深部地熱資源開采對淺層地下水的影響分析

高 劍，張進平，孔祥軍，馮 浩，袁利娟，何云成，孫振添，沈鵬飛

（北京市地熱研究院，北京 100143）

深部地熱資源開采對淺層地下水的影響分析

高 劍，張進平，孔祥軍，馮 浩，袁利娟，何云成，孫振添，沈鵬飛

（北京市地熱研究院，北京 100143）

為了獲取北京市西集地區(qū)深部地熱資源和淺部含水層間是否存在水力聯(lián)系，選取研究區(qū)內(nèi)的兩眼地熱井（西集-1井和京通-2井）進行抽水試驗，并同時選取兩眼地熱井周邊的14眼涼水井進行水位監(jiān)測。試驗結(jié)果表明，在對兩眼地熱井進行抽水試驗時，周邊14眼涼水井的水位未發(fā)生明顯降低，暗示了深部地熱水與淺部含水層并不存在水力聯(lián)系。區(qū)內(nèi)發(fā)育了巨厚的古近系和新近系，其巖性以泥巖和粉-細砂巖為主，是有效的隔水層，隔絕了深部地熱水與淺部第四系涼水的水力聯(lián)系。

深部地熱資源；淺部含水層；抽水試驗；水位監(jiān)測；水力聯(lián)系

0 引言

地熱能是一種新型的能源和資源，同時也是綠色環(huán)保能源（盧予北等，2005）。近年來，隨著大氣污染的加劇，對新能源尤其是清潔能源的需求和利用正在不斷加大。而以深層地熱能為代表的可再生清潔能源的開發(fā)利用是緩解大氣污染的最有效手段之一。目前，對地熱資源的開發(fā)和利用也相對比較成熟。但急需解決的問題是深部地熱資源的大規(guī)模開發(fā)和利用是否會造成淺部含水層中地下水的污染和枯竭，這會影響到人類的生存。因此，解決深部地熱資源開采是否對淺層地下水存在影響這一關鍵問題就顯得尤為重要。

深部地熱資源的開發(fā)對淺部含水層的影響主要通過兩種途徑：一是深部含水層和淺部含水層之間的水力聯(lián)系導致的深部地熱資源開發(fā)對淺部含水層的影響；二是地熱資源開發(fā)利用過程中的尾水排放對淺部含水層的影響。因研究區(qū)內(nèi)的地熱井絕大多數(shù)處于待用狀態(tài)，無法確定地熱尾水排放導致的地熱資源開發(fā)利用對淺部含水層的影響效果，所以本次研究主要通過對地熱井進行抽水試驗的同時，觀測周邊涼水井的水位等方式，以查明深部地熱資源開發(fā)對淺部含水層的影響。

1 井的選擇與試驗方法

1.1 井的選擇

試驗以北京市西集地區(qū)作為研究重點區(qū)，選取區(qū)內(nèi)的2眼地熱井（西集-1井、京通-2井）作為抽水井，并在2眼抽水井周邊一定范圍內(nèi)，由近而遠的選擇14眼涼水井作為觀測井（圖1）。

圖1 工作區(qū)內(nèi)抽水井與監(jiān)測井井位分布圖Fig.1 Distribution diagram of pumping and monitoring wells position in the studying area

1.2 試驗方法

（1）抽水試驗

選取區(qū)內(nèi)2眼地熱井進行單井抽水試驗。京通-2井選擇的潛水泵型號為TQ200QJR22-150型，即揚程為150m，出水量為22m3/h，潛水泵實際下入深度為150m；西集-1井選擇的潛水泵型號為TQ250QJR100-150型，即揚程為150m，出水量為100m3/h，潛水泵實際下入深度為150m。其中，2015年9月21日至10月18日對西集-1井進行抽水試驗，共進行了4個降深，累積時間約為244小時；2015年12月1日至12月11日對京通-2井進行抽水試驗，共進行了3個降深，累積時間約為241小時。通過對水位變化數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，對地熱井與涼水井之間的連通性進行初步判定。

（2）動態(tài)監(jiān)測

本次動態(tài)監(jiān)測工作以《地下水動態(tài)監(jiān)測規(guī)程》和《水文地質(zhì)手冊》的規(guī)定為基礎，對選擇的14眼涼水井進行長期、連續(xù)、詳細的觀測，這些井成井時深度為80m左右，均為農(nóng)業(yè)灌溉井，現(xiàn)在大部分井的井底有沉砂，導致井的深度變化較大，深度約為50～70m。此次動態(tài)監(jiān)測主要采用人工方式觀測涼水井的水位，利用自制有標識深度的銅質(zhì)測線、微安表和盒尺進行手動觀測，測線長度50m，測量精度1cm。觀測時間為2015年9月16日至2016年1月5日，觀測間隔為1次/天。

2 試驗結(jié)果與分析

目前，研究區(qū)內(nèi)的地熱資源開發(fā)利用相對緩慢，除本次選擇進行抽水的2眼地熱井外，還有1眼地熱井（通熱-18井），但處于未使用狀態(tài)，區(qū)內(nèi)有關深層地熱水和淺層地下水的動態(tài)聯(lián)系研究還處于空白。由于研究區(qū)內(nèi)只有京通-2地熱井在使用，且用量不是太大（小于200 m3/h），有利于在該區(qū)域內(nèi)進行地熱地質(zhì)、水文地質(zhì)試驗，對試驗結(jié)果的影響可以忽略不計。

2.1 西集-1井抽水試驗對淺層地下水的影響

本次試驗在對西集-1井進行抽水的同時，對周邊7眼涼水井的水位進行監(jiān)測。根據(jù)長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制了西集-1井附近涼水井的水位動態(tài)曲線圖（圖2）。

由圖2可以看出，西集-1井附近涼水井的水位在5.6～7.2m之間，大部分涼水井的靜水位都在平穩(wěn)升高，只有個別涼水井的水位有一定的波動（x-34井受附近東側(cè)采摘園抽水的影響，水位有變化）。試驗結(jié)果顯示在對西集-1井進行抽水時，附近的涼水觀測井水位沒有發(fā)生明顯降低。

圖2 西集-1井附近淺部含水層水位動態(tài)曲線圖Fig.2 Dynamic curves of water level of shallow aquifer in the near of Xiji-1 well

2.2 京通-2井抽水試驗對淺層地下水的影響

本試驗在對京通-2井進行抽水試驗的同時，也選擇了周邊7眼涼水井作為觀測井進行水位監(jiān)測。根據(jù)長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制了京通-2井附近涼水井的水位動態(tài)曲線圖（圖3）。

圖3 京通-2井附近淺部含水層水位動態(tài)曲線圖Fig.3 Dynamic curves of water level of shallow aquifer in the near of Jingtong-2 well

圖3顯示，京通-2井附近涼水井的水位在5.5～8.7m之間，大部分涼水井的靜水位都在平穩(wěn)升高，只有個別涼水井水位有一定的波動（x-78井受附近東側(cè)魚塘抽水的影響，水位降低）。通過對京通-2井進行抽水試驗，其附近的涼水觀測井的水位沒有顯著降低。

3 分析討論

目前，北京地區(qū)有關深部地熱資源對淺部含水層的影響研究相對匱乏，但部分學者也做了相關研究。呂金波等（2008）曾在北京北部地區(qū)做過類似試驗，但其主要針對深部地熱水開采對淺層基巖冷水的影響，而對第四系淺部含水層是否存有影響未作進一步的工作；李海京等（2004）也曾對北京市豐臺地區(qū)東高地火箭基地中的地熱水開采對淺部基巖冷水的影響作了進一步工作，證實了地熱水開采對基巖冷水的影響，但其主要是針對與地熱水取水層直接接觸的基巖冷水進行研究，地熱水取水層位與基巖冷水之間不存在隔水層。劉成龍等（2004）也對京北地熱田中開展相關研究工作，證實了深部地熱水開采對淺部含水層的影響。上述研究與本次研究的最大不同在于，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育了巨厚的古近系和新近系，巖性以泥巖和粉—細砂巖為主（北京市區(qū)域地質(zhì)志，1991），在第四系地下水與基巖之間能夠起到有效的隔水作用，最終阻止了淺部第四系含水層和深層地熱水之間的水力聯(lián)系。

4 結(jié)論

通過對2眼地熱井的抽水試驗和周邊14眼涼水井的水位監(jiān)測結(jié)果分析，主要取得以下結(jié)論：

（1）研究區(qū)內(nèi)的深部地熱水與淺部地下水之間并沒有直接的水力聯(lián)系，深部地熱井開采不會影響淺部地下水的利用。

（2）由于研究區(qū)內(nèi)古近系和新近系較發(fā)育，厚度巨大，具有良好的隔水作用，能夠有效的隔絕深部地熱水與淺部第四系涼水的水力聯(lián)系。

北京市地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991. 北京市區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京：地質(zhì)出版社.

李海京，唐永輝，2004. 東高地地區(qū)巖溶裂隙水與第四系水的聯(lián)系分析[J]. 北京水利，(3)：47-48.

盧予北，吳燁，張秋冬，等，2005. 地熱資源開發(fā)與問題研究[M]. 鄭州：黃河水利出版社.

劉成龍，車太用，呂金波，2006. 京北地熱田開發(fā)對地下流體動態(tài)的影響[J]. 地震地質(zhì)，28(1)：142-149.

呂金波，車太用，張瑞成，等，2008. 北京北部地區(qū)深層熱水開發(fā)對淺層冷水的影響[J]. 地質(zhì)通報，27(3)：388-395.

中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)部，1994.《地下水動態(tài)監(jiān)測規(guī)程》(DZ/T 0133-1994)[S].

中國地質(zhì)調(diào)查局，2012. 水文地質(zhì)手冊[M]. 北京：地質(zhì)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

北京市東南地區(qū)地熱資源開發(fā)利用調(diào)查及評價。

高劍（1986- ）：男，博士，工程師，主要從事水文地質(zhì)、地熱地質(zhì)相關工作。E-mail：gaojian198611@163.com