山區(qū)構(gòu)造型熱儲地?zé)豳Y源可采量計(jì)算方法的研究
——以遵化市湯泉地區(qū)為例

劉福東 陳穆賢 周繼堯

河北省地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì) 河北 衡水053000

前言

湯泉坐落在素有“畿東第一城”之稱的河北省遵化市北部,處于一個三面環(huán)山的谷地中。湯泉地?zé)豳Y源開發(fā)利用歷史悠久,隨著湯泉地?zé)豳Y源大規(guī)模的開發(fā)利用,導(dǎo)致溫泉露頭消失、水位下降,過量開采可能導(dǎo)致無水可采的現(xiàn)象。掌握區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源可采量,對于該區(qū)地?zé)豳Y源的進(jìn)一步開發(fā)和地?zé)豳Y源的可持續(xù)利用具有重要意義。本文以湯泉為例,積極探索新的山區(qū)構(gòu)造型熱儲可采量計(jì)算方法,旨在為山區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用提供一定的參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 地?zé)岬刭|(zhì)概念模型 基于湯泉地區(qū)屬于開放型地?zé)崽?。裸露基巖主要為太古界片麻巖,其下部為中生界花崗巖侵入體。片麻巖地質(zhì)單元局裂隙發(fā)育,多為導(dǎo)水或弱透水?dāng)嗔?為地?zé)豳Y源的存儲層。曾有天然泉出露,因此將熱儲層概化為基巖裸露區(qū)片麻巖碎屑風(fēng)化裂隙和局部構(gòu)造裂隙式承壓含水層系統(tǒng)。熱儲層主要接受大氣降水補(bǔ)給及北部山區(qū)側(cè)向徑流補(bǔ)給,與通過深部斷裂破碎帶導(dǎo)水通道上涌的地下熱水混合形成熱流體。

2 評價原則與計(jì)算方法

2.1 計(jì)算原則

2.2 計(jì)算方法

1.均衡法。地?zé)崽飪?nèi)水位降深由超采引起,因此結(jié)合泰斯公式[3]計(jì)算超采量,取近期湯泉地?zé)崽飪?nèi)連續(xù)年開采量相近年份年開采量的平均值減去年超采量即為湯泉地?zé)崽锏責(zé)崃黧w可開采量。依據(jù)現(xiàn)有資料分析2016-2018年開采量相差不大,概化為年開采量基本相同、超采量相同、補(bǔ)給量相同的模型,現(xiàn)狀開采量減去超采量即為可以保持地?zé)豳Y源長期使用的可開采量。公式如下:

式中:QNK—湯泉地?zé)崽锏責(zé)崃黧w可開采量,m3;QXK—湯泉地?zé)崽锞馄趦?nèi)地?zé)崃黧w開采量平均值,取2016-2018年平均開采量302.7 ×104m3/

圖1 群孔抽水試驗(yàn)地?zé)峋鄬ξ恢脠D

表1 地?zé)峋壕_采地?zé)崃黧w可開采量計(jì)算參數(shù)一覽表

根據(jù)三次降深抽水試驗(yàn),通過計(jì)算機(jī)擬合Q-S關(guān)系曲線,采用內(nèi)插法計(jì)算水位降深S為35 m 時各地?zé)峋責(zé)崃黧w可開采量。根據(jù)抽水試驗(yàn)觀測顯示,ZR36、ZR37可采量單獨(dú)計(jì)算:

其中:QF—非干擾井降深35 m 時涌水量之和,m3/d;QZR36—ZR36井降深35 m 時涌水量,m3/d,取值777.82;QZR37—ZR37井降深35 m時涌水量,m3/d,取值701.94。

其中:QR—受干擾地?zé)峋瞪?5 m時的干擾水量之和,m3/d;∑Q單—受干擾的地?zé)峋畣为?dú)抽水,降深35m 時單井涌水量之和,取值7445.89,m3/d。α—干擾系數(shù),取值0.807。計(jì)算結(jié)果見表2。

經(jīng)計(jì)算,QR=6005.33 m3/d。

綜上,依據(jù)本次13組抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù),ZR36、ZR37兩眼地?zé)峋_采不受周圍地?zé)峋绊?可單獨(dú)計(jì)算,其他地?zé)峋_采時均有干擾,通過計(jì)算干擾系數(shù)確定群井開采時的涌水量,因此,湯泉地?zé)崽锏責(zé)崃黧w可開采量為兩者之和即:Q湯總=QF+QR

經(jīng)計(jì)算,Q湯總=7485.09m3/d,年可開采量為273.2 ×104m3/a。

3 統(tǒng)計(jì)分析法

在收集多年動態(tài)資料的基礎(chǔ)上,建立累計(jì)水位降深與累計(jì)開采量之間的相關(guān)方程,計(jì)算給定降深為35 m 時的可采量即為湯泉地?zé)崽锟刹闪?。以資料最早的2003年為基準(zhǔn),應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析法,建立水位降深與累計(jì)開采量的相關(guān)方程。統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 湯泉地?zé)崽锏責(zé)崴塾?jì)水位埋深與累計(jì)開采量統(tǒng)計(jì)表

表2 地?zé)峋壕_采地?zé)崃黧w可開采量計(jì)算結(jié)果一覽表

其中:Q—累計(jì)開采量(104m3);S—水位埋深(m)。

截止2018年,地?zé)崽锼豢偨档?2.53 m,在給定開采50年,水位降深35m 的條件下,即S=47.53m 時,Q為22675.2 ×104m3,2018年累計(jì)開采量2477.3 ×104m3,則開采50年累計(jì)開采量為20197.9 ×104m3,平均年可采量為403.9 ×104m3/a。

4 可采量的確定

本次采用3種方法對湯泉地?zé)崽锏責(zé)崃黧w可開采量進(jìn)行了計(jì)算,三種方法計(jì)算結(jié)果相近且與實(shí)際開采量相差不大,為提高計(jì)算結(jié)果的可靠性,保護(hù)地?zé)豳Y源使之可持續(xù)利用,湯泉地?zé)崽锬昕砷_采量取均衡法計(jì)算結(jié)果247.1 ×104m3/a。

5 結(jié)論

本文以遵化湯泉地區(qū)為例,對山區(qū)構(gòu)造型熱儲地?zé)豳Y源可采量計(jì)算方法進(jìn)行了研究,獲得基本結(jié)論如下:均衡法是山區(qū)地?zé)豳Y源可采量計(jì)算的新方法,該方法適用于有2年以上開采量相近且有對應(yīng)動態(tài)數(shù)據(jù)的情況,將年水位下降量視為超采引起的,巧妙結(jié)合泰斯公式,視為2個長時間的單井抽水工作,以超采量抽水持續(xù)t1時間引起的降深與超采量抽水持續(xù)t2時間引起的降深之差即為已知的年水位下降量,在計(jì)算過程中又消去了未知的給水度μ和計(jì)算點(diǎn)到抽水井的距離r,提高了本方法的實(shí)用型。為山區(qū)構(gòu)造構(gòu)造型熱儲可采量的計(jì)算提供了新思路。