]对全省地热地质条件、地热资源分布特征进行了阐述,以全省构造单元为计算分区采用热储法和泉(井)流量法等计算方法对地热资源量进行了综合评价,计算参数选取86口地热井勘查成果。2019年7月,李强等[2]对贵州省地下热水资源的赋存条件和勘查关键技术进行了深入研究,总结了贵州地热水系统成因类型及空间分布规律,并提出了地热找矿方向及建议,但未计算全省地热资源量。

鉴于贵州省地热水资源成矿条件复杂,研究程度总体较低,尚不具备地热水资源量计算条件,本文以全省水温大于等于25℃的温泉、地热井以及在更新后的贵州省构造单元为基础划分的地热流体富集区作为估算对象,采用设计布井法、泉(井)流量统计法和比拟法对地热流体可开采资源量进行估算,积极探索在贵州地热资源成矿背景条件下地热流体可采资源量的估算方法,估算的资源量可为省内地热资源管理、勘查开发提供技术参考。

1 研究区地热流体资源赋存条件

1.1 地热流体资源形成的大地构造背景

贵州地热流体资源的形成和分布,受我省地质构造特点及其在全国构造所处部位的控制[3]。贵州处于扬子陆块西南缘及江南复合造山带的西缘,三级分区为上扬子陆块和江南复合造山带,总体处于“板内”区。

1.2 地热流体资源成因类型

研究区按照水热传输方式和地热系统所处的地质构造环境,贵州地热资源成因类型可划分为沉积盆地传导型地热储和隆起山地断裂对流型地热储,其中,沉积盆地传导型地热储分布于黔北赤水一带,其余地区均属于隆起山地断裂对流型地热储,总体热储温度一般小于90℃,为低温地热资源。

贵州地热流体资源的禀赋特征表现为地热流体的运移和富集主要受区域性大断裂控制,并主要分布于北东向多期复活断裂与燕山期形成的不同方向构造带复活部位。地热流体资源具有补给范围广、运移途径长的特点。区域性多期复活断裂(包括北东向多期复活断裂、东西向多期复活断裂),挽近期北东、东西向多期复活构造构成地热流体运移的导热导水通道。

1.3 热储类型

贵州具有开发价值的沉积地层型储集单元主要有5个,第一储集单元(Ⅰ)热储含水层为震旦系上统灯影组白云岩,保温盖层为寒武系下统牛蹄塘-金顶山组,广泛分布于黔北、黔东北、黔中以及黔东南地区的隆起构造核部;第二储集单元(Ⅱ)热储含水层为寒武系下统清虚洞组-奥陶系下统红花园组灰岩、白云岩,隔热保温盖层为奥陶系下统湄潭组;第三储集单元(Ⅲ)泥盆系上统～石炭系下统石灰岩、白云质灰岩,保温盖层为石炭系祥摆组～旧司组;第四储集单元(Ⅳ)热储含水层为石炭系摆佐组～上统马平组灰岩,保温盖层为梁山组;第五储集单元(Ⅴ)热储含水层为二叠系中统栖霞、茅口组灰岩。保温盖层为峨眉山玄武岩、二叠系上统、三叠系下统飞仙关组。

1.4 地热勘查类型

贵州地热勘查类型有中低温地热田Ⅱ-1型、中低温地热田Ⅱ-2型、中低温地热田Ⅱ-3型三种。Ⅱ-1型分布于赤水克拉通盆地四级构造区,Ⅱ-2型分布于榕江加里东褶皱区、铜仁复式褶皱变形区的梵净山一带、都匀南北向隔槽式褶皱变形区的石阡佛顶山至余庆小腮、黄平上塘一带,贵州其他地区均为Ⅱ-3型。

2 研究区地热流体可采资源量估算

2.1 估算区划分

分区原则:(1)充分考虑开采技术可能性和经济合理性的原则,即应有一定的开发利用价值的原则;(2)充分考虑地热异常区分布特征的原则,原则上估算区范围应小于或等同于地热异常区范围。

划分方法:(1)将热储含水层埋藏深度不大于3 000 m的地热异常区划分为资源估算区块;(2)将热储温度大于40℃的热储含水层分布范围划分资源估算区块。

划分结果:全省划分为12个评价区,在此基础上划分了110个估算区,其中有36个区块为整装勘查划分的估算区(图1)。各估算分区特征见表1所示。

表1 估算分区特征表

图1 研究区地热流体可采资源量估算划分范围

2.2 估算方法

针对估算区无地热井、温泉的空白区域,采用比拟法借助条件相似估算区的地热井取得热储层水文和热物理参数,再利用设计布井法估算地热流体可采资源量;针对天然出露温泉和地热井,采用泉井流量统计法估算其资源量。地热流体总可开采资源量即为设计布井法估算的资源量与泉井流量统计法[6]计算的资源量之和。

2.2.1 设计布井法

该方法为结合省内地热流体资源主要集中在断裂带周边的特点,针对各估算区主要控热构造进行设计布井,利用布井数(不包括已有地热井数)进行地热流体资源量估算。省内地热井井间距大多为大于2 km,以设计布井权益保护范围相互不重叠为原则,同时结合各区地热地质条件及已有地热钻孔位置,对各区进行设计布井,利用所得设计布井数,即可得出估算区地热流体资源量Q估,计算公式如下:

Q估=Q×n×t

(1)

式中:Q估为估算区地热水资源量,m3/a;Q为估算区内地热井平均涌水量,m3/d;n为估算区内布井数;t为抽水时间,取1年,即365 d。

地热流体资源中所含热量Wt,计算公式如下:

Wt=4.186 8×Q估×(t-t平)

(2)

式中:Wt为地热水资源中所含热量,Kw;Q开为估算区1 a的地热水资源量,L/s;t为估算区地热井平均井口水温,℃;t平为当地年平均气温,取15℃。

地热流体年开采累计可利用的地热能资源量W开采用式(3)计算,

W开=86.4DWt/K

(3)

式中:W开为开采一年可利用的地热能,单位为兆焦(MJ);D为全年开采日数(按24 h换算的总日数),单位为天(d);Wt为按(2)式计算得出的热功率值,单位为(KW/S);86.4为单位换算系数;K为热效比(按燃煤锅炉的热效率0.6计算)。

2.2.2 泉井流量统计法

针对具有动态长观资料的天然温泉点,采用泉流量频率分析法对资源量进行估算,采用频率分析法计算出不同保证率下的天然排泄量,最终以95%保证率下的水量作为天然温泉的可开采量,无动态长观资料的天然温泉点,采用比拟法,利用已知天然温泉可开采资源量,按照公式(4)、(5)求取综合折减系数,再根据偶测流量乘以折减系数进行估算,汇总后得出天然温泉可开采资源量。

(4)

(5)

针对通过评审备案的地热井,可开采资源量以评审备案的资源量为准,而没有通过审查备案的地热井,首先求取同区域、同热储含水层并通过评审备案的地热井折减系数,再根据最大涌水量乘以折减系数进行估算。最终采用“统计法”,按照估算区进行统计,最终汇总得出全省地热井可开采资源量。

2.2.3 比拟法

比拟法又称类比法,即利用已知天然温泉、地热井的地热水可开采资源量来推算地热地质条件相似的泉(井)地热资源量。

2.3 估算参数

2.3.1 天然温泉可开采量折减系数

据收集的7处天然温泉多年动态长观资料,计算出天然温泉95%保证率下的泉流量,将计算的95%保证率下泉流量与偶测流量的比值作为折减系数,取折减系数平均值作为综合折减系数(表2)。

表2 贵州省天然温泉可开采资源量折减系数计算表

2.3.2 地热井可开采量折减系数

选出全省通过评审备案的48处地热井,采用0.5MPa降压条件下单井可开采资源量与最大涌水量的比值作为单井可开采量折减系数(表3),同一地区同一热储单元有多个地热井评审备案的,取折减系数平均值作为该热储单元的综合折减系数。

表3 贵州省地热井可开采资源量折减系数及设计布井数计算表

2.3.3 设计布井数

根据上述设计布井方法,统计出各评价区设计布井数见表3。

3 估算结果评价

采用上述估算方法,估算出全省地热流体可开采资源总量为23 190.37 m3/a(表4),其中设计布井法估算的资源量为15 926.22 m3/a,天然温泉可开采资源量1 183.34 m3/a,地热井可开采资源量6 080.80 m3/a。总热能906 933.97 Kw,年开采累计可利用热能量476.68×108MJ。

表4 贵州省地热流体可开采资源量估算表

研究区地热流体可开采资源量主要集中在凤冈南北向隔槽式褶皱变形区(C)估算区和毕节弧形褶皱带(B)估算区,地热流体可开采资源量分别为6 698.49 m3/a和4 054.74 m3/a,地热流体可开采资源量最少的估算区为册亨东西向紧密褶皱变形区(K),仅为181.85 m3/a。

4 结语

(1)贵州地热流体的运移和富集受区域性大断裂控制,主要分布于北东向多期复活断裂与燕山期形成的不同方向构造带复活部,成因类型划分为沉积盆地传导型地热储和隆起山地断裂对流型地热储,省内具有5个开发价值的沉积地层型储集单元。

(2)在贵州省构造单元的基础上,将全省划分为12个评价区,并以深大断裂构造带,结合温泉、地热井分布的地热异常区,细分为110个估算区。将全省水温大于等于25℃的温泉、地热井和划分的估算区作为估算对象,采用设计布井法、泉(井)流量统计法和比拟法对地热流体可开采资源量进行估算,估算出全省地热流体可开采资源总量为23 190.37 m3/a,总热能906 933.97 Kw,年开采累计可利用热能量476.68×108MJ。

(3)本次估算充分考虑了贵州地热流体资源主要集中在断裂带周边的特点,采用的估算方法计算的地热流体可采资源量能够真实反映区内地热流体资源量。