地热资源评价方法.pdf

uz 中 华人民 共和国 地质矿产部部标准 dz 4 0 - 8 5 地 热 资 源 评 价 方 法 鬓 丝 8 5 _= =1 塑0 通,s_ 一 _ _- - 一 1 9 8 6 一 0 5 - 旧0 1 寒 施 书 华 一不 尽 井 * n 国 地 质 矿 产 部 . #t 准 中华人民共和国地质矿产部部标准 d z 40 - 8 5 地热资源评价方法 地 热 资 源 是 地 质 矿 产 资 源 之一 ， 为 加 强 地 热资 源 的 开 发 利 用 研 究 ， 特 制 定 本 标 准 。 本 标 准 可 作 为 国 家 、 省 、 市 、 自 治 区 制 定长 远 规划 的 依据 ， 也 作 为 本 系 统 进 行 地 热 田 普 查 和 初 步 勘 探的 设 计 依 据 。 名词、术语 1 . 1 地热资源 系 指在当 前的技术经济条件下可以开发利用的地下岩石和水中的热能， 也包括在未来条件下具有 普在价值的热能。 根 据研究程度，地热资源还可进一步划分为远景地热资源、 推测 地热资源及已 查明地热资源 ( 图 1 ) 。 .顽肠招 图 1 地热资源评价表 1 . 1 . 1 远 景地 热资源 系 指在小比 例尺 ( 相当于1 : 1 0 0 万或1 : 5 0 万)区域调查的基础上，根据某些地热现象， 如温泉、 浅 层地温等 物探资料，并基于一般的地热地质条件和理论，推测其存在的地热资源。 远景地热资源可作为进行中 等比例尺调查和制定规划 的依据。 1 . 1 . 2 推测地热资 源 系指在中比例尺 ( 相当于1 : 2 0 万或1 : 1 0 万区域调查的基础上， 相应开展了 地热地质、 地热地球化 学 和地温调查， 重、 磁、电或地震等物探以及 钻探工作，得出的地热资源。 推测地热资 源可作为规划大比例尺地热调查，编制地热普查、初步勘探设计的 依据。 1 . 1 . 9 已查明地热资源 又称已 确认 地热资源，系指在大比例尺 ( 相当 于1 : 5万等)调查 的基础上，相应开展了 地 热地 质 、 地 热 地 球化 学、 地 温调 查 ， 重 、 磁 、 电 或 地 震 等 物 探 工 作， 经 钻 探验 证 ， 地质 构 造 和 热 储 边 界 清 楚。同 时，经过长时间单井、多 井抽水试 验或放喷试验以后，在计算出的地热资源。 中 华人民共和国地质矿产部1 9 8 5 一1 。 一1 0 发布 l:. 一0 5一0 1实施 t dz 4 0-85 1 . 2 地热储量 系 指已查 明地热资源的一部分，即在当前条件下可以用地质学方法圈闭而又能经济、合 理、 合法 地开采 的有用能源。 1 . 3 热储 系 指含有能被开 发利 用的热流体的岩石或岩层。 热储还可分为 孔隙热储和裂隙热储。 砂层、 砂卯砾石层、胶结较差的砂岩、 砾岩和部分碳酸 盐岩 等属 孔隙热储。火成岩、 变质岩、 部分碳酸盐岩 和致密砂岩、砾岩属裂隙热储。在进行 地热资源评价 时 ， 对 于 孔 隙 和 裂 隙 二 者 兼 有的 热 储， 如 砂岩 、 砾岩 和 碳 酸 盐 岩 等 按 孔 隙 热 储 考 虑。 1 . 4 地热田 系 指在一 定范围内，具有盖层、 热储、 热流体通道和热 源的地质体。其 热能可 供开 发并具有社会 经济效益。 1 . 5 有效利用地热资源ht 被开发出 来的地热能 ( 即从井口 得到的热量)只有一部分被利用，将被利用 的部分 称为有效利用 资源量。由式 ( 1 )表 示: 。二 q 兰. . . . . . . . . . 1 、 qw h 式中:叮 有效利用率。 q 2 有 效利用资源量，k c a l , q w h 可采地 热资源量 ( 从井口 得到的资源量)， k c a l , 有效 利用率和利用目 的及技术水平 有关。 2 进行地热资源评价的某些规定 2 . 1 深度 就总的趋势而言，一个地区的温度随着深度 增加 而增加。从经济和 技术条 件考虑， 钻进愈深技术 愈复杂 ，钻井 ( 孔)的成本愈高。为 此， 将2 0 0 0 m 以浅定为 经济 型地热资 源, 2 0 0 0 一3 0 0 0 m 定为亚 经济 型地热资源。 22 温度 对热储温度划分如表 1: 表 1 2 0-4 0 ic低 温 4 0-6 0 *c 中低温 6 0 一当地沸点 中温 当地沸点 高温 2 . 3 评价热储的规定 凡具有下 述两条件者才能被当 作可利用的热储加以 评价: a . 深度1 0 0 0 m以 浅的 温度大于4 0 *c . b . 单井出水量大于2 0 m / h，当无水量资料时，其导水系数必须大于1 达西。 m, 2 . 4 地热田的规模 地热田分为大、中、 小三种 类型。 其划分 方法是 将有效利用资 源量 折算成发电量， 然后按发电量 的 大 小 进 行划 分 ( 表2 )。 同 时 规 定用 于 高 温 发 电 的 地 热 田 服 务 年 限 应 大 于 3 0 年 . 用 于 综 合 利 用 的 中 低 温地 热田，其 服务 年限应大于1 0 0 年 。 dz 4 0-9 b 表 2 地热田规模划分 地热田规棋 发电t 1 0 4 k w 热盆 1 0 k c a l / h 煤! t 1 0 4 t / a 大型地热田 ) 5 4 3 0 0 1 5 中型地热田 1 5 8 6 0 一4 3 0 0 3 - 1 5 小型地热田 2 0含 最 1 0 011 02i1 051 x 1 0 ,1 5 . 2 地热水有害成分 排放标准 根据中华人民共和国国家标准 工业三 废排放标准规定，按照水源的不同用 途， 对工业废水的 排 放 有 不 同 的 要 求。 对 饮用 水 源及 风 景 游 览 区 的 水 质 要 严 禁 污 染; 对 农 业 和 渔业 用 水 要 保 证 动植 物 的 生 长条 件， 动 植 物体 内 的 有 害 残 毒 不 得 超 过 食用 标 准 ; 对 工 业 水 源， 不 得 影 响 生 产 用 水 的 要求 。 上 述 规 定 适用于对地热水的评 价 ( 表9 )。 表 9 地热水 有害成分最高允许 排放浓度 有害物质 名称 汞及无机 化 合 物 ( 按h. 计) 镐及无机 化合物 ( 按c d 计) 六价铬 化 合 物 ( 按cr 计) 砷及无机 化合物 ( 按a s 计) 铅及无机 化合物 ( 按p b 计) ph 值硫化物 铜及其 化合物 ( 按cu 计) 奴的无机 化 合 物 ( 按f计) 最高允许 排放浓度 0 . 0 5 mg / l0 . 1 mg / l0 . 5 m g / l0 . 5 mg / li . o mg / l 6 9 1 mg / li . o mg / li o mg / l 5 地热资源评价报告提纲 二i 前言:目的任务、自然地理及交通条件、 研究 程度。 .之 区域地质特征 地层、 地质构造、岩浆活动情况、 地质发展简史、 地热地 质特征 ( 包括蚀变 带、 温泉等热显示) 。 5 . 3 地球物理特征 地温场分布情况、地温场与地质构造、地层岩性和盖层的关系以及形成条件。 5 . 4 地球化学特征 区域水化学条件及热储水化 学特征、 水化学 温标及热储 温度 推算。 同位素水化学 及解释。 以 利用为 目的的水质评述。 二5 地 热资 源评价 资源类型、 热储分布及特征， 参数的确定，如厚度、孔隙度、渗透率、 比重、比 热和 热导 率等。 资源计算方法、评价和建议。 .b 开发利用 1 4 dz 4 0 -86 ， 经济效益及开发利用前景。 二 7 附图 二了 . ， 地质构造图 ( 平原区应附基底地质构造图)。 6 . 7 . 2 地温分布图及地温梯度图。 二了 . a 水化学图。 6 . 7 . 4 热储分布及等厚度图。 6 . 7 . 地热资源评价图 ( 2 0 0 0 m以 浅、2 0 0 0 3 0 0 0 m)。 6 . 7 二 地热资源 模数图。 附表 . ， 二1 井 ( 孔)、 温泉等统计表 ( 温度、梯度、水流量、水位、放热最等)。 6 . 8 . 2 热储物性一览表 ( 岩石名称、密度、比热、孔隙度、渗透率、热导率等)。 6 . 8 . 3 水质分析成果表。 6 . 8 . 4 地热资源计算结果一览表。 dz 4 0 -85 附录a 地球化学盆标计算方法 ( 补充件) 在温泉出露区 ，可以利用地 球化学温标来估算热储 ( 基础温度)。 这个方法的基础是: 水热流体在 热储 温度下，与矿物达到了化学平衡，且随后流体温度降低时，这个平衡仍予保持。 各类 地球化 学温标，即用各种化学和同 位素反应计算热储温度的 方法很多，本标准仅 规定几种目 前 普谊采用的定量评价方法。 a. 1 s 1 0 2 沮标 根据热水与不同类型二 氧化 硅达到溶解平衡的情况，可选用相应的各类温标。 a， . 1 无蒸汽损失的石英温标 热水中的二氧化硅是由热水 溶解石英所形成，这部分热水在其达到取样点 ( 如 地面泉或井口 )时 没有 蒸汽损失，则可选用式 ( a1 )计算: ( )= 1 3 0 9 5 . 1 9 一 ， 9 c 一 2 7 3 . 1 5 “ “ “ - . . . . . . . ， ， ， 一 ( 1 ) a. 卜2 最大蒸汽损失的石英温标 如 溶 解 石 英 的 这 部 分 热 水到 达 采 样 点 时已 发 生了 闪 蒸 ， 则 可选 用 式 ( a 2 ) 计 算 : ( )二 1 5 2 2 5 . 7 5一i g c 2 7 3 . 1 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( a2 ) a . 1 . 3 无蒸汽损失的玉髓温标 如果热水中的二氧化硅是由热水溶解玉髓 所致， 这部分热水在到达采 样点时没有发生燕汽损失， 则可选用式 ( a3 )计算: ( )二 1 0 3 2 4 . 6 9一i g c 2 7 3 . 1 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( a3 ) a. 1 . 4 有蒸汽损失的玉髓温标 溶解玉髓的热水在达到采样点时已 发生了闪蒸， 则可选用 式 ( a 4 )计算: ( )二 1 2 6 3 5 . 3 2一i g c a， 1 . 5 非晶质二氧化硅温标 如 果热水溶解了非晶质二氧化硅则可 选用 式 ( a 5 ) 2 7 3 . 1 5 ，. ， 4 4 一( a4 ) 计算: 1 ( 0 c) 二 7 3 1 4 . 5 2一i g c 一2 7 3 . 1 5 ， ， 一 ( a5 ) a . 1 . 6 . a一 方英石温标 如果热水中的二氧化硅是由热水溶解 a一 方英石而形 成，则可选用式 ( a 6 )计算: ( )二 1 0 0 0 4 . 7 8一i g c 一2 7 3 . 1 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( a6 ) a. 1 . 7 6 一 方英石温标 如 果热水中 的二 氧化硅是由热水溶解a 一 方英石 而形成。则可选用式 ( a 7 )计算: ( )二 7 8 1 4 . 5 1一i g c 一2 7 3 . 1 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( a7 ) 各类二 氧化硅温 标的公式虽然较多，但是根据在热储中 已经发现的或推断最有可能存在的 或玉肺 )二 氧化硅矿物， 还是可以正确选用适当 公式的。上述计算公式适用范围t =0 一 2 5 0 c . ( 石英 式 r士 1 dz 40 -8 5 c 为 溶解 的h , s i o 。 形式的s i o : 含 量 ( p p - )。当p h 大于8 . 5 时，水中s i o : 总量不全以h , s i o 。 的形 式存在，这时: h, s i l y l l o, h+ + h, s i o; 因此要计算出h , s i o 。 形式中的s i o , 含量 esi o,二h, s 01 k h, s i o: 二 h+ ) + h, s i o; c h, s i o, )- c h, si o, ) 平衡常 数k 随温度变 化。h 十 二 1 0 p 气 h 十 亦受温度控制。 当温度为2 0 时， 1 9 k h ,s io , =一 1 0 . 0 1 ， 当 温 度为2 5 *c 时， 1 g k h . s io 。 二一 9 . 9 1 . 然后根据计算式 k h sio 1 0 - p h ) ( i s i 0: 一c h .s io . c c h .s io , 算出溶解的h + s o 形式的s i o : 含量 ( 即c h .s i o . )。 在使用s i o , 温标公式时，要 考虑下列因素: a . 温标计算公式在温度2 5 0 以下才是有效的。 b . 当 水沸腾 时，水中 s 0 2 随蒸汽分离而浓度增大。这时应采用 式 ( a 2 ) 或 ( a 4 )，若 热储 介 于传导冷却 ( 无蒸汽损失)和绝热冷却 ( 有蒸汽 损失) 之间，则计算结果 应介于式 ( a ll 、 ( a 2 ) 之间或式 ( a3 )、 ( a4 )之间。 c .取样之前可能发生二氧化 硅聚合和 沉淀作用，为 此要试算非晶质s i o , 温 度，如 有勘探 钻孔时 应与采样时的实侧温度进行对比，以验证是否发生了这种聚合或沉淀。 d . 取样之后，随温度降低在样品运输和保存期间可能发生二氧化硅聚合作用，当水中s o2 浓度 大 于1 1 5 p p m 时， 取样时要做稀释处 理。 e . 除石英之外，应注意其他硅酸盐对水中二氧化硅的控制。 f . 当p h 大于8 . 5 时，要先进行水中h , s i o。 形式的s i o , 含量的计算。 9 ，公式不适用于已受稀释的热水，如果是冷水 和热水的混合水， 则采用 混合模型( 见混合温标) o h . 对p h 远小于 7 的酸性水不适用。 a. 2 n a - k地热温标 n a 一 k 地热温 标是基于钠长石和钾长 石在一 定温 度条件下达到平衡而建立 的，即在具备钠、 钾长 石 平衡环境的天然水中，n a , k 的含量比 值是温 度的函数，这一比值不受以 后温 度降低的影响。 且不 受 降水稀释或内 燕浓缩的影响。 根 据这一事实， 不同 研究者根据实验资料的 统计结果， 提出了 不同的 计 算公式。在具备钠、 钾长石平衡 环境的条件下可以 应用 下列公式: a. 2 . 1 t( ) = 1 2 1 7 i g ( na / k) + 1 . 9 8 2 7 3 . 1 5 0 1 5 0) ， ”二“ ( a8 ) a . 2 . 2( ) _8 8 5 . 6 1 g ( n a / 均 + 0 . 8 5 7 3 ( 据f o u r n i e r ) 2 7 3 . 1 5 ( 11 5 0) . . . . . ( a9 ) ( 据tr u e s d e l l ) 以上两式在温 度大于2 7 0 时差 别不大。 a. 2. 3 t( ) 夕 3 3 i g ( na / k) +0 . 9 3 3 2 7 3 . 1 5 ( r=2 5 -2 5 0) 。 ， . ( a 1 0 ) ( 据ar n o r s s o n ) dz 4 0 -8 5 一 a. 2 . 4 t() 1 31 9 i g ( na / k) +1 . 6 9 9一2 7 3 . 5 ( t二2 5 0 - - 3 5 0 c) ( 据ar n o r s s o 帕 上述 公式中阳 离子 浓度以m8 / k g 或f p m 为兰位。 钠钾 地热温标不适用于p h 远小于7 的酸性水， 志 钙的热水 如出 现钙华)及不同成因的热水发生了混合的情况。还 有的研究者认为不适用于n a / k当 叠克分子比值小于 8 才大于 .c 的情况，以及不适用于小于1 2 0 的热储。 人3 n飞一 盆 一 c n m- 标 在富 钙水中 ，n a 一 k温标 将得到异常高的结果，因此f o u r n i e r 和t r u e s d e l i 提出了n a 一 k - c a a0 9 标计算公式如下: () = 1 3 4 7 2 7 3 . 1 5( a1 2 ) 阳离子浓度以mg / k g 为单位， 若t 1 0 0 c 或 1 %( j万/ n a ) + 2 . 0 6 为 负 ， a 取1 / 3 . 若阳离子浓度以重量克分子浓度为单位，即用n a ( p p m ) / 2 3 x 1 0 0 0 , k ( p p m) / 3 9 . 1 x 1 0 0 0 , c a ( p p m ) / 4 0 . 1 x 1 0 0 0 ,则可用公式: ( ) 二 1 6 4 7 2 7 3 . 1 5 . ， ( a1 3 ) 若t 1 0 0 或 . g ( , / c -a / n a ) 为负净取1 / 3 . 捷克的p a c e 发现，当 有方解石沉淀且水中c a 浓度降低时，该温标不适用于与冷水密切相关的高 碳酸盐水。为此，他提出 校正， 在温度低于7 5 c , p c o , 1 0 - a t m ( 1 a t m= 1 0 1 3 2 5 p a ): 1 =1 . 3 6 +0 . 2 5 3 l 9 p c o , ，. co, +h, o * h, co, k 二 而p c o , ( h, co, ) ( co, ) 二 co, ) = ( h, co, ) k k 二 一 1 . 3 6; k =一1 . 4 2 , lgig 当 温度为2 0 时， 当 温度为2 5 时， 校正公式: ( )二 1 6 4 7 一2 7 3 . 1 5 ( a1 4 ) 来自深，因高 温时镁保留在固相中， 但随着温 度降低及冷地下水 的掺人，镁在水中的含量增加。为此当 水中含 有较 明显 的镁浓度时，要 进行镁校正，福尼埃及普特介 绍的镁校正经验公式为: 二用当量百分比计算r值: r = mg m g+ca+kx 1 0 0 . ( 人1 5 ) 当r二5 -