以重慶地區(qū)為例談地熱水源地評價與開發(fā)利用

陳 長 敬

(中國地質調查局武漢地質調查中心，湖北 武漢 430000)

對于地熱資源研究，國內外學者進行了深入的研究。通過分析意大利拉德瑞羅、美國蓋瑟爾斯等熱田的冷熱水循環(huán)系統(tǒng)，1961年,克雷格(Craig)提出不論水在地下徑流的時間長短，都與區(qū)域大氣降水的補給作用有關。

關于地熱成因機制，20世紀60年代美國學者White博士給出了中低溫對流型地熱系統(tǒng)的經典模式：大氣降水在蓋層、儲層和隔水層的地質條件保護下，從地形高點形成降水匯集區(qū)，運移過程中吸收圍巖熱量在儲層中加熱，通過構造薄弱部位涌出，從而形成溫泉；如果通過深層地層循環(huán)，則會形成高熱溫泉。1976年Muffler進一步對地熱系統(tǒng)進行了分類，指出地熱從熱量來源和疏導條件可以分為傳導型和對流型兩大類。1996年汪集暘認為我國廣泛分布著中低溫對流型地熱田，這些地熱田為研究水巖相互作用、有用元素富集機理、地熱資源形成模式和區(qū)域構造特性提供了很好的案例。

2005年王多義釀春溫泉研究表明，該地區(qū)基底巖石為元古代花崗巖(500 Ma)，在經歷漫長的地質剝蝕和變質作用，已經出露地表，基本不存在熱值異常。同時，在地殼淺部沒有發(fā)現(xiàn)火成巖，也就是說沒有異常熱流存在，無法提供來自深部的熱源；同樣該地區(qū)地殼上部10 km范圍內巖石的放射性衰變生熱量也不足以構成釀春池溫泉的主要供熱點。通過地質、地熱源分析，釀春池溫泉區(qū)域構造范圍內無異常熱流，溫泉水的形成是通過大氣降水在徑流過程中依據(jù)地溫梯度從圍巖中吸收熱量，溫泉水在斷裂匯集處涌出或者通過人工鑿穿該層獲取。

2000年，陶士振等研究認為熱導率好的巖石或巖層(白云巖、石膏層及鹽巖)容易匯集深度及圍巖熱量向淺部傳導，從而在淺部形成熱異常。2017年韓曉飛等研究田莊斷裂，發(fā)現(xiàn)活動斷裂附近往往也是深淺部地熱田集中分布的地方，有利于深部地熱流的向上傳導。

1 重慶地熱現(xiàn)狀

地熱是集熱、礦、水于一體的資源，既是清潔的能源，又是十分可貴的醫(yī)療礦水資源，具有廣泛的用途及極高的開發(fā)利用價值。重慶市地熱資源點多面廣、質優(yōu)儲豐、類型多樣化、補給源充分而穩(wěn)定、屬可再生礦產資源。重慶市立足打造“溫泉之都”“一圈百泉”的發(fā)展戰(zhàn)略，是提升城市形象，建設“宜居重慶”“健康重慶”的重要舉措。

重慶地熱地質條件研究程度較低，勘查局限性和地域性比較明顯。資源的儲量級別比較低，勘查投入不足：僅局部地段儲量較為豐富，對熱儲構造沒有精確勘探可開采量，可靠性不高。目前勘查層位主要集中于三疊系下統(tǒng)嘉陵江組，其余熱儲層位投入勘查工作較少。

重慶地熱整體還處于發(fā)展初級階段，發(fā)展?jié)摿薮?。開發(fā)利用地熱資源，對于加快重慶旅游發(fā)展建設、推進城市化、建立高檔溫泉住宅、溫泉旅游業(yè)、種植業(yè)、帶動其他行業(yè)發(fā)展都具有直接的推動作用。重慶溫泉目前開發(fā)利用程度不高，在充分、循環(huán)、高效利用方面尚有潛力可挖，

2 重慶地熱成因機理

重慶已有地熱地質資料顯示重慶很少有干的地熱巖體，僅發(fā)現(xiàn)有地熱水。地熱水以溫泉形式流出，經調查溫泉水溫低于62 ℃，屬于低溫地熱系統(tǒng)。1956年有研究指出北溫泉除沿背斜縱向補給外，還可以斜向補給;同年對重慶十多個溫泉進行調查提出沿盆地邊緣補給的觀點。2008年通過分析東溫泉認為地熱水在其熱儲層露頭區(qū)接受大氣降水、地表水與淺層水的補給，在水動力(壓差)作用下通過構造裂隙、溶隙、溶孔、溶洞向熱儲層深部入滲，受地溫加熱而形成地熱水。綜上所述，已有對重慶地熱資源成因機理研究，多側重于地熱水由大氣降水補給，并經深部循環(huán)增溫形成，而對水巖相互作用并沒有進行深入的探討和研究，通過以重慶渝北區(qū)統(tǒng)景溫泉為研究示范區(qū)，從鹽鹵成生影響探索統(tǒng)景地熱資源成因機理。

3 熱水資源開采激勵和多井干擾機理

地熱水系統(tǒng)的激勵，主要指通過人為作用地熱水系統(tǒng)。我們通常把邊界流入、降水補給、潛水蒸發(fā)作為地下水系統(tǒng)的天然輸入，而把回灌地熱水尾水、開采地熱水、投放化學物質視為地下水系統(tǒng)的人為輸入。

隨著地熱水的持續(xù)開采引起的地熱水系統(tǒng)輸出變化及其相關的附帶影響，我們稱為開采激勵效應。該效應主要指兩方面：一方面指水質、水位和邊界輸出量等變化；另一方面指對含水層周圍圍巖等的影響，即所謂附帶影響。

為了研究地下水系統(tǒng)特征、便于確定地熱水資源計算方法與評價原則，需要系統(tǒng)研究地熱水的開采激勵效應，涵蓋地熱水動力學、地熱水環(huán)境學、地熱水化學等方面的內容，將地熱水環(huán)境演化作為研究的重點。

地熱水的開采引起地熱水動力系統(tǒng)的變化，進而引起地熱水循環(huán)系統(tǒng)的變化，兩種系統(tǒng)的開采激勵效應是相伴而生的。

地熱水化學系統(tǒng)是巖溶水系統(tǒng)的有機構成，地熱水的水循環(huán)系統(tǒng)、水動力系統(tǒng)以及含水介質系統(tǒng)特征深刻影響著地熱水化學成分的組成。可以說，地熱水水循環(huán)系統(tǒng)、水動力系統(tǒng)變化必定影響著地熱水化學系統(tǒng)。我們通過水文地球化學模型，依據(jù)水巖相互作用的理論，結合室內外測試、實驗及動態(tài)監(jiān)測水化學變化，系統(tǒng)總結地熱水化學系統(tǒng)的開采激勵效應。

在重慶地區(qū)開展開采激勵研究，研究天熱輸入(降水補給、潛水蒸發(fā)、邊界流入)和人為輸入(地熱水開采、地熱水尾水回灌、化學物質的投放)對地熱水開采的響應機制及對環(huán)境的作用，研究進一步的解決技術方案。

研究多井干擾，對于熱水井產能的準確預測，制定合理的開發(fā)方案以及確定熱水井合理的工作制度都有重要意義。

多井干擾問題主要包括兩方面的內容：一是井間竄流問題；二是由于各井所在儲層的物性差異對它井生產特征的影響。

前人研究取得了一些認識，但多井的干擾問題是一個十分復雜的問題，影響因素很多，最重要的是井筒內壓力變化的影響和地層物性、流體的影響，這些因素相互作用共同決定多井的產能。根據(jù)熱儲層具體特點，以此為模型研究多井的干擾對產能的影響，最終使設計的多井具有最高的產能。

我們采用Fluent多相流軟件模擬多井匯合流動特征。綜合考慮流動各井間距、多相流、流動各井壓力組合等方面的影響，總結出多井匯合流動的一般規(guī)律，可以為地熱水采集提供建議。

4 結論和建議

以重慶溫泉區(qū)地熱水源地為例，有針對性地開展地熱資源成生機理、特殊背斜構造條件下地熱水資源開采激勵和多井干擾機制、地熱水調溫與增量理論與方法等示范性研究，以期對更好地規(guī)劃、開發(fā)利用重慶地熱資源提供理論指導和技術支撐，并為全國其他地區(qū)地熱水源地評價、開發(fā)和利用研究提供重要的研究模式和方法借鑒。

參考文獻：

[1] CraigH.Isotopic variations in meteoric waters[J].Science,1961(133):1702-1703.

[2] 汪集暘.中低溫對流型地熱系統(tǒng)[J].地學前緣,1996,3(3):96-102.

[3] 王 蔚,張景榮,胡桂興,等.湘西北地區(qū)現(xiàn)代溫泉地球化學[J].中國科學(B輯),1995(4):427-433.

[4] 王多義.四川綿竹釀春池溫泉地質成因分析[J].成都理工大學學報(自然科學版),2005,32(5):479-485.

[5] 陶士振,劉德良.郯廬斷裂帶及鄰區(qū)地熱場特征、溫泉形成因素及氣體組成[J].天然氣工業(yè),2000,20(6):42-49.

[6] 韓曉飛,張龍飛,呂 睿,等.2016年12月18日清徐縣4.3級地震烈度評估及分析[J].防災減災學報,2017,33(3):33-37.