地?zé)岬刭|(zhì)特征及地?zé)豳Y源的開發(fā)利用與研究

李賡

摘 要：地?zé)豳Y源是一種純綠色無污染的新型熱能資源，其既能作為發(fā)電的能量來源，還能將其作為供暖用水，以緩解遼河段居民供暖緊缺的問題。本文從當(dāng)前遼河段的地?zé)岬刭|(zhì)特征開始介紹，并以此為出發(fā)點(diǎn)，制定出更加合理的地?zé)豳Y源開發(fā)方法，旨在提升地?zé)豳Y源的應(yīng)用效率，提升地?zé)釕?yīng)用質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)特征;地?zé)豳Y源;開發(fā)利用

中圖分類號(hào)：P314 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）12-0174-02

0 引言

當(dāng)前我國的地?zé)豳Y源十分豐富。其主要的分布狀況為淺層地?zé)豳Y源、水熱型地?zé)豳Y源和干熱巖三種。隨著當(dāng)前人類的環(huán)保意識(shí)不斷提升，綠色無污染的地?zé)豳Y源越來越被人們所重視。在進(jìn)行地?zé)衢_采和開發(fā)的過程中，如何保證開采的質(zhì)量和應(yīng)用的有效性是當(dāng)前需要解決的重大問題之一。

1 遼河地?zé)豳Y源地質(zhì)特征

1.1 地溫梯度特征

遼河地區(qū)通過長年以來的信息收集和實(shí)際測(cè)量，確定了其區(qū)域內(nèi)恒溫帶深度為30m，溫度在10.5℃左右。東營組由于受到構(gòu)造和深度影響，其地溫梯度的變化幅度較大但仍然有一定的規(guī)律?？傮w呈南高北低西高東低的態(tài)勢(shì)。西部凹陷地溫梯度范圍在2.7～3.9℃/100m，頂部凹陷地溫梯度則在2.4～4.0℃/100m;沙河街組沙一二段地溫梯度總體呈南高北低、西高東低的趨勢(shì)，西部凹陷低溫梯范圍在2.4～4.5℃/100m，而東部凹陷地溫梯度范圍在2.5～4.0℃，平均為3.2℃;沙三段地溫梯度的變化則較大，西部凹陷地溫梯度范圍在2.8～4.5℃，平均為3.9℃;東部凹陷地溫梯度范圍在2.4～4.0℃，平均為3.4℃。遼河盆地地區(qū)的大地?zé)崃髌骄翟?.5HFU，其屬于在穩(wěn)定地塊上發(fā)育起來的中新生代斷陷盆地，而其熱流值相較于同類型地塊更高[1]。

1.2 地儲(chǔ)層物性特征

遼河盆地下第三系儲(chǔ)層的類型以碎屑巖為主，其具有層系多、成熟度低、成因復(fù)雜、磨圓較差、骨架顆粒分選以及填隙物含量大等特點(diǎn)。儲(chǔ)層物性在縱向上和橫向上都具有多變性?？v向上淺埋儲(chǔ)層物性較好，而隨著埋深增加，其物性變差。橫向上表現(xiàn)為西高東低、南高北低。特別是在滲透率反映上，分布更為明顯。結(jié)合遼河盆地的沉積相表明，橫向上的儲(chǔ)層物性成因主要是由于沉積環(huán)境影響而導(dǎo)致的情況。

1.3 遼河盆地?zé)醿?chǔ)識(shí)別及物性特征

進(jìn)行熱儲(chǔ)特征劃分的過程中，為了滿足當(dāng)前的熱儲(chǔ)物性特征的劃分原則，需要將整個(gè)遼河段分為三段，即東營組、沙一二段組和沙三段組，并對(duì)其熱儲(chǔ)物性進(jìn)行分析。

東營組熱儲(chǔ)的頂面埋深為834.5～1823.0m，地層厚度為80.5～176.0m之間，地層溫度為35～72℃，孔隙度一般在0～32%之間。滲透率一般在0～760*10-3μm2左右。東部凹陷中段和南段泥巖蓋層在較大范圍內(nèi)成片分布。

沙一二段地層埋藏較深，其地層厚度在237.0～448.0m之間，地層溫度在40～75℃，孔隙度在11.2～25.6%左右，滲透率在0～525*10-3μm2左右浮動(dòng)。并在25～175*10-3μm2之間分布頻率較大。沙一中段的泥巖分布廣泛，除地層邊緣外其泥巖區(qū)的累積厚度均在300～500m左右。

沙三段熱儲(chǔ)埋藏較深，因此地層溫度能夠達(dá)到54～92攝氏度左右，其主要巖性為砂礫巖孔隙度在10.4～24.6%左右，滲透率則在0～290*10-3μm2左右，并在10～92*10-3μm2范圍內(nèi)變化最大，其與東營組與沙一二組相比的孔隙度和滲透率都很小，并且表現(xiàn)出縱向變化大，橫向不穩(wěn)定的特征，其熱儲(chǔ)性能相對(duì)較差。

1.4 地下熱水化學(xué)場(chǎng)特征

1.4.1 平面水化學(xué)場(chǎng)

就礦化度而言，東營組的西部凹陷礦化度普遍高于西南部雙臺(tái)子區(qū)附近，東部凹陷在南部于樓地區(qū)出現(xiàn)高值，大民屯凹陷處礦化度由北向南逐漸增大;沙一二段礦化度在西部凹陷處的礦化度在2500mg/L～3000mg/L，大民屯凹陷的礦化度則由南向北從2000mg/L提升到了7000mg/L，東部凹陷黃沙坨附近則降低到了2500mg/L～3000mg/L，其水型為NaHCO3型;沙三段礦化度與沙一二段相似，水型也相同，但在大民屯附近達(dá)到了最低值2500mg/L。

1.4.2 垂向水化學(xué)場(chǎng)

遼河盆地地下水的礦化度在垂向上變化方面的特點(diǎn)十分顯著，其具體表現(xiàn)為自下而上礦化度逐漸下降，而埋藏越深、層位越老的區(qū)域地下水的礦化度更高;埋藏淺時(shí)，礦化度則會(huì)無視層位降低，并與地下水補(bǔ)給區(qū)的距離相關(guān)。這一規(guī)律說明遼河地區(qū)深部地下水的封閉條件好，因此交替作用較弱。遼河盆地地下水礦化度縱向礦化度與其埋藏深度呈正相關(guān)，通過大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出其水位礦化度會(huì)隨著深度的變化而變化。同一深度地下水的礦化度具有西部凹陷大于東部凹陷，東部凹陷大于大民屯凹陷的特點(diǎn)。不同的埋深礦化度差異也很大：埋深小于1km時(shí)，礦化度一般在1000～2000mg/L;埋深在2～3km時(shí)，礦化度則在3500～6500mg/L左右。這一特征說明地下水淺部封閉條件差，地層水的交替作用活躍，而深部封閉性好，地層水交替作用相對(duì)減弱。

1.5 熱儲(chǔ)水的物化特性

1.5.1 物理性質(zhì)

該區(qū)域由于十分靠近油田，因此其水質(zhì)在物理性質(zhì)上帶有一定的油田水痕跡，其受到各種可溶物質(zhì)、膠質(zhì)和有機(jī)烴類物質(zhì)影響而帶有一定的顏色。部分地層中的水質(zhì)內(nèi)溶解了一定程度的H2S而具有臭雞蛋的氣味，若是水之中含有烴類則會(huì)產(chǎn)生汽油或者煤油的味道，油田水質(zhì)口感較咸，有澀味，若是溫度適宜細(xì)菌生長則還會(huì)帶有大量的烴類細(xì)菌使水呈現(xiàn)棕灰色。

1.5.2 化學(xué)性質(zhì)

遼河盆地的地?zé)崴畬儆贜aHCO3類型，礦化度中等偏高，pH值在7～9之間水中含有少量鋅、錳、銅、鋰、鉻、鎳、鍶等元素，但是占比不到1%;而溴、碘、硼等元素的含量在4～8mg/L，脂肪酸、環(huán)烷酸的含量在20～350mg/L左右，甲苯及苯的含量在1mg/L左右，氣態(tài)烴含量在6～8mg/L左右[2]。

2 當(dāng)前的地?zé)豳Y源應(yīng)用形式

2.1 地層熱水型地?zé)豳Y源的運(yùn)用

2.1.1 地?zé)峁┡?/p>

溫度高于75℃的低礦化度地?zé)崴梢灾苯幼鳛楣┡盟畞碜⑷牍┡艿缹?duì)周邊進(jìn)行供暖;而高礦化度的熱水由于礦物質(zhì)會(huì)腐蝕管道，因此需要利用熱交換器將熱量交換至導(dǎo)熱液體中，然后再將其進(jìn)行升溫后輸送到供熱系統(tǒng)的管路中進(jìn)行供熱。地?zé)峁┡?jié)省了大量的燃料，同時(shí)還降低了環(huán)境方面的污染，是一種優(yōu)秀的供暖方式。

2.1.2 發(fā)展溫泉旅游業(yè)

供暖回水和地?zé)嶂评浜蟮奈菜?，甚至溫度不高，水質(zhì)良好的地?zé)峋苯硬沙龅牡蜏責(zé)崴伎晒┚用?、賓館和飯店作為生活和洗滌用水使用。通過開設(shè)溫泉度假村、溫泉賓館等特色休閑設(shè)施來提升當(dāng)?shù)氐纳钯|(zhì)量并進(jìn)行創(chuàng)收。

2.1.3 地?zé)徂r(nóng)業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)

遼河地處我國東北部，其冬季漫長且寒冷。一旦到達(dá)冬季，戶外農(nóng)耕和養(yǎng)殖工作便很難進(jìn)行。而暖棚、溫室的生產(chǎn)過程中會(huì)消耗大量的燃料，導(dǎo)致農(nóng)作物和畜牧生產(chǎn)的成本變高，進(jìn)而使產(chǎn)品缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭力。若利用低溫?zé)崴蚬┡蟮亩位厮俅谓o溫室種植和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)提供熱能，則會(huì)大幅降低農(nóng)業(yè)供熱所消耗的燃料，并促進(jìn)新型農(nóng)業(yè)的發(fā)展，并為東北地區(qū)提供豐富的冬季農(nóng)業(yè)和畜牧產(chǎn)品。

2.1.4 油田供能

雖然油田為國家提供了大量的能源原料，但其同時(shí)也是能源消耗的大頭，為了保證油田節(jié)能減排工作的質(zhì)量。利用地?zé)豳Y源來補(bǔ)充油田生產(chǎn)中消耗的能量，可以大幅節(jié)省燃料能源，并降低油田對(duì)化石能源的消耗量。除了應(yīng)用地?zé)崴畞碇苯庸┡猓€可以將地?zé)崮茉磻?yīng)用于油田生產(chǎn)過程中。利用熱水驅(qū)油，地?zé)峁╇姷确绞絹眚?qū)動(dòng)大型機(jī)械和油泵，以降低油田的耗能。

2.1.5 工業(yè)用途

地?zé)豳Y源作為天然的熱能資源，還可以作為工業(yè)過程中的熱源使用，不論是食品加工業(yè)、輕工業(yè)和重工業(yè)均有一定的作用。其既能在輕工業(yè)用于食品烘干，微生物發(fā)酵、冷凍品解凍等，還能用于重工業(yè)中的供能、加熱等工作，并將其作為冷卻水使用。

2.2 油田產(chǎn)出水的地?zé)豳Y源利用

2.2.1 回注驅(qū)油

在油田下方直接抽出的熱水在經(jīng)過脫油之后能夠?qū)⑵溥M(jìn)行回灌并作為驅(qū)油水來進(jìn)行回灌工作。將這種具有一定溫度的水灌注到油田之中，既能節(jié)約淡水資源，還能利用水的溫度來增大石油的流動(dòng)能力，進(jìn)而提升采油的質(zhì)量和效率，同時(shí)減少油田廢水的排放，并通過回灌的方式來提升油田地下的壓力，防止出現(xiàn)塌陷的情況。

2.2.2 熱泵技術(shù)

熱泵技術(shù)是利用先進(jìn)的專用設(shè)備對(duì)空氣、水體和突然中蘊(yùn)藏的低溫?zé)崮苤衼硖崛∧芰康囊环N方式熱泵能夠從低溫地?zé)嵛菜刑崛∧芰?，并通過降低地?zé)嵛菜欧艤囟鹊姆绞教嵘責(zé)岬睦脺夭畹姆绞?，通過太陽能、空氣中和淺表地?zé)嵩吹臒崮艿葘?duì)分布于熱源附近的細(xì)管中的冷水進(jìn)行加熱并統(tǒng)一對(duì)熱量進(jìn)行回收的方式來對(duì)熱能進(jìn)行利用，能夠在一定程度上提升地?zé)崾褂玫男?，并回收諸如氣泉眼、淺表性地?zé)崛入y以進(jìn)行改造的熱量。

2.2.3 油田集輸伴熱

利用油田產(chǎn)出水進(jìn)行凈化后作為油田維溫水并將其注入集輸管道，能夠?qū)⒂凸苤杏捎跍囟冗^低而凝固的原油加熱并增強(qiáng)其流動(dòng)性，從而大幅度節(jié)省油田中加熱維溫水而消耗的能量，避免由于管道內(nèi)溫度過低而產(chǎn)生原油凝固堵塞的現(xiàn)象。

3 提升資源利用效率的對(duì)策

3.1 提升對(duì)資源利用效率的認(rèn)識(shí)

遼河油田作為我國重要的石油供應(yīng)來源之一，在進(jìn)行石油管理與地?zé)嵩垂芾淼倪^程中還要對(duì)其具有一個(gè)較為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，由于地?zé)嵝履茉醋鳛橐环N不常用的能源，并沒有足夠的相應(yīng)配套設(shè)施對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用和管理，因此煤炭仍然占據(jù)著能源的主導(dǎo)份額。相關(guān)部門要對(duì)地?zé)豳Y源進(jìn)行詳細(xì)地了解，并研究利用這種可再生資源的方式。同時(shí)增加對(duì)新能源開發(fā)的資金投入，并從節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)兩方面出發(fā)，爭取將傳統(tǒng)的石油開采企業(yè)建成具有先進(jìn)性和時(shí)代意義的新式能源利用企業(yè)。

3.2 制定合理的布局方案

要想保證地?zé)崮茉吹捻樌_發(fā)，合理的布局是十分必要的。在進(jìn)行地?zé)衢_采的過程中，既要保證控制水位的下降速率，延長熱田的壽命，還要做好全區(qū)地表水。地下水的統(tǒng)一規(guī)劃。通過系統(tǒng)地調(diào)度和各個(gè)企業(yè)聯(lián)合管理的方式來提升供水的質(zhì)量，同時(shí)采取一水多用、水力循環(huán)和廢水再利用的方式來提升水資源管理的質(zhì)量，從而有效減少資源開采量的同時(shí)節(jié)約地下水資源。并在進(jìn)行地下熱源開采的過程中建立完善的法規(guī)法案，同時(shí)科學(xué)設(shè)計(jì)城市布局，以保證地?zé)崮茉吹姆峙涓涌茖W(xué)[3]。

3.3 強(qiáng)化回灌技術(shù)

為了防止地下水位不斷降低，保證地?zé)豳Y源能夠得到合理地運(yùn)用，則需要加強(qiáng)對(duì)回灌技術(shù)的研究，并增大回灌的力度。并針對(duì)于不同井的不同情況采用具體的回灌方式：對(duì)井回灌、同井回灌、自然回灌、加壓回灌、同、異層回灌。

4 結(jié)語

總而言之，要想保證我國的地?zé)豳Y源得到合理地開發(fā)和利用，首先要明確當(dāng)前的地?zé)醿?chǔ)量和地?zé)岬刭|(zhì)情況，才能做好萬全的開采準(zhǔn)備。當(dāng)前遼河地?zé)豳Y源豐富且形式多樣，只有做好了地?zé)崽卣鞣治?，才能將其以最大化的方式加以利用。在進(jìn)行地?zé)豳Y源開發(fā)的過程中，則需要針對(duì)其地?zé)崽攸c(diǎn)，做好相應(yīng)的開發(fā)工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 王轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，歐成華，王紅印.國內(nèi)地?zé)豳Y源類型特征及其開發(fā)利用進(jìn)展[J/OL].水利水電技術(shù)：1-11[2019-05-09].

[2] 涂明江.地?zé)岬刭|(zhì)特征及地?zé)豳Y源的開發(fā)利用分析[J].西部資源，2019（01）：196-197.

[3] 龔曉凌，王現(xiàn)國，楊國華.地?zé)豳Y源特征及開發(fā)利用[J].河南水利與南水北調(diào)，2018，47（04）：84-85.