（环境工程专业论文）咸阳地压型热储流体基本特征及补给的研究.pdf

捅妥 咸阳地热田有其独特的中低温、低压热储流体，咸阳热储流体特征有异于一 般常压热储流体。本论文在陕西省自然基金咸阳地压热储流体的氢氧同位素演 化及其对古地质环境的指示意义( 编号s j 0 8 一z t 0 8 ) ，国家地质调查局项目陕 西关中地下热水的调查( 编号1 2 1 2 0 1 0 5 3 5 a 9 8 ) 的资助下，运用环境同位素和 水文地球方法对咸阳地压型地热流体的补给循环及其赋存环境特征展开专项研 究，深入分析和总结了咸阳热储流体的地压特征、同位素特征和水化学特征，并 对咸阳热储流体的补给来源进行了探索性的研究，并得出以下结论：环境同位素 万d 、万1 8 0 、万1 3 c 、万1 4 c 、艿3 4 s 的分布特征证明咸阳渭河以北热储环境比咸阳 渭河以南更为封闭，咸阳渭河以南热储流体和西安热储流体有一定程度的水力联 系。研究区热储流体主要水化学成分空间分布演化证实研究区地下热水水化学成 分在平面上具有呈南北向变化的东西向带状分布规律，与研究区主干构造( 渭河 北岸断裂) 一致，咸阳渭河以北为c 1 n a 型水，咸阳渭河以南为h c 0 3 - n a 型水。 研究区同位素、水化学、主控构造的研究成果提示，咸阳热储流体来水方向主要 来自西北方向。西北方向三个剖面同位素、水化学分布演化规律的研究，提供了 咸阳热储流体补给的环境同位素证据，证明咸阳热储流体主要由渭北全新世前大 气降水补给，基本不存在“深部水热循环系统中来自地幔物质补给 的可能。 关键词：地压热储流体；环境同位素；水化学；补给；成阳 a b s t r a c t t h eg e o t h e m 谢f i e l do fx i a n y 觚gh 嬲i t so w nu 1 1 i q u el o w t e m p e r a t u r c ，l o w p r e s s u r e dg e o t h e m a lw a t e r s t l l ep a p e ri ss u b s i d i z e db yt h es h a l l ) 【ip r 0 v i n c ef u l l df o r n a t u r et h em e 础gf o ro x y h y d r o g e ni s o t o p ee v o l u t i o na ：b o u tp r e s s u l e dg e o t h 锄a l w a t e r st oa 1 1 c i e tg e 0 1 0 9 i c a le 1 1 v i r 0 i u l l e n ti nx i a n y a n g ( n o s j 0 8 - z t 0 8 ) ，锄dt h e n a t i o n a lg e o l o g ) rh l v e s t i g a t i o nb u r e a up r o j e c t g e o t h e 肌a 1w a t e ri n v e s t i g a t i o ni n s h a n x ig u a n z h o n g ( n 0 1 21 2 0 1 0 5 3 5 a 9 8 ) ，i ti s1 a u n c h e dt h es p e c i a lr e s e a r c ha b o u t t h eg e o p r e s s u r e dg e o m e 肌a lw a t e r s sc h a r a c t e s t i co fs u p p l i n gc i r c u l a t i o n锄d e n v i r 0 埘 1 1 e n ti nx i a l l 弘m gb yu s i n gm ee i i r o m e n t a li s o t o p ea n dh 灿g e o c h 锄i s t r y m 砒o d ，a n a l ) ，z e d 姐ds u l l m a r i z e dt h eg e o s t a t i cp r e s s u r ec h a r a c t 嘶s t i c ，t l l ci s o t o p e c h 嬲l c t 甜s t i ca n dm eh y d r o c h e m i s t 巧c h 蹦l c t 甜s t i co fg e o m e 咖a 1w a t e r si nx i a n y a n g t h o r o u 曲l y ，a n dh a sc o n d u c t e dt h ee x p l o n n gr e s e a r c ht 0m ex i a l l y a n gg e o t h e m a l w a t e r s ss o u l c eo fr e c h a r g e ，t h e nd r e wt h ef 0 1 l o w i n gc o n c l u s i o n ：e n v i r o 衄e n t a l i s o t o p e 艿d 、占1 8 0 、 万1 3 c 、万1 4 c 、万3 4 sd i s t r i b u t e dc h a r a c t e r i s t i cp r o v e sm e g e o t h 锄a le 1 1 v i r 0 姗 1 e m 证n o n l lo ft h ex i a l l y a i l gw b i h em v e ri sm u c hc l o s e r c o m p a r e dt ot h es o u t ho fx i a l l y a i l gw e i h e 砒v m eg e o t h 跚m a lw a t e r sh a st h ec e n a i n e x t e n tw a t e rp o w e rr e l a t i o nb e t w e e nt h es o u mo ft h ex i a i l m gw e m e 础v e ra i l dx i a 1 1 t h em a i nh y d r o c h 锄i s t 叮i n g r e d i e n ts p a t i a ld i s t r i b u t i o ne v o l u t i o no fg e o t h e m a l w a t e r si 1 1t h er e s e a r c ha r e ai sc o n f l 肌e dt h a th y d r o c h e m i s t l yi n 乒e d i e n to fg e o t h 锄a l w a t e ra s s u m e st h en o r t l lt os o u mo ft h eb e l t s h a p e dd i s t r i b u t i o nm l e ，a 伊e e m e n ti n m a i ns t m c t u r e ( t h en o r t hs h o r eo fw e i h er i v e rb r e a k ) ，t h eg e o t h 锄a lw a t e r sa b o u t t h en o r t l lo fm ex i a n y a n g 、 研h e 砌v e ri sc l n a ，t h es o u t ho ft h ex i a n y l n gw r e i h e 硒v e ri sh c 0 3 一n a t h er e s e a r c ha r e a si s o t o p e ，t h eh y d r o c h e m i s t r y t h er e s e a r c h r e s u l t so ft h em a s t e rc o n t l 0 1s t m c t u r ei sp r o m p t e dt h a tt h eg e o m e n n a lw a t e r so f x i a n y a n gm a i n l yc o m e s 行o mt h en o n h w e s td i r e c t i o n t h er e s e a r c ho ft h ei s o t o p e s ， h y d m c h e m i s t wd i s t r i b u t i o ne v o l u t i o nr u l e sa b o u tt h r e es e c t i o np l a j l ei nm en o n h w e s t d i r e c t i o n ，h a sb e e np r o v i d e dt h ee v i d e n c ea b o u ts u p p l i n ge n v i r o i u i l e n t a li s o t o p ei i l x i a j l y a n g ，c o n f i m e dt h a tt h eg e o t h e m a lw a t e r s o fx i a n y a n gi ss u p p l i e db yt h e m o s p h e r i cw a t e rb e 南r et h eb r a n d - n e ww o r l di nt h en o n ho f t h ew e i h eb a s i n ，i ti sn o t p o s s i b l et oe x i s t “t h em a n t l em a t e r i a lr e c h a r 百n g 丘o mt h ed e p ma n dh o tc i r c u l a t o w s y s t e m ” k e yw o r d s ：p r e s s u f e dg e o t l l e 肌a lw a t e r s ；e n v i r o n 】m e n t a li s o t o p e ；h 1 闷c h 锄i s t 巧； r e c l l a i 苫e ；) ( i a n ) 啪g 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 酋、& 甬p 勺年岁月易日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者虢谂& 黾 导师签名：易虬 o c 年岁月：台日 o c 2 年箩月占日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论弟一早殖v 匕 1 1 选题目的与意义 1 1 1 选题目的 二十世纪七十年代初期，我国卓越的地质学家、原地质部部长李四光教授就曾高瞻 远瞩地指出：“地下热能的开发与利用，是个大事情。这件事，就像人类发现煤炭、石 油可以燃烧一样，这是人类开辟的一个新能源。1 9 8 8 年，由国家科学技术委员会发布 的中国科学技术蓝皮书第一号：国家十四个重要领域技术政策要点中，把“能源技 术政策要点 列入首位，在“积极开发利用新能源 一节中，将地热能列入新能源，指 出“应加强研究、示范、推广工作，逐步建立新能源工业。 “加强地热资源的调查和 评价。”从此，我国地热资源开发利用工作进入了一个新的发展时期。 1 9 9 2 年以来，咸阳市先后在秦都、渭城两区的市区和近郊展开了地热资源调查和可 行性论证工作，至2 0 0 5 年6 月，已成功地开凿了1 8 口探采结合地热井，探明咸阳市渭 河两岸地下蕴藏有丰富的地热资源。咸阳市历史文化悠久，资源蕴藏丰富，地热资源具 有温度高、压力大、水量丰、水质优的特点，为我省地热资源开发的重要战略区。2 0 0 6 年2 月2 7 日咸阳被中国矿业联合会正式命名为“中国地热城”，同年8 月，又被国家 发改委确立为国家级地热资源综合开发利用示范区。 然而咸阳地压型热储流体的起源补给、循环运移、赋存环境及其可更新性一直是 理论界以及开发部门关注和争论的热点，也是可持续开发利用热水资源的关键性问题。 利用环境同位素水文地球化学方法研究热储流体的成因和起源是当前国内外比较新颖 的研究方法之一，也是近年来地热流体研究主要开展的方向【m 】。随着咸阳地下热水开 采井数不断增加，热水井深度加大，开采量逐年攀升，地下热水降位漏斗不断扩展，地 下热水水位出现下降趋势。咸阳地下热水的补给机理及可更新性的研究已迫在眉睫，事 关热储评价和开发战略的制定。 1 1 2 选题意义 本论文采用水文地球化学及环境同位素方法，在原有工作基础上深入探讨渭河瓮地 深部地各热储层地下水的空间分布规律及与大气降水、渭北岩溶水的关系，论证渭河北 岸断裂在地下热水循环中的作用、提供地下热水补给来源、热储流体滞留时间、热储流 体循环深度及循环温度，热水资源的更新能力的评价、探索地下热水研究的新型技术方 法，丰富对地下热水循环理论的认识，为咸阳地热田的科学开发提供基础性及指导性意 第一章绪论 见，为进一步研究盆地内部深层热储流体成因补给机理提供基础性论证。该研究成果将 对我国地压地热水的研究有启示性和推动性作用牧业将直接为咸阳城市建设、区域经济 发展等提供技术服务。 本论文是国内首次将环境同位素和地球化学方法应用于咸阳地压型地热流体的专 项研究，是一项既有理论创新、又有重要应用价值的应用基础性研究，本论文对于我国 盆地型地压地热田成因及补给的研究及地热流体的合理开发有良好的示范作用，可为地 压地热资源的研究提供重要的新技术研究方法的应用实例。此外，本论文对于揭示咸阳 地热水资源形成演化规律，提高咸阳地热资源的监管水平，为可持续开发利用咸阳地热 水资源提供系统科学支持的理论基础，带动咸阳的经济发展具有重大意义。 1 2 前人工作程度 1 9 6 0 年以来，陕西地矿局区域地质调查队( 今陕西地矿局区域地质矿产研究院，简 称区研院) 第一水文地质工程地质队( 一水) 、物化探队、地矿部第三石油普查大队( 三 普) 等地质勘探单位，对陕西省关中新生代构造盆地全面展开了区域地质、水文地质、 地球物理勘探和石油地质普查工作，对咸阳市区及其周边的地层岩性、水文地质、地球 物理场和构造地质特征等进行过专题的或综合性的调查研究( 见表1 1 ) ，为咸阳市区地 热资源调查提供了翔实的基础地质资料【7 1 。 上世纪七十年代末以来，由三普编撰的汾渭盆地石油普查阶段地质成果报告 ( 1 9 7 7 ) ，区调队( 区研院) 编撰的陕西省区域地质志( 1 9 8 9 ) 、区调队主编的陕西地 质矿产志( 1 9 9 3 ) ，一水编撰的陕西省咸阳市水文地质工程地质综合勘察报告( 1 9 9 1 ) 等，对包括咸阳市在内的关中地区的地质构造特征和新生界地层层序做过详细的对比划 分和研究。 1 9 8 5 年7 月，原咸阳地区秦都区委托三普对市区渭河北岸约8 0 平方千米范围做了地 热勘查调查研究，编写了成阳市地热调查研究专题报告，为咸阳市地热资源开发做 了前期准备工作。 1 9 9 6 年，陕西省地矿厅和咸阳市计委将咸阳市区地热普查报告项目下达给陕西 地矿局区研院，对市区1 7 7 1 平方千米范围进行全面地热普查和报告编写工作。 从1 9 9 2 年底至2 0 0 5 年6 月，全市已凿成地热井2 4 眼，其中秦都区1 2 眼，渭城区 6 眼，兴平2 眼，武功2 眼，三原1 眼，礼泉1 眼。在成阳市区已钻成的1 8 眼地热井， 其中有5 眼主要开采上第三系张家坡组热储，井深1 6 0 0 2 2 1 2 8 o m ，井口水温6 5 8 0 ， 自流出水量5 8 3 2 9 8 0 m 3 i l ：6 眼井主要开采蓝田灞河组热储，井深2 4 7 1 o 一3 0 0 0 o m ， 2 n 趔 蠼鲣堡蜜篮篮篮堡堡 堪* 富警吝枣奄 *苌洳 害富奄枣 徊 1 凶凶区区凶凶凶凶 橘 凶 ll1 1 l 塑，、 郦 v 、l ，1 gv - _ - 蜊一 堪 o 卜v 、 i n - _ 8 。 貅 薯 - ，1n nnn 一卜 * 登最o n 以 孓。 _- _ _ 杈 u 嚣 1 丑1 1 求 坚毒 o no n 箍 n 寸 n 郓v 一n 忙 昏 娶 菁童 、 n nn 旧 _ _ 卜 徊 _ 、 鲁 营 皿 。 髅7 籴 f一 7 四 8 糠 奢 僻咖世h霉冰徊播骚妪壤簧凶怛区镁=僻 仪秘逦扑书器扑k舷半 第一章绪论 井 表1 2 咸阳市区地热井一览表 井 井深自流量 井口水温 号 开发利用单位成井时间 开采热储 ( m )( m 3 d )( ) x y 0 0 1秦都l 号井 1 9 9 3 1 2 6 1 6 0 2 张家坡组 8 1 6 o o6 5 x y 0 0 2 秦都2 号井 1 9 9 4 61 6 0 0 2 张家坡组 1 4 7 3 3 66 8 x y 0 0 3 秦都3 号井 19 9 4 9 2 51 7 5 l - 4 张家坡组 1 7 3 2 8 0 7 2 x y 0 0 4 古泉公司 1 9 9 5 5 1 81 9 5 8 张家坡组 7 7 2 8 8 6 5 5 x y 0 0 5 天运公司 19 9 5 6 52 5 8 8 蓝田灞河组 2 2 4 6 4 0 9 6 x y 0 0 6 绿浪公司 l9 9 5 8 42 8 0 0 蓝田灞河组 2 9 6 9 7 6 1 0 2 x y 0 0 7 5 0 5 大学 1 9 9 6 1 1 32 6 5 8 蓝田灞河组 2 5 9 2 0 9 2 x y 0 0 8 石油助剂厂 1 9 9 6 1 2 3 02 7 4 5 蓝田灞河组 3 0 6 8 “9 0 蓝田灞河 x y 0 0 9 偏转 l9 9 8 5 2 03 0 0 02 “2 01 0 4 组、高陵群 x y o l 0 二o 二所 1 9 9 8 1 1 2 32 4 7 1 蓝田灞河组 3 5 9 3 7 69 0 蓝田灞河 x y 0 1 1 七九五厂1 9 9 8 7 1 3 3 1 0 07 2 8 3 5 29 8 组、高陵群 蓝田灞河 x y 0 1 2三普1 号 1 9 9 8 1 0 92 9 7 5 5 4 3 7 2 89 l 组、高陵群 蓝田灞河 x y 0 1 3三普2 号 2 0 0 4 7 33 5 5 8 4 4 0 1 1 29 4 组、高陵群 x y o l 4 一八五队 1 9 9 9 1 2 1 42 0 0 0蓝田灞河组 1 0 6 4 1 67 3 监田灞河 x y 0 1 5陕t 职院 2 0 0 3 7 12 8 1 3 24 3 1 9 5 2 8 9 组、高陵群 蓝田灞河 x y 0 1 6秦刚花园 2 0 0 3 9 2 53 3 7 5 27 3 5 0 9 6l o l 组、高陵群 x y o l 7 帝都花园 2 0 0 2 9 1 92 1 2 8 张家坡组 1 9 7 9 5 2 8 0 蓝田灞河 x y 0 1 8商贸学院 2 0 0 4 1 73 4 9 5 组、 6 7 2 0 1 2 0 高陵群 备注：成井日期除2 号井外，均以抽( 放) 水试验后的取样日期为准 4 高陵 长安人学硕士学位论文 群热储，井深3 1 0 0 0 3 5 5 8 o m ，井口水温9 4 1 2 0 ，自流量1 8 3 3 8 3 0 6 2 9 m 3 1 1 ( 见 表1 2 ) 。这些地热井提供的钻孔资料为研究咸阳城市规划区上第三系各热储层段的地热 资源赋存特征和储量评价提供了宝贵的第一手资料。 近年来，咸阳市国土资源局在对全市地热资源的开发利用进行监督管理工作的同 时，对全市地热井进行了全面的动态观测研究，从而为本次论文的编写提供了地热资源 开发过程中的动态变化的参数和科学依据。 目前，国内外学界对地热流体的同位素水文地球化学研究发展较快。c r a i g ( 1 9 6 3 ) 首先注意到高温热水中6 1 8 0 与大气降水偏离特征。认为引起漂移的原因是由于长时期 的水岩反应，热储的孔隙水初始同位素组分发生改变。i a i ldc l 破和p e t e r 蹦t z ( 1 9 9 7 ) 4 1 ，t m e s d e l l 和h u l s t o n ( 1 9 8 0 ) 【1 5 1 认为高温地热田中发生的6 1 8 0 漂移现象反 映了地热温度下同位素向水岩平衡方向的转化，是热储流体氢氧同位素时空演化及其环 境指示基本尺度，可用作水和热储围岩反应及热储环境的指示剂。2 0 世纪8 0 年代以来， 国内外水文地质学界注重从地热流体的d 、1 8 0 、1 4 c 、1 3 c 、3 4 s 、8 7 s r 、3 6 c i 等同位素组 成中提取热储流体成因信息，丰富了有关热储流体成因类型的认识( g i g g e n b a c hw f ， 1 9 8 8 ；c 1 州o nr n ，2 0 0 5 ；) 【1 睨7 1 。王东升( 1 9 9 6 ) 对四川盆地、塔里木盆地、江汉盆地 和柴达木盆地热储流体的研究表明氢氧同位素漂移发生在非降水起源或非完全降水起 源的封存型热储流体中【2 8 1 ，认为同位素研究是揭示热液成因类型的有效方法。庞中和对 氢氧同位素漂移及利用同位素地热温标的应用进行了研究【2 9 3 们。王兆荣( 1 9 9 3 ) 、王基华 ( 2 0 0 0 ) 、徐步台( 1 9 9 7 ) 、晁念英( 1 9 9 9 ) 、尹观( 2 0 0 3 ) 分别提供了张家口、浙江、河北、 四川等地区地热水中的稳定氢氧同位素演化特征的研究实例【3 1 - 3 5 1 。陶书华( 1 9 9 9 ) 对比分 析了西安市附近地区地下热水与常温水混合带的氢氧环境同位素变化【3 6 拼】，提供了关中 盆地周边地带热储流体来源进行初步分析；秦大军、庞中和等人( 2 0 0 6 ) 则应用同位素水 文地球化学方法对揭示不同热储之间的关系进行了研究。王润三，薛华峰等人( 1 9 9 9 ) 从地质构造角度对西安。咸阳地热田异常地层压力问题进行了初步分析【3 8 1 ，认为地压型 热储流体系统基本是封闭的，与瓮地形成时发生的欠压实作用有关。 以上前人研究成果为进一步研究咸阳地下热水的环境同位素水文地球化学特征循 环提供了丰富的地质、水文地质、地热及水文地球化学资料，也是本次研究的基础，然 而，国内学界在热储流体的同位素水文地球化学研究主要集中在地下2 0 0 0 m 以内常压热 储系统的氢氧稳定同位素，尚未波及深层地下热水同位素的水文地球化学特征，故而， 难以对研究地下热水的补给机理及可更新性进行深入探讨。此外，对地下热水的地压地 第一章绪论 热特征也未涉及，缺乏对地压地热水特征的理论分析。因此，难以对研究区未来可持续 开发利用地下热水做出科学的前瞻性的规划。 1 3 研究方法与创新点 1 3 1 研究方法 1 借鉴国内外相关地压地热最新研究成果，结合盆地渭河盆地热储实际条件充分 对比分析，摸索出一套行之有效的研究地压热储流体形成演化特征的研究分析方法。 2 结合地压地热流体6 d 、6 1 8 0 的演化规律，研究地压地热流体2 h 、1 3 c 、1 4 c 、3 4 s 等同位素组成及特征化学组分，以提取热储流体来源、补给、成因、循环、水岩作用 等丰富信息。 3 建立典型标志性剖面，论证咸阳地下热水的补给来源、补给区域、补给方式及补 给方向。分析测试渭北岩溶水与咸阳地热水的环境同位素及水文地球化学组分的分布及 演化规律及其异同，查明渭北岩溶水与咸阳地热水的关系，论证咸阳地下热水的补给来 源、补给区域、补给方式及补给方向。 4 应用3 h 及1 4 c 估算现代溶滤水在热储流体的滞留时间，定量评价现代、古代水 的区别，划分了补给区、径流区、滞留区。 5 查明咸阳热储流体的分布及其与构造断裂尤其是渭河两岸断裂的关系；地下热水 与大气降水、地表水、常温地下水之间的转化关系；不同热储层，不同构造单元地下热 水之间的相互关系。 1 3 2 创新点 1 系统的开展中低温地压地热流体特征及其成因的同位素水文地球化学研究，本次 研究尚属国内首次。本次研究的实施将提供我国大型沉积盆地中低温地压热储流体的理 论研究提供技术方法、研究实例及基础资料。 2 本文在研究地压地热流体特征，论证成阳地压热储流体的补给来源，从多方面、 多角度论证了其补给路线，并建立了剖面图，深入分析了咸阳地下热水的走向，提出了 地下水开采的正确方案、规划、意见，进而评价咸阳地下热水的可更新性及开发利用的 可持续性，提高咸阳地热资源的监管水平。 3 世界上多数高温地热田氧同位素漂移现象比较常见，但在中低温盆地型热储流体 中很少涉及。本文研究的咸阳低温地压型热储流体同位素的演化特征无疑为地球深部热 储流体的起源、循环及赋存环境的研究提供了珍贵的实例。 6 长安人学硕士学位论文 4 本文开展了应用多种环境同位素对深层地压热流体特征系的系统研究。深入研究 了中低温沉积盆地热储流体氧漂移，氢氧同位素特征，及其他环境同位素演化特征及其 环境指示意义的研究，研究了中低温地压热储流体的水化学特征和空间分布。 5 本文针对实际中出现的咸阳市区北部、南部热水井出水量、压力、温度的物理特 征的不同，将咸阳以渭河为界，分为咸阳渭河南部热水和咸阳渭河北部热水，首次应用 同位素、水化学方法对咸阳渭河北部热水、和咸阳渭河南部热水进行了深入的研究和分 析。 7 第= 帝威目地热地质条件 第二章成阳地热地质条件 21 地理概况 2 1 1 自然地理条件 成阳市区位于陕西关中盆地艘心地带的渭河两岸，地理坐标东经1 0 8 。3 3 一 1 0 8 。5 8 ，北纬3 4 0 1 4 l 3 4 。3 0 ，研究区总面积为3 0 0 k m 2 。研究区地貌单元地跨渭 河及其河漫滩，一、二、三级阶地和五陵塬黄土台塬区。南岸地势南高北低，向 河谷呈缓波状倾斜，北岸地势西北高东南低向河谷呈阶梯状倾斜，阶面较平坦。 北部最高点咸阳西侧边家村塬面( 非陵冢) 最高点海拔4 7 10 m 。东部区界内侧 渭河南岸最低点海拔3 6 45 m ，最大高差1 0 65 m 叽威阳市地理位置图，如图21 所示。 市区埘暖温带大陆性季风气候，夏季炎热，冬乎寒冷，四季分明气候宜人。 掘戚阳周艟气敦站资料1 9 8 5 2 0 0 4 年，多年平均脐水量4 8 52 2 m m 虽大降水 量8 9 78 嘶1 m ( 2 0 0 3 年) ，年最小降水量3 0 22 0 h l l t l ( 1 9 9 7 年) ，年际相差5 9 56 0 m m ： 因受丈陆季风气候影响，年降水量分布不均，主要集中在5 一l o 月份，冬、春雨 量偏少。年同照时数4 4 3 07 小时平均每天1 2 1 小时。年平均气温1 32 6 ，最 高为7 月份，历年最高气温4 1 7 ，极端最低气温零下2 0 左右。四季光能 长安大学硕上学位论文 热量和雨量能满足一年两熟农作物的生长需要。由于四季气候差别较大，尤其冬 春两季光能少、热量低、降水少，大力发展节水灌溉和地热农业，用地热能增加 土壤温度和水体温度，发展地热种植、养殖，将大大提高市郊农业和渔业的生产 条件，提高反季节蔬菜、瓜果和水产品的产量。 区内水体主要为过境河流渭河及其支流沣河、及新建成的“咸阳湖”。渭河 经秦都区渭滨镇西界向东北流经渭城区正阳镇东界，区内总长度4 0 k m ，河床宽 4 0 0 一8 0 0 m ，迂迥曲折，水浅滩宽，由于近半个世纪以来中、上游支流修建水库 拦蓄水流，1 9 8 5 1 9 9 3 年多年平均流量仅1 1 2 4 9 m 3 l l 。沣河自终南山发源，向北 经秦都区钓台镇文家村入境，向北汇入渭河，区内长度约6 5 k m ，河道宽5 0 一 2 0 0 m ，多年平均流量8 5 7 m 3 m 。宝鸡峡引渭工程自西向东经规划区北部的渭河 三级阶地后缘，自1 9 8 7 年以来，每年向灌区输水约2 0 0 0m 3 。咸阳市区生活和生 产用水均采自渭、沣两岸的低阶地区，水源补给较充足。 2 。1 2 社会经济状况 咸阳是中国历史文化名城，全国甲级对外开放城市，中国优秀旅游城市，全 国卫生城市，中央电视台评比的西北唯一的首届“中国魄力城市 。咸阳是战国 秦和中国第一个封建王朝秦朝建都长达1 4 4 年的国都和周、汉、隋、唐等十二朝 的京畿重地。 欧亚大陆桥连( 云港) 霍( 尔果斯) 公路和陇海铁路横贯市区，西安至宝鸡，西 安至铜川的高速公路和3 1 2 、3 1 0 、2 1 0 国道纵横交织。距市区仅9 公里的咸阳国 际机场开辟了国内外9 0 多条航线，年吞吐量达6 3 6 万人，为中国内陆最大的航 空港之一。铁路、公路和空港构成了四通八达的立体交通网络体系。在西安一咸 阳经济一体化的推动下，西安一咸阳机场第二条跑道即将开工，正在着手规划两 市间的地铁和轻轨连接。 邮电通讯初具现代化规模，已建成本地光缆环形网和7 条1 、2 级传输干线 光缆，数据通讯网通达各乡镇和行政村。各乡镇、村可接入国际互联网，即将完 成咸阳、西安两地升位并网。全市实现了网上寻呼和固定电话、传呼互连互通， 覆盖全国，联通国际。 咸阳市辖2 区1 0 县1 个县级市，总面积1 0 1 9 6 k m 2 ，总人口4 8 3 万人，市区 规划面积3 3 2 k m 2 ，建成市区面积4 5 k m 2 ，市区现有人口5 2 万人。全市拥有各类 学校3 4 5 3 所，其中有普通高校5 所，高等职业和中等职业院校1 1 所，职业高中 9 第二章咸阳地热地质条件 3 5 所。平均一万人拥有大学生1 1 5 名，在全国同等城市中名列第3 位。其中部、 省、市级科研机构1 0 多个，教育、生产、科研单位共拥有科技人员1 0 多万名， 为社会经济的飞速发展奠定了雄厚的人才资源基础。 全市拥有土地1 6 3 0 万亩，其中耕地6 7 8 万亩。煤炭、石灰岩、陶土、大理 岩、油页岩、矿泉水、地热资源蕴藏丰富；其中煤炭探明储量1 0 0 多亿吨，年产 量7 5 0 万吨，储量、产量均居全省第二位。 咸阳市是我国西北地区唯一的国家商品粮基地和优质苹果基地，年产粮1 8 0 万吨，水果2 2 0 万吨，蔬菜1 7 0 万吨。粮食、果品、蔬菜、乳品产量居全省第一。 市区形成以电子、纺织、医药、食品、能源、化工、建材等为支柱产业的工业体 系。全市2 0 0 4 年生产总值完成3 3 8 6 亿元，比上年净增5 0 亿元，增长1 3 1 ； 其中规模以上工业完成产值2 9 1 1 亿元，经济总量居全省第二，西北第四位。全 年全社会固定资产投资完成1 6 1 7 亿元，增长3 7 8 ；全年引进合同项目8 0 0 个， 合同引进资金1 8 3 9 亿元，实际到位资金1 1 3 3 亿元，较上年增长7 7 7 ，签约 项目开工率9 1 ，全市经济已迈上了稳健发展的快车道。 市区拥有大型购物商场1 0 余家，三、四星级宾馆1 0 余家，拥有乾陵、茂陵、 昭陵、阳陵和咸阳博物馆9 个，旅行社1 2 家，2 0 0 4 年实现旅游收入2 8 5 亿元， 丰富的文物景观和自然景观具有发展旅游业的广阔前景。 2 1 3 地热资源利用现状 在研究区内，已成的1 8 口地热井均已不同程度地用于采暖和洗浴业。2 0 0 4 年全市开采地热流体1 9 5 1 0 4 m 3 ，采暖面积1 2 0 1 0 4 m 2 ，每一采暖期每平方米采 暖费以1 5 元计，地热采暖创值1 8 0 0 万元。2 0 0 4 年全市利用地热矿水发展的足 疗产业3 4 0 家，从业人口9 6 0 0 人，按人均创值5 0 0 0 6 0 0 0 元计算，年创值达 5 0 0 0 万元以上。 全市洗浴业接待顾客2 0 0 万人次，创值约5 0 0 0 万元。全市现有游泳馆3 处， 温泉度假村二家，温泉康乐城一处，温泉水疗中心2 处。仅设施在国内领先的天 运游泳馆，暑期高峰期同接待游泳者可达2 0 0 0 多人，1 9 9 8 年开馆以来，已训练 游泳爱好者5 0 0 0 余人，年创产值数百万元，上缴利润3 0 一5 0 万元。 目f j ，咸阳市地热资源尚存在利用途径单一，资源效益尚未充分发挥，采暖 尾水未能加压回灌造成资源浪费等问题。2 0 0 5 年，咸阳市已成立以市长为首的 地热开发领导小组，积极倡导地热资源的“梯级开发综合利用”加大了资源管理 1 0 长安大学硕士学位论文 和招商引资的力度，争取在近年内在地热种植、地热养殖、地热工艺流程、地热 制冷、温泉度假、保健水疗等方面开拓新的服务领域，形成地热产业链，使成阳 市成为一座名符其实的中国地热城。 2 2 地质构造与水文地质 2 2 1 区域地质构造 关中断陷盆地是华北地块西部鄂尔多斯断块南缘一个新生代断坳区，其北以 北山山前断裂带与鄂尔多斯断隆毗邻，南以秦岭山前断裂带与秦岭断隆接壤，面 积约3 9 0 6 45 k m 2 。盆地前新生代由多个掀斜微断块拼合而成，总体构造形态呈南 部向北陡倾、北侧向南缓倾斜的不对称阶梯状拗槽。根据微断块构造形态与新生 代沉积特征差异，可分为6 个次级构造单元( 图22 ) 。 ，圈z 囫，圈t 口t 口 t 口t 口。口t 口，m 口 l 基岩区 2 活动断裂3 盆地边界4 i 泉5 宝鸡凸起 6 成礼断阶7 西安凹陷8 蒲城凸起9 固市凹陷1 0 骊山凸起 图2 2 关中盆地区域构造和内部犬断裂 其中，宝鸡渭南断裂以北微断块基底是寒武系和奥陶系；长安一临潼断裂以 西的微断块基底为f 元古界浅变质岩和燕山期侵入岩，以东是太古界深变质岩 系、下一中元古界浅变质岩系与燕山期花岗岩。沉静 盖层由新生代沉积物组成， 自下而上有中新统高陵群，上新统灞河组、蓝田组、张家坡组，下更新统三门组、 阳郭组，中更新统泄湖组、上更新统前乾县组、马兰组和全新统，彼此之间为不 第= 章戚m 地热地质条件 整合接触，厚度5 0 0 0 7 0 0 嘶。新生代断坳中心和沉积中心位于盆地南部，沉积 盖层岩性组合、岩相、沉积厚度和沉积体形态受基底构造控制，呈现南厚北薄、 南陡北缓的特点l 删。 地貌是地质构造、新构造运动和外营力矛盾斗争的结果，因此构造地貌主要 反映了新构造运动的基本面貌。渭河盆地地质构造复杂，新构造活动强烈，构造 地貌的类型及分布别具一格，地貌景观较为复杂。 1 断块山地2 堆积倾斜平原3 平缓黄土原4 波状黄土原s 冲积平原 6 括动断裂t 隐伏活动断裂 图2 3 渭河盆地构造地貌图 根据构造形类分类原则，考虑到构造地貌的继承性和新生性，并兼顾地貌 形态的一致性，可将渭河盆地的构造地貌分为两太类九小类；断块构造地貌 断块山地、断块平原：断层线构造地貌断层崖、断层峡谷、构造洼地、断层 陡坎、断层河谷、断层线性洪积扇等( 图23 ) ，其中断块山地地貌特征叙述如下： 渭河盆地周边及盆地内部的基岩，被不同性质、不同走向的断裂相互切割形成断 块山。以盆缘断裂为界，分为盆缘断块山和盆内断块山。南部有大散关、太白山、 终南山、华山等秦岭山地；北部有关山、黄梅山、崛山、嵯峨山、象山等北山大 地；东部有中条山，盆内有芝山、骊山等。 北山山地断续展布于盆地北缘，自西而东有关山、黄梅山、崛山、老龙山、 嵯峨山、药王山、象山等山地，标高7 0 帖1 2 5 0 i n 。山体主体由下古生界灰岩组成， 山地普遍呈南仰北俯，但南翘幅度不大，山势较低缓。 长安人学顷十学位论i 222 咸阳地热田断裂构造 i 陪起bi l 骓鼻辩城一戚口d 起l v 一薯平浸日v 一固市口陆v i 一西安口瞎 一玎山凸起 。北山山前断释带厦p l 山前断裂带 生疃，渭嘲崮襞回长安临置断裂一研究e | 茔l2 4 减阳地热山地屈构造略幽 勘查区位于渭河南北两条近东西向隐伏活动性深大断裂之间，渭河南、北断 裂是勘查区内乃至关中盆地中部起控热作用的最主要的断裂构造。长安一威阳北 西向断裂和沣河南北向断裂对戚阳地热田的形成和发展亦起到一定的导热导水 作用( 见图2 4 ) 。 ( 一) 渭河南、北岸北东东向断裂 1 渭河北岸北东东向断裂展布特征 渭河断裂与渭河干流流向大致平行展布，有渭河北岸和渭河南岸两条北东东 向隐伏活动性深大断裂。渭河北岸断裂西起宝鸡，经武功、咸阳、渭南交口、大 荔官池至黄河出省境：该断裂在规划区沿珠泉一毕塬一渭城路北侧的三缴阶地前 缘，呈北东东向分t 1 1 i ，断层面倾向南。倾角7 0 。左右，其北盘上升，南盘下降， 为一高角度f 断层，据大地电磁测深资料；断裂深度达2 0 k m 以上，勘查区内上 新统在断层两侧断距达7 0 0 1 0 0 0 m 。三普2 号地热井深3 3 9 2 3 5 5 8 m 间，见有 元古界1 6 6 m ，其中见有黑云母斜长片麻岩，绿帘斜长片麻岩及石英脉、花岗岩 和褐色泥岩等，这些岩层很可能是渭河北岸断裂带的产物。 2 渭河南岸北东东向断裂展布特征 渭河南岸北东东向断裂，西起宝鸡姜城堡，经眉县、周至、长安、渭南、华 阴向东出省界。在威阳城市规划区以南、该断裂在西安市长安区斗门至渭河北岸 第二章成阳地热地质条件 断裂距离约1 5 k m ，在西安市未央区三桥至渭河为一隐伏活动性深大断裂，断层 面倾向北，为一高角度的正断层，北盘下降，南盘上升，断裂深度约达2 0 k m 以 上。 分析区内汞气测量、a 径迹裂变、氡气测量、氦气测量等方法的探测曲线， 在渭河南、北岸两条近东西向深断裂之间的渭河各级阶地下分布一系列与主断裂 走向平行的次级小规模断裂，这些断裂具有等间距性、平行性展布特征。市区中 南部地热异常区正好全部分布于一个完全封闭的渭河构造盆地中部的渭河南北 的两条北东东隐伏断裂之间，为地热田提供了良好的地热地质环境条件。 ( 二) 长安一咸阳断裂 该断裂为盆地北西向构造带中的一条隐伏活动性断裂，自长安大峪口向北西 经杜曲、韦曲、三桥、沣河桥东跨越渭河、经省财校东侧向北与红崖沟相重，总 长度约6 0 k m 。目前，对该断裂的研究还不够深入，浅井测温资料显示，断裂西 侧地温梯度明显高于东侧，如文林路之北，断裂西侧地温梯度高达4 4 6 4 6 1 ，而断裂东侧地温梯度仅3 0 5 3 2 1 胁。表明第四纪早更新世以来， 该断裂对区内沉积环境和沉积物厚度有着一定的影响。 ( 三) 沣河西侧南北向断裂 该断裂位于沣河西侧，自长安县沣峪口向北延伸至咸阳市区，在市区中心与 断裂相交，为一切割较深的南北向隐伏断裂，地面无迹象显示，但在蓝田灞河组 热储层段中反映明显，如位于该断裂东侧的绿浪地热井，井深2 8 0 0 m ，井口水温 高达1 0 2 ，蓝田灞河组地温梯度高达4 7 1 胁，列该热储地温梯度之首；商 贸学院地热井深3 4 9 5 m ，井口水温高达1 2 0 ，地温梯度3 4 8 恤，井口水温 已达同类传导型地热田井口水温的最高温度。另外勘查区各热储层段地温梯度以 渭河北岸断裂和沣河断裂地温梯度等值线图呈“丁”字展布。亦反映了该断裂的 存在和明显的控热作用。 2 2 3 水文地质 成阳地热田目前已经勘探和开发的热储层和隔热保温层有5 个：秦川群粘 土、黄土及砂砾石层；三门组粘土、亚粘土夹砂层及砂砾层；张家坡组绿灰色 浅棕红色泥岩、粉砂质泥岩夹少量薄层灰色粉细砂岩；霸河蓝田组半成岩紫红 色巨厚层泥岩、中细粒砂岩；高陵群棕红色泥岩夹灰色细砂岩、中粗粒砂岩及砂 砾岩。其中，热储层中巨厚泥岩、砂质泥岩等粘土岩的热传导能力弱，是良好的 1 4 长安大学硕士学位论文 隔水层和隔热保温层。砂岩、砂砾岩单层厚度大，碎屑颗粒较粗，胶结疏松，孔 隙裂隙发育，有效孔隙度和渗透率高，富水性强，是地下热水储存和运移的理 想场所( 表2 1 ) 。潜水含水层的主要水源为大气降水入渗及地表径流补给【6 1 。热 储层平均地温自上而下越来越高，平均地温梯度总体呈增加趋势，反映了深部巨 大的地热资源潜力( 图2 5 、图2 6 ) 。 ； l 柏 舌：卜k 、 习 一 器 ，t = 薹ii ， w j 萋薰 ， ， 。一 要 蠢川拜三门组张寡垃组霸河蓝田高陵群 * - 2 0 0 斟_组 豢川群三门组张掌埴组霸河一蓝田高陵群 组 燕馈层 燕佬层 图2 5 热储层平均地温梯度变化图2 6 热储层平均地温变化 f i g 2 5c h a n g e so fa v e r a g eo ff i g 2 6c h a n g e so fa v e r a g eo f g e o t h e r l n i cg r a d i e n ti nh e a ts t o r a g eg e o t e m p e r a t u m i nh e a ts t o r a g e r e s e r v o i r sr e s e r v o i r s 第二章咸阳地热地质条件 表2 1 咸阳地热田热储层与隔热层特征 岩石地层顶底板 及其符号 埋深( m ) 厚度( m ) 岩性简述热储层特征 上部为灰黄色粉质粘 秦川群 土夹砂层；中下部为 平均地温梯度 ( q p 2 3 9 ) o 一7 0 0 杂色、砂砾石与黄土 4 0 3 1 0