王小剛，李俊峰，董國良

（1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)（山東省魯北地質(zhì)工程勘察院）；2.德州市地?zé)崆鍧嵞茉撮_發(fā)利用中試基地，山東 德州 253000）

地?zé)豳Y源可以再生，是一種新型清潔能源，對促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)環(huán)境改善和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展等都有重要的意義。魯西北平原包括聊城市、德州市、東營市、濱州市的全部及濟(jì)南市、淄博市、濰坊市的北部，賦存豐富的地?zé)豳Y源。魯西北平原在地質(zhì)構(gòu)造上為在太古界及古生界基底上發(fā)育起來的中、新生代斷陷盆地。地?zé)崴饕患诠?、新近系層狀砂巖的孔隙-裂隙和古生界石灰?guī)r的巖溶-裂隙內(nèi)。研究區(qū)內(nèi)已有地?zé)峋臏y溫資料表明，地?zé)崴臏囟却蠖嘈∮?0 ℃，它屬于低溫地?zé)豳Y源。目前，區(qū)內(nèi)中低溫地?zé)豳Y源已被廣泛用于供暖及洗浴[1]。

1 地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法

根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T 11615—2010）[2]和《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法及估算規(guī)程》（DZ/T 0331—2020）[3]，魯西北平原可劃分為9 個(gè)熱儲(chǔ)層（組），按熱儲(chǔ)所處地層的時(shí)代，其由新至老、自上而下依次為：新近系明化鎮(zhèn)組孔隙熱儲(chǔ)層（組）、新近系館陶組孔隙-裂隙熱儲(chǔ)層（組）、古近系東營組孔隙-裂隙熱儲(chǔ)層（組）、古近系大汶口組孔隙-裂隙熱儲(chǔ)層（組）、古近系卞橋組裂隙熱儲(chǔ)層（組）、白堊-侏羅系裂隙熱儲(chǔ)層（組）、二疊-石炭系裂隙熱儲(chǔ)層（組）、奧陶-寒武系碳酸巖巖溶-裂隙熱儲(chǔ)層（組）以及新太古界泰山巖群變質(zhì)巖系塊狀裂隙熱儲(chǔ)層（組）。古近系大汶口組是區(qū)內(nèi)主要生油、儲(chǔ)油地層，為維持儲(chǔ)層壓力，油氣開采一般采用注水驅(qū)油技術(shù)。地?zé)豳Y源的開采與油氣開發(fā)存在沖突，本研究不對大汶口組熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源進(jìn)行計(jì)算，孔隙-裂隙熱儲(chǔ)的計(jì)算深度取東營組熱儲(chǔ)的底板埋深。寒武-奧陶系熱儲(chǔ)的計(jì)算深度取熱儲(chǔ)的底板埋深或3 000 m。

賦存于熱儲(chǔ)中的地?zé)豳Y源能被開發(fā)利用必須具備兩個(gè)前提條件，一是要有足夠的熱資源，二是必須有能將熱資源帶至地表的地?zé)崃黧w。本研究先進(jìn)行地?zé)豳Y源量計(jì)算，再進(jìn)行地?zé)崴Y源量計(jì)算。地?zé)崴刹闪康挠?jì)算應(yīng)以不產(chǎn)生環(huán)境地質(zhì)問題為原則，主要控制開采期末最大水位降深，防止地面沉降。

1.1 地?zé)豳Y源量的計(jì)算方法

地?zé)豳Y源量根據(jù)其性質(zhì)可分為靜儲(chǔ)量及可采量。其中，靜儲(chǔ)量是客觀存在于地層中的地?zé)豳Y源量，可采量是靜儲(chǔ)量中在短期內(nèi)可以被開采出來的地?zé)豳Y源量。根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T 11615—2010）、《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法及估算規(guī)程》（DZ/T 0331—2020），地?zé)豳Y源的豐富程度可從靜儲(chǔ)量與可采量兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1.1 地?zé)豳Y源靜儲(chǔ)量計(jì)算方法

地?zé)豳Y源靜儲(chǔ)量計(jì)算采用《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法及估算規(guī)程》（DZ/T 0331—2020）推薦的熱儲(chǔ)法，計(jì)算公式如式（1）所示。其間，巖石和水的平均體積比熱容采用式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：Qr為地?zé)豳Y源靜儲(chǔ)量，kJ；C為巖石和水的平均體積比熱容，kJ/（m3·℃）；A為計(jì)算區(qū)面積，m2；H為熱儲(chǔ)平均厚度，m；tr為熱儲(chǔ)平均溫度，℃；t0為基準(zhǔn)溫度（取當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶜鉁兀妫沪裷、ρw分別為巖石和水的密度，kg/m3；Cr、Cw分別為巖石和水的比熱容，kJ/（kg·℃）；φ為巖石的平均孔隙度，%。

1.1.2 地?zé)豳Y源可采量計(jì)算

地?zé)豳Y源可采量采用回收率法進(jìn)行計(jì)算，具體公式如式（3）所示。

式中：Qwh為地?zé)豳Y源可采量，kJ；RE為回收率，%；Qr為地?zé)豳Y源靜儲(chǔ)量，kJ。

1.2 地?zé)崴Y源量計(jì)算方法

地?zé)崴Y源量根據(jù)其性質(zhì)可分為靜儲(chǔ)量及可采量。其中，靜儲(chǔ)量是客觀存在于地層中的熱水資源量，可采量是靜儲(chǔ)量中在短期內(nèi)可以被開采出來的資源量。

1.2.1 地?zé)崴o儲(chǔ)量計(jì)算方法

地?zé)崴o儲(chǔ)量可采用地下水儲(chǔ)存量的計(jì)算方法，承壓水的靜儲(chǔ)量包括容積儲(chǔ)存量與彈性儲(chǔ)存量兩部分，計(jì)算公式如式（4）所示。

式中：W靜為地?zé)崴o儲(chǔ)量，m3；H砂、H黏為熱儲(chǔ)砂巖段厚度、弱透水層段厚度，m；μ砂、μ黏為熱儲(chǔ)砂巖段給水度、弱透水層段給水度；P砂、P黏為熱儲(chǔ)砂巖段水頭高度、弱透水層段水頭高度，m；S砂、S黏為熱儲(chǔ)砂巖段彈性釋水系數(shù)、弱透水層段彈性釋水系數(shù)。

在計(jì)算地?zé)崴o儲(chǔ)量時(shí)，可以忽略地?zé)崴膹椥詢?chǔ)存量。簡化后，地?zé)崴o儲(chǔ)量的計(jì)算公式如式（5）所示。

1.2.2 地?zé)崴刹闪坑?jì)算方法

地?zé)崴刹闪坑蔁醿?chǔ)及其相鄰的弱透水層在限定降深條件下的彈性釋放量組成，采用式（6）進(jìn)行計(jì)算。

式中：Q可采為地?zé)崴刹闪?，m3；P為限定的水位降深，m。

1.3 地?zé)崽飫澐?/h3>

研究區(qū)內(nèi)明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)與館陶組熱儲(chǔ)在平面上分布較均勻，地?zé)崽餆o明顯的物理邊界。根據(jù)東營組熱儲(chǔ)與寒武-奧陶系熱儲(chǔ)的分布特征，可采用構(gòu)造單元的邊界劃分地?zé)崽?，將研究區(qū)劃分為6 個(gè)地?zé)崽?。一是臨清坳陷地?zé)崽铮娣e約為7 721 km2。二是埕子口-寧津潛凸起地?zé)崽铮娣e約為3 646 km2。三是惠民-臨邑潛凹陷地?zé)崽?，面積約為7 509 km2。四是車鎮(zhèn)-沾化潛凹陷地?zé)崽?，面積約為6 941 km2。五是東營潛凹陷地?zé)崽?，面積約為8 794 km2。六是魯中隆起地?zé)崽?，面積約為8 740 km2。

2 地?zé)豳Y源量計(jì)算

地?zé)豳Y源的計(jì)算分區(qū)以地?zé)崽锏膭澐譃榛A(chǔ)，分為6 個(gè)計(jì)算區(qū)。

2.1 地?zé)豳Y源靜儲(chǔ)量

根據(jù)式（1）計(jì)算，研究區(qū)內(nèi)明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)的地?zé)豳Y源靜儲(chǔ)量為9.97×1020J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤340.04 億t；館陶組熱儲(chǔ)的地?zé)豳Y源靜儲(chǔ)量為9.966×1020J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤339.04 億t；東營組熱儲(chǔ)的地?zé)豳Y源靜儲(chǔ)量為4.747×1020J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤161.9 億t；寒武-奧陶系熱儲(chǔ)的地?zé)豳Y源靜儲(chǔ)量為6.04×1020J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤206.14 億t。

2.2 地?zé)豳Y源可采量

根據(jù)式（3）計(jì)算，研究區(qū)內(nèi)明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)的地?zé)豳Y源可采量為7.18×1019J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤24.51 億t；館陶組熱儲(chǔ)的地?zé)豳Y源可采量為1.06×1020J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤36.18 億t；東營組熱儲(chǔ)的地?zé)豳Y源可采量為4.34×1019J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤14.81 億t；寒武-奧陶系熱儲(chǔ)的地?zé)豳Y源可采量為9.06×1019J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤30.92 億t。

2.3 地?zé)崴o儲(chǔ)量

根據(jù)式（5）計(jì)算，研究區(qū)內(nèi)明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)的地?zé)崴o儲(chǔ)量為2.25×1012m3，蘊(yùn)含熱量為2.31×1020J；館陶組熱儲(chǔ)的地?zé)崴o儲(chǔ)量為1.41×1012m3，蘊(yùn)含熱量為2.495×1020J；東營組熱儲(chǔ)的地?zé)崴o儲(chǔ)量為4.44×1011m3，蘊(yùn)含熱量為8.02×1019J；寒武-奧陶系熱儲(chǔ)的地?zé)崴o儲(chǔ)量為2.20×1011m3，蘊(yùn)含熱量為5.09×1019J。

2.4 地?zé)崴刹闪?/h3>

地?zé)崴畲笤试S降深的確定主要是從地?zé)豳Y源保護(hù)及環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，確保地?zé)豳Y源的開發(fā)不會(huì)誘發(fā)地面沉降。本次計(jì)算中，明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)的最大允許降深取100 m，館陶組熱儲(chǔ)的最大允許降深取150 m，東營組熱儲(chǔ)的最大允許降深取200 m，寒武-奧陶系熱儲(chǔ)的最大允許降深取300 m。根據(jù)確定的地?zé)崴畲笤试S降深，采用式（6）計(jì)算研究區(qū)地?zé)崴刹闪俊＝?jīng)計(jì)算，明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)的地?zé)崴刹闪繛?.00×1011m3，熱儲(chǔ)中提取熱量為9.84×1018J；館陶組熱儲(chǔ)的地?zé)崴刹闪繛?.954×1011m3，熱儲(chǔ)中提取熱量為3.458×1019J；東營組熱儲(chǔ)的地?zé)崴刹闪繛?.10×1010m3，熱儲(chǔ)中提取熱量為1.89×1018J；寒武-奧陶系熱儲(chǔ)的地?zé)崴刹闪繛?.66×109m3，熱儲(chǔ)中提取熱量為6.16×1017J。

3 結(jié)語

地?zé)豳Y源是一種可再生的新型清潔能源，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，潛在經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益十分可觀。以地?zé)峁┡癁槔?，其運(yùn)行費(fèi)用僅為燃油（氣）鍋爐的10%左右，為燃煤鍋爐的25%左右[4]。為獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，要合理有序開發(fā)地?zé)豳Y源，提高地?zé)豳Y源的利用效率[5]。魯西北平原地?zé)豳Y源埋藏較深，補(bǔ)給途徑遠(yuǎn)，補(bǔ)給極其微弱，它屬于消耗型資源，在地?zé)豳Y源的開發(fā)中，應(yīng)當(dāng)重視對資源的保護(hù)與充分利用。