太原市地热资源计算及评价

太原市地热资源计算及评价

太原市地热资源计算及评价

摘 要

当今地热能成为世界能源研究开发利用的热点，它洁净、污染环境少，为“可再生能源”。太原市地热田主要分布于三给地垒以南的太原市盆地区，分布面积586.75km2，根据盆地内构造及地热地质条件又将地热田划分为八个亚区。

太原市太原市盆地区地热田为低温地热资源，地热田具有层状兼有带状热储特征。热储模型由盖层（盖）、热储层（储）、热源通道（通）以及热源（源）这四要素组成，地热能可转化为开发利用的资源，盖、储、通、源四个要素的有利组合是*的条件。 太原市盆地区地热资源总量为1498.79×1013KJ（折合标准煤为51153.24×104T）；存储地热水总量39.83×108m3（存储地热水所含总热量66773.44×1010KJ，折合标准煤为

4432278.96×10T）。可采地热水量99575×10 m。

关键字：地热田、热储层、热储模型

Abstract

目 录

摘 要 .................................................................... I ABSTRACT ................................................................ II

绪 言 .................................................................. 1

0.1 研究的主要内容为： ............................................ 1

0.2 研究程度 ...................................................... 1

0.3 勘察工作依据 .................................................. 1

*章 自然地理概况 ................................................... 2

1.1 地形地理 ...................................................... 2

1.2 气象水文 ...................................................... 2

第二章 区域地热地质条件 ............................................... 2

2.1 区域地质特征 .................................................. 2

2.2 区域地热地质条件 .............................................. 3

2.3 盖层、热储层特征及埋藏条件 .................................... 3

第三章 地热田划分及地热田地质条件 ..................................... 4

3.1 地热田边界条件及地热田划分 .................................... 4

3.2热储层埋藏条件及特征 .......................................... 6

3.3 地热田水文地质条件 ............................................ 7

第四章 地热资源计算及评价 .............................................. 8

4.1 热储模型 ...................................................... 8

4.2 计算参数的确定及选取 ......................................... 10

4.3 地热资源计算 ................................................. 15

4.4 地热资源评价 ................................................. 18

第五章 地热资源开发利用 .............................................. 19

5.1 地热资源开发利用现状 ......................................... 19

5.2 地热资源开发重点地区 ......................................... 19

第六章 结论与建议 .................................................... 20

致 谢 .............................................................. 22

参 考 文 献 ....................................................... 23

绪 言

当今地热能成为世界能源研究开发利用的热点，它洁净、污染环境少，为“可再生能源”。我市位于汾渭地堑地热带，地热能蕴藏于太原新生代断陷盆地内，按地热田规模属于“大型”地热田；热储层为奥陶系中统石灰岩；为“低温地热资源”；属于中浅埋藏开采经济适宜型地热田，地热资源比较丰富。

太原市地热勘查工作始于二十世纪七十年代，山西省地质工程勘察院（山西省地矿局*水文地质工程地质队）在太原、清徐一带进行过地热物探普查工作， 1995年5月在神堂沟钻凿出S1号复合型热矿水，孔深603.71m，水温43℃，揭开了太原盆地地

热勘查与开发的序幕，随后在山西省地质工程勘察院西院内、农展馆、丽华苑、西华苑、汇锦花园、煤炭学校、伞儿树等地施工十余眼地热井。随着地热资料的不断积累，地热工作范围扩大，开采深度不断增加，大成井深度近2000m，出口水温达62.5℃，涌水量达6000m3/d，在盆地内亲贤地垒城南隆起带地下热水还可自流，水头高出地表10.2m。可见太原市地下热水资源比较丰富，具有较好的开发前景。论文就太原市的地热资源进行初步研究，进行简单的资源评价。

0.1 研究的主要内容为：

1、初步查明太原市区地热田的成因、地质条件、赋存规律；

2、推测太原市区地热水分布范围、面积并提出优先勘查区；

3、对地热资源进行储量计算与评价；

0.2 研究程度

1、1972年3月山西省地质局水文队提交《太原—清徐地热物探普查报告》。

2、1983年9月山西省地质局水文队提交《山西省地下热水分布图及说明书》。 3、1991年8月山西省第三地质工程勘察院在太原市统计学校施工一眼饮用水井，成井出口水温39℃（现32℃）。

4、1993年8月中国地质大学、山西省水资源委员会提交《山西省地下热水及饮用天然矿泉水研究》。

5、1994年12月山西省地质局环境地质总站提交《山西省地下热水志》

6、1997年9月山西省地质工程勘察院提交《山西省太原市神堂沟地热田勘察报告》未正式出版。

7、2004年5月山西省地质工程勘察院提交《山西省太原市西边山热矿水勘查报告》。 8、2000年7月山西煤田水文229队*工程处在伞儿树村东施工一眼人畜饮用水井，成井出口水温为32℃。

9、2004年7月太原市万柏林区龙泉水源开发技术部在山西省农展馆施工一眼地热探采结合井，孔深1690.5m，水温54℃。

10、2005年5月太原市万柏林区龙泉水源开发技术部、北京市地质矿产勘查开发总公司在丽华苑小区施工地热探采结合生产井一眼，孔深1803.35m，水温62.5℃。并提交《山西省太原市丽华苑小区地热钻井勘探报告》。

0.3 勘察工作依据

1、GB11615—89地热资源地质勘查规范；

贯其间。盆地内沉积了晚新生代的上新统到第四系地层，其下基底深埋的地层主要是：三叠系、二叠系、石炭系、奥陶系、寒武系、震旦系及太古界的变质岩及火成岩。 2.1.2 地质构造

从大地构造单元看，该区地处山西台背斜中段，东部属太行山断裂隆起带，中部为汾渭地堑新裂谷，西部属吕梁山断裂隆起带。本区构造形迹主要形成于燕山期和喜山期，燕山运动以挤压为主，形成一系列断裂和褶皱。喜山运动以拉张为主，形成了北东向的汾河地堑和张性断裂和节理，并切割了燕山期构造形迹。

2.2 区域地热地质条件

一、广义的太原盆地北起大盂凹陷、泥屯断阶，南到文水、祁县太谷断阶带，东邻太行断隆的西翼，西接吕梁断隆东翼的太原西山。南北长近150km，东西平均宽度约40km，呈南宽北窄形态。它是一个典型的新生代断陷盆地。断陷盆地的总体构造格局及活动特征呈现南北分异，其基底构造形态上又表现出东西方向的不对称性。从总体格局上，依据基底埋深的不同，新生界沉积发育程度的差异以及基底时代的不同，太原盆地可以分成北、中、南三部分，分别称为北段、中段和南段。三给地垒和田庄断裂带可作为这三段的分界线，本次主要研究中段及南段的北部，即三给地垒以南至太原市与清徐县分界以北地段。

二、本次主要研究太原盆地的中段（它界于三给地垒断裂带和田庄断裂带之间）和南段的北部地区。这段区域内基底埋深的变化较大。从北到南分别为：Ⅰ城区凹陷，Ⅱ西铭断阶，Ⅲ城东断阶，Ⅳ亲贤地垒，Ⅴ西边山断阶，Ⅵ黄陵—西温庄隆起，Ⅶ晋源凹陷，Ⅷ清交凹陷北部部分地区等八个次级构造单元。除晋源凹陷新生界厚度超过1000m，清徐交城凹陷新生界厚度达3000m，基底为三叠系之外，其余各单元的新生界厚度均在200—500m之间。其中城区凹陷中心汾河断裂带附近新生界厚度可能超过600m。西铭断阶，黄陵—西温庄隆起的大部分地区新生界厚度均变化在100—300m之内。黄陵—西温庄隆起的西南倾伏端基底埋深可超过600m。该段的基底形态是一个典型的不对称“V”形谷，东缓西陡，中心在汾河断裂带及晋源凹陷中心，基底均为二叠系地层。晋源凹陷基底埋深大，前新生界基底为三叠系，中奥陶统灰岩地层埋深在1200—1600m，和东西山灰岩地层*断开，难以构成东、西山岩溶系统有的含水结构，封闭还原条件好，为热水储存创造了有利条件。

田庄断裂以南的清徐—交城凹陷、据太原落阳村晋7号石油孔资料，第四系层厚470m，第三系地层埋深在470—2580m，2580—3301.22m、厚721.22m为三叠系铜川组和二马营组砂页岩，推测奥陶系地层埋深在2200—5000m以下。热储层埋深过大，推测虽然温度较高，但水量较小。

三、太原盆地内部断裂构造十分发育，这些断裂对盆地形态和结构以及地热地质条 件影响较大的有西边山断裂带、东边山断裂带、三给地垒、亲贤地垒、汾河断裂带和田庄断裂带。

2.3 盖层、热储层特征及埋藏条件

一、盖层

第四系、第三系、三叠系、二叠系及石炭系为区内主要的保温盖层。盖层总厚度的变化特征是从盆地边山到中心，从盆地北部到南部逐渐加厚。田庄断裂以北、盖层厚度 范围为400—1400m，田庄断裂以南为3000—4000m。

二、地下热储特征

地下热储据现有钻孔揭露及物探资料证实，属于碳酸盐岩岩溶裂隙型层状热储，地层为中奥陶系灰岩及白云岩。由于该区经历了较复杂的地质构造运动，脆性的灰岩、白云岩形成了裂隙，后经地下水的运移、溶蚀作用形成了溶洞、溶隙和溶孔。裂隙和溶洞是地下热水良好的储存空间和运移通道。热储层总厚度500—700m，有效厚度约200m。根据地层及物探资料推测，田庄断裂以南碳酸盐岩岩溶裂隙型层状热储之上还存在有第三系砂层及砂砾层热储。

三、地下热储的埋藏条件

区内热储层按地层可划分为两个不同深度的热储层。田庄断裂以北热储层为奥陶系地层。田庄断裂以南，*热储层为新生界第三系河湖相半胶结的砂层及砂砾层。第二热储层为奥陶系地层。

第三章 地热田划分及地热田地质条件

作为地热资源，如果离开了地热田则毫无意义，只有用正确的地热地质理论与方法查明了地热田并科学地开采地热储中的热能，地壳中聚集的热量才会有经济价值，通过热储工程体系才能把地下热能转化成商品，地热能才成为地热资源。

3.1 地热田边界条件及地热田划分

3.1.1 地热田边界条件

太原市地热田热储主要深埋藏于太原市盆地中南部地区，地热田的边界条件主要受东边山、西边山深大断裂所控制，北部以三给地垒为界，南部边界以太原及清徐行政边界为界。

3.1.2 地热田划分

太原市盆地区地热田主要受西山山前大断裂、三给地垒、东边山断裂所控制；盆地内有与盆地边缘断裂相平行、垂直或斜交的隐伏断（阶）块，将盆地基底切割成许多块段，由于断裂构造发育展布方向及不均匀下沉，盆地内形成次一级隆起与凹陷，将盆地区地热田切割成许多小块地热田；热储为奥陶系中统厚层石灰岩、白云质灰岩，奥陶系顶板埋深：盆地区东西边山黄土台塬区400m—800m，中南部1200—5000m。地热井出口水温30℃—62.5℃，地热资源总体上是以“对流型”为主的“低温地热资源”，其热储介质为碳酸盐岩溶裂隙水+岩溶溶洞水，他所处的构造部位不同，其地层及地温场分布情况也各异，因此将地热田划分为：Ⅰ城区凹陷、Ⅱ西铭断阶、Ⅲ城东断阶、Ⅳ亲贤地垒、Ⅴ西边山断阶、Ⅵ黄陵断阶、Ⅶ晋源凹陷、Ⅷ清交凹陷八个亚区地热田，见表（3—1）。

太 原 市 盆 地 区 地 热 田 分 区 综 合 一 览 表 表3-1

3.2热储层埋藏条件及特征

太原市Ⅰ—Ⅷ个区地热田热储层根据基底断裂块段、凹陷与隆起、地层组合岩性、构造特点，地热场温度，热储层岩性及水文地质条件等，可把地热田划分为：盖层（又称隔热保温层）、第三系孔隙裂隙水热储层，奥陶系碳酸盐岩岩溶水热储层。

Ⅰ—Ⅶ区地热田热储为中奥陶系中厚层石灰岩，白云质灰岩，盖层为第四系、第三系及二叠、三叠、石炭系砂页岩，东边山盖层厚度大于西边山，市区中南部盖层厚度大于东西边山。

西边山的Ⅱ区、Ⅳ区、Ⅴ区沿晋祠断裂、马家沟断层、大虎峪地垒、圪燎沟断层及黄土台塬，包括部分盆地区呈条带状分布；第四系第三系盖层厚度3—235m，二叠系、石炭系盖层厚度400—600m；地热（O2）开采井成井过程中，第四系、第三系松散岩类孔隙水因涌水量较小对热储水温影响不大，二叠、石炭系为碎屑岩裂隙水及碳酸盐岩岩溶裂隙水，直接或间接与热储产生导水作用，成井止水固井工艺做不好，影响并降低热储出口水温，所以盖层既是热储保温层，又是（地热开采井）热储水温的威胁层。奥陶系峰峰组O2f 厚80—150m含水层厚度30m左右，在本区做为热储层，但热储水温低于40 ℃，为膏状角砾泥灰岩、涌水量较小，做为上下马家沟顶部相对隔水层；奥陶系上、下马家沟组为厚层状石灰岩，厚220—250m，含水层厚度80—150m，热储层地层实测水温在40—50℃。

东边山热储层分布于东边山断裂以西亲贤地垒、沿黄土台塬区呈带状分布。第四系、第三系盖层厚度80—300m，三叠、二叠、石炭系盖层厚度600—800m，裂隙不发育，降

f

深大水位埋藏深，涌水量较小，水温低于20℃；奥陶系 O2 峰峰组厚150m左右，水温低于30℃，视为相对隔水层。奥陶系上、下马家沟组中厚层状灰岩为本区热储开采层，其岩溶发育程度低于西边山，热储水温也低于西边山，水温30—40℃，单井涌水量20—25m3/h。

市区中南部热储层主要沿Ⅰ区、Ⅳ区、Ⅶ区、Ⅵ区，由北到南呈嗽叭状展布，也是目前盆地区开采（蕴藏）热储水温较高、水量较大的分布区；第四系、第三系盖层厚度由北到南310m—717m—1079m；二叠、三叠、石炭系盖层厚度由北到南为813m—921m—1121m；奥陶系峰峰组O2f 厚度150m，个别凹陷区达180m，热储水温大于40℃，但水量、水质欠佳，一般在成井过程中做为止水层处理；奥陶系上、下马家沟组O2s+x地层，为太原市地热田主要开发利用的热储层，具有水温高、水量大特点；据丽华苑L1、农展馆N1地热井资料，1000m以下单井涌水量3000—6000m3/d，水温57—62.5℃。

Ⅷ区热储层处于太原盆地北部即清交凹陷地热田，根据热储埋藏条件及其大地热场地温增温率特点，可把Ⅷ区—清交凹陷分为：第三系孔隙裂隙水热储层；奥陶系碳酸盐岩岩溶水热储层。

（一）该区盖层：第四系500余米，第三系为静乐组N2；保德组N2b厚度2110m—2500m，其中第三系上部1000余米，视为盖层，下部500—1000m可视为热储层，据晋7号孔，第三系保德组N2b地层岩性粉砂岩、细砂岩、粗砂岩、粉砂质泥岩互层，裂隙较发育、富水性较好、水温大于40℃，预计单井涌水量20—40 m3/h，有开发利用前景。埋藏于第三系之下的三叠、二叠、石炭系砂页岩地层。厚度1620—2400m，裂隙不太发育，可视为下部奥陶系灰岩热储的盖层。

（二）奥陶系碳酸盐岩岩溶水热储层，为太原市地热田热储埋藏深、水温高的热储层，是今后太原市地热开发利用的重点。

—2000m3/d，单位涌水量0.37 L/s〃m左右；井的出口水温25—30℃，热储层水温40℃左右，属于“温水”，为重碳酸、硫酸、重碳酸型水，矿化度小于1 g/L，个别大于1 g/L。

Ⅵ区：黄陵断阶地热田：西南以汾河断裂、田庄断层为界，东北以三给地垒及行政界线为界，剖面显示地层由东北向西南呈阶梯式跌落；地热田面积62.25km2，盖层厚度1000—1600m，目前该区未揭露奥陶系灰岩顶板，预测奥陶系灰岩顶板标高-200—-800m，由边山向盆地逐渐加深，深部岩溶较发育，预测水位标高760—770m（自流或浅埋），单井涌水量1000—2000 m3/d，单位涌水量0.5 L/s〃m左右，井的出口水温预计40—50℃，属于“温水”。

Ⅶ区：晋源凹陷地热田：东南部以南堰断层、田庄断层为界，东北以汾河断裂、城南隆起为界，剖面上为西深东浅不对称向斜构造，地热田面积122.75 km2，盖层厚度1000—2300m，据北京、天津深部岩溶发育资料，一般奥陶系灰岩埋深在6000m以上岩溶仍很发育，据原1孔、小马钻孔预测奥陶系灰岩顶板标高-200—-800m、南部达-1400m，单井涌水量预测2000—3000 m3/d，水温预计50—70℃，属“温热”热水，水化学类型为硫酸型水，矿化度大于1.0g/L。

Ⅷ区：清交凹陷地热田：地热田面积113.75 km2，盖层厚度2200—5000m，据石油队晋7孔资料，推测奥陶系灰岩顶板埋深-1400—-4000m，水位埋深接近地表或自流，单井预测涌水量2000—3000 m3/d，水温预测60—70℃，属于“热水”，为硫酸型水，矿化度大于2.0 g/L。

第四章 地热资源计算及评价

4.1 热储模型

一、太原市盆地区地热田为低温地热资源，地热田具有层状兼有带状热储特征。热储层埋藏深度西边山地区为400—1000m，东边山地区为600—1200m，中部地区埋藏深度为1200—5000m。地热田单井开采量为1000—6000m3/d。地热井地热流体单位产量23—144m3/d.m，统计学院与煤炭学院现在的单位产量8—10m3/d.m。热储层为奥陶系中统上、下马家沟组碳酸盐岩，见表（4-1）。

二、热储模型由盖层（盖）、热储层（储）、热源通道（通）以及热源（源）这四要

素组成。

地热能可转化为开发利用的资源，盖、储、通、源四个要素的有利组合是*的条件，如三给地垒及其以北的地区盖、通条件不良，很难形成良好的热储。

1、盖层

太原市盆地区热储盖层主要由新生界第四系第三系松散层和二叠、三叠系碎屑岩及石炭系煤系地层所构成。一般地区厚500—1500m，晋源凹陷2000—2500m，清交凹陷大于4000m。构成地热田的盖层厚度及隔热功能是至关重要的，如果盖层薄或者透水性强，导热功能好，就会使热储层储存的热能散失。

2、热储层

太原市盆地热储层主要由中奥陶系碳酸盐岩所组成，清交凹陷的第三系砂岩，裂隙—孔隙水发育，厚度大，既为盖层，也为热储层。奥陶系上、下马家沟组中厚层灰岩及白云质灰岩裂隙、岩溶普遍发育，是太原盆地主要热储层，其厚度为500m左右，但考虑到部分层段岩溶不发育，故热储层厚度按200m计算，岩石密度2700kg/m3，水温32—60℃，日产热水量1000—6000m3/d。孔隙度φ根据《太化集团101号和102号井群非稳定流抽水试验》资料 ：

T=20491.99m2/d——9894.63m2/d a=1.83?106m2/d——8.96?105m2/d φ=0.011—0.044

以及《太原西山地区岩溶水资源评价研究，碳酸盐岩物理实验成果表》资料中太原市东、西山及文水、交城等邻区的15个钻孔中的135块奥陶系中统碳酸盐岩孔隙度试验结果求的平均值约为3.2%。

由以上四个资料的实地调查数据结果与河北，北京，天津等地同类型地热田对比发现，本次孔隙度按照3.2%取值较为合适。 3、热源

居里等温面是判断地热状态的物理面，山西居里等温面总体上是一条北东向的隆起带，其轴线与山西汾河断陷盆地的轴线基本重合，太原盆地居里等温面小于20km，东西山区埋深显著增大，一般在28km以上，说明两侧山区与太原盆地中部物理状态存在明显差异，据山西大地电磁测深资料，盆地中部中地壳为低速高导层（为高温半熔融状态）具有温度高（600℃）的物理特性，使盆地区形成热异常区。另据山西大地热流值等值线图可知，太原市盆地大地热流值普遍大于1.7HFU(71mw/m2)，而东、西山区大地热流值小于1.3HFU(54.5mw/m2)。居里等温面与莫霍面在盆地中部都有上拱现象，中地壳上部高温（600℃）半熔融状态的岩浆热会在地壳薄的盆地深部向地表进行热传导。热流值会在上拱的地壳部位集中形成高热流值。从以上几方面均说明盆地深部热状态高。因此深部热传导是太原市盆地区地热田的恒定供热源。推测本区地热源主要来自花岗岩壳的热源。花岗岩壳岩石中含有大量的放射性元素，衰变时能产生大量的热量。

太原市盆地东、西边山断裂及盆地中部的汾河断裂、三给地垒、田庄断裂等断裂是新生代活动断裂，某些深断裂可勾通盆地深部热源，有利于地下水深循环加热上升形成岩溶地热水。

4、地下热水源

从同位素资料及水文地球化学资料证实，本区地热水是来自古代大气降水。古代大气降水及汾河水，从东、西山裸露灰岩区、断裂破碎带或岩层孔隙裂隙向地下渗入、在漫长的地质年代和水头差位能作用下，*地向深处运移，水向深处运移过程中被围岩加热后产生密度差（有些水可直接沿深断裂渗透至半熔融高温层），造成自然的水

热对流，受热流体循环上升，送至地壳浅部的奥陶系岩层，并在岩溶裂隙孔隙中储存下来，成为当今的地热水。据14C测年结果地热水形成年代达7000—10000年。SiO2和氟离子含量高说明经深循环与围岩充分溶滤有关。从14C测年结果及SiO2和氟离子含量说明太原盆地深部热水封闭状态较好。由于太原市地下热水开发利用量很小，且资料有限，故地下热水与东西山区岩溶水水力关系有待以后考证。

4.2 计算参数的确定及选取

一、热储层分布面积

热储层分布范围根据地热地质调查、物探，构造地热井及测温资料进行综合分析确定。三给地垒以南，太原—清徐交界线以北，太原东边山断裂以西，太原西边山断裂以东的太原市盆地，水温大于25℃，为太原市地热分布范围，可划分为八个亚区地热田。各区面积从1/5万地形图上量取，其总面积586.75km2，见表（4—2）。

二、热储层厚度

热储层厚度主要依据钻孔资料，结合地热地质条件而定。峰峰组地层不参与计算，只计算上、下马家沟热储层，其总厚约400m，其中上、下马家沟地层的下段为泥灰岩及角砾岩泥灰岩，不作为热储层，故热储层厚度按200m计算。其中Ⅷ清交凹陷区第三系热储层厚度也按200m计算。

三、主要计算参数

（一）热水及热储层物理参数

物理参数以丽华苑L1地热孔和DKY—1孔为例。按照DE40—85《地热资源评价方法》查表4求取，并和西边山神堂沟S1孔资料进行了对比分析后选取。

热水密度ρw按986kg/m3选取；热水比热Cw按4180J/kg〃℃选取; 热储岩石密度ρr按2700kg/m3；(第三系砂岩取2600kg/m3)

热储岩石比热Cr按920J/kg〃℃；(第三系砂岩取 910J/kg〃℃) 热储岩石孔隙度φ按0.032选取； （第三系砂岩取φ0.01） （二）热储层温度参数

原则上取钻孔揭露的热储层的平均温度， DKY—1孔在970m揭露峰峰组顶板后测温为47℃。L1孔在1165m揭露峰峰组顶板后测温为44℃，实测温度偏低，原因是测温时间短所造成。现只有根据盖层温度梯度推算，并和地球化学温度计算结果进行对比选取。

（三）热储层温度的推算 1、 热储层梯度推算法

?t

t=(d—h)+t0

?h

t：热储层温度(℃) d：热储层埋深(m) h：常温层埋藏深度(m) ?t

：地温梯度(℃) ?h

t0：常温层温度或当地平均气温(10.4℃)

11 

始水头水平（各处压力相同）时计算公式为：

KM·??

Q=2.73

lg(r1/rw)

Q：流量m3/d

K：渗透系数m/d M：热储的厚度m

??：生产井的压力降低m

r1：观测井和生产井之间的距离m rw：生产井出水段的半径m

神堂沟施工两眼探采井均作了单孔抽水试验，并以S2孔为主孔，S1号井为观测孔的多孔抽水试验，山西省地质工程勘察院西院DKY—1号探采井进行了两次降深的单孔抽水试验。丽华苑探采井进行了三次降深的单井抽水试验。现根据已有的抽水试验资料，用稳定流单井公式，非稳定流泰斯公式，布尔顿双对数配线法，半对数拐点法及水位恢复法计算导水系数T，渗透系数K，压力传导系数a，储水系数s。见参数计算一览表（4—5）。

QRK= ·ln2?smrQT?W?u?

4?s4TtS??2

r/ue

14

a=T/S?

R?10Sk 式中：

K：渗透系数（m/d） Q：出水量（m3/d） T：导水系数（m2/d） S：水位下降值（m） S?：弹性释水系数

M：有效含水层厚度（200m） R：抽水影响半径（m） r：抽水孔半径（m）

4.3 地热资源计算

一、热储层中储存的热量

热储层中储存的热量可按下式计算； Qr=CAd(tr—t0)

C=ρrCr(1—φ)+ρwCwφ 其中： Qr：热储层中储存的热量，J。 A：计算面积，（586.75?106m2）； d：热储厚度，（取200m） tr：热储温度，（各区平均温度） t0：当地年平均气温（10.4。C）

Ⅰ—Ⅷ区的奥陶系热储层热储岩石和水的平均比热容为：

C=2700?920?(1—0.032)+986?4180?0.032=2536399.36J/m3.。C Ⅷ区第三系热储层热储岩石和水的平均比热容为：

C=2600?910?(1—0.01)+986?4180?0.01=2383554.8J/m3.。C ρr：热储岩石密度，（奥陶系取2700kg/m3，第三系取2600 kg/m3） Cr：热储岩石比热，（奥陶系取920J/kg〃℃,第三系取910 J/kg〃℃） ρw：地热水密度，（取986kg/m3） Cw：地热水的比热，（取4180 J/kg〃℃） φ：热储岩石的孔隙度，（奥陶系取3.2%，第三系取1%）

1吨标准煤折合热量为2.93?1010J。各区计算结果见表（4—6）。 二、地热资源回采率计算 Qwh=Qr×k

Qwh：可采地热资源量（KJ） Qr：地热资源总存储量（KJ） K：回采系数（取0.25）

地热资源回采率取决于多种因素，尤与岩层的裂隙率与厚度密切相关。考虑到太原市盆地区地热田岩溶裂隙发育情况，孔隙率取3.2%，并按上式进行了计算，计算结果与回采率参照天津和河北束鹿—宁晋地热田资料选取0.25。

太原市盆地区储存地热资源量 表4—6

三、地热资源存储量计算

对于承压含水层，其存储量包括容积存储量和弹性存储量两项。 W总=W容+W弹=V×φ+F×H×S

W总：热储层热水总存储量（m3）

W容：热储层地下热水容积存储量（m3） W容=586.75×106×200×0.032=3.76×109m3 W弹：热储层地下热水弹性储量（m3）

W弹=586.75×106×1000×9×10—4=5.28×108m3 V：热储层有效体积（m3） φ：热储层平均孔隙度3.2%

F：热储层分布面积（586.75×106m3） H：自热储层顶板算起的水头高度1000m S：热储层弹性释放系数9×10—4 计算结果见表（4—7）

注 ：1W=3.6kJ/h, 1cal=4.1868J

1吨标准煤=7×106k=2.93×1010J

各地热井计算结果如表（4—9）。

4.4 地热资源评价

太原市盆地（除埋藏较深不宜开采的Ⅷ区清交凹陷113.75km2，不在本次评价范围

内）七个地热田亚区473 km2地热资源（按规范）计划开采100年，则日开采总量为

20732.88m3/d，见表（4—10）。

每眼地热井日开采量按1000—500 m3/d计算时，七个地热田可布设地热井20—40

眼。即：Ⅰ市区凹陷地热田区可布1—2眼；Ⅱ西铭断阶地热田区可布2—4眼；Ⅲ城东

断阶地热田区可布2—4眼；Ⅳ亲贤地垒地热田区可布5—10眼；Ⅴ西边山断阶地热田

区可布2—4眼；Ⅵ黄陵断阶地热田区可布3—5眼；Ⅶ晋源凹陷地热田区可布5—11

眼。

地热（开采）井井距确定：根据地勘院DKY—1地热井，神堂沟S2地热井所求的影

响半径R=668－700m值分析，成井（或开采）后未做长系列（连续性）抽水试验，所求

的参数影响半径R值偏小。所以根据太原市盆地热储埋藏条件、开采深度、单井涌水量，

确定地热井（设计井）的影响半径为R≥1000m，确定小井距≥1000m较适宜。

太原市盆地586.75km2地热田热储由表6—6和表6—8的计算结果表明：太原市盆

地区可开采地热水量为99575×104m3地热水，可利用总热量为16693.28×1010KJ，仅相

当于全部储存热量的1498.79×1013KJ的1.1%。根据GB11615—89《地热资源地质勘查

规范》地热储量划分标准、结合太原市盆地地热田勘查研究程度，将太原市盆地区的地

热资源确定为“D级地热田”。其资源潜力是十分巨大的，只是由于地热需要以水为载

体，将储存的“热”转化为热水方可以利用。但因热水资源有限，深部的补给迳流条件

差，使深部地热的运移受到诸多限制，进而限制了地热（水）资源的开发利用量。随着

科技的进步，地热资源可开发利用的量将会进一步扩大。

第五章 地热资源开发利用

地热资源集热、矿、水为一体，除可以用于地热发电以外，还可以直接用于供暖、

洗浴、医疗保健、休闲疗养、养殖、农业种养殖、纺织印染、食品加工等方面。此外，

地热资源的开发利用可带动地热资源勘察、地热井施工、地面开发利用工程设计施工、

地热装备生产、水处理、环境工程及餐饮、旅游度假等发展，可大量增加社会就业，促

进经济发展，提高人民生活质量。因此，世界上有地热资源的国家均将其作为优先开发

的再生能源，培植各具特色的地热产业，在缓解常规能源供应紧张和改善生态环境等方

向发挥了明显作用。

处理好保护地热资源与鼓励开发地热资源的关系非常重要，地热资源要保护，目的

是延长其使用寿命，走可持续发展的道路。

5.1 地热资源开发利用现状

太原市盆地区地热田，属于“低温地热资源”到2005年12月10日止，现有开发

地热井数为12眼，正在施工的两眼，集洗浴、理疗、休闲度假为一体开发的神堂沟2

眼，供生活、生产用水的6眼，未利用4眼，25℃≤T＜40℃“温水”7眼，占总数的

58.3%，40℃≤T＜60℃“温热水”4眼，占总数的33.3%，60℃≤T＜90℃“热水”1眼，

占8%。水温较高的热水井集中在亲贤地热田Ⅳ区，水温54℃—57℃— 62℃，单井涌水

量较大的也集中在该区，可达到6000m3/d。目前开发的地热井自流区也集中在该区，该

区开发地热井达7眼，占总数58.3%；西铭断阶地热田Ⅱ区开发利用1眼,正在施工钻

凿1眼,城东断阶地热田Ⅲ区开发利用4眼,Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ 4个地热田区目前未施工

地热井。

5.2 地热资源开发重点地区

按开采经济指标划分，当成井深度<1000m时为开采经济的；当成井深度1000—

3000m时为开采经济的；当成井深度3000—4500m时为开采不经济的；当成井深度>4500m

时为不宜开采的.当地热井单位产量>50m3/d〃m时为宜开采的；当地热井单位产量10

—50 m3/d〃m时为适宜开采的；当地热井单位产量5—10 m3/d〃m时为差开采的；当地

热井单位产量<5m3/d〃m时为不宜开采的。所以根据以上划分原则,结合每个小区地热田

资源评价计算的热储层资源量及规划井数以及综合地层指标考虑,地热资源开发方向的

重点应为,Ⅳ区亲贤地垒汾河断层以东、Ⅳ区亲贤地垒以北的Ⅰ区城区凹陷地热田、Ⅱ

区西铭断阶地热田。Ⅲ区城东断阶地热田；Ⅳ区亲贤地垒以南的Ⅴ区西边山断阶地热田、

Ⅵ区黄陵断阶地热田、Ⅶ区晋源凹陷地热田、Ⅷ区清交凹陷地热田。根据凿井深度及涌

水量等考虑*批开发利用区应为Ⅳ区亲贤地垒以东地区；第二批开发利用应为Ⅰ区、

Ⅱ区、Ⅲ区；第三批开发利用应为Ⅴ区、Ⅵ区、Ⅶ区；第四批开发利用应为Ⅷ区；第Ⅷ

区先应开发第三系N2碎屑岩裂隙水热储资源，后适当地开发奥陶系热储资源。由浅

到深、温热水相间开采，由盆地向四周扩散开采型。也可以把丽华苑、农展馆一带地热

井先建设为一个集供暖、洗浴、理疗、健身、休闲、度假为一体的一个示范性地热开发区。

第六章 结论与建议

一、结论

1、太原市地热资源调查范围包括太原市六个辖区，总面积1425km2，其中东西山区面积625 km2，太原市盆地（包括黄土丘陵黄土台塬区）区约800 km2。本次调查主要侧重于太原市盆地区800 km2辖区内。

2、太原市盆地区地热田按规模属于“大型”地热田；热储层为奥陶系中统厚层状石灰岩、白云质灰岩（在清交凹陷Ⅷ区埋藏有第三系砂岩热储层）；为“低温地热资源”，属于中浅埋藏开采经济适宜型地热田。热储层埋藏于太原市盆地中南部地区。地热田边界条件主要受东边山、西边山深大断裂所控制，北部以三给地垒为界，南部边界以清交凹陷的南端行政地界为界，根据盆地内次一级构造单元，再结合GB/T11615—200《地热资源勘查规范》地热井出露水温大于等于25℃热水划分为八个地热田亚区即：Ⅰ城区凹陷、Ⅱ西铭断阶、Ⅲ城东断阶、Ⅳ亲贤地垒、Ⅴ西边山断阶、Ⅵ黄陵断阶、Ⅶ晋源凹陷、Ⅷ清交凹陷地热田。

3、太原市盆地区地热田热储层盖层一般厚度400—1600m，大盖层厚度2300—5000m，热储层厚度350—450m，水位埋深+12.2—63.57m，大水位埋深可达143m，单井涌水量1000—2000m3/d，大单井涌水量6000m3/d，25≤T＜40℃“温水”面积114.5 km2，40≤T＜60℃“温热水”面积258.75 km2，预测60≤T＜90℃“热水”面积213.5 km2，地热田总面积586.75 km2；温度总体趋势为东西两侧低，盆地中部高，由北向南水温逐渐增高25℃—40℃—60℃—70℃，由温水—温热水—热水到南部边界水温预计大于70℃。

4、太原市盆地区地热资源总量为1498.79×1013KJ（折合标准煤为51153.24×104T）；

8310存储地热水总量39.83×10m（存储地热水所含总热量66773.44×10KJ，折合标准煤

为2278.96×104T）。可采地热水量99575×104 m3。太原市盆地地热资源除埋藏较深不宜开采的Ⅷ区清交凹陷外，其余七个区可采地热水量75675×104m3（所含热量为12347.97×1010KJ，折合标准煤为421.43×104T），按开采100年规划，日开采总量为20732.88m3。根据GB11615—89《地热资源地质勘查规范》地热储量划分标准、结合太原市盆地地热田勘查研究程度，将太原市盆地区的地热资源确定为“D级地热田”。

5、地热资源勘查规划及潜力分析：Ⅰ区城区凹陷、Ⅴ区西边山断阶、Ⅵ区黄陵断阶、Ⅶ区晋源凹陷、Ⅷ区清交凹陷五个地热田未开发利用，为重点勘查区，分别布臵勘查孔在Ⅰ区1眼、Ⅴ区1眼、Ⅵ区3眼、Ⅶ区1眼、Ⅷ区2眼，设计孔深2000—5000m，开采热储为奥陶系中统岩溶热水。第Ⅷ区应先开发第三系N2碎屑岩裂隙水热储资源，

后适当地开发奥陶系热储资源。由浅到深、温热水相间开采、由盆地向四周扩散开采。

6、根据太原市已有地热井所求的影响半径结合太原市盆地区地热田热储埋藏条件、开采深度、单井涌水量确定地热井（设计井）的影响半径为R≥1000m，确定小井距≥1000m较适宜。

7、地热资源开发利用现状：现有开发地热井12眼，正在施工2眼，使用6眼（其中休闲渡假2眼），未利用4眼，25≤T＜40℃温水7眼，占总数58.3%，40≤T＜60℃温热水4眼，占总数33.3%，60≤T＜90℃热水1眼，占总数8%，水温较高54℃—75℃—62℃集中在亲贤地垒Ⅳ区，水量大6000 m3/d也集中在亲贤地垒Ⅳ区。

8、施工地热井同时应配套施工一眼地热回灌井。必须节约、保护、合理地利用地

热资源，用回灌方式来增加地热资源量，以便能从热储岩体中取出更多的热能量。

二、建议

1、建议对已有热矿水井的水温、水质、水位、流量进行长期监测，为下一步合理开发利用和管理地热资源提供科学依据。

2、加强地热资源勘查评价：地热资源开发的风险比较大，要降低地热资源开发的风险和成本，就必须加强地热资源的勘查评价工作，现在划分的地热田都是区域性的，要设计施工某一个地热井，在点上要多做工作如地震、电法等，才能做到心中有数地开发地热。才能降低成本、减少风险。

3、加强地热资源法规建设：尽快制定和出台太原市的地热资源管理条例，并进一步理顺和健全管理体制，按照地热“可再生资源法”及其配套法等规定，健全和完善地热资源由国土资源主管部门统一管理的体制。

4、依靠科技进步和创新、推进地热产业的发展。①加强梯级利用综合开发。②合理布局、*开采。③加强省内外地热勘查与开发利用科技交流。

5、加强地热资源管理信息系统建设：地热资源数据库、动态监测系统、自动化信息管理系统。

6、制定优惠政策、鼓励合理开发利用地热资源。

7、积极推广水源热泵和地源热泵技术应用，鼓励开发利用浅层地热能。

参 考 文 献

1、邢集善等， 试从地球物理资料论山西地堑系的构造特征,山西地质,1989

2、王西文，用航磁异常寻找地热田—以西地热田为例，山西地质，1989

3、山西省地质工程勘察院，山西省太原市西峪煤矿二水平矿床水文地质勘探报告，1992

4、山西省地质工程勘察院，山西省太原市神堂沟地热田勘察报告，1997.9

5、北京水文地质工程勘察院，北京地区地热资源评价，1982

6、山西省地质工程勘察院，山西省太原市西边山热矿水勘查报告，2004.5

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